DE102013223102B4

DE102013223102B4 - Joch zum Aufnehmen einer Welle sowie Kardangelenk mit solch einem Joch

Info

Publication number: DE102013223102B4
Application number: DE102013223102.4A
Authority: DE
Inventors: Christopher J. Mielke; Miroslaw Zaloga; Peter J. JUDIS; Monica M. Ligerakis
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2033-11-14
Also published as: CN103836085A; US20140140761A1; DE102013223102A1; US9086097B2; CN103836085B

Abstract

Joch (12) zum Aufnehmen einer Welle (16), wobei das Joch (12) umfasst: einen Bund (20, 120); einen Wellenschlitz (24), der durch den Bund (20) definiert ist; eine erste Klemmnase (26), die von dem Bund (20) ausgeht und ein erstes abgekantetes Ende (32, 132) aufweist, wobei das erste abgekantete Ende (32, 132) in Richtung des Wellenschlitzes (24) abgekantet ist; und eine zweite Klemmnase (28), die von dem Bund (20) ausgeht und ein zweites abgekantetes Ende (32) aufweist, wobei das zweite abgekantete Ende (32) von dem Wellenschlitz (24) weg abgekantet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung bezieht sich auf ein Joch zum Aufnehmen einer Welle sowie ein Kardangelenk mit solch einem Joch, wie beispielsweise aus den Druckschriften FR 94 333 E , JP H06-72 780 U oder DE 69 34 998 U bekannt.
HINTERGRUND
Kardangelenkkupplungen oder Kardangelenke ermöglichen die Übertragung einer Drehbewegung zwischen starren Strukturen wie etwa Stangen, die eine Winkelverlagerung dazwischen aufweisen. Die Kardangelenkkupplung kann eines oder mehrere Scharniere enthalten, die durch einen Querschaft verbunden sind.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird ein Joch zur Aufnahme einer Welle geschaffen. Das Joch enthält einen Bund und kann ein Paar von dem Bund ausgehender Flügel enthalten. Durch den Bund ist ein Wellenschlitz definiert. Von dem Bund geht eine erste Klemmnase aus, die ein erstes abgekantetes Ende aufweist. Von dem Bund geht eine zweite Klemmnase aus, die ein zweites abgekantetes Ende aufweist. Das erste abgekantete Ende ist in Richtung des Wellenschlitzes abgekantet. Dagegen ist das zweite abgekantete Ende von dem Wellenschlitz weg abgekantet. Das Paar Flügel, der Bund, die erste Klemmnase und die zweite Klemmnase können als einteiliges, einheitliches Element gebildet sein.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung einiger der besten Ausführungsarten und anderer Ausführungsformen der Erfindung, die allein durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, bei Betrachtung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische isometrische Ansicht eines Kardangelenks;
2 ist eine schematische isometrische Ansicht eines Jochs von dem Kardangelenk aus 1;
3 ist ein schematischer Teilquerschnitt des Jochs und eines Klemmbolzens entlang der Linie 3-3 aus 1;
4 ist ein schematischer Teilquerschnitt eines nicht beanspruchten Jochs und Klemmbolzens entlang eines ähnlichen Blicks wie die Linie 3-3 aus 1;
5 ist ein schematischer Teilquerschnitt des Kardangelenks aus 1 entlang der Linie 5-5; und
6 ist ein schematischer Teilquerschnitt ähnlich dem in 5 Gezeigten, wobei die Welle aber nur teilweise in das Joch eingeführt ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wo es möglich ist, entsprechen gleiche Bezugszeichen anhand der Zeichnungen überall in den mehreren Figuren gleichen oder ähnlichen Komponenten. 1 zeigt eine isometrische Ansicht einer Kardangelenkkupplung oder eines Kardangelenks 10, die bzw. das zum Übertragen einer Drehbewegung verwendet werden kann. Das Kardangelenk 10 kann wie etwa mit einem Querbolzen (nicht gezeigt) mit einem anderen ähnlichen Gelenk verbinden oder kann mit anderen Strukturen verbinden.
Das Kardangelenk 10 enthält ein Joch 12, einen Bolzen oder Klemmbolzen 14 und eine Welle 16, die eine Antriebswelle oder eine Abtriebswelle sein kann. Der Klemmbolzen 14 ist mit dem Joch 12 in Eingriff und zum Halten der Welle 16 an dem Joch 12 konfiguriert. Der Klemmbolzen 14 wirkt mit einer durch die Welle 16 definierten Whistle-Notch-Kerbe 18 zusammen, um die Welle 16 an dem Joch 12 zu halten. Alle Abschnitte des Jochs 12 können aus einer einzelnen, einheitlichen, einteiligen Pressung gebildet sein.
Nun in 2 und 3 und weiter anhand von 1 sind zusätzliche Ansichten von Abschnitten des Kardangelenks 10 gezeigt. 2 zeigt eine isometrische Ansicht des Jochs 12 und 3 zeigt eine Teilquerschnittsansicht des Jochs 12 und des Klemmbolzens 14 entlang der Linie 3-3 aus 1. Es wird angemerkt, dass die Welle 16 in 2 oder 3 nicht gezeigt ist.
Das Joch 12 enthält einen Bund 20 und ein Paar Flügel 22, die eine U-förmige Öffnung 23 definieren, die auf der gegenüberliegenden Seite des Jochs 12 von der Welle 16 von dem Bund 20 ausgehen. Die Flügel 22 können mit einem oder mehreren Drehzapfen oder Zapfen (nicht gezeigt) zusammenwirken, die sich innerhalb der U-förmigen Öffnung 23 befinden. Die Drehzapfen oder Zapfen können an einem anderen Gelenk, an einem anderen Joch oder in einer anderen Welle befestigt sein.
Der Bund 20 definiert einen Wellenschlitz 24, in den die Welle 16 eingeführt wird oder mit dem sie in Eingriff gebracht wird. Der Wellenschlitz 24 definiert um das Äußere des Wellenschlitzes 24 einen verzahnten Abschnitt 25. Der verzahnte Abschnitt 25 wirkt mit einem Keilprofil zusammen, das an der Welle 16 gebildet ist, um eine Drehbewegung zwischen der Welle 16 und dem Joch 12 zu übertragen. Der Wellenschlitz 24 ist in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der U-förmigen Öffnung 23 und zu den Drehzapfen oder Zapfen, die zwischen den Flügeln 22 verbinden würden, teilweise offen. Wie in den Figuren gezeigt ist, ist der Wellenschlitz 24 nach oben oder vertikal offen und definiert die U-förmige Öffnung einen Zwischenraum für die horizontalen Zapfen.
Von dem Bund 20 geht eine erste Klemmnase 26 aus und von dem Bund 20 geht eine zweite Klemmnase 28, allgemein auf einer gegenüberliegenden Seite des Wellenschlitzes 24, aus. Die erste Klemmnase 26 weist ein erstes abgekantetes Ende 32 auf und die zweite Klemmnase 28 weist ein zweites abgekantetes Ende 34 auf. Das erste abgekantete Ende 32 ist in Richtung des Wellenschlitzes 24 abgekantet, so dass Abschnitte des ersten abgekanteten Endes 32 den verzahnten Abschnitt 25 definieren.
Anders als das erste abgekantete Ende 32 ist das zweite abgekantete Ende 34 von dem Wellenschlitz 24 weg abgekantet. Somit ist das zweite abgekantete Ende 34 in Bezug auf den Wellenschlitz 24 auf der Außenseite des Bunds 20. Die Flügel 22, der Bund 20, die erste Klemmnase 26 und die zweite Klemmnase 28 sind als ein einteiliges, einheitliches Element gebildet. Somit kann das Joch 12 ohne Beschränkung durch Pressen gebildet werden. Alternativ kann das Joch 12 durch Gießen gebildet werden oder aus einem Knüppel maschinell bearbeitet werden. Das gezeigte Joch 12 kann eine maschinelle Nachbearbeitung nach dem Pressen nutzen, um einige der Endmerkmale wie etwa den verzahnten Abschnitt 25 zu bilden.
Um den Klemmbolzen 14 zu befestigen, ist durch die erste Klemmnase 26 ein erstes Bohrloch oder eine erste Bohrung 30 definiert und ist durch die zweite Klemmnase 28 ein zweites Bohrloch oder eine zweite Bohrung 31 definiert. Die erste Bohrung 30 und die zweite Bohrung 31 sind im Wesentlichen koaxial. Allerdings wird angemerkt, dass die erste Bohrung 30 und die zweite Bohrung 31 nicht denselben Durchmesser zu haben brauchen und eine Senkung 36 enthalten können oder im Wesentlichen an den Durchmesser des Klemmbolzens 14 angepasst sein können.
Das zweite abgekantete Ende 34 definiert einen Gewindeabschnitt 38. In Konfigurationen mit der Senkung 36 kann der Gewindeabschnitt 36 in Richtung der Einführung des Klemmbolzens 14 über die Senkung 36 hinausgehen. Der Gewindeabschnitt 38 wirkt mit dem Klemmbolzen 14 zusammen, um den Klemmbolzen 14 mit dem Joch 12 in Eingriff zu bringen. Wie in 3 gezeigt ist, verläuft der Gewindeabschnitt 38 der zweiten Bohrung 31 nicht in den verzahnten Abschnitt 25 des Wellenschlitzes 24.
Der Klemmbolzen 14 ist so konfiguriert, dass er durch die Whistle-Notch-Kerbe 18 der Welle 16 geht, wenn er mit dem Gewindeabschnitt 38 der zweiten Bohrung 31 in Eingriff ist. Die erste Bohrung 30 und die zweite Bohrung 31 sind im Wesentlichen koaxial mit einer Achse 39 des Klemmbolzens 14.
Nun in 4 und weiter anhand von 1–3 ist eine Querschnittsansicht eines nicht beanspruchten Jochs 112 und Klemmbolzens 114, die mit einer Welle (nicht gezeigt) ähnlich der in 1 gezeigten Welle 16 zusammenwirken können, gezeigt. 4 ist entlang eines ähnlichen Blicks wie der der in 1 gezeigten Linie 3-3 genommen, so dass das Joch 112 aus 4 mit dem in 3 gezeigten Joch 12 verglichen und ihm gegenübergestellt werden kann.
Das Joch 112 enthält einen Bund 120 und eine von dem Bund 120 ausgehende U-förmige Öffnung (nicht getrennt mit Bezugszeichen versehen, auf der gegenüberliegenden Seite des Blicks aus 4). Ein Paar Flügel 122 definieren die U-förmige Öffnung, die einen Drehzapfen halten kann. Der Bund 120 definiert einen Wellenschlitz 124, in den die Welle eingeführt wird oder mit dem sie in Eingriff gebracht wird. Der Wellenschlitz 124 definiert um das Äußere des Wellenschlitzes 124 einen gezahnten Abschnitt 125. Der gezahnte Abschnitt 125 wirkt mit einem an der Welle gebildeten Keilprofil zusammen, um eine Drehbewegung zwischen der Welle und dem Joch 112 zu übertragen.
Von dem Bund 120 geht eine erste Klemmnase 126 aus und von dem Bund 120 geht eine zweite Klemmnase 128, allgemein auf einer gegenüberliegenden Seite des Wellenschlitzes 124, aus. Die erste Klemmnase 126 weist ein erstes abgekantetes Ende 132 auf und die zweite Klemmnase 128 weist ein zweites abgekantetes Ende 134 auf. Die Flügel 122, der Bund 120, die erste Klemmnase 126 und die zweite Klemmnase 128 sind als einteiliges, einheitliches Element gebildet und können z. B. durch Pressen gebildet werden.
Das erste abgekantete Ende 132 ist wie bei dem in 3 gezeigten Joch 12 in Richtung des Wellenschlitzes 124 abgekantet, so dass Abschnitte des ersten abgekanteten Endes 132 den verzahnten Abschnitt 125 definieren können. Anders als das zweite abgekantete Ende 34 des Jochs 12 ist das zweite abgekantete Ende 134 des Jochs 112 ebenfalls in Richtung des Wellenschlitzes 124 abgekantet. Somit befindet sich das zweite abgekantete Ende 134 in Bezug auf den Wellenschlitz 124 auf der Außenseite des Bunds 120.
Um den Klemmbolzen 114 zu befestigen, ist durch die erste Klemmnase 126 ein erstes Bohrloch oder eine erste Bohrung 130 definiert und ist durch die zweite Klemmnase 128 ein zweites Bohrloch oder eine zweite Bohrung 131 definiert. Die erste Bohrung 130 und die zweite Bohrung 131 sind im Wesentlichen koaxial.
Die zweite Klemmnase 128 definiert einen Gewindeabschnitt 138. Der Gewindeabschnitt 138 wirkt mit dem Klemmbolzen 114 zusammen, um den Klemmbolzen 114 mit dem Joch 112 in Eingriff zu bringen. Wie in 4 gezeigt ist, muss der Gewindeabschnitt 138 der zweiten Bohrung 131 möglicherweise in den verzahnten Abschnitt 125 des Wellenschlitzes 124 verlaufen, um ausreichenden Gewindeeingriff mit dem Klemmbolzen 114 zu ermöglichen.
Der Klemmbolzen 114 ist so konfiguriert, dass er durch eine Whistle-Notch-Kerbe (nicht gezeigt) der Welle geht, wenn er mit dem Gewindeabschnitt 138 der zweiten Bohrung 131 in Eingriff ist. Die erste Bohrung 130 und die zweite Bohrung 131 sind im Wesentlichen koaxial mit einer Achse 139 des Klemmbolzens 114.
Wie in 3 und 4 gezeigt ist, ist die Achse 139 des Klemmbolzens 114 in dem Joch 112 verhältnismäßig höher als die Achse 39 des Klemmbolzens 14 in dem Joch 12. Dadurch, dass sich der Gewindeabschnitt 38 und das zweite abgekantete Ende 34 auf der Außenseite des Wellenschlitzes 24 befinden, senkt das Joch 12 die Klemmschraube 14 ab. Der verhältnismäßig niedrigere Ort des Klemmbolzens 14 in dem Joch 12 gegenüber dem Joch 112 ermöglicht ebenfalls, dass die Whistle-Notch-Kerbe 18 an der Welle 16 tiefer ist. Wie in 4 gezeigt ist, muss die zweite Bohrung 131 (im Vergleich zu der zweiten Bohrung 31 des Jochs 12) höher sein, um eine ausreichende Entfernung für den Eingriff mit dem Klemmbolzen 114 bereitzustellen, wenn das zweite abgekantete Ende 134 in Richtung des Wellenschlitzes 124 abgekantet ist.
Nun in 5 und 6 und weiter anhand von 1–4 sind zwei Teilquerschnittsansichten des Kardangelenks 10 gezeigt. 5 und 6 sind mit dem entlang der Linie 5-5 aus 1 geschnittenen Joch 12 gezeigt, wobei der Klemmbolzen 14 und die Welle 16 aber als Ganzes gezeigt sind. 5 zeigt das vollständig zusammengesetzte Kardangelenk 10.
6 zeigt das Kardangelenk 10, wenn der Klemmbolzen 14 eingeführt worden ist, bevor die Welle 16 mit dem Wellenschlitz 24 in Eingriff gebracht worden ist, so dass die Welle 16 nicht richtig in den Wellenschlitz 24 eingeführt ist. Während der Montage muss die Welle 16 in der Weise in den Wellenschlitz 24 eingeführt werden, dass der verzahnte Abschnitt 25 mit dem Keilprofil an der Welle 16 in Eingriff gelangt. Daraufhin kann der Klemmbolzen 14 durch die erste Bohrung 30, durch die Whistle-Notch-Kerbe 18 und durch die zweite Bohrung 31 eingeführt werden, um die Welle 16 mit dem Joch 12 zu verriegeln.
Wie in 5 und 6 gezeigt ist, kann die Achse 39 des Klemmbolzens 14 mit einer Oberseite der Welle 16 im Wesentlichen zusammenfallen. Die tiefe Whistle-Notch-Kerbe 18 und das zweite abgekantete Ende 34 ermöglichen, dass der Klemmbolzen 14 auf die gezeigte Höhe abgesenkt wird.
In dem gezeigten Kardangelenk 10 weist die Whistle-Notch-Kerbe 18 eine Kerbtiefe auf, die gleich oder größer einer Hälfte des Durchmessers des Klemmbolzens 14 ist. Allerdings können einige Konfigurationen den Klemmbolzen 14 nicht so weit in die Welle 16 absenken.
Das Joch 12 des Kardangelenks 10 enthält einen in dem Bund 20 gebildeten Freischnitt 40. Der Freischnitt 40 ist ferner in 5 durch eine Vollkörperlinie 41 dargestellt, die einen Abschnitt des Bunds 20 repräsentiert, der entfernt worden ist (oder nie enthalten war), um den Freischnitt 40 zu bilden. Der Freischnitt 40 ist dem Wellenschlitz 24 gegenüberliegend von der ersten Klemmnase 26 und der zweiten Klemmnase 28 gebildet und ist ebenfalls den Flügeln 22 gegenüberliegend oder von ihnen weg weisend gebildet.
Der Freischnitt 40 entfernt Abschnitte des Bunds 20, die ansonsten, wie durch die Vollkörperlinie 41 in 5 dargestellt ist, einen Teil des gezahnten Abschnitts 25 definieren würden. Somit steht weniger von dem Wellenschlitz 24 und von dem gezahnten Abschnitt 25 zu Verfügung, um die Welle 16 zu erfassen und zu halten, wenn der Klemmbolzen 14 wie in 6 gezeigt vor der Welle 16 eingeführt wird. Somit verringert der Freischnitt 40 die Möglichkeiten der Fehlmontage des Kardangelenks 10.
Die richtige Montage des Kardangelenks 10 vermeidet die in 6 gezeigte Bedingung, da die Welle 16 und das Joch 12 nicht zusammenbleiben. Falls die Welle 16 allerdings teilweise in den Wellenschlitz 24 eintreten kann, können die Zähne an der Welle 16 den gezahnten Abschnitt 25 ergreifen oder packen und das (falsche) Aussehen oder Gefühl vermitteln, dass das Kardangelenk 10 vollständig zusammengesetzt worden ist.
Der Freischnitt 40 kann eine Unterschnittebene 42 definieren, die in dem nächsten Abschnitt des Freischnittes 40 in Richtung der durch die Flügel 22 gebildeten U-förmigen Öffnung 23 ist. In der in 5 und 6 gezeigten Konfiguration fällt die Unterschnittebene 42 mit einem Rand der ersten Bohrung 30, der der U-förmigen Öffnung 23 gegenüberliegt, im Wesentlichen zusammen. Somit ist die Fähigkeit der Welle 16, in den Wellenschlitz 24 eingeführt und darin gehalten zu werden, nachdem der Klemmbolzen 14 bereits mit dem Joch 12 in Eingriff gebracht worden ist, weiter verringert.

Claims

Joch (12) zum Aufnehmen einer Welle (16), wobei das Joch (12) umfasst: einen Bund (20, 120); einen Wellenschlitz (24), der durch den Bund (20) definiert ist; eine erste Klemmnase (26), die von dem Bund (20) ausgeht und ein erstes abgekantetes Ende (32, 132) aufweist, wobei das erste abgekantete Ende (32, 132) in Richtung des Wellenschlitzes (24) abgekantet ist; und eine zweite Klemmnase (28), die von dem Bund (20) ausgeht und ein zweites abgekantetes Ende (32) aufweist, wobei das zweite abgekantete Ende (32) von dem Wellenschlitz (24) weg abgekantet ist.
Joch nach Anspruch 1, das ferner umfasst: einen Freischnitt (40), der in dem Bund (20) dem Wellenschlitz (24) gegenüberliegend von der ersten Klemmnase (26) und der zweiten Klemmnase (28) gebildet ist.
Joch nach Anspruch 2, wobei das Joch (12) mit einem Bolzen (14) zusammenwirkt und ferner umfasst: eine erste Bohrung (30), die durch die erste Klemmnase (26) definiert ist; und eine zweite Bohrung (31), die durch die zweite Klemmnase (28) definiert ist und die koaxial mit der ersten Bohrung (26) ist, wobei das zweite abgekantete Ende (32) einen Gewindeabschnitt (36) definiert, der mit dem Bolzen (14) zusammenwirkt, um den Bolzen (14) mit dem Joch (12) in Eingriff zu bringen.
Joch nach Anspruch 3, das ferner umfasst: einen gezahnten Abschnitt (25), der um das Äußere des Wellenschlitzes (24) definiert ist, wobei der Gewindeabschnitt (36) der zweiten Bohrung (31) nicht in den gezahnten Abschnitt (25) verläuft.
Joch nach Anspruch 4, wobei der Freischnitt (40) eine Unterschnittebene (42) definiert, die mit einem Rand der ersten Bohrung (30), der einem Paar Flügel (22) gegenüberliegt, zusammenfällt.
Joch nach Anspruch 5, wobei die erste Bohrung (30) eine Bolzenachse definiert, die mit einer Oberseite der Welle (16) zusammenfällt.
Joch nach Anspruch 6, das ferner umfasst: ein Paar Flügel (22), die der Unterschnittebene (42) gegenüberliegend von dem Bund (20) ausgehen, wobei das Paar Flügel (22), der Bund (20), die erste Klemmnase (26) und die zweite Klemmnase (28) ein einteiliges, einheitliches Element sind.
Kardangelenk (10), das umfasst: eine Welle (16), die eine Whistle-Notch-Kerbe aufweist; ein Joch (12), das enthält: einen Bund (20); ein Paar Flügel (22), die von dem Bund (20) ausgehen und die eine U-förmige Öffnung (23) definieren; einen durch den Bund (20) definierten Wellenschlitz (24); eine erste Klemmnase (26), die von dem Bund (20) ausgeht und die ein erstes abgekantetes Ende (32) aufweist, wobei das erste abgekantete Ende (32) in Richtung des Wellenschlitzes (24) abgekantet ist; eine zweite Klemmnase (28), die von dem Bund (20) ausgeht und die ein zweites abgekantetes Ende (32) aufweist, wobei das zweite abgekantete Ende (32) von dem Wellenschlitz (24) weg abgekantet ist, und wobei das Paar Flügel (22), der Bund (20), die erste Klemmnase (26) und die zweite Klemmnase (28) ein einteiliges, einheitliches Element sind; eine erste Bohrung (30), die durch die erste Klemmnase (26) definiert ist; und eine zweite Bohrung (31), die durch die zweite Klemmnase (28) definiert ist und die koaxial mit der ersten Bohrung (30) ist, wobei das zweite abgekantete Ende (32) einen Gewindeabschnitt (36) definiert, der mit einem Bolzen (14) zusammenwirkt, um den Bolzen (14) mit dem Joch (12) in Eingriff zu bringen; wobei der Bolzen (14), der dafür konfiguriert ist, mit dem Gewindeabschnitt (36) der zweiten Bohrung (31) in Eingriff zu gelangen und durch eine Whistle-Notch-Kerbe (18) der Welle (16) zu verlaufen.
Kardangelenk nach Anspruch 8, das ferner umfasst: einen Freischnitt (40), der in dem Bund (20) dem Wellenschlitz (24) gegenüberliegend von der ersten Klemmnase (26) und der zweiten Klemmnase (28) gebildet ist und von der durch das Paar Flügel (22) definierten U-förmigen Öffnung (23) wegweist.
Kardangelenk nach Anspruch 9, wobei die erste Bohrung (30) einen Bolzendurchmesser definiert, und wobei die Whistle-Notch-Kerbe (18) eine Kerbtiefe definiert, die gleich oder größer einer Hälfte des Bolzendurchmessers ist.