DE102017011608B4

DE102017011608B4 - 90°-Gelenkgetriebe

Info

Publication number: DE102017011608B4
Application number: DE102017011608.3A
Authority: DE
Inventors: gleich Patentinhaber Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-12-24
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2023-07-06
Anticipated expiration: 2037-12-16
Also published as: DE102017011608A1

Abstract

90°-Gelenkgetriebe bestehend aus zwei Gelenkgabeln mit fest gelagerten Kegel- und Stirnradpaaren zur formschlüssigen Übertragung einer Drehbewegung bei Winkelversatz der Wellen oder veränderlichem Beugungswinkel zwischen den Wellen bis 90°, wobei jede Gelenkgabel (4, 22) stirnseitig ein Anschlusskegelrad (1, 25) mit einer koaxialen Ausnehmung aufweist, in der eine 1. Lagerung (3, 24) die Anschlusskegelräder (1, 25) aufnehmen, sowie in einer 2. Lagerung (7, 19) die Kegelräder (5, 21) und die Stirnräder (8, 18) aufnehmen, des Weiteren in einer 3. Lagerung (11, 16) die Stirnräder (9, 17) aufnehmen, die wiederum fest mit den Kegelrädern (12, 14) verbunden sind, und die Kegelräder (12, 14) über ein Achsenkreuz (13) zueinander im gegenseitigen Eingriff stehen, gelenkig gelagert und jeweils frei drehend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusskegelrad (1, 25) in gegenseitigem Eingriff zu mindestens dem Kegelrad (5, 21) steht und über eine koaxiale 1. Lagerung (3, 24) fest und freidrehend zu einer Gelenkgabel (4, 22) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gelenkgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Gleichlaufgelenke oder homokinetische Gelenke werden für die kontinuierliche Übertragung von Drehbewegungen und Drehmomenten eingesetzt. Sie übertragen die Drehbewegung einer antreibenden Welle auf eine anzutreibende Welle ohne Veränderung der Drehzahl oder des Drehmomentes. Die Übertragung erfolgt unabhängig von Drehzahl, Drehmoment oder dem Wert des Beugungswinkels.
Gleichlaufgelenke müssen in sich spielarm sein, um beschleunigte oder verzögerte Drehbewegungen ohne Stöße übertragen zu können. Sie sollten wartungsarm arbeiten und je nach Bauart, kleine oder große Drehmomente, bei höheren oder niedrigeren Temperaturen, zerstörungsfrei und formschlüssig übertragen.
Es ist bekannt zur Erfüllung des Erfordernisses, eine Drehbewegung homokinetisch und formschlüssig bis zu einem Beugungswinkel von 90° zu übertragen, Gleichlaufgelenke gemäß D1 bis D6 einzusetzen:

Gemäß D1: US 912 096 A werden die Gelenkhälften über zwei axial federnd gelagerte Zugbolzen zusammengehalten, die an der Gelenkmitte zugewandten Seiten ein scharnierähnliches Lager aufweisen. Nachteilig bei diesem Gelenk ist, dass es wegen der nur eindimensionalen Abwinkelbarkeit nicht ohne weiteres aus der gestreckten in die gebeugte Stellung zu bringen ist. Ebenso steht dieses Gelenk je nach Beugungswinkel unter veränderlicher Federspannung, die mit Zunahme des Beugungswinkels größer wird, sodass das Gelenk bestrebt ist, die gestreckte Stellung einzunehmen.
Gemäß D2: US 4 721 493 A ist ein Gelenk bekannt, bei dem die Gelenkhälften durch einen vorgespannten flexiblen Draht zusammengehalten werden. Nachteilig hierbei ist, dass der Draht bei Drehung des gebeugten Gelenkes einer ständigen Biegebeanspruchung unterliegt und das Gelenk ebenfalls mit Zunahme des Beugungswinkels bestrebt ist, die gestreckte Stellung einzunehmen.
Gemäß D3: DE 1019131 A ist ein Wellengelenk mit konvexen Zahnkränzen bekannt, die miteinander durch schwenk- und verdrehbare Verbindungsmittel im Eingriff stehen. Bei diesem Gelenk unterliegen die Verbindungsmittel keiner ständigen Zugspannung, wodurch das Gelenk kein Bestreben hat, sich aus der gebeugten in die gestreckte Position zurückzubewegen. Nachteilig bei diesem Gelenk ist, dass es wegen der einseitigen und eindimensionalen Abwinkelbarkeit nicht ohne weiteres aus der gestreckten in eine gebeugte Stellung zu bringen ist und bei einer ungünstigen Position oder Richtungslage des Verbindungsmittels sogar ein Blockieren der Beugebewegung besteht.
Gemäß D4: US 2 261 901 A wird das Gelenk über eine scharnierähnliche Halterung zusammengehalten, wodurch nur eine eindimensionale Abwinkelbarkeit zu erreichen ist. Aus der gestreckten Lage heraus kann es zu einem Blockieren der Beugebewegung kommen, die vermieden werden muss. Nachteilig ist, dass dadurch das Gelenk nur in einer gebeugten Stellung verwendet werden kann.
Gemäß D5: US 4 789 377 A wird das Gelenk über eine äußere Vorrichtung zusammengehalten, wo die Abwinkelbarkeit aufgrund der Gehäuseform aus der gestreckten Lage nur auf eine Seite ermöglicht wird. Nachteilig ist, dass es dadurch auch hier zu einem Blockieren der Beugebewegung kommen kann.
Gemäß D6: US 1 196 268 A wird das Gelenk über äußere Bügelhalter scharnierartig zusammengehalten, wo die Abwinkelbarkeit ebenfalls nur eindimensional erfolgen kann und dadurch eingeschränkt wird. Nachteilig ist auch hier, dass es zu einem Blockieren der Beugebewegung kommen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gelenkgetriebe bereitzustellen, das eine kontinuierliche Übertragung von Drehbewegungen und Drehmomenten von einer antreibenden Welle auf eine axial fluchtende oder eine axial nicht fluchtende anzutreibende Welle bis 90°-Beugungswinkel gleichförmig, formschlüssig und vibrationsarm zu übertragen, ohne Veränderung der Drehzahl oder des Drehmomentes und ohne dem Bestreben sich in die gestreckte Position zurückzubewegen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, eine gleichförmige Drehbewegung bis zu 90° pro Gelenkgetriebe übertragen zu können, bei dem der Beugungswinkel pro Gelenkgetriebe in jede Richtung beliebig variieren kann und dabei keinerlei Zugkräfte erforderlich sind, um das Gelenkgetriebe zusammenzuhalten. Ebenso kann bei zwei hintereinander angebrachten Gelenkgetrieben, eine gleichförmige Drehbewegung mit einem Beugungswinkel von max. 180° erreicht werden, ohne auf eine Parallelität zwischen einer Antriebsseite und einer Abtriebsseite zu achten.
Als Verbindungselement für die beiden Gelenkhälften und als Halterung für die verwendeten Stirn- und Kegelräder werden zwei über ein Achsenkreuz verbundene je um 90° verdreht angeordnete Gelenkgabeln verwendet, die über Lagerungen komplett von einer Drehmoment- und Drehzahlübertragung vom Antriebsstrang entkoppelt sind. Das Drehmoment und die Drehzahl werden somit über die Stirn- und Kegelräder übertragen und sind dabei so mit den Gelenkgabeln an deren Innen- und Außenseiten angeordnet, dass diese beliebig aus der gestreckten Stellung in jede gewünschte Beugungsrichtung bis max. 90° gebeugt werden können. Da die Drehmoment- und Drehzahlübertragung über die Verzahnung erfolgt, bleibt bei einer Beugung des Gelenkgetriebes das Verbindungselement ohne Mitzudrehen zwischen den Stirn- und Kegelrädern über die jeweilige Lagerung stehen. Dies ermöglicht einen ruhigen Lauf der verwendeten Stirn- und Kegelräder während der Übertragung des Drehmomentes bei niedrigen und hohen Drehzahlen.
Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in den folgenden Zeichnungen dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Es zeigt

1 die Vorderansicht eines 90°-Gelenkgetriebes in der gestreckten Stellung,
2 den Schnitt A-A des 90°-Gelenkgetriebes,
3 die isometrische Ansicht des 90°-Gelenkgetriebes,
4 die Vorderansicht eines 90°-Gelenkgetriebes in der 90°-Stellung,
5 den Schnitt B-B des 90°-Gelenkgetriebes,
6 die isometrische Ansicht des 90°-Gelenkgetriebes in der 90°-Stellung.

Das aus 1 ersichtliche 90°-Gelenkgetriebe mit Stirn- und Kegelrädern ist mit den beiden Gelenkgabeln (4, 22) und den Anschlusskegelrädern (1, 25) dargestellt. Die Anschlusskegelräder (1, 25) können je nach Anwendungsfall mit üblichen Anschlüssen wie bspw. Flansch oder Steckbolzen ausgeführt werden.
Das Achsenkreuz 13 kann mit Durchgangsbohrungen, Verschlussstopfen und einem Schmiernippel ausgeführt werden, um für ausreichend Schmierung an den Lagerstellen zu sorgen. Das 90°-Gelenkgetriebe kann auch von einem mit Fett gefüllten Faltenbalg umgeben sein. Damit erreicht man eine Dauerschmierung, einen Schutz vor Verschmutzung und einen Schutz gegen Hineingreifen in die Verzahnung. Weiterhin kann die Verzahnung mit einer Gerad-, Schräg- oder Spiralverzahnung ausgeführt werden.
Das Anschlusskegelrad 1 ist drehbar gelagert über die 1. Lagerachse 2 mit der Gelenkgabel 4 verbunden und treibt über die 2. Lagerachse 6 das Kegelrad 5 an. Das Kegelrad 5 ist formschlüssig mit dem Stirnrad 8 verbunden. Diese beiden Zahnräder sind fertigungsbedingt unterteilt und könnten auch aus einem Stück hergestellt werden.
Das Stirnrad 8 auf der 2. Lagerachse 6 treibt das Stirnrad 9 auf der 3. Lagerachse 10 an. Über das Stirnrad 9 wird die Kraftübertragung formschlüssig an das Kegelrad 12 übertragen. Hierbei sind beide Zahnräder (9, 12) freidrehend auf der 3. Lagerachse 10 gelagert. Die Gelenkgabel 4 weist pro Kraftstrang 3 Lagerachsen auf, um die jeweiligen Kegel- und Stirnräder freidrehend gelagert aufnehmen zu können. Die Gelenkgabel 4 hat somit für beide Kraftstränge insgesamt 5 Lagerachsen. Die beiden Kegelräder 12 und 14 sind im gegenseitigen Eingriff und befinden sich freidrehend auf dem Achsenkreuz 13. Hierbei erfolgt die Kraftübertragung entsprechend dem Beugungswinkel bis max. 90° über das Achsenkreuz 13 von der ersten an die zweite Gelenkhälfte.
Die Gelenkgabeln (4, 22) weisen eine abgestufte Gabel auf, um den Einbau des Achsenkreuzes 13 in die jeweilige Gelenkgabel (4, 22) von der Gabelinnenseite zu ermöglichen.
Das Kegelrad 14 treibt über die 3. Lagerachse 15 das Stirnrad 17 an. Dabei sind das Stirnrad 17 und das Kegelrad 14 formschlüssig miteinander verbunden, wobei beide Zahnräder freidrehend auf der 3. Lagerachse 15 gelagert sind. Das Stirnrad 17 auf der 3. Lagerachse 10 treibt das Stirnrad 18 auf der 2. Lagerachse 20 an. Das Stirnrad 18 ist formschlüssig mit dem Kegelrad 21 verbunden. Das Kegelrad 25 ist drehbar gelagert über die 2. Lagerachse 20 mit der Gelenkgabel 22 verbunden und treibt über die 1. Lagerachse 23 das Anschlusskegelrad 25 an.
Die Drehmoment- und Drehzahlübertragung ist bei jedem Beugungswinkel bis max. 90° durchgängig von der antreibenden bis zur anzutreibenden Gelenkhälfte vorhanden. Aus Gründen der gleichmäßigen Lasteinleitung in die Gelenkgabeln (4, 22) und gleichmäßigen Verteilung über die jeweilige Verzahnung, sind alle Kegel- und Stirnradverbindungen auch auf der jeweils gegenüberliegenden Seite angeordnet, wobei der Drehsinn des gegenüberliegenden Zahnrades naturgemäß entgegengesetzt ist.
Das Anschlusskegelrad 1, das über die 1. Lagerachse 2 mit der Gelenkgabel 4 verbunden ist, treibt über die 2. Lagerachse 6 die beiden Kegelräder 5 an. Wobei ein Kegelrad 5 vorwärts und das gegenüberliegende Kegelrad entgegengesetzt angetrieben wird. Jedes der beiden Kegelräder 5 ist fest mit einem Stirnrad 8 verbunden. Das jeweilige Stirnrad 8 auf der 2. Lagerachse 6 treibt jeweils das Stirnrad 9 auf der 3. Lagerachse 10 an, je Seite mit entgegengesetzten Drehsinn. Über die jeweilige 3. Lagerachse 10 und 15 des Achsenkreuzes 13 wird die Kraftübertragung von einer Gelenkhälfte an die andere Gelenkhälfte übertragen.
Die beiden Kegelräder 12 und 14 sind im gegenseitigen Eingriff, ebenso die hierzu jeweils gegenüberliegenden Kegelräder. Somit befinden sich auf dem Achsenkreuz 13 insgesamt 4 Kegelräder, von denen jeweils das gegenüberliegende Kegelrad naturgemäß einen entgegengesetzten Drehsinn hat. Hierbei erfolgt die Kraftübertragung entsprechend dem Beugungswinkel bis max. 90° von der ersten auf die zweite Gelenkhälfte.
Das Kegelrad 14 und hierzu gegenüberliegende Kegelrad treiben gemeinsam über die 3. Lagerachse 15 jeweils die beiden Stirnräder 17 an. Die Stirnräder 17 und Kegelräder 14 sind fest miteinander verbunden, wobei beide Zahnräder an jeder Gelenkgabel freidrehend in der 3. Lagerachse 15 gelagert sind. Das Stirnrad 17 auf der 3. Lagerachse 10 treibt das Stirnrad 18 auf der 2. Lagerachse 20 an, ebenso in entgegengesetzten Drehsinn das hierzu gegenüberliegende Stirnrad der anderen Gelenkgabel. Das Stirnrad 18 ist fest mit dem Kegelrad 21 verbunden. Beide Kegelräder 25 sind drehbar über die 2. Lagerachse 20 mit der Gelenkgabel 22 gelagert und treiben über die 1. Lagerachse 23 gemeinsam das Anschlusskegelrad 25 an. Hierbei treibt ein Kegelrad 21 vorwärts und das gegenüberliegende Kegelrad naturgemäß in entgegengesetzten Drehsinn an.
Bezugszeichenliste
zur ersten Gelenkhälfte

1: Anschlusskegelrad
2: 1. Lagerachse
3: 1. Lagerung
4: Gelenkgabel
5: Kegelrad
6: 2. Lagerachse
7: 2. Lagerung
8: Stirnrad
9: Stirnrad
10: 3. Lagerachse
11: 3. Lagerung (Achsenkreuz)
12: Kegelrad

13: Achsenkreuz

14: Kegelrad
15: 3. Lagerachse
16: 3. Lagerung (Achsenkreuz)
17: Stirnrad
18: Stirnrad
19: 2. Lagerung
20: 2. Lagerachse
21: Kegelrad
22: Gelenkgabel
23: 1. Lagerachse
24: 1. Lagerung
25: Anschlusskegelrad

Claims

90°-Gelenkgetriebe bestehend aus zwei Gelenkgabeln mit fest gelagerten Kegel- und Stirnradpaaren zur formschlüssigen Übertragung einer Drehbewegung bei Winkelversatz der Wellen oder veränderlichem Beugungswinkel zwischen den Wellen bis 90°, wobei jede Gelenkgabel (4, 22) stirnseitig ein Anschlusskegelrad (1, 25) mit einer koaxialen Ausnehmung aufweist, in der eine 1. Lagerung (3, 24) die Anschlusskegelräder (1, 25) aufnehmen, sowie in einer 2. Lagerung (7, 19) die Kegelräder (5, 21) und die Stirnräder (8, 18) aufnehmen, des Weiteren in einer 3. Lagerung (11, 16) die Stirnräder (9, 17) aufnehmen, die wiederum fest mit den Kegelrädern (12, 14) verbunden sind, und die Kegelräder (12, 14) über ein Achsenkreuz (13) zueinander im gegenseitigen Eingriff stehen, gelenkig gelagert und jeweils frei drehend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusskegelrad (1, 25) in gegenseitigem Eingriff zu mindestens dem Kegelrad (5, 21) steht und über eine koaxiale 1. Lagerung (3, 24) fest und freidrehend zu einer Gelenkgabel (4, 22) verbunden ist.
90°-Gelenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kegelrad (5, 21) freidrehend über die 2. Lagerung (7, 19) an der Gelenkgabel (4, 22) rechtwinklig mit dem Stirnrad (8, 18) fest verbunden ist.
90°-Gelenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnrad (8, 18) in gegenseitigem Eingriff über die 3. Lagerung (11, 16) an der Gelenkgabel (4, 22) zu dem Stirnrad (9, 17) freidrehend verbunden ist.
90°-Gelenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnrad (9,17) freidrehend über die 3. Lagerung (11, 16) an der Gelenkgabel (4, 22) über die 3. Lagerachse (10, 15) koaxial mit dem Kegelrad (12, 14) fest verbunden ist.
90°-Gelenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kegelrad (12, 14) freidrehend auf dem Achsenkreuz (13) gelagert ist und rechtwinklig mindestens mit dem zweiten Kegelrad (12, 14) in gegenseitigem Eingriff zueinandersteht.
90°-Gelenkgetriebe nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Achsenkreuz (13) die beiden Gelenkgabeln (4, 22) koaxial um 90° verdreht zueinander drehbar gelagert verbindet und die beiden Gelenkhälften freidrehend mit einem Beugungswinkel von max. 90° zusammen hält.
90°-Gelenkgetriebe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gelenkgabeln (4, 22) mit jeweils gegenüberliegenden Stirn- und Kegelrädern ausgestattet werden, um eine gleichmäßige Lasteinleitung zu erreichen.
90°-Gelenkgetriebe nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkgabel (4, 22) je Kraftstrang insgesamt 3 Lagerachsen aufweist, von denen die 1. Lagerachse (2, 23) koaxial mit dem Anschlusskegelrad (1, 25) verbunden ist, die 2. Lagerachse (6, 20) zur koaxialen Aufnahme von den Kegelrädern (5, 21) mit Stirnrädern (8, 18) vorgesehen ist, die 3. Lagerachse (10, 15) die Stirnräder (9, 17) und die Kegelräder (12, 14) koaxial aufnimmt, und die 2. Lagerachse (6, 20) neben der 3. Lagerachse (10, 15) jeweils rechtwinklig zur 1. Lagerachse (2, 23) stehen.
90°-Gelenkgetriebe nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Achsenkreuz (13) an seinen 4 Enden für die Aufnahme von je einem Kegelrad (12, 14) und einem Stirnrad (9, 17) geeignet ist, von denen die benachbarten Kegelräder (12, 14) in gegenseitigem Eingriff zueinanderstehen und dadurch die jeweils axial gegenüberliegenden Kegelräder (12, 14) mit entgegengesetzten Drehsinn drehen.
90°-Gelenkgetriebe nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkgabeln (4, 22) eine abgestufte Gabel aufweisen, um den Einbau des Achsenkreuzes 13 in die jeweilige Gelenkgabel (4, 22) von der Gabelinnenseite zu ermöglichen.