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Gleichlauffestgelenkkupplung Die Erfindung bezieht sich auf eine im
Gegensatz zu einer in sich verschiebbaren Gelenkkupplung als Gleichlauffestgelenkkupllung
bezeichnete Gleichlaufdrehgelenkkupplung mit Drehmomentübertragung durch Kugeln,
die zwischen einem inneren undeinem äußeren Kupplungskörper in Längsrillen beider
Kupplungskörper geführt sind, deren Längsmittellinien sich jeweils paarweise abwechselnd
in entgegengesetzter Richtung keilförmig öffnen oder sich insbesondere jeweils paarweise
mit abwechselnder entgegengesetzter Steigung kreuzen, wobei die Kugeln in öffnungen
eines zwischen den Kupplungskörpern angeordneten und an einem der Kupplungskörper
unverschieblich geführten und gegenüber dem anderen Kupplungskörper mit Spiel angeordneten
Käfigs in einer Ebene gehalten sind.
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Zur Erzielung des Gleichlaufs solcher Drehgelenkkupplungen müssen
die Kugeln bekanntlich stets in einer Ebene liegen, die bei jedem Beugungswinkel
des Gelenks längs der Winkelhalbierenden der Achsen beider Kupplungskörper vertikal
zu der von diesen beiden Achsen gebildeten Ebene verläuft.
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Es wurde bereits versucht, diese Bedingung und zugleich den Zusammenhalt
der beiden Kupplungskörper einer Festgelenkkupplungskonstruktion allein durch geeignete
Rillenführung zu erreichen. Bei der bekannten Konstruktion sind vier Laufkugeln
vorgesehen, deren Rillen in allen vier Fällen verschieden zur Gelenkkupplungsachse
verlaufen, und zwar entsprechend den vier Möglichkeiten, die bei zwei entgegengesetzt
gleichen Kegelneigungen und zwei entgegengesetzt gleichen Schrägungswinkeln gegeben
sind. Diese Gelenkkupplung versagt aber dann, wenn der Kreuzungswinkel der zugeordneten
Rillen bei Beugung der Gelenkkupplung so klein wird, daß eine einwandfreie Führung
der Kugeln nicht mehr gewährleistet ist und insbesondere die Kugeln aus der Gleichlaufebene
auswandern; dann ist weder ein ruhiger noch ein homokinetischer Lauf der Gelenkkupplung,
mehr möglich. Um überhaupt arbeitsfähige Gelenkkupplungen der genannten Art bauen
zu könneu, ist ein sehr großer Kreuzungswinkel der Rillen notwendig, wodurch die
Führungsbahn durch hohe Druckkomponenten belastet wird. Natürlich könnte man die
bekannte Konstruktion durch Vervielfachung der vier Rillengruppen weiterbilden.
Werden jedoch gemäß der eingangs genannten Gattung nur zwei Rillengruppen benutzt,
die sich nämlich abwechselnd in entgegengesetzter Richtung keilförmig öffnen oder
sich jeweils paarweise mit abwechselnder entgegengesetzter Steigung kreuzen, so
sind zwar die Nachteile der bekannten Konstruktion vermieden, da hohe Druckbelastungen
durch relativ kleine Kreuzungswinkel bzw. Keilwinkel vermieden werden können; bekanntlich
ist jedoch ein Käfig für die Kugeln erforderlich, weil sonst die Kugeln unter Drehmoment
entsprechend den zwei Rillengruppen abwechselnd in entgegengesetzter Richtung axial
auseinanderstreben. Die Kugeln werden dabei in länglichen öffnungen des Käfigs gehalten,
deren Länge entsprechend der Auswanderung der Kugeln in Umfangsrichtung beim Beugen
der Gelenkkupplung bemessen ist und die auch eine Kugelbewegung in radialer Richtung
gestatten, aber einem Ausweichen der Kugeln aus ihrer gemeinsamen Ebene entgegenwirken.
Zur Vermeidun- eines Klapperns des Käfigs durch Hin- und Herschlagen zwischen den
beiden Kupplungskörpern ist es dabei bekannt, den Käfig an dem einen Kupplungskörper
zu führen, wobei es ebenfalls bekant ist, zur Vermeidung unnötiger Reibung einen
Abstand zwischen dem Käfig und dem anderen Kupplungskörper vorzusehen.
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Nun ist zum Erzielen des Gleichlaufs derartiger Gleichlaufgelenkkupplungen
mit Käfig eine Vielzahl von Rillenformen bekannt, deren Gemeinsamkeit darin besteht,
daß die Längsmittellinie einander zugeordneter Längsrillen am inneren und am äußeren
Kupplungskörper, die also gemeinsam eine Kugel führen, einen Winkel miteinander
einschließen.
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Dies wird bei einer bekannten Gelenkkupplungsbauart dadurch erzielt,
daß die Längsmittellinien der einander zugeordneten Längsrillen am inneren und am
äußeren Kupplungskörper Abschnitte voneinander entgegengesetzt gleiche Steigung
aufweisenden Schraubenlinien auf Rotationsflächen um die entsprechenden Kupplungskörperachsen
oder Tangenten an diese Schraubenlinien sind. In spezieller Ausführung
dieser
Bauart können die Längsmittellinien, wie bekannt, auch Tangenten an Kegelflächen,
Kreisböaen oder in Abwandlung sonstige stetig verlaufende Linien sein.
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Während bei dieser bekannten Bauart mit sich kreuzenden Längsmittellinien
diese windschief zur Kupplungskörperachse bzw. der an dem Kupplungskörper angebrachten
Welle verlaufen, verlaufen die zugeordneten Längsrillen bei einer anderen bekannten
Bauart jeweils in denselben, die gemeinsame Achse der fluchtend angeordneten Wellen
enthaltenden Ebenen so, daß die zugeordneten Längsrillen einen sich öffnenden Keil
oder Schnabel bilden. Auch hierbei können die Längsrillen beliebigen stetigen, in
praktischen Anwendungsfällen meist geradlinigen oder kreisbogenförmigen Verlauf
haben.
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Bei diesen Bauarten muß lediglich die notwendige Bedingung eingehalten
werden, daß der Kreuzungswinkel der Längsmittellinien bzw. der Keilwinkel der sich
keilförmig öffnenden Längsrillen größer als der Reibungswinkel der zusammenwirkenden
Materialien der Kugeln und der Längsrillen der Kupplungskörper ist, damit die Selbsthemmung
der sich in den Rillenbahnen bewegenden Kugeln überwunden wird.
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Daß sich schließlich bei der Festgelenkkupplung der eingangs genannten
Art bei sich keilfönnig öff-
nenden Längsrillen die Keile abwechselnd in ent--
gengesetzter Richtung öffnen oder bei sich paarge t2 weise kreuzenden Längsrillen
der Anstieg der Längsrillen desselben Kupplungskörpers abwechselnd entgegengesetzt
ist, dient bekanntlich dazu, einen axialen Schub der Kugeln auf den Käfig zu vermeiden,
der sich insbesondere bei hohen Drehzahlen als Reibung zwischen dem Käfig und dem
Kupplungskörper und entsprechende unerwünschte Erwärmung auswirkt. Der Schub wird
dadurch vermieden, daß die Kugeln jeweils abwechselnd entgegengesetzte Drücke auf
den Käfig ausüben, die sich gegenseitig kompensieren. Bei solchen Gleichlaufgelenkkupplungen
sind die Kugeln also in zwei Gruppen von Rillenpaaren gehalten.
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Es ist bekannt, den Zusammenhalt einer solchen im einzelnen erläuterten
Festgelenkkupplung gemäß der eingangs genannten Gattung dadurch sicherzustellen,
daß Kugelflächenzonen des äußeren Kupplungskörpers entsprechende Kugelflächenzonen
des inneren Kupplungskörpers umgreifen, zwischen deneu der kugelschalenförmig ausgebildete
Käfig angeordnet ist. Bei dieser Bauart ist es bekannt, die Kugelflächenzonen nur
auf den den beiden Wellenfortsetzungen der Gelenkkupplung zugewandten Seiten vorzusehen,
um ein Auseinanderziehen der Gelenkkupplung zu vermeiden, während in der mittleren
Gelenkzone beide Kupplungskörper mit Abstand zum Käfig zylindrisch ausgebildet sind,
um Reibungs-Verlusten entgegenzuwirken und den Aufbau aus einfachen Bauelementen
zu vereinfachen.
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Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei einer solchen Bauart immer noch
Erwärmung und Verschleiß im Bereich der zur Halterung bestimmten Kugelschalenflächen
auftritt. Außerdem ist die Herstellung von Bauelementen mit kugelflächenzonenförmigen
Halteflächen fertigungstechnisch noch relativ schwierig.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Aufbau der Festgelenkkupplung
der eingangs genannten Gattung noch weiter zu vereinfachen und dabei zugleich Reibungsverluste
minimal zu halten.
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Zum Lösen dieser Aufgabe geht die Erfindung von der bisher in die
Baupraxis von Gleichlauffestgelenkkupplungen noch nicht eingegangenen Erkenntnis
aus, daß sich die beiden Kupplungskörper bei einer Festgelenkkupplung der eingangs
genannten Gattung mit sich in abwechselnd entgegengesetzter Richtung öffnendem Keilwinkel
der Längsrillen oder mit abwechselndem Steigungssinn der Längsrillen eines Kupplungskörpers
bei einer Bauart mit sich paarweise kreuzenden Längsrillen radial selbst zentrieren
und außerdem dann keine weiteren axialen Halteeinrichtungen benötigen, wenn einerseits
die Kugeln zwangsweise in einer Ebene gehalten werden, wie es von dem Käfig der
eingangs genannten Art bereits besorgt wird, und andererseits der Käfig gegenüber
dem einen Kupplungskörper unverschiebbar geführt ist. Nach der Erfindung wird daher
vorgeschlagen, daß der Zusammenhalt der beiden Kupplungskörper ausschließlich über
eine einseitige Zentrierungsführung des Käfigs an einem der beiden Kupplungskörper
erfolgt.
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Die Gelenkkupplung gemäß der Erfindung, die frei von axialen Reaktionskräften
und daher insbesondere für hohe Drehzahlen geeignet ist, erfordert nur einen minimalen
Fertigungs- und Montageaufwand bei völlig einwandfreier Funktionsweise.
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Mit Rücksicht auf einen hohen Wirkungsgrad der Gelenkkupplung kann
der Schrägungswinkel der Rillen bzw. gegebenenfalls der Keilwinkel so gewählt werden,
wie es für eine einwandfreie Steuerung bei dem vorgesehenen größten Beugungswinkel
am günstigsten ist. Das ist der Fall, wenn in bekannter Weise der Schrägungswinkel
bei einer Gelenkkupplung mit sich kreuzenden Längsrillen etwa gleich dem maximalen
Beugungswinkel oder der Keilwinkel bei einer Gelenkkupplung mit sich keilförmig
öffnenden Längsrillen nur wenig größer als der Materialreibungswinkel ist. Allerdings
muß er natürlich so groß gewählt werden, daß die Selbsthemmung der sich in den Rillenbahnen
bewegenden Laufkugeln noch sicher überwunden wird. Bei einem normalen maximalen
Beugungswinkel von 201 kommt insbesondere ein Schrägungswinkel ebenfalls von 20'
in Frage.
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Für das Festhalten der Laufkugeln braucht oft nur ein schwacher Käfig
verwendet zu werden, besonders wenn die Gelenkkupplungsdrehzahl hoch und das zu
übertragende Drehmoment klein sind.
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Bei fallender Drehzahl und fallendem Drehmoment müßte an sich zwar
der Käfig starrer sein, weil seine Stege zwischen den Fensteröffnungen auf Zug beansprucht
werden. Da aber die Festgelenkkupplung nach der Erfindung nur sehr kurze Fensterlängen
im Käfig benötigt, weil der Verschiebeweg der Laufkugeln im Käfigfenster nur von
der Größe des Beugungswinkels abhängt, und da ferner wegen der Bestimmung der Gelenkkupplung
für hohe Drehzahlen nur verhältnismäßig kleine Beugungswinkel, und zwar im allgemeinen
bis etwa 20", in der Praxis vorkommen, ist der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Käfigfenstern relativ groß. Auch bei dünnen Käfigen ist daher die durch das Produkt
des Ab-
standes aufeinanderfolgender Käfigfenster mit der Wandstärke des Käfigs
gegebene Querschnittsfläche des Stegs, welche die Kraft der Laufkugeln aufnehmen
muß, noch relativ groß, so daß auch relativ schwache Käfige noch für schwere Beanspruchungen
mit großer Betriebssicherheit verwendet werden können.
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Zum Verständnis der Erfindung ist es wichtig darauf hinzuweisen, daß
die Haltefunktion des Käfigs
für die Kugeln unabhängig von der Beweglichkeit
des Käfigs ist; denn die Beanspruchung des Käfigs durch die Laufkugeln beira Beugen
der Gelenkkuppluno, wirkt sich lediglich als Zugkraft auf die Käfistege aus. Es
wird also keine Reaktionskraft auf die Kupplungskörper übertragen, und damit erfolgt
auch keine Beschränkung der Käfigbewegung durch die Haltefunktion. Hingegen bei
einer axialen Beanspruchung der Gelenkkupplung wirkt die axial angreifende Kraft
als zusätzliche Zugkraft auf die Stege des Käfigs, der sich seinerseits auf den
ihn führenden Kupplungskörper abstützt.
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Der Käfig hat daher wie üblich eine hohe Oberflächenhärte in den Fensterflächen
zum Abstützen der Laufkugeln und andererseits einen zähen Kein in den Stegen zwischen
den Fenstern, um den Zug aufnehmen zu können; schließlich soll er solche Gleiteigenschaften
haben, welche die Relativbewegung gegenüber dem den Käfig führenden Kupplungskörper
ohne Behinderung ermöglichen.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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F i 1-. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Festgelenkkupplung
gemäß der Erfindung mit keilförmig verlaufenden Längsrillen und im äußeren Kupplungskörper
geführtem Käfig; F i g. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform
einer Gelenkkupplung gemäß der Erfindung, bei der sich die in die Figurenebene hineingeklappt
gezeichneten geradlinigen Längsrillen kreuzen, und bei der der Käfig auf dem inneren
Kupplungskörper geführt ist; F i g. 3 zeigt in abgewickelter Darstellung,
wie die Laufkugeln bei der Gelenkkupplung gemäß F i g. 2 in den Kreuzungspunkten
der geradlinigen und mit abwechselnd entgegengesetztem Schrägungswinkel angeordneten
Laufrillen gehalten sind; F i g. 4 schließlich zeigt eine teilweise schattiert
gezeichnete Stirnansicht der Gelenkkupplung gemäß F i g. 2, an der die einfache
Montage dieser Gelenkkupplung durch Einschwenken des inneren Kupplungskörpers mit
aufgesetztem Käfig und eingesetzten Laufkugeln in den äußeren Kupplungskörper deutlich
wird.
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Bei der Ausführungsform der Gelenkkupplung gemäß F i g. 1 ist
der innere Kupplungskörper 1 über eine Keilverbindung 2 auf eine abgebrochen
gezeichnete Welle 3 aufgeschoben und durch beidseitig vorgesehene Sprengringe
4 und 5 gegen Verschiebung gesichert. Der innere Kupplungskörper
1 ist durch Laufkugeln 7 bzw. 7 a im äußeren Kupplungskörper
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geführt, der in einer im einzelnen nicht dargestellten Weise ebenfalls mit
einer nicht gezeigten Welle verbunden werden oder sein kann. Jede Laufkugel
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läuft jeweils zugleich in einer Längsrille 10 des äußeren Kupplungskörpers
8 und einer Längsrille 11
des inneren Kupplungskörpers 1. Die
Längsrille 10
hat einen kreisbocrenförmi-en Rillenboden 13 und die
Längsrille 11 einen ebenfalls kreisbogenförmigen Ril- i lenboden 14. Diese
Längsrillen bzw. ihre Rillenböden erstrecken sich in der Figurenebene, welche durch
die Achsen beider Kupplungskörper gelegt ist, und öffnen sich in der Art eines keilförmigen
Schnabels abwechselnd in entgegengesetzter Richtung, wobei i sich der der Kugel
7 a zugeordnete Längsrillenkeil in der Darstellung der Figur nach links und
der der anderen Kugel 7 zugeordnete Keil nach rechts öffnet. C
Die
Laufkugeln 7 bzw. 7 a werden von dem kulgel.-schalenförmigen Käfig
16 in einer Ebene gehalten, welche den Beugungswinkel halbiert. Bei der dargestellten
Ausführungsform ist der Käfig im äußeren Kupplungskörper bei 17 geführt,
während gegenüber dem inneren Kupplungskörper 1 ein Spiel bzw.
Ab-
stand 18 vorgesehen ist. Die beiden Kupplungskörper 1 und
8 sind ausschließlich über den Käfig 16
zusammengehalten, der im äußeren
Kupplungskörper 8 bei 17 geführt ist und die in die Längsrillen
10 und 11 beider Kupplungskörper eingreifenden Kugeln 7 bzw.
7 a in der Gleichlaufebene hält.
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Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 ist wiederum ein innerer
Kupplungskörper 21 auf eine Keilverbindung22 einer abgebrochen dargestellten Welle
23 aufgeschoben und mittels der Sprengringe 24 und 25 unverschiebbar
gehalten. Der innere Kupplungskörper 21 ist über Laufkugeln 27 im äußeren
Kupplungskörper 28 geführt, die jeweils in eine geradlinige Längsrille
30 im äußeren Kupplungskörper 28 und 31 im inneren Kupplungskörper
21 eingreifen. Wie man bei 33 und 34 erkennen kann, sind auch die Böden dieser
beiden Längsrillen geradlinig. Die Kugeln 27 sind im Kreuzungspunkt der Längsrillen
30 und 31 angeordnet, wie man besser als in F i g. 2, in der
die Längsrillen in die Figurenebene geklappt gezeichnet sind, in F i g. 3
erkennen kann, in der die Längsrillen in Abwicklung längs des die Kugeln
27 enthaltenden Umfangskreises räumlich dargestellt sind. Man erkennt, daß
der SchrägungswinkeI der Längsrillen desselben Kupplungskörpers 21 oder 28 abwechselt,
so daß in F i g. 3 beispielsweise die Längsrille 30 einmal schräg
von links unten nach rechts oben und das andere Mal schräg von links oben nach rechts
unten gezeichnet ist.
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Die Kugeln sind wiederum in einem Käfig 36 in einer Ebene gehalten,
indem sie durch besser in F i g. 4 erkennbare Fenster 41 hindurchgreifen.
Diese Fenster 41 sind in Umfangsrichtung so langgestreckt ausgebildet, daß eine
Wanderung der Kugeln in Umfangsrichtung beim Beugen der Gelenkkupplung mölich ist,
und sie lassen dabei auch eine radiale Auswanderung der Kugeln zu, welche sie lediglich
in axialer Richtung so festhalten, daß die Kugeln stets in einer Ebene liegen.
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Bei dieser Ausführungsform ist der wiederum kugelschalenförinig ausgebildete
Käfig 36 auf der Kugelfläche 38 des inneren Kupplungskörpers 21 geführt
und mit Abstand 37 gegenüber der zylindrisch ausgebildeten Innenfläche
39 des äußeren Kupplungskörpers 28 angeordnet.
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Der äußere Kupplungskörper 28 ist durch Schraubbolzen 44, die
durch Bohrungen 45 (F i g. 4) des äußeren Kupplungskörpers 28 hindurchgreifen,
an den Endabschnitt 46 einer Welle 47 angeschraubt. Von den Bolzen 44 ist außerdem
eine Schutzkappe 48 auf der Seite der zu dem inneren Kupplungskörper 21 gehörenden
Welle 23 am äußeren Kupplungskörper 28 befestigt.
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Wie man ohne weiteres aus F i g. 4 ersehen kann, läßt sich
der innere Kupplungskörper 21, auf den der Käfig 36 mit den eingesteckten
Kugeln 27 aufgesetzt ist, leicht bei der Montage in den äußeren Kupplungskörper
28 einschieben, indem das Einführen zunächst über zwei Kugeln bei gekipptem
inneren Kupplungskörper mit Käfig und eingesetzten Kugeln erfolgt und dann dieses
Aggregat in Mittelstellung des äußeren Kupplungskörpers um die beiden
Führungskugeln
in die endgültige Lage eingeschwenkt wird.