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Die Erfindung geht aus von einer Gelenkvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik sind Gelenkvorrichtungen in Form eines Kreuzgelenks oder eines Kardangelenks bekannt. Damit können zwei nicht fluchtende Wellen zur Drehmomentübertragung miteinander verbunden werden. Ein Winkel von Längsachsen der Wellen zueinander kann hierbei variabel sein. Bei einem Kreuzgelenk sind zwei Wellen über ein Mittelstück in Form eines Zapfenkreuzes verschwenkbar miteinander verbunden. Die Schwenkachsen sind hierbei im rechten Winkel zueinander angeordnet.
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Weitere Ausführungsformen von Gelenkvorrichtungen sind beispielsweise aus der
DE 840 637 oder der
DE 1 220 735 bekannt.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkvorrichtung zu schaffen, die bei geringem Bauraumbedarf eine hohe Leistungsdichte aufweist.
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Die Aufgabe wird gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist eine Gelenkvorrichtung mit einer ersten und einer zweiten Welle vorgesehen. Diese sind über ein Gelenk zum Übertragen eines Drehmoments verbunden. Längsachsen der Wellen sind über das Gelenk relativ zueinander um zwei Schwenkachsen verschwenkbar. Zum verschwenkbaren Verbinden und zur Drehmomentübertragung ist zumindest ein erstes Gleitelement vorgesehen, das mit der ersten Welle verbunden ist. Für das zumindest eine erste Gleitelement ist eine erste Gleitaufnahme vorgesehen, die mit der anderen, der zweiten Welle verbunden ist. In der ersten Gleitaufnahme ist das erste Gleitelement translatorisch verschiebbar aufgenommen. Die zweite Welle ist ebenfalls mit zumindest einem zweiten Gleitelement verbunden. Dies wiederum ist in einer zweiten Gleitaufnahme, die mit der ersten Welle oder einer weiteren dritten Welle verbunden ist, translatorisch verschiebbar aufgenommen.
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Diese Lösung hat bei zumindest einer ersten und zweiten Welle den Vorteil, dass zur Drehmomentübertragung zwischen den Wellen eine jeweilige Welle mit einem Gleitelement verbunden ist, das in einer Gleitaufnahme aufgenommen ist. Damit kann auf vorrichtungstechnisch einfache Weise mit geringem Bauraumbedarf ein hohes Drehmoment zwischen den Wellen übertragen werden. Außerdem ist eine geometrische Anordnung der Gleitelemente und Gleitaufnahmen äußerst flexibel. Sind drei Wellen vorgesehen, so können diese ebenfalls mit geringem Bauraumbedarf zur Übertragung eines hohen Drehmoments verbunden werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Gleitelement in der ersten Gleitaufnahme in einer ersten Verschiebeebene translatorisch verschiebbar. Die erste Verschiebeebene wird hierbei von der Längsachse der zweiten Welle – die mit der ersten Gleitaufnahme verbunden ist – und der sich senkrecht zur Längsachse der ersten Welle erstreckenden ersten Schwenkachse aufgespannt. Das zweite Gleitelement wiederum ist in der zweiten Gleitaufnahme in einer zweiten Verschiebeebene translatorisch verschiebbar. Diese wird von der Längsachse der ersten Welle – die mit der zweiten Gleitaufnahme verbunden ist – und der sich senkrecht zur Längsachse der zweiten Welle erstreckenden zweiten Schwenkachse aufgespannt oder die zweite Verschiebeebene wird von der Längsachse der dritten Welle und der sich senkrecht zur Längsachse der zweiten Welle erstreckenden Schwenkachse aufgespannt.
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Um die Höhe des zu übertragenden Drehmoments weiter auf vorrichtungstechnisch einfache Weise und mit geringem zusätzlichen Bauraumbedarf zu steigern, sind zumindest zwei erste Gleitelemente und zwei zweite Gleitaufnahmen mit der ersten Welle und zwei zweite Gleitelemente und zwei erste Gleitaufnahmen mit der zweiten oder dritten Welle verbunden. Hierdurch kann somit auf einfache Weise die Nutzfläche der Gleitelemente zur Drehmomentübertragung deutlich vergrößert werden.
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Vorzugsweise sind die Gleitelemente und die Gleitaufnahmen, die mit einer jeweiligen Welle verbunden sind, in Umfangsrichtung der jeweiligen Welle gesehen wechselweise auf einem Teilkreis angeordnet. Beispielsweise sind die Gleitelemente einer Welle diametral zueinander angeordnet und es sind die Gleitaufnahmen einer Welle diametral zueinander angeordnet.
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Mit Vorteil kragen die Gleitelemente und Gleitaufnahmen einer jeweiligen Welle stirnseitig von dieser axial aus, wobei die gegenüberliegenden Gleitelemente und Gleitaufnahmen ineinander greifen.
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Vorrichtungstechnisch einfach können die Gleitelemente als Gleitsteine ausgebildet sein. Die ersten Gleitelemente können hierbei drehbar um die erste Schwenkachse mit der ersten Welle und die zweiten Gleitelemente drehbar um die zweite Schwenkachse mit der zweiten Welle verbunden sein. Beispielsweise sind die Gleitelemente etwa quaderförmig ausgestaltet. Alternativ können die als Gleitsteine ausgebildeten Gleitelemente stiftförmig sein, die drehbar um die entsprechende Schwenkachse in einer jeweiligen Stiftaufnahme der jeweiligen Welle gelagert sind.
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Zur Aufnahme der Gleitelemente können die Gleitaufnahmen nutförmig ausgebildet sein, deren Längsachse sich etwa zur Längsachse ihrer jeweiligen Welle erstreckt. Die Gleitelemente bilden zusammen mit den Gleitaufnahmen somit eine Nut-Feder-Verbindung, bei der die Feder translatorisch verschiebbar ist.
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Die stiftförmigen Gleitelemente können einen kreiszylindrischen Stiftabschnitt haben, mit dem sie in einer entsprechenden Lageraufnahme ihrer Welle drehbar angeordnet sind und radial auskragen und hierbei in eine als Nut ausgebildete Gleitaufnahme der jeweils anderen Welle eintauchen.
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Die erste Schwenkachse der ersten Welle ist vorteilhafterweise durch zwei diametral an der ersten Welle angeordnete, insbesondere kreiszylindrische und sich radial zu dieser erstreckende Achsvorsprünge gebildet. Die zweite Schwenkachse der zweiten Welle ist vorteilhafterweise ebenfalls durch zwei diametral an der zweiten Welle angeordnete, insbesondere kreiszylindrisch und sich radial zu dieser erstreckende Achsvorsprünge gebildet.
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Die Schwenkachsen sind in Richtung einer jeweiligen Längsachse gesehen etwa rechtwinklig zueinander angeordnet.
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Ein jeweiliges Gleitelement, insbesondere in Form als Gleitstein, weist vorzugsweise eine Aussparung auf, über die es vorrichtungstechnisch einfach drehbar auf einem jeweiligen Achsvorsprung angeordnet ist.
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Zum Übertragen des Drehmoments zwischen den Wellen in beiden Drehrichtungen hat ein jeweiliges Gleitelement jeweils zwei, insbesondere sich etwa parallel erstreckende Gleitflächen, über die es in der jeweiligen Gleitaufnahme geführt ist. Die jeweilige Gleitaufnahme hat wiederum zwei, sich etwa parallel erstreckende Führungsflächen, zwischen denen ein jeweiliges Gleitelement insbesondere gleitend und verschiebbar geführt ist.
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Eine jeweilige Gleitaufnahme kann vorrichtungstechnisch einfach durch zwei plattenförmige Führungsabschnitte gebildet sein, zwischen denen ein Aufnahmeraum vorgesehen ist.
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Vorzugsweise ist bei zwei Wellen eine jeweilige Welle und bei drei Wellen die erste und dritte Welle in Richtung ihrer Längsachse festgelegt. Bei den Wellen handelt es sich beispielsweise um Triebwellen.
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Sind drei Wellen vorgesehen, so ist vorzugsweise die zweite Welle eine Mittelbuchse, die zwischen der ersten und dritten Welle angeordnet ist, womit die Wellen bauraumsparend verbindbar sind, beispielsweise indem die äußeren Wellen jeweils mit einem Endabschnitt in die Mittelbuchse eintauchen.
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Innerhalb der Mittelbuchse können sich bevorzugterweise die mit dieser verbundenen Gleitelemente erstrecken.
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Die Gleitaufnahmen der Mittelbuchse können sich vorzugsweise ausgehend von einer Innenmantelfläche der Mittelbuchse erstrecken.
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Wie vorstehend erläutert können in die Mittelbuchse die erste und dritte Welle mit dem Endabschnitt eintauchen. Eine Außenmantelfläche der Endabschnitte und eine Innenmantelfläche der Mittelbuchse ist hierbei vorzugsweise derart ausgestaltet, dass ein Winkel zwischen der Längsachse der ersten Welle und der Längsachse der Mittelbuchse und zwischen der Längsachse der zweiten Welle und der Längsachse der Mittelbuchse etwa gleich ist. Beispielsweise weisen die Endabschnitte jeweils eine sich hin zur Mittelbuchse verjüngende kegelstumpfförmige Mantelfläche auf, die jeweils an einem jeweiligen kegelstumpfförmigen Flächenabschnitt der Innenmantelfläche der Mittelbuchse anliegbar sind. Die Flächenabschnitte verjüngen sich hierbei jeweils in eine Innenrichtung der Mittelbuchse. Alternativ ist denkbar die Wellen mit der Mittelbuchse etwa kugelkalottenförmig zu verbinden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind in der Mittelbuchse für eine jeweilige Welle jeweils zwei Gleitelemente gelagert. Die Gleitelemente für die erste Welle sind diametral zueinander angeordnet. Die Gleitelemente für die dritte Welle sind ebenfalls diametral zueinander angeordnet. Die Gleitelemente für die erste Welle und die Gleitelemente für die dritte Welle sind – in Richtung der Längsachse der Mittelbuchse gesehen – auf einem gemeinsamen Teilkreis angeordnet. Die Gleitelemente für eine jeweilige Welle sind somit etwa um 180° versetzt zueinander. In Umfangsrichtung zwischen den Gleitelementen ist jeweils eine Gleitaufnahme vorgesehen. Für eine jeweilige Welle sind somit zwei Gleitaufnahmen vorgesehen, in die jeweils ein Gleitelement der entsprechenden Welle eintauchen kann. Die Gleitelemente der jeweiligen Welle sind ebenfalls auf einem Teilkreis angeordnet und somit etwa um 180° versetzt zueinander. Für die Gleitelemente der Mittelbuchse hat eine jeweilige Welle ebenfalls jeweils Gleitaufnahmen.
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Bei einer weitere bevorzugten Ausführungsform weist die erste Welle zwei Gleitelemente auf, die jeweils in eine Gleitaufnahme der Mittelbuchse eintauchen. Zum Verbinden mit der dritten Welle hat die Mittelbuchse dann zwei Gleitelemente, die in entsprechende Gleitaufnahmen der dritten Welle eintauchen. Die erste Welle weist somit keine Gleitaufnahmen auf und die dritte Welle hat keine Gleitelemente. Die Mittelbuchse kann hierdurch äußerst kompakt ausgestaltet sein. Vorzugsweise sind bei der Mittelbuchse die Gleitaufnahmen und die Gleitelemente in Längsrichtung der Mittelbuchse gesehen wechselweise auf einem Teilkreis angeordnet.
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Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 in einer Seitenansicht stark vereinfacht eine erfindungsgemäße Gelenkvorrichtung gemäß einer Ausführungsform,
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2 in einer Draufsicht stark vereinfacht die Gelenkvorrichtung aus 1,
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3 in einer perspektivischen Darstellung die Gelenkvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform und
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4 in einer perspektivischen Darstellung die Gelenkvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
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Gemäß 1 hat eine Gelenkvorrichtung 1 eine erste und zweite Welle 2, 4. Diese sind in der 1 der besseren Darstellbarkeit halber in nicht gekoppeltem Zustand dargestellt. Die Wellen 2 und 4 sind zur Drehmomentübertragung verbindbar. Eine Schwenkachse 6 der Welle 2 und eine Schwenkachse 8 der Welle 4 sind relativ zueinander um zwei Schwenkachsen 10 und 12 verschwenkbar.
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Die Welle 2 ist mit zwei ersten Gleitelementen 14 und 16 in Form von Gleitsteinen verbunden, die gemäß den 1 und 2 etwa quaderförmig ausgestaltet sind. Die ersten Gleitelemente 14 und 16 sind drehbar um die Schwenkachse 12 auf der zweiten Welle 2 gelagert. Hierzu weist diese zwei sich radial erstreckende Achsvorsprünge 18 und 20 auf, die etwa kreiszylindrisch ausgestaltet sind. Die ersten Gleitelemente 14, 16 haben jeweils eine etwa kreiszylindrische Aussparung 22, siehe 2, in die ein jeweiliger Achsvorsprung 18 beziehungsweise 20 eintaucht und gemäß 1 das jeweilige erste Gleitelement 14 beziehungsweise 16 durchsetzt. Die Gleitelemente 14 und 16 sind hierbei auf übliche Weise in Radialrichtung der Welle 2 auf den Achsvorsprüngen 18 und 20 gesichert. Die Achsvorsprünge 18 und 20, die die Schwenkachse 12 ausbilden, sind diametral zueinander angeordnet. Gemäß den 1 und 2 ist für ein jeweiliges erstes Gleitelement 14 und 16 eine jeweilige erste Gleitaufnahme 24 beziehungsweise 26 vorgesehen. In gekoppeltem Zustand der Wellen 2 und 4 taucht das erste Gleitelement 14 in die erste Gleitaufnahme 24 und das erste Gleitelement 16 in die zweite Gleitaufnahme 26. Die Gleitaufnahmen 24 und 26 sind hierbei nutartig ausgestaltet. Zum Übertragen eines Drehmoments haben die ersten Gleitelemente 14 beziehungsweise 16 jeweils zwei etwa parallel zueinander angeordnete Gleitflächen 28 und 30. Über diese ist ein jeweiliges erstes Gleitelement 14 beziehungsweise 16 zwischen zwei Führungsflächen 32 und 34 einer jeweiligen ersten Gleitaufnahme 24 beziehungsweise 26 gelagert. Ein Abstand der Führungsflächen 32 und 34 ist dabei etwa gleich oder etwas größer als ein Abstand der Gleitflächen 28 und 30, womit die Gleitelemente 14 und 16 verschiebbar in den Gleitaufnahmen 24 beziehungsweise 26 geführt sind. Die Führungsflächen 32 und 34 erstrecken sich etwa im Parallelabstand zu einer ersten Verschiebeebene, die von der Längsachse 8 der zweiten Welle 4 und der Schwenkachse 12 aufgespannt ist. Die Führungsflächen 32 und 34 sind hierbei etwa symmetrisch zur Längsachse 8 angeordnet. Die in den Gleitaufnahmen 25 und 26 angeordneten Gleitelemente 14, 16 sind somit translatorisch in der ersten Verschiebeebene verschiebbar.
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Zusätzlich zu den ersten Gleitelementen 14 und 16 sind mit der zweiten Welle 4 zwei weitere zweite Gleitelemente 36 und 38 vorgesehen, siehe 2. Diese sind entsprechend der ersten Gleitelemente 14 und 16 ausgebildet und auf Achsvorsprüngen 40 und 42 der zweiten Welle 4 drehbar gelagert. Die Achsvorsprünge 14, 42 bilden hierbei die Schwenkachse 10. Für die zweiten Gleitelemente 36 und 38 sind an der ersten Welle 2 zweite Gleitaufnahmen 44 beziehungsweise 46 vorgesehen. Die zweiten Gleitelemente 36 und 38 sind entsprechend der ersten Gleitelemente 14 und 16 und die zweiten Gleitaufnahmen 44 und 46 entsprechend der ersten Gleitaufnahme 24 und 26 ausgebildet, weswegen zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehend erläuterten Ausführungen verwiesen wird.
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Sind die Wellen 2 und 4 miteinander gekoppelt, indem die ersten Gleitelemente 14 und 16 in die ersten Gleitaufnahmen 24 und 26 und die zweiten Gleitelemente 36 und 38 in die zweiten Gleitaufnahmen 44 und 46 eingetaucht sind, so kann ein Drehmoment zwischen den Wellen 2 und 4 übertragen werden. Da sowohl an der ersten Welle 2 als auch an der zweiten Welle 4 Gleitelemente 14, 16 beziehungsweise 36, 38 in die entsprechende Gleitaufnahmen 24, 26 beziehungsweise 44, 46 eintauchen, kann mit geringem Bauraumbedarf auf vorrichtungstechnisch einfache Weise ein vergleichsweise hohes Drehmoment zwischen den Wellen 2 und 4 übertragen werden.
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Gemäß 3 ist zusätzlich eine dritte Welle 48 vorgesehen. Die zweite Welle ist hierbei als Mittelbuchse 50 ausgebildet und zwischen der ersten Welle 2 und der dritten Welle 48 angeordnet. Mit einem Endabschnitt tauchen eine jeweilige Welle 2 und 48 in die Mittelbuchse 50 ein und werden somit von dieser umgriffen. Zum Verbinden der ersten Welle 2 mit der Mittelbuchse 50 sind in der Mittelbuchse 50 zwei Gleitelemente 52 vorgesehen, die auf einem Teilkreis angeordnet sind, wobei in der 3 nur eines gezeigt ist. Die Gleitelemente 52 sind stiftförmig ausgestaltet und haben einen etwa kreiszylindrischen Abschnitt, der jeweils in ein Aufnahmeloch bzw. eine Aufnahmebohrung der Mittelbuchse 50 eingesetzt ist. Die stiftförmigen Gleitelemente 52 erstrecken sich mit ihrem Führungsabschnitt radial nach innen in die Mittelbuchse 50. Die Gleitelemente 52 sind mit ihren Führungsabschnitten dann in Gleitaufnahmen 54 der ersten Welle 2 eingetaucht. Des Weiteren weist die Welle 2 zwei etwa um 180° zu den Gleitelementen 52 versetzte Gleitelemente 56 auf, die in Gleitaufnahmen 58 der Mittelbuchse 50 eintauchen. Die Gleitelemente 56 der ersten Welle 2 sind entsprechend den Gleitelementen 52 ausgestaltet. Gemäß 3 ist der Führungsabschnitt der Gleitelemente 56 erkennbar. Die Gleitelemente 56 der ersten Welle 2 sind etwa um 90° versetzt zu den Gleitelementen 52 der Mittelbuchse 50 in Umfangsrichtung gesehen angeordnet. Zum Verbinden der dritten Welle 48 weist die Mittelbuchse 50 zwei weitere Gleitelemente 60 auf, die jeweils in eine entsprechende Gleitaufnahme 62 der dritten Welle 48 eintauchen. Die Gleitelemente 60 sind auf einem gleichen Teilkreis wie die Gleitelemente 52 in Längsrichtung der Mittelbuchse 50 gesehen angeordnet. Somit sind sie die beiden Gruppen von Gleitelementen 52 und 60 in Längsrichtung gesehen hintereinander angeordnet. Des Weiteren hat die dritte Welle 48 zwei Gleitelemente 64, die in Gleitaufnahmen 66 der Mittelbuchse 50 eintauchen. Die Endabschnitte der ersten und dritten Welle 2, 48, die in die Mittelbuchse 50 eingetaucht sind, weisen jeweils eine Außenmantelfläche auf, die derart mit einer Innenmantelfläche der Mittelbuchse 50 zusammenwirkt, dass ein Winkel zwischen den Längsachsen der ersten Welle 2 und der dritten Welle 48 zur Längsachse der Mittelbuchse 50 etwa gleich ist. Durch den gleichen Winkel wird sichergestellt, dass eine gleichförmige Drehmomentübertragung zwischen den Wellen 2 und 48 erfolgt.
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Die weitere Ausführungsform gemäß 4 sieht ebenfalls eine Mittelbuchse 50 vor, die die erste Welle 2 mit der dritten Welle 48 verbindet. Im Unterschied zur 3 weist die erste Welle 2 keine Gleitaufnahmen und entsprechend die Mittelbuchse 50 für die erste Welle 2 keine Gleitelemente auf. Außerdem hat die dritte Welle 48 keine Gleitelemente und entsprechend die Mittelbuchse 50 keine Gleitaufnahmen. Die Drehmomentverbindung zwischen der ersten Welle 2 und der Mittelbuchse 50 erfolgt somit über zwei Gleitelemente 68 der ersten Welle 2, die diametral zueinander angeordnet sind und entsprechend der Ausführungsform in den 1 und 2 ausgestaltet sind. Sie wirken mit einer in der 4 nicht ersichtlichen Gleitaufnahme der Mittelbuchse 50 zusammen. Des Weiteren sind innerhalb der Mittelbuchse 50 für die Drehmomentverbindung mit der dritten Welle 48 zwei diametral zueinander angeordnete Gleitelemente 70 vorgesehen. Die Gleitelemente 70 sind hierbei etwa um 90° versetzt zu den Gleitelementen 68 angeordnet. Für die Gleitelemente 70 weist die dritte Welle 48 jeweils Gleitaufnahmen 72 auf. Gemäß 4 sind für die Gleitaufnahmen der Mittelbuchse 50 und für die in der Mittelbuchse 50 gelagerten Gleitelemente 70 durch die versetzte Anordnung eine kompakte Ausgestaltung ermöglicht, ohne an mechanischer Steifigkeit einzubüßen. Die Sicherstellung der Winkelstellung der Mittelbuchse 50 und damit die gleichmäßige Drehmomentübertragung erfolgt beispielsweise etwa gemäß der Ausführungsform in 3.
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Offenbart ist eine Gelenkvorrichtung beziehungsweise ein Kardangelenk, über das zwei Wellen verschwenkbar zueinander verbunden sind und mit dem ein Drehmoment zwischen den Wellen übertragbar ist. Eine jeweilige Welle ist hierbei mit einem Gleitelement verbunden, das in eine Gleitaufnahme der jeweils anderen Welle eingreift. Die Gleitelemente sind hierbei translatorisch verschiebbar in der ihr zugeordneten Gleitaufnahme angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gelenkvorrichtung
- 2
- Welle
- 4
- Welle
- 6
- Längsachse
- 8
- Längsachse
- 10
- Schwenkachse
- 12
- Schwenkachse
- 14
- erstes Gleitelement
- 16
- erstes Gleitelement
- 18
- Achsvorsprung
- 20
- Achsvorsprung
- 22
- Aussparung
- 24
- erste Gleitaufnahme
- 26
- erste Gleitaufnahme
- 28
- Gleitfläche
- 30
- Gleitfläche
- 32
- Führungsfläche
- 34
- Führungsfläche
- 36
- zweites Gleitelement
- 38
- zweites Gleitelement
- 40
- Achsvorsprung
- 42
- Achsvorsprung
- 44
- zweite Gleitaufnahme
- 46
- zweite Gleitaufnahme
- 48
- dritte Welle
- 50
- Mittelbuchse
- 52
- Gleitelement
- 54
- Gleitaufnahme
- 56
- Gleitelement
- 58
- Gleitaufnahme
- 60
- Gleitelement
- 62
- Gleitaufnahme
- 64
- Gleitelement
- 66
- Gleitaufnahme
- 68
- Gleitelement
- 70
- Gleitelement
- 72
- Gleitaufnahme
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 840637 [0003]
- DE 1220735 [0003]
