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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Universalantriebsgelenke, die herkömmlich Kardangelenke genannt werden, die insbesondere die Übertragung einer Drehbewegung zwischen zwei sich kreuzenden nicht fluchtenden Wellen ermöglichen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Verbindungsbaugruppe für Antriebsgelenke des Typs, der ein Kreuzstück umfasst, das mit Lagerzapfen und Buchsen versehen ist, die drehbar auf den Lagerzapfen gelagert sind.
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Eine besonders interessante Verwendung der Erfindung betrifft die mechanische Übertragung von Flugsteuerungen eines Luftfahrzeugs. Eine weitere interessante Verwendung der Erfindung kann den Automobilbereich betreffen.
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Auf diesem Gebiet ist von der Patentschrift
US-B1-7,333,378 eine Verbindungsbaugruppe für Antriebsgelenke bekannt, die ein Kreuzstück mit vier Lagerzapfen, Manschetten oder Buchsen, die auf den Lagerzapfen lagern, und Nadellager umfasst, die jeweils radial zwischen einem der Lagerzapfen und der zugehörigen Buchse lagern, um eine relative Drehbewegung zwischen diesen zwei Elementen zu ermöglichen.
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Zwischen dem axialen Ende jedes Lagerzapfens und der Bodenwand der zugehörigen Buchse ist ein Anschlagring axial zwischengeschaltet, um die Reibung zwischen dem Nadellager und der Bodenwand zu begrenzen.
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Die axiale Berührung zwischen der Buchse, dem Anschlagring und dem Lager erzeugt ein Reibmoment, das in bestimmten Verwendungen des Antriebsgelenks noch zu hoch sein kann.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, diesen Nachteil zu beheben.
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Insbesondere zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, eine Verbindungsbaugruppe für Antriebsgelenke vorzusehen, die ein verringertes Reibmoment aufweist und gleichzeitig die Anzahl ihrer Bestandteile begrenzt.
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Die vorliegende Erfindung zielt auch darauf ab, eine Verbindungsbaugruppe vorzusehen, die kostensparend und einfach hergestellt und zusammengebaut werden kann.
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In einer Ausführungsform umfasst die Verbindungsbaugruppe für Antriebsgelenke ein Kreuzstück, das mit Lagerzapfen versehen ist, mindestens eine Montagebuchse, die auf einem der Lagerzapfen angeordnet ist, und ein Lager, das radial zwischen der Montagebuchse und dem zugehörigen Lagerzapfen lagert. Das Lager umfasst mehrere Wälzkörper und einen Käfig, der mit einem axialen Abschnitt für die Aufnahme und den Erhalt des Umfangszwischenraums der Wälzkörper versehen ist. Der Käfig umfasst Mittel für den axialen Halt der Wälzkörper in Bezug zur Montagebuchse und zum entsprechenden Lagerzapfen. Die axialen Haltemittel umfassen mindestens einen radialen Rand, der sich ausgehend vom axialen Abschnitt erstreckt und mit einer ringförmigen Rille zusammenwirkt, die auf der Montagebuchse und/oder dem zugehörigen Lagerzapfen eingerichtet ist.
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Der Käfig ermöglicht die Gewährleistung einer Sperrung der Wälzkörper in die axiale Richtung in Bezug zur Montagebuchse und zum entsprechenden Lagerzapfen des Kreuzstücks. So wird eine mögliche axiale Berührung zwischen dem Lager und der Montagebuchse vermieden. Während des Betriebs bleibt das Lager axial von der Buchse entfernt. Es ist nicht erforderlich, axial zwischen dem Lager und der Montagebuchse einen Reibring vorzusehen.
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Darüber hinaus wird der axiale Halt des Lagers durch mindestens einen Rand ausgeführt, der einen Grundbestandteil des Käfigs bildet, was den Erhalt der axialen Stellung der Wälzkörper in Bezug zur Buchse und zum Lagerzapfen ohne ein unabhängiges und vom Käfig getrenntes Teil ermöglicht. Der Käfig weist eine Doppelfunktion auf, das heißt das Gewährleisten der Aufnahme der Wälzkörper und ihr relativer Halt in der Umfangsrichtung und das Ermöglichen des axialen Halts der Wälzkörper in Bezug zur Montagebuchse und zum Lagerzapfen. Die zwei technischen Funktionen des Käfigs werden durch zwei getrennte Abschnitte ausgeführt.
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Die axialen Haltemittel können sich ausgehend von mindestens einem der axialen Enden des axialen Abschnitts des Käfigs radial erstrecken.
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Vorzugsweise ist das Lager aus dem Käfig und Wälzkörpern aufgebaut.
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In einer Ausführungsform ist der Käfig aus einem Stück, insbesondere durch Formen aus einem Kunststoff, wie einem mineralfaserverstärkten oder nicht mineralfaserverstärkten Polyamid, ausgeführt. Der Käfig kann auch aus einem Stück aus metallischem Material, insbesondere ausgehend von einem Blechstück mit geringer Dicke durch Zuschnitt und Tiefziehen ausgeführt werden. Alternativ kann der Käfig derart ausgehend von mehreren miteinander zusammengebauten Abschnitten ausgeführt werden, dass ein einheitliches Element erhalten wird.
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In einer Ausführungsform umfasst die Baugruppe darüber hinaus einen Ring, der radial zwischen den Wälzkörpern des Lagers und der Montagebuchse angeordnet ist. Alternativ oder als Kombination kann ein Ring auch radial zwischen den Wälzkörpern und dem Lagerzapfen angeordnet werden.
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Vorzugsweise wird ein axialer Raum, der zwischen dem axialen Ende des Lagerzapfens und der zugehörigen Montagebuchse eingerichtet ist, frei gelassen.
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In einer Ausführungsform umfasst das Kreuzstück vier Lagerzapfen, Montagebuchsen, die auf jedem der Lagerzapfen angeordnet sind, und Lager, die jeweils radial zwischen einer Montagebuchse und dem zugehörigen Lagerzapfen gelagert sind, wobei die Lager untereinander identisch sind.
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Die Erfindung betrifft auch ein Antriebsgelenk, das eine Verbindungsbaugruppe, wie vorhergehend definiert, und zwei Gabelköpfe umfasst, die jeweils zwei Aussparungen umfassen, die längs in der Richtung von zwei entgegengesetzten Lagerzapfen des Kreuzstücks angeordnet sind und die die den Lagerzapfen zugehörigen Montagebuchsen aufnehmen.
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Die Erfindung betrifft auch eine Flugsteuerungsvorrichtung für Luftfahrzeuge, die ein Gehäuse, einen in Bezug zum Gehäuse beweglichen Steuerhebel, eine Antriebswelle, die mit dem Hebel verbunden ist und ein Antriebsgelenk, wie vorhergehend definiert, umfasst, in dem der eine der Gabelköpfe an der Antriebswelle befestigt ist und der andere Gabelkopf auf dem Gehäuse gelagert ist.
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Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung geht aus der eingehenden Lektüre der ausführlichen Beschreibung von Ausführungsformen hervor, die nicht einschränkende Beispiele darstellen und durch die beigefügten Zeichnungen veranschaulicht werden; es zeigen:
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1 eine Vorderansicht eines Teilschnitts einer Verbindungsbaugruppe für Antriebsgelenke gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
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2 eine Detailansicht von 1,
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3 bis 6 Detailansichten von Verbindungsbaugruppen gemäß anderen Ausführungsformen der Erfindung,
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7 eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Flugsteuerungsvorrichtung für Luftfahrzeuge und
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8 und 9 perspektivische Ansichten eines Antriebsgelenks der Vorrichtung von 7.
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In 1 umfasst eine als Ganzes mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnete Verbindungsbaugruppe ein Kreuzstück 12, das mit einem Mittelkörper 14 und vier Wellen versehen ist, die Lagerzapfen 16 mit der Achse 18 bilden und die sich ausgehend vom Körper nach außen erstrecken, wobei sie gleichmäßig im Umfang beabstandet sind. Die Lagerzapfen 16 sind in einer einzigen Ebene und im rechten Winkel in Bezug zueinander angeordnet. Zwischen jedem Lagerzapfen 16 und dem Mittelkörper 14 ist ein ringförmiger radialer Ansatz 19 gebildet. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Lagerzapfen 16 aus einem Stück mit dem Mittelkörper 14 ausgeführt.
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Die Baugruppe 10 umfasst auch eine Montagebuchse 20, die auf jedem der Lagerzapfen 16 angeordnet ist, und ein Lager 22, das radial zwischen jeder der Buchsen und dem zugehörigen Lagerzapfen gelagert ist, um eine drehbare Lagerung der Buchsen zu ermöglichen. Die Buchsen 20 und die Lager 22 sind jeweils untereinander identisch.
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Wie in 2 sichtbarer veranschaulicht, umfasst jede Buchse 20 einen ringförmigen axialen Abschnitt 24, der an einem axialen Ende durch eine radiale Bodenwand 26 geschlossen und am entgegengesetzten Ende offen ist, derart, dass ihre Lagerung um den zugehörigen Lagerzapfen 16 ermöglicht wird. Die Buchse 20 weist die allgemeine Form einer Schale auf. Die zylindrische Außenfläche des axialen Abschnitts 24 umfasst eine ringförmige Rille 25, in der ein elastischer Haltering 27 des Typs Sicherungsring gelagert ist. Die zylindrische Bohrung 28 des axialen Abschnitts ist konzentrisch zu einer zylindrischen Außenfläche 30 des Lagerzapfens 16 und weist einen Innendurchmesser auf, der größer als der Außendurchmesser der Fläche ist, derart, dass zwischen ihnen ein ringförmiger radialer Raum 31 gelassen wird. Das offene Ende des axialen Abschnitts 24 zentriert sich auf einer zylindrischen Außenfläche 32 des Mittelkörpers 14, die den Rand des Ansatzes 19 mit dem großen Durchmesser axial auf der der zylindrischen Fläche 30 der entgegengesetzten Seite verlängert. Zwischen dem axialen Ende des Lagerzapfens 16 und der Bodenwand 26 der Buchse 20 ist axial gegenüberliegend ein axialer Raum 33 eingerichtet.
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Das Lager 22 ist radial zwischen der zylindrischen Außenfläche 30 des Lagerzapfens und der Bohrung 28 der Buchse 20 im radialen Raum 31 gelagert. Das Lager 22 umfasst Wälzkörper 34 und einen Käfig 36 für ihren Halt zwischen der zylindrischen Fläche 30 und der Bohrung 28. Die Bohrung 28 und die zylindrische Fläche 30 bilden zylindrische Lagerlaufringe oder -flächen für die Wälzkörper 34. Im veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die Wälzkörper 34 aus einer Reihe von Nadeln aufgebaut.
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Der Käfig 36 ist vorzugsweise einteilig durch Formen eines Kunststoffmaterials ausgeführt, das einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist. Der Käfig 36 kann zum Beispiel aus mineralfaserverstärktem oder nicht mineralfaserverstärktem Polyamid ausgeführt sein. Alternatviv kann der Käfig auch aus metallischem Material, zum Beispiel ausgehend von einem Blechstück mit geringer Dicke durch Zuschnitt und Tiefziehen ausgeführt werden.
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Der Käfig 36 umfasst einen ringförmigen axialen Abschnitt 38, in dem mehrere Fenster 40 für die Aufnahme der Wälzkörper 34 und ihren Halt mit einem regelmäßigen Umfangszwischenraum eingerichtet sind. Der axiale Abschnitt 38 befindet sich axial von der Bodenwand 26 der Buchse und vom Ansatz 19 des Lagerzapfens entfernt. Der Käfig 36 umfasst auch radiale Ränder 42, 44, die jeweils eines der axialen Enden des axialen Abschnitts 38 verlängern. Die Ränder 42, 44 erstrecken sich radial nach innen, indem sie in ringförmigen Nuten oder Rillen 46, 48 aufgenommen sind, die auf der zylindrischen Außenfläche 30 des Lagerzapfens 16 eingerichtet sind. Die Ränder 42, 44 können jeweils die Form einer/eines ununterbrochenen ringförmigen Umfangsrippe oder -bundes oder von mehreren Rippen aufweisen, die in der Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind.
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Die Ränder 42, 44 erstrecken sich radial überstehend innerhalb der Rillen 46, 48, um durch radiales oder Durchmesserübermaß den axialen Halt des Käfigs 36 und der Wälzkörper 34 in Bezug zum Lagerzapfen 16 und zur Buchse 20 zu erhalten. Jeder Rand 42, 44 ist geeignet, sich mit den entgegengesetzten radialen Rändern zu überlagern, die die zugehörige Rille 46, 48 axial abgrenzen, derart, dass eine axiale Verschiebung des Käfigs 36 und der Wälzkörper 34 vermieden wird. Mit diesem Ziel ist der Innendurchmesser der Ränder 44, 46 kleiner als der Außendurchmesser der zylindrischen Fläche 30. Die axiale Sperrung des Lagers 22 auf der Außenfläche 30 des Lagerzapfens 16 wird durch Anschlagberührung in der axialen Richtung erhalten. Es wird somit eine mögliche axiale Verschiebung des Lagers 22 in die Richtung der Bodenwand 26 der Buchse oder in die Richtung des Ansatzes 19 des Lagerzapfens 16 verhindert. Das Lager 22 bleibt axial von der Bodenwand 26 und vom Ansatz 19 entfernt. Die Gefahr einer axialen Berührung zwischen dem Lager 22 und der Buchse 20 wird dank der Ränder 42, 44 beseitigt, die axiale Haltemittel des Lagers 22 auf dem Lagerzapfen 16 bilden. Es ist daher nicht erforderlich, einen axial zwischen der Bodenwand 26 der Buchse und dem axialen Ende des Lagerzapfens 16 zwischengelagerten Reibring vorzusehen.
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Außerdem ermöglicht die axiale Verriegelung des Lagers 22 im Falle eines Schleifens und eines lokalen Läppens der zylindrischen Außenfläche 30 des Lagerzapfens in Höhe der Lauffläche für die Wälzkörper 34, sich zu vergewissern, dass die Wälzkörper 34 während des Betriebs weiterhin auf diesem Bereich des Lagerzapfens 16 rollen.
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Der Käfig 36 weist eine einfache Struktur auf und kann leicht auf dem Lagerzapfen 16 befestigt werden, ohne dass es erforderlich ist, eine Winkelindexierung desselben in Bezug zum Lagerzapfen dank der ringförmigen Rillen 46, 48 vorzusehen. Zur Vereinfachung der Montage des Käfigs 36 innerhalb der Rillen ist ihre axiale Abmessung vorzugsweise etwas größer als diejenige der Ränder 42, 44.
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Zur Begrenzung des Eindringens von Schmutzpartikeln in Höhe des Lagers 22 ist es möglich, die Montage einer ringförmigen Dichtung radial zwischen dem axialen Abschnitt 24 der Buchse 20 und der Außenfläche 32 des Mittelkörpers 14 vorzusehen. Wenn eine periodische Schmierung der Lager 22 gewährleistet werden muss, ist es auch möglich, Schmierdurchgänge im Mittelkörper 14 und in den Lagerzapfen 16 vorzusehen, die in Höhe des axialen Endes jedes Lagerzapfens münden.
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Die Ausführungsform, die in 3 veranschaulicht ist, in der identische Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind, unterscheidet sich lediglich darin von der vorhergehenden Ausführungsform, dass der Käfig 38 nicht mit einem radialen Rand 44 versehen ist, und dadurch, dass die zylindrische Außenfläche 30 des Lagerzapfens 16 keine Rille 48 umfasst. Der axiale Halt des Lagers 22 in Bezug zur Buchse 20 und zum Lagerzapfen 16 ist durch den einzigen Rand 42 des Käfigs ausgeführt. Als Variante ist es auch möglich, einen Käfig vorzusehen, in dem einzig der Rand 44, der mit der Rille 48 zusammenwirkt, bewahrt wird.
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Die Ausführungsform, die in 4 veranschaulicht ist, in der identische Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind, unterscheidet sich darin von der ersten beschriebenen Ausführungsform, dass der Käfig 36 radiale Ränder 62, 64 umfasst, die jeweils eines der axialen Enden des axialen Abschnitts 38 verlängern und sich radial nach außen erstrecken, indem sie in den kreisförmigen Rillen 66, 68 aufgenommen sind, die in der Bohrung 28 des axialen Abschnitts 24 der Buchse eingerichtet sind. In einer Ausführungsvariante ist es möglich, einen Käfig vorzusehen, der einen einzigen dieser radialen Ränder umfasst, der sich nach außen erstreckt.
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Die Ausführungsform, die in 5 veranschaulicht ist, in der identische Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind, unterscheidet sich darin von der ersten Ausführungsform, dass der Käfig 36 axial entgegengesetzt zum Rand 42 einen Rand 70 umfasst, der sich radial nach außen erstreckt, indem er im Inneren einer kreisförmigen Rille 72, die in der Bohrung 28 des axialen Abschnitts 24 der Buchse eingerichtet ist, übersteht. Der Käfig 36 wirkt somit gleichzeitig mit dem Lagerzapfen 16 und mit der Buchse 20 zum axialen Halt der Wälzkörper 34 zusammen. Außerdem ermöglicht eine solche Gestaltung des Käfigs 36 auch den axialen Halt der Buchse 20 in Bezug zum Lagerzapfen 16. So wird eine einheitliche Baugruppe 10 erhalten, die gelagert, gehandhabt und montiert werden kann, ohne dass die Gefahr einer axialen Abkopplung ihrer Bauelemente besteht.
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Als Variante kann der axiale Halt des Lagers 22 in Bezug zum Lagerzapfen 16 und zur Buchse 20 auch ausgeführt werden, indem auf einer selben Seite des Käfigs die zwei Ränder vorgesehen werden, die mit dem Lagerzapfen und der Buchse zusammenwirken, von denen sich einer radial nach außen und der andere radial nach innen erstreckt. Alternativ ist es auch möglich, einen Käfig vorzusehen, der drei oder vier Ränder umfasst, die mit Rillen zusammenwirken, die gleichzeitig auf der Buchse 20 und auf dem Lagerzapfen 16 eingerichtet sind.
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Die Ausführungsform, die in 6 veranschaulicht ist, in der identische Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind, unterscheidet sich darin von der ersten beschriebenen Ausführungsform, dass Zwischenringe 74, 76 radial zwischen den Wälzkörpern 34 und der zylindrischen Außenfläche 30 des Lagerzapfens 16 bezeiehungsweise den Wälzkörpern und der Bohrung 28 der Buchse 20 zwischengeschaltet sind. Die ringförmigen Ringe 74, 76 sind vorzugsweise aus einem Material ausgeführt, das eine Härte aufweist, die größer ist als diejenige des Lagerzapfens 16 und der Buchse 20. Selbstverständlich kann ein einziger dieser zwei Ringe vorgesehen werden. Solche Verschleißringe können auch in den anderen vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen werden.
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In sämtlichen der beschriebenen Ausführungsformen erfolgt der axiale Halt des Käfigs dadurch, dass auf dem Käfig ein Haltemittel vorgesehen ist, das geeignet ist, mit einem ergänzenden Haltemittel der Buchse und/oder des Lagerzapfens zusammenzuwirken. Die Verwendung einer Nut auf der Buchse und/oder dem Lagerzapfen, die mit einem Vorsprung des Käfigs zusammenwirkt, ist insoweit vorteilhaft, als dass dies den Erhalt eines radialen Übermaßes zwischen den Rändern der Nut und dem zugehörigen Vorsprung des Käfigs ermöglicht, um die axiale Blockierung des Lagers in Bezug zum Lagerzapfen zu gewährleisten.
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In den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen ist der Käfig aus einem Stück ausgeführt. Alternativ könnte es möglich sein, die Ränder getrennt auszuführen und sie danach auf dem axialen Abschnitt zu befestigen, um einen einheitlichen Käfig zu bilden.
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In 7 ist eine Flugsteuerungsvorrichtung 80 für Luftfahrzeuge schematisch veranschaulicht, die ein Steuergehäuse 82 und einen Steuerhebel 84 umfasst, der in Bezug zum Gehäuse um eine Längsachse 86 und eine Querachse 88 beweglich ist, um die Steuerung des Ruders des Flugzeugs zu ermöglichen. Die Längs- 86 und die Querachse 88 sind senkrecht zueinander.
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Zur Gewährleistung der mechanischen Übertragung der Bewegung des Steuerhebels 84 ist ein in 8 und 9 veranschaulichtes Antriebsgelenk 90 innerhalb des Gehäuses 82 gelagert. Das Antriebsgelenk 90 umfasst einen ersten Gabelkopf 92, der vorgesehen ist, um auf dem Steuergehäuse zu lagern, einen zweiten Gabelkopf 94, der auf einer (nicht dargestellten) Antriebswelle befestigt ist, die mit dem Steuerhebel und einer Verbindungsbaugruppe 10, wie vorhergehend beschrieben, verbunden ist, derart, dass eine Kugelgelenkverbindung des Gabelkopfs 94 in Bezug zum Gabelkopf 92 ermöglicht wird. Der Gabelkopf 94 umfasst einen röhrenförmigen Sockel 95, der mit einer Bohrung versehen ist, um die Montage der Antriebswelle zu ermöglichen, und zwei entgegengesetzte Arme 96, 98, die sich ausgehend von dem Sockel erstrecken. Jeder Arm umfasst eine kreisförmige Aussparung (ohne Bezugszeichen), die längs gemäß der Längsachse 86 angeordnet ist und in der eine Buchse 20 aufgenommen ist, um die Montage des Kreuzstücks 12 zu gewährleisten. Zwei Sicherungsringe 27 ermöglichen die Sperrung des Kreuzstücks 12 auf dem Gabelkopf 94 entlang der Längsachse 86. Der Gabelkopf 92 umfasst einen umgreifenden zylindrischen Abschnitt 100, in dem der Gabelkopf 94 teilweise gelagert ist, und der zwei kreisförmige Aussparungen (ohne Bezugszeichen) umfasst, die sich gemäß der Querachse 88 erstrecken und die zwei entgegengesetzten Buchsen 20 aufnehmen, die durch den Gabelkopf 94 freigelassen werden, um die Lagerung des Kreuzstücks 12 auf dem Gabelkopf 92 zu erhalten. Zwei Sicherungsringe 27 ermöglichen die Sperrung des Kreuzstücks 12 auf dem Gabelkopf 92 entlang der Querachse 88. An einem oberen axialen Ende des zylindrischen Abschnitts 100 ist eine Abflachung 102 vorgesehen.
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Dank der Erfindung wird eine Verbindungsbaugruppe für Antriebsgelenke bereitgestellt, in der der axiale Halt der Lager in Bezug zu den zugehörigen Lagerzapfen und Buchsen mit einem verringerten Platzbedarf ausgeführt ist, ohne dass es erforderlich ist, ein zusätzliches Teil vorzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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