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Universalgelenk Die Erfindung betrifft ein Universalgelenk. Es sind
bereits Vorrichtungen dieser Art bekanntgeworden, bei denen sich jedoch als Folge
vonAbnutzungserscheinungen ein unvermeidliches Spiel in Längsrichtung ergeben hat,
das zu erhöhten Arbeitsgeräuschen führt, die Lebensdauer solcher Universalgelenke
erheblich verkürzt und unangenehme Störungen hervorruft.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Universalgelenkes,
das. dieses in der Längsrichtung des Gelenkes wirkende Spiel ständig selbsttätig
ausgleicht.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist ein mit der ersten Längswelle
starr verbundener Kopf vorgesehen, der eine konkave, kugelförmige, an der Stirnseite
der erstenWelleliegendeoffeneAuflageflächeundzurersten Welle zu ein zylindrisches,
gezahntes Segment mit in axialer Richtung auf dem Zylindermantel des Segmentes sich
erstreckenden Zähnen aufweist, dessen Achse rechtwinklig zurAchse der ersten Welle
liegt und durch die Kugelmitte der konkaven Auflagefläche geht, ferner durch einen
Gabelkopf, der in seinem Inneren eine Zahnstangenverzahnung aufweist, die mit dem
gezahnten Segment im Eingriff steht, ferner durch einen Querbolzen, auf dem die
Gabelkopfenden gelagert sind und auf dem zwischen den Gabelkopfenden ein mit einer
Kugeloberfläche versehener Rotationskörper koaxial angeordnet ist, auf der sich
die konkave Auflagefläche des Kopfes abstützt, wobei der Rotationskörper relativ
zur Gabel entlang der Achse des Querbolzens verschiebbar angeordnet ist, und schließlich
durch eine Verbindung der zweiten Längswelle mit dem Querbolzen, derart, daß deren
Achse ständig durch die Kugelmitte des Rotationskörpers geht.
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Durch diese erfindungsgemäßen Vorkehrungen wird das in Längsrichtung
des Gelenkes wirkende Spiel ständig selbsttätig ausgeglichen und so die erwähnten
Nachteile der bekannten Universalgelenke vermieden.
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Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber
erläutert.
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Fig. 1 zeigt schaubildlich ein erfindungsgemäßes einfaches Gelenk;
Fig. 2 zeigt in Seitenansicht ein ebenfalls erfindungsgemäß ausgebildetes Doppelgelenk;
Fig. 3 zeigt in einer axial geschnittenen Teilansicht das Doppelgelenk der Fig.
2 nach Drehung seiner beiden Wellen um ihre Achsen um 90°; Fig. 4 und 5 zeigen eine
abgeänderte Ausführung des in den Fig. 2 und 3 gezeigten Gelenkes.
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Die beiden Teile des Gelenkes sind durch ein starres Verbindungsglied
miteinander gekuppelt, welches so ausgebildet ist, daß es sich gleichzeitig in bezug
auf den ersten dieser Teile um eine bestimmte Drehachse drehen und in bezug auf
diesen Teil parallel zu dieser Drehachse verstellen kann, während der zweite Teil
des Gelenkes so ausgebildet ist, daß er sich gegenüber dem Verbindungsglied um eine
zu der ersten Achse senkrechte Drehachse drehen kann, wobei ferner der zweite Teil
des Gelenkes sowie das Verbindungsglied Oberflächen besitzen, welche ohne zu gleiten
aufeinander rollen können.
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Zur Erzielung dieser Rollbewegung ohne Gleiten und hierdurch zur Übertragung
des Momentes werden diese beiden Flächen mit im Eingriff stehenden Verzahnungen
versehen.
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Gemäß einer ersten Lösung sind die beiden Teile des Gelenkes an ihrem
gemeinsamen Verbindungsglied um zueinander senkrechte sich schneidende Achsen schwenkbar.
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Bei einer ersten Ausführungsform wird ein einfaches Gelenk dadurch
hergestellt, daß die beiden Teile des Gelenkes durch die Eingangswelle 1 bzw. die
Ausgangswelle 2 Fig. 1 des Gelenkes gebildet werden.
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Das Gelenk ist so ausgebildet, daß die Achse der Welle 1 beständig
durch einen Punkt 0 der Welle 2 geht. Dies wird dadurch erreicht, daß eine sphärische
konvexe Auflagefläche 3 an dem Ende der Welle 2 und eine sphärische konkave entsprechende
Auflagefläche 4 an dem Ende der Welle 1 vorgesehen wird.
Der Mittelpunkt
der konkaven Auflagefläche 3 fällt mit dem Punkt 0 zusammen.
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Die Wellen 1 und 2 werden mittels eines Verbindungsgliedes gekuppelt,
welches die Form eines Gabelkopfes 5 hat und so ausgebildet ist, daß es sich in
bezug auf die Welle 2 um eine durch den Punkt 0 gehende und zu der
Achse der Welle 2 senkrechte Achse drehen und gleichzeitig gegenüber der Welle 2
parallel zu seiner Drehachse verstellen kann. Hierfür ist die Welle 2 mit einem
Querbolzen 6 versehen, auf welchem mit dem Gabelkopf 5 starr verbundene Muffen 7
und 8 gleichzeitig gleitbar und drehbar sind, wobei die Muffen 7 und 8 auf dem Bolzen
6 beiderseits der Welle 2 liegen. Der Gabelkopf 5 ist mit einer länglichen Öffnung
51 versehen, durch welche die Welle 1 tritt. Die Längssymmetrieebene dieser Öffnung
geht durch die Achse des Bolzens 6.
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Der Gabelkopf 5 und die Welle 1 erhalten Oberflächen, welche ohne
zu gleiten aufeinander rollen können. Hierfür erhält die immer dem Punkt
0 zugekehrte Seite des mittleren Steges des Gabelkopfes 5 über die Gesamtheit
ihrer Flächen oder nur auf einem Teil derselben eine Zahnstangenverzahnung 9, während
am Ende der Welle l ein Zylindersegment, dessen Zylinderachse durch den Punkt 0
geht und auf der Achse des Querbolzens 6 senkrecht steht, angebracht ist, das auf
dem Zylinderumfang eine parallel zur Zylinderachse gerichtete Verzahnung 10 hat.
Diese mit der Zahnstange 9 im Eingriff stehende Verzahnung 10 kann entweder einstückig
mit der Welle 1 oder gesondert hergestellt und auf dem Ende der Welle aufgesetzt
sein.
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Das obige einfache Gelenk arbeitet folgendermaßen: Unter der Annahme,
daß die Welle 1 die Eingangswelle und die Welle 2 die Ausgangswelle ist, wird das
Antriebsmoment von der Welle 1 über die Verzahnungen 10 und 9 auf den Gabelkopf
5 und von diesem auf die Welle 2 über die Muffen? und 8 und den Querbolzen 6 übertragen.
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Die Wellen 1 und 2 können, ausgehend von der in Fig. 1 dargestellten
Stellung, um den Bolzen 6 zueinander verschwenkt werden.
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Wenn die Wellen aus der in Fig. 1 dargestellten Stellung um eine zu
dem Bolzen 6 senkrechte Achse zueinander verschwenkt werden, rollt die Verzahnung
10 der Welle 1 infolge deren Schwenkung um den Punkt 0 in der Verzahnung 9 des Gabelkopfes
5 ab und verschiebt letzteren dabei auf dem Querbolzen 6.
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Bei einer Verformung des Gelenkes durch eine gegenseitige Drehung
der Wellen 1 und 2 um eine beliebige durch den Punkt 0 gehende Achse kombinieren
sich die beiden obigen Bewegungen des Gelenkes. Das Gelenk der Fig. 1 kann somit
allseitig frei abgewinkelt werden, wobei es jedoch das Drehmoment überträgt.
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In den Fig. 1 und 2 ist ein dem Prinzip des vorstehend beschriebenen
Gelenkes entsprechendes Doppelgelenk dargestellt.
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Bei der Ausführungsform der Fig. 2 und 3 schneiden die Achsen der
Eingangswelle 11 und der Ausgangswelle 12 den Mittelpunkt 0 einer Kugel 13, wofür
dieser Teil 13 zwei konvexe sphärische Auflage-Flächen 13 a und 13
b hat. Die Enden der Wellen 11 und 12 haben an ihren Stirnseiten konkave
sphärische Auflageflächen 14 a und 14 b, die über die Auflageflächen 13
a und 13 b der Kugel 13 greifen.
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Die Wellen 11 und 12 werden durch zwei Glieder gekuppelt, welche z.
B. die Form von Gabelköpfen 15 a und 15 b haben und so ausgebildet
sind, daß sie sich in bezug auf die Kugel 13 drehen und gleichzeitig parallel zu
ihrer gemeinsamen Drehachse verstellen können.
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Hierfür ist an einem der Gabelköpfe (z. B. dem Gabelkopf 15 b) ein
Querbolzen 16 befestigt, und der zweite Gabelkopf (im vorliegenden Fall der Kopf
15 a) ist um diesen Bolzen schwenkbar, und zwar mit Hilfe von Rollen 21,
wobei die Kugel 13 auf dem Bolzen 16 gleiten kann. Die Gabelköpfe 15 a und
15 b sind mit länglichen Öffnungen 15 a1 und 15 b1 versehen,
durch welche die Wellen 11 und 12 hindurchgreifen. Die Längssymmetrieebenen der
Öffnungen 15 a1 und 15b1
gehen durch die Achse des Bolzens 16: Die Wellen
11 und 12 können seitlich parallele Flächen aufweisen, welche sich mit leichter
Reibung gegen die Flanken der Öffnungen 15 a1 und 15 b1 legen.
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An den Enden der Wellen 11 und 12 sitzen dem Zylindersegment im Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 1 entsprechende Teile, deren Achsen durch den Punkt 0 gehen und senkrecht
auf der Achse der Welle 16 stehen. Auf ihrem Zylindermantel sind Verzahnungen 20
a und 20 b angebracht, während die Gabelköpfe 15 a und 15 b Zahnstangenverzahnungen
19 a und 19 b
tragen.
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Bei der dargestellten Ausführungsform werden die Verzahnungen 20 a
und 20 b von Teilen 22 a bzw. 22 b
getragen, welche in der Querrichtung
auf das Ende der Wellen 11 und 12 aufgesetzt und mit Hilfe von Nieten 23 a und 23
b befestigt sind. Es ist jedoch klar, daß diese Verzahnungen auch unmittelbar in
Erweiterungen am Ende der Wellen 11 und 12 eingeschnitten werden können.
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Das obige Doppelgelenk arbeitet folgendermaßen: Unter der Annahme,
da.ß die Welle 11 die Eingangswelle und die Welle 12 die Ausgangswelle des Gelenkes
ist, wird das Moment von der Welle 11 auf den Gabelkopf 15 a durch die Verzahnungen
19 a und 20 a und gegebenenfalls durch die Wirkungen der Flansche der Welle 11 auf
die Flanken der Öffnung 15 a1 übertragen, worauf es von dem Gabelkopf
15 a auf den Gabelkopf 15 b über den Bolzen 16 und schließlich von
dem Gabelkopf 15 b auf die Welle 12 über die Verzahnungen 20 b und 19 b und
gegebenenfalls durch die Wirkung der Flanken der Öffnung 15 b1 auf die seitlichen
Flächen der Welle 12 übertragen wird.
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Bei einer Abwinkelung des Gelenkes infolge einer Verschwenkung der
Wellen 11 und 12 zueinander um die Achse des Bolzens 16 dreht sich jede der durch
die Welle 11 und den Gabelkopf 15a bzw. durch die Welle 12 und den Gabelkopf
15 b gebildeten Anordnungen um die Achse des Bolzens 16, wobei die Lage des
Teils 13 unverändert bleibt.
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Bei einer Abwinkelung der Wellen 11 und 12 zueinander um eine zu der
Ebene der Fig. 3 senkrechte Achse verstellen die Verzahnungen 20 a und 20 b die
Verzahnungen 19 a bzw. 19 b, wobei sie die durch die Gabelköpfe 15
a, 15 b und den Bolzen 16 gebildete Anordnung mitnehmen, welche dann gegenüber
dem Teil 13 gleitet.
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Bei einer Verschwenkung der Wellen 11 und 12 zueinander um eine beliebige
Achse kombinieren sich die obigen Verstellungen der Bestandteile. Man sieht somit,
daß sich das Gelenk der Fig. 2 und 3 bei beliebigen Betriebszuständen frei abwinkeln
läßt und dabei das Moment übertragen kann.
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Das in Fig. 4 und 5 dargestellte Doppelgelenk arbeitet ebenso wie
das zuvor beschriebene Doppelgelenk gemäß Fig. 2 und 3. Es unterscheidet sich von
diesem
jedoch dadurch, daß hierbei die Welle 11 und der die Verzahnung
20 a tragende Teil 22 a sowie die Welle 12 und der die Verzahnung 20 b tragende
Teil 22 b aus einem Stück hergestellt sind. Die Fig. 4 zeigt eine schaubildliche
Ansicht des Gelenkes in der Stellung, in der die Wellen 11 und 12 in gleicher Richtung
liegen. Der Gabelkopf 15 a ist hierbei zu einem Viertel fortgeschritten,
um den mit den Zähnen 20 a versehenen Kopf zu zeigen, der aus einem Stück mit der
Welle 11 besteht. Fig. 5 ist eine schaubildliche Darstellung der einzelnen Teile
des Gelenkes nach Fig. 4, welches durch Herausziehen des Bolzens 16 nach oben auseinandergenommen
ist, wobei die Teile der rechten Hälfte des Gelenkes, nämlich der Rotationskörper
13, die Zahnwelle 11, 20 a und der gezahnte Gabelkopf 15 a getrennt dargestellt
sind.
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Die Erfindung gestattet, den Bolzen 16 (Fig. 3) so zu steuern, daß
seine Achse beständig mit der Winkelhalbierenden des von den Achsen von zwei Wellen
11. und 12 gebildeten Winkels zusammenfällt. Man kann somit die Erfindung in Universalgelenken
beliebiger Bauart benutzen, in welchen man einem Zwischenbolzen diese Stellung gegenüber
der Eingangswelle oder der Ausgangswelle des Gelenkes geben will.