-
Hintergrund
-
Die nachstehende Diskussion dient lediglich zum Bereitstellen allgemeiner Hintergrundinformation und nicht dazu, den durch die Patentansprüche bestimmten Inhalt der Erfindung zu definieren.
-
Kreuzgelenke sind bekannte Vorrichtung zum Verbinden von Bauteilen, die aber dennoch eine Bewegung in zwei Freiheitsgrade ermöglichen. Normalerweise weist das Kreuzgelenk zwei Gabeln oder Bügel mit einem dazwischen angeordneten Kreuzstück auf. Lagerflächen an den Enden des Kreuzstücks ermöglichen eine relative Winkelbewegung um zwei orthogonale Achsen.
-
Kreuzgelenke sind für eine Vielzahl verschiedener Anwendungen verwendbar. In vielen Fällen wird das Kreuzgelenk zum Übertragen von Lastmomenten zwischen gekoppelten Bauteilen verwendet. Ein Kreuzgelenk mit einer hohen axialen Steifigkeit zum Übertragen von Zug- und Druckkräften wäre jedoch für noch andere Anwendungen besonders vorteilhaft. Herkömmliche Kreuzgelenke haben jedoch aufgrund von Biegebeanspruchungen und Verformungen des Kreuzstücks eine geringe Festigkeit und Steifigkeit in der axialen Richtung. Im US-Patent
US 6 758 623 B2 von Bushey ist ein Kreuzgelenk mit einer hohen axialen Steifigkeit beschrieben, das Druck- und Zugkräfte übertragen kann.
-
Kurze Beschreibung der Erfindung
-
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Dreh- beziehungsweise Kreuzgelenk mit einem ersten Basiselement, einem zweiten Basiselement und einem zwischen dem ersten und dem zweiten Basiselement angeordneten Kreuzstück bereitgestellt. Das Kreuzstück weist eine Mittenhalterung und ein erstes und ein zweites Lagerhalterelement auf. Jedes Lagerhalterelement weist eine bogenförmige Fläche auf, die dazu geeignet ist, ein Gelenk mit dem ersten bzw. dem zweiten Basiselement zu bilden. In einer Ausführungsform ist mindestens ein Scheibenelement zwischen dem ersten und/oder dem zweiten Lagerhalterelement und der Mittenhalterung angeordnet.
-
Gemäß einem anderen hierin beschriebenen Aspekt wird ein Drehgelenk mit einem ersten und einem zweiten Basiselement und einem zwischen dem ersten und dem zweiten Basiselement angeordneten Kreuzstück bereitgestellt. Das Kreuzstück weist eine Mittenhalterung und ein erstes und ein zweites Lagerhalterelement auf. Jedes Lagerhalterelement weist eine bogenförmige Fläche auf, die dazu geeignet ist, ein Gelenk mit dem ersten bzw. dem zweiten Basiselement zu bilden. Mehrere Wellen sind dazu geeignet, mit der Mittenhalterung in Eingriff zu kommen und ein Befestigungselement zum Sichern der Welle an der Mittenhalterung aufzunehmen. Eine erste und eine zweite Verbinderanordnung verbinden die Mittenhalterung mit dem ersten Basiselement derart, dass das erste Basiselement bezüglich der Mittenhalterung um eine erste Drehachse drehbar ist. Eine dritte und eine vierte Verbinderanordnung verbinden die Mittenhalterung mit dem zweiten Basiselement derart, dass das zweite Basiselement bezüglich der Mittenhalterung um eine zweite Drehachse drehbar ist. Jede der Verbinderanordnungen wird auf mindestens einer der Wellen gehalten.
-
Gemäß einem noch anderen hierin beschriebenen Aspekt wird ein Drehgelenk mit einem ersten und einem zweiten Basiselement und einem zwischen dem ersten und dem zweiten Basiselement angeordneten Kreuzstück bereitgestellt. Das Kreuzstück weist eine Mittenhalterung mit mindestens zwei Flächen auf, die im Wesentlichen eben sind und sich einander gegenüberliegen. Das Kreuzstück weist ferner ein erstes und ein zweites Lagerhalterelement auf, wobei jedes Lagerhalterelement eine bogenförmige Fläche aufweist, die dazu geeignet ist, ein Gelenk mit dem ersten bzw. dem zweiten Basiselement zu bilden. Jedes Lagerhalterelement weist eine Fläche auf, die im Wesentlichen ebene Abschnitte aufweist, die dazu geeignet sind, mit einer der ebenen Flächen der Mittenhalterung in Eingriff zu kommen.
-
Diese und verschiedene andere Merkmale und Vorteile werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung einer exemplarischen Ausführungsform deutlich.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt ein schematisches Diagramm eines in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendbaren Simulationssystems;
-
2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Drehgelenks;
-
3 zeigt eine Querschnittansicht des Drehgelenks von 2;
-
4 zeigt eine Teil-Explosionsansicht einer Ausführungsform eines Drehgelenks;
-
5 zeigt eine Explosionsansicht des Drehgelenks von 4;
-
6 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Drehgelenks;
-
7 zeigt eine Draufsicht des Drehgelenks von 6; und
-
8–11 zeigen schematische Darstellungen alternativer Ausführungsformen eines Drehgelenks.
-
Ausführliche Beschreibung
-
Bevor nun das Drehgelenk ausführlich beschrieben wird, ist es hilfreich, eine exemplarische Betriebsumgebung für das Drehgelenk zu beschreiben, gemäß der sich ein anderer Aspekt der Erfindung ergibt. 1 zeigt schematisch ein exemplarisches Simulationssystem 10. Das System 10 weist einen Tisch 12 zum Halten einer zu prüfenden Probe 11 und mehrere Aktuatoren 15 zum Antreiben des Tischs 12 in Antwort auf Signale von einer Systemsteuerung 16 auf. Normalerweise werden Streben 18 zum Verbinden des Tischs 12 mit jedem der Stellglieder 15 bereitgestellt. In der dargestellten Ausführungsform sind Drehgelenke 20 zwischen den Aktuatoren 15 und den Streben 18 und dem Tisch 12 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform weist das System 10 zwölf Drehgelenke 20 auf, es ist jedoch klar, dass in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Systems Drehgelenke 20 dort im System 10 angeordnet sein können, wo sie benötigt werden. In einer nachstehend diskutierten Ausführungsform kann das Drehgelenk 20 hydrostatische Lager aufweisen, wobei Fluid für die Lager durch die Aktuatoren 15 bereitgestellt werden kann. Außerdem können die Streben 18 dazu geeignet sein, über einen Kanal 21 eine Fluidkommunikation zwischen den Drehgelenken 20 bereitzustellen. Die Drehgelenke 20 sind insbesondere dort im Simulationssystem 10 nützlich, wo die Drehgelenke 20 zum Übertragen von Kräften zu einer Probe oder einem Tisch gemäß Befehlseingaben von der Steuerung 16 verwendet werden. Insbesondere sind die Drehgelenke 20 dafür konfiguriert, Druck- und Zugkräfte mit einer hohen Belastbarkeit, einer hohen axialen Steifigkeit und einem minimalen Spiel zu übertragen. Auch andere Systeme können das Drehgelenk 20 verwenden, wie beispielsweise andere Aktuatoranordnungen (z. B. hydraulische, pneumatische, elektrische), Robotermechanismen und Werkzeugmaschinen, um nur einige zu nennen.
-
Die 2–5 zeigen das Drehgelenk 20 in größerem Detail und zeigen ferner mehrere Weisen zum Sichern des Drehgelenks 20 am Tisch 12 und an einer Strebe 18. Wie dargestellt ist, kann das Drehgelenk 20 durch Einführen von Befestigungselementen durch im Tisch 12 ausgebildete Öffnungen 13 am Tisch 12 montiert werden. Die Befestigungselemente kommen mit entsprechenden Öffnungen 17 (4) in Eingriff, die im Drehgelenk 20 ausgebildet sind. Das Drehgelenk 20 kann unter Verwendung von Befestigungselementen 23 (2 und 5) an der Strebe 18 befestigt werden. Die Befestigungselemente 23 werden durch Öffnungen 22 eingeführt, die im Drehgelenk 20 ausgebildet sind (2 und 5) und kommen mit entsprechenden, in der Strebe 18 ausgebildeten Öffnungen 24 in Eingriff. In einer Ausführungsform werden Aussparungen 59 (2 und 5) in Kragen 58 bereitgestellt, um einen Zugriff auf die Befestigungselemente 23 zu ermöglichen, wenn das Drehgelenk 20 montiert wird. Auf diese Weise können die Befestigungselemente 23 in die Öffnungen 22 eingesetzt und davon entfernt werden, wenn das Drehgelenk 20 montiert wird. Außerdem wird darauf hingewiesen, dass eine beliebige geeignete Einrichtung zum Sichern des Drehgelenks 20 am Tisch 12 und an der Strebe 18 verwendet werden kann. Beispielsweise können in der Strebe 18 ähnliche Öffnungen wie die Öffnungen 13 zum Einführen von Befestigungselementen durch die Strebe 18 in das Drehgelenk 20 ausgebildet sein. Außerdem können im Drehgelenk 20 ähnliche Öffnungen wie die Öffnung 22 zum Sichern des Drehgelenks 20 am Tisch 12 ausgebildet sein.
-
Gemäß 2 ist das Drehgelenk 20 um zwei Drehachsen 27 und 28 drehbar. In einer Ausführungsform ermöglicht das Drehgelenk 20 eine gleichzeitige Drehbewegung um die Achsen 27 und 28 über Winkel von mehr als +/–20°; in Abhängigkeit von der gewünschten Anwendungen können jedoch auch andere Winkelbereiche bereitgestellt werden.
-
3 zeigt eine Querschnittansicht des in 2 dargestellten Drehgelenks 20 entlang der Linie 3-3. In der in 3 dargestellten Ausführungsform weist das Drehgelenk 20 ein erstes und ein zweites Basiselement 30 und 32 und ein zwischen dem ersten und dem zweiten Basiselement 30 und 32 angeordnetes Kreuzstück 33 auf. Das Kreuzstück 33 weist eine Mittenhalterung 34 und ein erstes und ein zweites Lagerhalterelement 36 und 38 auf. Jedes Lagerhalterelement 36, 38 weist eine bogenförmige Fläche 37 bzw. 39 auf, die dazu geeignet ist, ein bewegliches Gelenk mit dem ersten bzw. dem zweiten Basiselement 30 und 32 zu bilden.
-
Gemäß weiterem Bezug auf 5 verbinden Verbinderanordnungen 49A, 49B, 49C und 49D die Basiselemente 30, 32 mit der Mittenhalterung 34. Insbesondere verbinden die erste und die zweite Verbinderanordnung 49A und 49B die Mittenhalterung 34 mit dem ersten Basiselement 30 derart, dass das erste Basiselement 30 bezüglich der Mittenhalterung 34 um die Achse 27 drehbar ist, während die dritte und die vierte Verbinderanordnung 49C und 49D die Mittenhalterung 34 mit dem zweiten Basiselement 32 derart verbinden, dass das zweite Basiselement 32 bezüglich der Mittenhalterung 34 um die Achse 28 drehbar ist. Wie nachstehend beschrieben wird, wird jede der Verbinderanordnungen 49A–49D auf mindestens einer der Wellen 52 gehalten. In der in 5 dargestellten Ausführungsform weisen die Wellen 52 mehrere freitragende zylindrische Wellen auf, die durch die Mittenhalterung 34 gehalten werden. In einigen Ausführungsformen sind die Mittenhalterung 34 und die Wellen 52 aus einem einzelnen einheitlichen Körper integral ausgebildet.
-
In der in 5 dargestellten Ausführungsform verbinden die Verbinderanordnungen 49A und 49B das erste Basiselement 30 unter Verwendung von Befestigungselementen 50 mit der Mittenhalterung 34. Jede Verbinderanordnung 49A und 49B weist einen Kragen 58 auf, der durch eine Lageranordnung 56 auf einer Welle 52 drehbar gehalten wird. Befestigungselemente 54 sichern die Wellen 52 an der Mittenhalterung 34, während Befestigungselemente 50 in im Basiselement 30 ausgebildete Öffnungen 60 eingesetzt werden und mit in den Kragen 58 ausgebildeten Öffnungen 62 in Eingriff kommen. Die Lager 56 stellen geeignete Anordnungen für eine Drehbewegung der Kragen 58 dar. Die Lager 56 können eine beliebige geeignete Konfiguration haben und beispielsweise als Parallel-Nadellager ausgebildet sein. Wie für Fachleute ersichtlich ist, können an Stelle der hierin dargestellten Lageranordnungen 56 alternative Lageranordnungen verwendet werden, wie beispielsweise hydrostatische Lager, Kugellager, usw.
-
Die Befestigungselemente 54 werden in Öffnungen 55 der Mittenhalterung 34 aufgenommen. In einer Ausführungsform sind die Befestigungselemente 54 Bolzen, die in Gewindelöchern 55 aufgenommen werden. Außerdem weist jede Welle 52 in einer Ausführungsform einen sich zur Mittenhalterung 34 hin erstreckenden Führungszapfen 57 auf. Die Mittenhalterung 34 weist entsprechende Öffnungen 35 auf, die dafür konfiguriert sind, die Führungszapfen 57 aufzunehmen. Die Führungszapfen 57 und die Öffnungen 35 stellen eine Verbindung zwischen den Wellen 52 und der Mittenhalterung 34 bereit, die eine vertikale Bewegung (d. h. Scherbewegung) der Wellen 52 bezüglich der Mittenhalterung 34 unterdrückt.
-
Die Befestigungselemente 50, die hierin als Bolzenpaar dargestellt sind, ziehen ihre entsprechende Kragen 58 und damit Verbinderanordnungen 49A und 49B zum Basiselement 30 hin, wodurch eine Druckkraft zwischen dem Basiselement 30 und der Mittenhalterung 34 erzeugt wird. Die erzeugte Kraft ist vorzugsweise größer als die Kraft, die an der Stelle erhalten wird, an der erwartet wird, dass eine maximale Zugkraft auf das Drehgelenk 20 ausgeübt wird. Das Basiselement 32 und die (in den 4 und 5 dargestellten) Verbinderanordnungen 49C und 49D sind dem Basiselement 30 und den Verbinderanordnungen 49A und 49B ähnlich, so dass die Befestigungselemente 50 zusammen mit den Verbinderanordnungen 49C und 49D eine Druckkraft zwischen dem Basiselement 32 und der Mittenhalterung 34 ausüben.
-
Die Lagerhalterelemente 36 und 38 sind dafür konfiguriert, Lagerhalterflächen für die Basiselemente 30 bzw. 32 bereitzustellen. In einer Ausführungsform unterstützen bogenförmige Flächen 37 und 39 der Lagerhalterelemente 36 und 38 direkt eine Teil-Drehbewegung des ersten und des zweiten Basiselements 30 und 32 bezüglich der Mittenhalterung 34. In einer Ausführungsform weist jede bogenförmige Fläche 37, 39 eine hydrostatische Lagerfläche zum Halten der Basiselemente 30 bzw. 32 auf. In einer anderen Ausführungsform sind die Lagerhalterelemente 36 und 38 derart konfiguriert, dass sie Lageranordnungen halten, die zwischen den Lagerhalterelementen 36 und 38 und dem ersten bzw. dem zweiten Basiselement 30 und 32 angeordnet sind. In der dargestellten Ausführungsform ist eine erste Lageranordnung 40 zwischen dem ersten Basiselement 30 und der bogenförmigen Fläche 37 angeordnet, während eine zweite Lageranordnung 42 zwischen dem zweiten Basiselement 32 und der bogenförmigen Fläche 39 angeordnet ist. Die Lageranordnungen 40 und 42 können eine beliebige geeignete Konfiguration haben, beispielsweise als Parallel-Nadellager ausgebildet sein. Wie für Fachleute ersichtlich ist, können an Stelle der hierin dargestellten Lageranordnungen 40 und 42 alternative Lageranordnungen verwendet werden, wie beispielsweise hydrostatische Lager, Kugellager, usw.
-
Außerdem werden in der dargestellten Ausführungsform Lagerkäfige 41 und 43 verwendet, die ähnlich geformt sind wie die bogenförmigen Flächen 37 bzw. 39. Die Lagerkäfige 41 und 43 sind zwischen den bogenförmigen Flächen 37 und 39 und den Basiselementen 30 bzw. 32 angeordnet. Die Lageranordnungen 40 und 42 werden in den Lagerkäfigen 41 und 43 gehalten. Auf jeder bogenförmigen Fläche 37 und 39 ist mindestens ein Lagersatz angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform sind auf jeder bogenförmigen Fläche 37 und 39 vier Lagersätze angeordnet. Die hierin als Parallel-Nadellager dargestellten Lageranordnungen 40 und 42 stellen geeignete Anordnungen für eine Drehbewegung der Basiselemente 30 und 32 entlang den bogenförmigen Flächen 37 und 39 dar.
-
In jeder der hierin beschriebenen Ausführungsformen kann mindestens eine Scheibe 46 zwischen den bogenförmigen Flächen 37 und 39 und der Mittenhalterung 34 angeordnet werden. Wie nachstehend diskutiert wird, ist die Verwendung der Scheiben 46 vorteilhaft, um einen Zwischenraum zwischen Komponenten des Drehgelenks 20 zu erhalten, so dass eine vorgegebene Vorspannkraft erzielt wird, wenn die Befestigungselemente 50 festgezogen werden.
-
In der dargestellten Ausführungsform weisen die Lagerhalterelemente 36 und 38 bogenförmige Flächen 37 und 39 auf, die im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet sind, was hierin eine zylindrische Form einschließt. In einigen Fällen kann aufgrund einer Materialverformung eine ungleichmäßige Verbindung zwischen den bogenförmigen Flächen 37 und 39 und den Basiselementen 30 und 32 verursacht werden. Daher können die Lagerhalterelemente 36 und 38 an jedem Ende leicht verjüngt ausgebildet sein, um bei der Montage einen gleichmäßigen Verbindungskontakt zwischen den Flächen 37 und 39 und den entsprechenden Basiselementen 30 und 32 zu erhalten.
-
In einer Ausführungsform weist die Mittenhalterung 34 gegenüberliegende Hauptflächen auf, die im Wesentlichen ebene Abschnitte aufweisen. Außerdem weist jedes Lagerhalterelement 36, 38 eine Fläche auf, die im Wesentlichen ebene Abschnitte aufweisen, die dazu geeignet sind, mit einer der Hauptflächen der Mittenhalterung 34 in Eingriff zu kommen. Beispielsweise weist die Mittenhalterung 34 in einer Ausführungsform eine im Wesentlichen flache erste Fläche 67 auf, die dem oberen Lagerhalterelement 36 zugewandt ist. Das obere Lagerhalterelement 36 kann auch derart konfiguriert sein, dass es eine im Wesentlichen flache Fläche (nicht dargestellt) aufweist, die dazu geeignet ist, mit der Fläche 67 in Eingriff zu kommen. In einer anderen Ausführungsform weist die Mittenhalterung 34 eine im Wesentlichen flache zweite Fläche (nicht dargestellt) auf, die dem unteren Lagerhalterelement 38 zugewandt ist. In ähnlicher Weise kann auch das untere Lagerhalterelement 38 derart konfiguriert sein, dass es eine im Wesentlichen flache Fläche 69 aufweist, die dazu geeignet ist, mit der im Wesentlichen flachen Fläche der Mittenhalterung 34 in Eingriff zu kommen. Obwohl die Mittenhalterung 34 in der Darstellung im Wesentlichen quadratisch ausgebildet ist, wird darauf hingewiesen, dass die Mittenhalterung 34 eine beliebige geeignete Form haben kann, z. B. eine rechteckige, kreisförmige, elliptische Form, usw. Außerdem kann die Mittenhalterung 34 symmetrisch oder asymmetrisch sein.
-
In einer Ausführungsform weist das Kreuzstück 33 mindestens eine Ausrichtungseinrichtung auf, die dafür konfiguriert ist, ein Lagerhalterelement (36, 38) und/oder eine Scheibe 46 (falls vorhanden) mit der Mittenhalterung 34 auszurichten. Außerdem ist die mindestens eine Ausrichtungseinrichtung dafür konfiguriert, Querkräfte aufzunehmen, die auf die jeweiligen Lagerhalterelemente (36, 38) ausgeübt werden. Beispielsweise kann, wenn das Drehgelenk 20 in einem gewissen Maß ausgelenkt wird (d. h. um die Achsen 27 und/oder 28 gedreht wird), ein Teil der Axialkraft eine Scherkraft zwischen mindestens einem der Lagerhalterelemente (36, 38) und der Mittenhalterung 34 erzeugen. Auf diese Weise wirkt die mindestens eine Ausrichtungseinrichtung als ein Schub- oder Scherkeil zum Verhindern einer Querbewegung des entsprechenden Lagerhalterelements (36, 38) bezüglich der Mittenhalterung 34. D. h., eine Zugspannung, die auf eine obere Montagefläche des Basiselements 30 ausgeübt wird, wenn das Gelenk 20 in einem Winkel um die Achse 27 (und/oder 28) ausgelenkt wird, führt zu einer nach oben gerichteten Kraft auf die Wellen 54 bei dem entsprechenden Auslenkwinkel. Eine dem Sinus des Auslenkwinkels proportionale Komponente dieser Kraft wird versuchen, die Mittenhalterung 34 bezüglich des Lagerhalterelements entlang der Ebene der Scheibe zu scheren. Die Ausrichtungseinrichtung erhöht den Reibungswiderstand dieses Gelenks. Es wird außerdem darauf hingewiesen, dass in einigen Ausführungsformen des Gelenks 20 eine Bewegung des Lagerhalterelements entlang der orthogonalen Achse durch die Kragen 58 begrenzt werden kann.
-
Beispielsweise weist eine geeignete Ausrichtungseinrichtung Vorsprünge und entsprechende Öffnungen auf, die auf der Mittenhalterung 34, den Lagerhalterelementen 36, 38 und/oder den Scheiben 46 ausgebildet sind. In der in 3 dargestellten exemplarischen Ausführungsform weist die mindestens eine Ausrichtungseinrichtung Positionierungsstifte auf. Ein Positionierungsstift 44 wird in eine Öffnung 66A in der Mittenhalterung 34 und eine Öffnung 66B in einer Bodenfläche des Lagerhalterelements 36 eingesetzt. In ähnlicher Weise kann ein zweiter Stift 44 in eine zweite Öffnung 68A in einer Bodenfläche der Mittenhalterung 34 und eine Öffnung 68B im Lagerhalterelement 38 eingesetzt werden.
-
Wie vorstehend beschrieben wurde, verbinden Verbinderanordnungen 49A, 49B, 49C und 49D in Kombination mit Befestigungselementen 50 die Mittenhalterung 34 an ihren entsprechenden Basiselementen 30 und 32. Die Verbindung der Mittenhalterung 34 mit den Basiselementen 30 und 32 erzeugt einen direkten (axialen) primären Lastpfad vom Basiselement 30 durch das Lagerhalterelement 36, die Mittenhalterung 34, das Lagerhalterelement 38 in das Basiselement 32 und umgekehrt. Durch das Vorhandensein des primären Lastpfades können hohe Druckkräfte auf das Drehgelenk 20 ausgeübt werden, während das Drehgelenk 20 in der axialen Richtung starr oder steif bleibt. Außerdem existiert ein sekundärer Lastpfad vom Basiselement 30 durch die Verbinderanordnungen 49A und 49B, die Mittenhalterung 34, die Verbinderanordnungen 49C und 49D in das Basiselement 32. Dieser sekundäre Lastpfad ist weniger starr oder steif als der primäre Lastpfad. Durch den sekundären Lastpfad wird jedoch eine Vorspannung auf den primären Lastpfad ausgeübt, so dass der primäre Lastpfad externe Zugkräfte, die auf das Drehgelenk 20 ausgeübt werden, auf eine starre oder steife Weise handhaben kann.
-
Die Konstruktion der einzelnen Komponenten des Drehgelenks 20 kann derart sein, dass ein Zwischenraum zwischen Komponenten bereitgestellt wird, so dass eine gewünschte Vorspannkraft erhalten wird, wenn die Komponenten montiert werden. Beispielsweise kann zwischen den Eingriffsflächen der Kragen 58 und ihren jeweiligen Basiselementen 30 und 32 ein Zwischenraum erzeugt werden, um bei der Montage eine gewünschte Vorspannkraft durch die Befestigungselemente 50 auszuüben. In einer Ausführungsform werden Scheibenelemente zum Einstellen des Zwischenraums verwendet. In der dargestellten Ausführungsform ist eine erste Scheibe 46 zwischen dem ersten Lagerhalterelement 36 und der Mittenhalterung 34 angeordnet, und ein zweites Scheibenelement 46 ist zwischen dem zweiten Lagerhalterelement 38 und der Mittenhalterung 34 angeordnet. Für Fachleute ist ersichtlich, dass an einer oder beiden Positionen eine oder mehrere Scheiben verwendbar sind.
-
Die Abmessungen der Scheiben 46 (d. h. ihre Dicke) und ihre Anzahl können basierend auf den gewünschten Vorspannkräften festgelegt werden. Um Zugkräfte ohne Spiel effektiv zu übertragen, beträgt die Druckkraft zwischen den Basiselementen 30 und 32 und der Kreuzstückanordnung 33 vorzugsweise mindestens 2224 N (500 Pfund). In einer anderen Ausführungsform beträgt die Druckkraft mindestens 4448 N (1000 Pfund). In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Druckkraft mindestens 22241 N (5000 Pfund). In einer noch anderen Ausführungsform beträgt die Druckkraft mindestens 111205 N (25000 Pfund).
-
Es wird darauf hingewiesen, dass andere Einrichtungen zum Erzeugen eines Zwischenraums zwischen den Kragen 58 und ihrem jeweiligen Basiselement verwendbar sind. Beispielsweise können Scheiben an anderen Stellen angeordnet werden, z. B. so, dass sie mit den Kragen 58 in Eingriff stehen. Außerdem können die Lageranordnungen 40 und 42 in einigen Ausführungsformen derart konfiguriert sein, dass sie größere Lagerelemente aufweisen, um den Zwischenraum zwischen den Basiselementen 30 und 32 und ihren entsprechenden Verbinderanordnungen (49A und 49B) und (49C und 49D) zu vergrößern. Außerdem können die Wellen 52 in einigen Ausführungsformen derart eingestellt werden, dass die Verbinderanordnungen 49A–49D bezüglich der Mittenhalterung 34 versetzt werden und ein Zwischenraum zwischen den Kragen 58 und ihren jeweiligen Basiselementen erzeugt wird.
-
Die 6–7 zeigen eine Ausführungsform eines Drehgelenks, in dem hydrostatische Lager verwendet werden. Eine Fluidquelle 72 steht in Fluidkommunikation mit einem Kanal 74 im Basiselement 30. Der Kanal 74 führt einem Kommutator 76 Fluid zu. Der Kommutator 76 weist eine Dichtung 77, die gewährleistet, dass dem Kreuzstück 70 Fluid zugeführt wird, ohne dass es zu den hydrostatischen Lagern 80 und 81 entweicht, und in der dargestellten Ausführungsform ein Reibungsminderungselement 78 auf. Der Kommutator 76 ist dazu geeignet, mit einem Mittenkanal 82 im Kreuzstück 70 in Fluidverbindung zu kommen. Hilfskanäle 84 und 86 transportieren Fluid vom Mittenkanal 82 zu den Lagern 80 und 81. Der Kommutator 76 minimiert die Anzahl externer Verbinder zum Zuführen von Fluid zu den hydrostatischen Lagerelementen. Gegebenenfalls können für jedes der Basiselemente separate Fluidkupplungen bereitgestellt werden.
-
Fluid kann auch über den Mittenkanal 82 zum Kommutator 87 strömen, der ähnlich konstruiert ist wie der Kommutator 76, aber senkrecht dazu ausgerichtet ist. Der Kommutator 87 ermöglicht eine Fluidkommunikation mit einem Kanal 88. Auf diese Weise kann der Kanal 88 über einen Durchlass 21 in der Strebe 18 mit einem anderen Drehgelenk 20 in Fluidkommunikation kommen, wie in 1 dargestellt ist. Dadurch werden separate Schlauchleitungen für jedes der Drehgelenke 20 eliminiert.
-
7 zeigt exemplarisch ein Lager 80. Dem Lager 80 wird über einen Hilfskanal 84 Fluid zugeführt. Im Basiselement 30 ist ein Kanal 90 als Vertiefung ausgebildet, um eine Fluidkommunikation mit dem Lager 80 herzustellen. Der Kanal 90 bildet Blöcke 92. Obwohl in der Darstellung die Anzahl der Blöcke, vier beträgt, kann eine beliebige Anzahl von Blöcken verwendet werden. Wenn sich Fluid im Kanal 90 sammelt, entwickelt sich ein Fluiddruck im Kanal 90, so dass schließlich Fluid zu den Blöcken 92 austritt. Die Fluidblöcke 91 erzeugen eine geeignete Lagerfläche für eine Drehbewegung zwischen dem Basiselement 30 und dem Kreuzstück 70 und erzeugen auch einen Squeeze-Film zum Minimieren eines Spiels des Drehgelenks 20, wenn Druck- und Zugkräfte ausgeübt werden.
-
Die Vorspannkräfte zwischen dem Kreuzstück 33 und den Basiselementen 30 und 32 können durch Verwendung von Federelementen erzeugt werden. Die Federelemente erzeugen, wie vorstehend diskutiert wurde, zwei Lastpfade. Ein Arbeitslastpfad (primärer Lastpfad) wird durch Verbinden der bogenförmigen Flächen 37 und 39 mit den entsprechenden Basiselementen 30 und 32 eingerichtet. Dieser Lastpfad ist ein starrer Lastpfad zum Handhaben von Druckkräften. Über einen Vorspann- oder sekundären Lastpfad wird eine Vorspannkraft oder sekundäre Kraft durch Federelemente übertragen, um eine Druck-Vorspannkraft für den Arbeitslastpfad bereitzustellen. Der sekundäre Lastpfad ist elastischer als der starre Arbeitslastpfad. Durch den Vorspannlastpfad wird ermöglicht, dass der starre Arbeitslastpfad eine Verbindung der bogenförmigen Flächen 37 und 39 mit den jeweiligen Basiselementen 30 und 32 aufrechterhält, während externe Zugkräfte auf das Drehgelenk 20 ausgeübt werden.
-
Die Federelemente können vielerlei Formen annehmen. Die 8–11 zeigen schematisch alternative Ausführungsformen eines Federelements, durch das eine Vorspannkraft zwischen dem Kreuzstück und einem Basiselement eines Bügels erzeugt wird. In jeder der folgenden Figuren ist nur eine Hälfte des Drehgelenks dargestellt.
-
8 zeigt ein Drehgelenk 100 mit Federelementen 102. Wie dargestellt ist, sind die Federelemente 102 Stifte, die sich von oder zu einer Mittenhalterung 104 erstrecken. Die Federelemente 102 erstrecken sich in Kragen 107 von Verbinderanordnungen 106A und 106B. Befestigungselemente 108 ziehen die Verbinderanordnungen 106A und 106B zum Basiselement 110 hin. Dadurch wird eine Biegemoment in den Federelementen 102 erzeugt. Gegebenenfalls können die Verbinderanordnungen 106A und 106B größere Öffnungen zum Bereitstellen eines Zwischenraums für die sich biegenden Federelemente 102 aufweisen.
-
In 9 weist ein Drehgelenk 110 Federelemente 112 auf, die elastisch sind und das Basiselement 114 zu Verbinderanordnungen 116A und 116B hin ziehen. In diesem Fall sind Stiftabschnitte 118 starrer als die Federelemente 112. Gegebenenfalls könnten die Federelemente 112 Befestigungselemente, Klammern oder ein beliebiges anderes Element zum Bereitstellen einer Vorspannkraft sein. In Abhängigkeit vom für die Befestigungselemente 54, die Wellen 52 oder die Befestigungselemente 50 und 51 verwendeten Material kann das Drehgelenk 20 gemäß den Prinzipien der 8 und 9 einzeln oder in Kombination arbeiten.
-
10 zeigt eine Seitenansicht einer noch anderen Ausführungsform eines Drehgelenks 120 mit einem Federelement 122, das eine Verbinderanordnung aufweist. Eine ähnliche Konstruktion würde an der anderen Seite bereitgestellt. In diesem Fall weist die Verbinderanordnung 122 einen Schlitz oder Zwischenraum 124 auf. Es kann ein Element 126, hierin ein Bolzen, bereitgestellt werden, um die Breite des Schlitzes 124 zu vergrößern, wodurch eine Kraft in die Richtung eines Pfeils 128 erzeugt wird, die die Verbinderanordnung 122 zum Basiselement 129 hin zwingt.
-
Es können auch Druckfederkräfte verwendet werden. In 11 weist ein Drehgelenk 130 ein Federelement 132 auf, das ein oberes Halteelement 134 zu einem unteren Halteelement 136 hin zwingt, das in diesem Fall mit einem Basiselement integral ausgebildet ist. Beispielsweise kann jedes Befestigungselement 137 einen Bolzen 139 aufweisen, der durch ein externes Federelement 132 (hierin ein Federscheibenpaket) eingesetzt wird, wobei sich der Bolzen 139 durch das obere Halteelement 134 erstreckt und in das untere Halteelement 136 eingeschraubt wird. Das externe Federelement 132 kann auch eine Spiralfeder oder ein anderes externes Federelement sein. 11 zeigt eine Seitenansicht einer Hälfte des Drehgelenks 130. Eine ähnliche Konstruktion würde für jeden Seitenabschnitt des Drehgelenks bereitgestellt.
-
Obwohl die vorliegende Erfindung in einer für die strukturellen Merkmale und/oder Verfahrensweisen spezifischen Ausdrucksweise beschrieben worden ist, ist klar, dass der in den beigefügten Patentansprüchen definierte Inhalt nicht auf die vorstehend beschriebenen spezifischen Merkmale oder Verfahrensweisen beschränkt ist. Die vorstehend beschriebenen spezifischen Merkmale und Verfahrensweisen dienen lediglich als Beispiele zum Implementieren der Erfindung und sind innerhalb des durch die Patentansprüche definierten Schutzumfangs der Erfindung auf vielerlei Weisen modifizierbar.
