DE1203055B

DE1203055B - Axial- und winkelbewegliche Kupplung

Info

Publication number: DE1203055B
Application number: DED38006A
Authority: DE
Inventors: Karl Breuer
Original assignee: Demag AG
Current assignee: Mannesmann Demag AG
Priority date: 1962-01-27
Filing date: 1962-01-27
Publication date: 1965-10-14
Also published as: AT239011B

Description

Axial- und winkelbewegliche Kupplung Die Erfindung bezieht sich auf eine axial- und winkelbewegliche Kupplung mit das Drehmoment übertragenden Kugeln, die in achsparallelen halbzylindrischen Nuten der beiden Kupplungshälften angeordnet sind, und mit gesteuerten Führungsmitteln für die Kugeln.
Durch eine solche Kupplung sind zwei Maschinenteile, beispielsweise zwei Wellen, drehspielfrei miteinander zu verbinden. Das Drehmoment wird durch die Kugeln von einer Kupplungshälfte auf die andere übertragen, wobei an den übertragungsstellen Wälzung vorhanden ist.
Ein derartiges Gelenk ist homokinetisch, d. h., die Geschwindigkeit zwischen treibendem und getriebenem Teil bleibt in jeder Phase des Umlaufs konstant. Zwischen den Kupplungskörpern, vor und hinter der Gelenkstelle sind stets gleichförmige Geschwindigkeit vorhanden. Dies ist auch der Fall bei Axial- und Winkelbewegung der beiden Kupplungskörper.
Neben diesen hervorragenden Eigenschaften der Kupplung wird ebenfalls großer Wert auf eine möglichst einfache und billige Fertigung gelegt, wobei aus Herstellungsgründen achsparallele, zylindrische Laufbahnen für die Kugeln bevorzugt werden.
Da die Kugeln solcher Gelenke hoch belastet sind und in die Oberfläche ihrer Laufbahnen gepreßt werden und da zum anderen die Tiefe des Eindruckes, den die Kugel unter Last verursacht, unter anderem von der Größe der Kugel abhängt - d. h., je größer die Kugel ist, um so kleiner ist die Tiefe des Eindruckes und die Verformung der Kugel unter der Belastung -, hat man bei einer bekannten Kupplung den größtmöglichen Kugeldurchmesser verwendet und gleichzeitig die Anzahl der Kugeln verringert.
In der Folgezeit wurde dann erkannt, daß die Führung der Kugeln für die Funktion der Kupplung in den verschiedenen Winkellagen wichtig ist.
Es ist bekannt, zu diesem Zweck den Kugelkranz in starrem Abstand voneinander gehaltenen Stegen in einer Ebene zu führen. Entweder umfassen die Stege die Kugeln mit mehr oder weniger großem seitlichem Spiel; in jedem Falle sind die Stege jedoch entweder an der inneren oder an der äußeren Kupplungshälfte befestigt. Die Kugeln sind deswegen nicht exakt in der Winkelhalbierenden in einer Ebene zu führen.
Des weiteren ist es bekannt, auf derartige Führungsstege zu verzichten und jedes einzelne Drehmoment-Dbertragungselement durch einen Führungsbolzen, der in der äußeren und inneren Kupplungshälfte gehalten ist, zu führen. Die Drehmoment-übertragungselemente sind in diesem Falle als Kugelabschnittskörper ausgebildet. Diese Kupplung ist nicht axial beweglich.
Ferner ist es bekannt, Führungskäfige verschiedener Ausbildung für den Kugelkranz zu verwenden. Die Kugeln sind dabei in axialer Richtung praktisch spielfrei gehalten. Eine derartige Kupplung ist axial-und winkelbeweglich. Der Spalt zwischen den Kupplungshälften ist dabei so groß zu bemessen, daß der Führungskäfig für den Kugelkranz entweder durch den mindestens der Wanddicke des Käfigs entsprechenden Spalt hindurchzuführen ist, damit er eingebaut werden kann, oder der Führungskäfig ist innerhalb des Spaltes angeordnet.
Da bei diesen bekannten Kupplungen mit nicht fest angeordneter Kugelführung der Spalt zwischen den Kupplungshälften verhältnismäßig breit ist, wird bei vergleichbarer Drehmomenten-übertragungsfähigkeit nicht nur die Hertzsche Flächenpressung der Kupplungshäften in den Nuten vergrößert, es greift auch die Normalkraft nicht in etwa der Richtung der Umfangskraft an der das Drehmoment übertragenden Kugel an. Aus diesem Grunde müssen die Nutenflächen und damit auch die Kupplungshälften vergrößert werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kupplung mit das Drehmoment übertragenden Kugeln, die axial- und winkelbeweglich ist, mit einem derart schmalen, d. h. nach Null tendierenden Spalt zwischen innerer und äußerer Kupplungshälfte zu versehen, daß dadurch die Hertzsche Flächenpressung verkleinert wird und die Normalkraft etwa in Richtung der Umfangskraft an der das Drehmoment übertragenden Kugel angreift.
Zum anderen wird eine verhältnismäßig große Anzahl von Kugeln verwendet, die nicht den größtmöglichen Kugeldurchmesser aufweisen. Trotz der geringen Spaltbreite und der Vielzahl von Kugeln ist es möglich, einen Führungskäfig vorzusehen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein aus zwei in starrem Abstand voneinander gehaltenen Seitenführungshaltern bestehender fliegend angeordneter Käfig vorgesehen ist, der den Kugelkranz in der Winkelhalbierenden führt.
Durch einen derartigen Kugelkäfig ist die Kupplung nach der Erfindung gegenüber bekannten Kupplungen gleicher Gattung und Leistung wesentlich kleiner zu bauen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weisen die Seitenführungshalter im Bereich jeder Kugellaufbahn nach innen gerichtete, die Kugeln zwischen sich führende Vorsprünge auf. Diese Vorsprünge in Form von Nasen oder Druckstücken führen die Kugel in axialer Richtung auch dann spielfrei, wenn verhältnismäßig große Winkelverlagerungen eintreten.
Des weiteren können an sich bekannte Hebel mit kugelförmig ausgebildeten Enden und einem Kugelkopf im mittleren Bereich vorgesehen sein, die den Kugelkäfig steuern. Die kugelförmig ausgebildeten Enden sind in an sich bekannter Weise in Pfannen der inneren und äußeren Kupplungshälfte gelagert, während an dem mittleren Teil des Steuerhebels der Kugelkäfig beweglich angelenkt ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Kupplung nach der Erfindung sind an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 in einem Teil-Radialschnitt mehrere benachbart angeordnete zylindrische Kugellaufbahnen mit einer nach Null tendierenden Spaltbreite, F i g. 2 einen Axialschnitt durch die Kupplung mit fliegend angeordnetem Kugelkäfig und außerhalb von diesem liegenden Steuerhebeln, F i g. 3 einen Axialschnitt durch die Kupplung mit fliegend angeordnetem Kugelkäfig und innenliegenden Steuerhebeln, F i g. 4 einen Radialschnitt nach der F i g. 3.
Die F i g. 1 zeigt die Kupplung mit der inneren Kupplungshälfte 1 und der äußeren Kupplungshälfte 2 als Kupplungskörper. In halbzylindrischen Nuten 6 der Kupplungshälfte 2 und halbzylindrischen Nuten 6' der Kupplungshälfte 1 sind eine Anzahl radial umfangsverteilter Kugeln 3 als Drehmomenten-übertragungselemente zwischen den Kupplungskörpern praktisch drehspielfrei, jedoch wälzbeweglich gehalten.
Es wird eine Anzal von Kugeln verwendet, die mindestens ein Dutzend oder mehr beträgt. Innere und äußere Kupplungshälfte sind durch einen nach Null hin tendierenden Spalt, dargestellt durch die Begrenzungslinien 1', 2', voneinander getrennt.
In der F i g. 2 sind die achsparallel verlaufenden, halbzylindrischen Nuten 6, 6' und das formschlüssig gesteuerte Führungsmittel in Form eines Käfigs für die Kugeln 3 zu erkennen.
Der Käfig besteht aus zwei ringförmigen Seitenführungshaltern 7 und 8, die vor den Nutenstirnseiten angeordnet sind. Sie ergeben im starren Abstand voneinander gehalten einen fliegend angeordneten, d. h. von den Kupplungskörpern unabhängigen Kugelkäfig. Die Seitenführungshalter 7, 8 sind durch drei um etwa 120° zueinander versetzte Bolzen 9 oder Querstege in starrem Abstand fest miteinander verbunden. Die Bolzen oder Stege 9 werden durch nicht mit einer Kugel versehene Laufbahnen hindurchgesteckt. Es kann gegebenenfalls auch eine Sonderbohrung 10 für jeden Bolzen oder Steg 9 vorgesehen sein.
Die Verbindungsbolzen 9 sind bei außermittig angeordneten Steuerhebeln 12 mit einem seitlichen hohlgebohrten Kopf 11 versehen, in dessen Bohrung 17 der Hebel 12 mit seinem mittleren kugelförmigen Teil 15 gehalten ist. Dieser Steuerhebel 12 weist an seinen beiden Enden weitere kugelförmige Teile 14 auf, von denen der eine in einer Pfanne 16 der inneren Kupplungshälfte 1 und der andere in einer als Schraube ausgebildeten Pfanne 13, die in die äußere Kupplungshälfte eingeschraubt ist, geführt sind.
In der F i g. 3 ist der gleiche Achsschnitt wie in F i g. 2 dargestellt; lediglich sind hier die drei um 120° versetzten Steuerhebel 12 in der Mitte der Kugellaufbahn angeordnet. Die Bohrung 17 ist zu diesem Zweck mittig des Bolzens 9 bzw. Verbindungssteges vorgesehen, und in ihr ist der kugelförmige Teil 15 des Steuerhebels 12 gehalten. Es können des weiteren -an den Seitenführungshaltern 7 und 8 im Bereich jeder Kugellaufbahn nach innen gerichtete Vorsprünge oder Nasen 18 vorgesehen sein, die die Kugel zwischen sich praktisch spielfrei führen.
Die F i g. 4 zeigt, wie die Kugeln 3 als Kugelkranz in den halbzylindrischen Nuten 6, 6' der inneren und äußeren Kupplungshälfte 1, 2 angeordnet sind.
Der formschlüssig gesteuerte Käfig mit seinen drei Steuerhebeln wird verwendet für schnell laufende Kupplungen und bei verhältnismäßig großen Winkelverlagerungen der beiden Kupplungskörper. Er hat die Aufgabe, den Kugelkranz stets in eine Radialebene in der Winkelhalbierenden zu führen.
Wenn unter Last die beiden Kupplungskörper zueinander winkelverlagert werden, dann rollen die Kugeln in eine Ebene, die dem halben Verlagerungswinkel (Winkelhalbierende) entspricht. Hierbei korrigiert der Käfig die in den Nuten hin- und herpendelnden Kugeln, so daß sie stets in einer Ebene umlaufen; d. h.,die Kugeln werden vom Käfig immer in eine Lage gesteuert, die eine gleichförmige Drehbewegung der gesamten Kupplung zur Folge hat. Alle Kugeln nehmen an der Drehmomentenübertragung teil.

Claims

Patentansprüche: 1. Axial- und winkelbewegliche Kupplung mit das Drehmoment übertragenden Kugeln, die in achsparallelen halbzylindrischen Nuten der beiden Kupplungshälften angeordnet sind, und mit gesteuerten Führungsmitteln für die Kugeln, d a -durch gekennzeichnet, daß ein aus zwei in starrem Abstand voneinander gehaltenen Seitenführungshaltern (7, 8) bestehender, fliegend angeordneter Käfig vorgesehen ist, der den Kugelkranz (3) in der Winkelhalbierenden führt.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenführungshalter (7, 8) im Bereich jeder Kugellaufbahn nach innen gerichtete, die Kugeln (3) zwischen sich führende Vorsprünge (18) aufweisen.
3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an sich bekannte Hebel (12) mit kugelförmig ausgebildeten Enden (14) und einem Kugelkopf (15) im mittleren Bereich vorgesehen sind, die den Kugelkäfig (7, 8) steuern. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 172 944, 1047 541; französische Patentschrift Nr. 755 957; britische Patentschriften Nr. 731547, 835 936, 873162; USA.-Patentschriften Nr. 2 309 939, 2 322 570, 2 432 216, 2 897 660, 2 932180.