DE1253524B

DE1253524B - Kardangelenkkupplung

Info

Publication number: DE1253524B
Application number: DE1964B0078515
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Koch
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1964-09-12
Filing date: 1964-09-12
Publication date: 1967-11-02
Also published as: CH436869A; FR1446757A; AT256568B

Description

Kardangelenkkupplung Die Erfindung betrifft eine Kardangelenkkupplung zwischen zwei axialen und/oder winkligen und/oder parallelen Verschiebungen ausgesetzten fest gelagerten Wellen mittels einer Zwischenwelle, wobei zur Verbindung jedes der beiden Enden der Kardanwelle mit je einem Ende der beiden anderen Welle je eine zentrierende Kupplung vorgesehen ist.
Es sind bereits zahlreiche Kupplungsanordnungen zwischen zwei Wellen und zwischengeschalteter Kardanwelle bekannt. Bei den meisten bekannten Verbindungen dieser Art ist zum Ausgleich axialer Verschiebungen der beiden Wellen die Gelenkwelle als Teleskopwelle ausgebildet, die ihre Länge also verändern kann, indem der eine in den anderen Teil eingeschoben oder aus diesem ausgezogen wird. Hierzu sind zur überwindung der Reibung axiale Kräfte erforderlich, die bei übertragung des Nenndrehmomentes der Kupplung relativ groß sein können. Diese Kräfte bedeuten einen Energieverlust und erhöhen den Verschleiß. Vor allem an den sich in-. einanderschiebenden Teilen tritt ein Verschleiß auf, den man mittels Schmierung klein zu halten versuchen muß. Auch die Kreuzgelenke, mit denen die Kardanwelle an die beiden zu kuppelnden Wellen angelenkt ist, benötigen eine laufende Schmierung und überwachung, so daß solche bekannten Kupplungsanordnungen einer laufenden Wartung bedürfen.
Es ist auch bereits eine Kupplungsanordnung zwischen zwei nicht miteinander fluchtenden Wellen bekannt, die eine Zwischenwelle mit zwei Flanscherl. aufweist, an deren äußerem Umfang jeweils die einen Enden einer Anzahl von elastisch verformbaren Radspeichen fest eingespannt sind, deren andere Enden am Umfang jeweils eines Ringes, der mit einer der beiden zu kuppelnden Wellen kraft- und formschlüssig verbunden sind, fest eingespannt sind. Das Drehmoment wird dabei über die Reihenschaltung von zwei Speichenrädem übertragen. Durch elastische Verformung der Radspeichen ist eine begrenzte axiale und kardanische Bewegung der beiden Wellen zueinander möglich. Durch die elastische Verformung der Radspeichen ergeben sich jedoch erhebliche Rückstellkräfte auf die zu kuppelnden Wellen und deren Lagerung.
Es ist weiterhin ein Achsmotorantrieb für elektrische Triebfahrzeuge bekannt, deren Antriebsmotor eine Hohlwelle aufweist, in der die Treibachse gegenüber dieser verschiebbar angeordnet ist. Die Drehmomentübertragung von der Motorhohlwelle zur Treibachse erfolgt dabei über zwei an den Enden der Motorhohlwelle angeordnete Kupplungen. Jede rlieser beiden Kupplungen weist sechs Gelenkhebel auf, deren eine Enden jeweils mit einem Flansch der Motorhohlwelle und deren andere Enden mit jeweils einem Treibrad über sphärische Gelenke verbunden sind. Diese Kupplungsanordnung läßt eine axiale Verschiebung der Treibachse zur Motorhohlwelle und damit auch zu dem fest im Drehgestell gelagerten Antriebsmotor zu. Eine exakte Winkelgleichlaufgenauigkeit ist bei einer solchen Kupplung jedoch nicht vorhanden, da bei einer axialen Verschiebung der Wellen zueinander eine geringe Drehbewegung der Treibachse gegenüber der Motorhohlwelle durch die Gelenkhebelauslenkung erfolgt. Auch bei einer kardanischen Auslenkung der Treibachse gegenüber der Motorhohlwelle, die sich bei der bekannten Anordnung bei einer Verbiegung der Treibachse ergeben kann, findet je nach der Richtung der Auslenkung ebenfalls eine Drehbewegung der Motorhohlwelle gegenüber der Treibachse statt, so daß der Winkelgleichlauf gestört ist.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Kupplung mit einer Kardanwelle zu schaffen, die eine große axiale Verschiebbarkeit der beiden zu kuppelnden Wellen bei geringen axialen Widerstandskräften bei Drehmomentbelastung sowie eine winklige und parallele Verschiebbarkeit der beiden zu kuppelnden Wellen ohne große innere Widerstandskräfte zuläßt. Die Kupplung soll ferner einen Winkelgleichlauf der zu kuppelnden Wellen zulassen und nur eine geringe oder sehr kleine Umfangselastizität aufweisen und keinerlei Wartung benötigen.
Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß diese Kupplungen, wie an sich bekannt, als Gelenkhebelkupplungen mit jeweils mindestens drei Gelenkhebeln ausgebildet sind, deren eine Enden über sphärische Gelenke an der treibenden Welle bzw. getriebenen Welle und deren andere Enden über sphärische Gelenke an der Zwischenwelle angreifen, und daß zum Abstimmen des Schwingungsverhaltens die beiden Kupplungen unterschiedlich ausgebildet sind.
Die bei dieser Kupplungsanordnung zur Verwendung kommenden, an sich bekannten Gelenkhebelkupplungen lassen eine große axiale Beweglichkeit mit nur äußerst geringen Rückstellkräften zu und besitzen eine ausgezeichnete zentrische Führung, wodurch Unwuchten der Kardanwelle vermieden werden können. Bei den geringen axialen Rückstellkräften, die diese Gelenkhebelkupplungen aufweisen, kann es störend sein, daß die Kardanwelle nur wenig axial geführt ist. Bei einer axialen Verschiebung der einen Welle werden die Gelenkhebel der Gelenkhebelkupplung ausgelenkt. Soll die Kupplung ein Drehmoment übertragen, tritt dann eine Seitenkraft auf, die bestrebt ist, die Kardanwelle axial zu verschieben. Diese Seitenkraft muß von der am anderen Ende der Kardanwelle angeordneten Kupplung aufgenommen werden.
Bei der zentrischen Gelenkhebelkupplung ist nur die innere Widerstandskraft gegen eine Axialverschlebung abhängig von der Länge der Gelenkhebel, von der Anzahl der Gelenkhebel und der kardanischen Elastizität der Gelenke dieser Gelenkhebel. Je länger die Gelenkhebel sind, je geringer die Anzahl der Gelenkhebel und damit auch die der Gelenke und je größer die kardanische Elastizität der Gelenke ist, um so geringer sind die inneren Widerstandskräfte der Gelenkhebelkupplung bei einer axialen Verschiebung.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß die Anzahl der Gelenkhebel der beiden Gelenkhebelkupplungen verschieden groß ist, daß die Länge der Gelenkhebel der einen Gelenkhebelkupplung größer ist als die der anderen und daß die Gelenke der einen Gelenkhebelkupplung, und zwar der mit der größeren Anzahl von Gelenkhebeln eine harte kardanische Elastizität aufweisen, während die Gelenke der Gelenkhebelkupplung mit der kleineren Anzahl von Gelenkhebeln eine weiche kardanische Elastizität aufweisen.
Bei einer solchen Anordnung ergibt sich eine gute axiale Führung der Kardanwelle durch die axiale härtere Gelenkhebelkupplung und gleichzeitig eine gute axiale Beweglichkeit ohne große Rückstellkräfte der fest gelagerten Wellen zueinander durch die am anderen Ende der Kardanwelle angeordnete axiale weichere Gelenkhebelkupplung.
Ausführungsbeispiele der Kardangelenkhebelkupplung nach der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen F i g. 1 und 2 eine Kardangelenkkupplung, sehematisch dargestellt, F i g. 3 ebenfalls eine schematische Darstellung mit den beiden Gelenkkupplungen, jedoch ohne die antreibende und abtreibende Welle, F i g. 4 eine Kardangelenkkupplung, bei der die eine (antreibende) Welle als Hohlwelle ausgebildet ist, F i g. 5 eine Kardangelenkkupplung, bei der sowohl die eine (antreibende) Welle als auch die Kardanwelle als Hohlwelle ausgebildet ist, F i g. 6 ein Anwendungsbeispiel der in F i g. 4 dargestellten Kardangelenkkupplung bei einem Achsz,.ii,ürieb eines elektrischen Fahrzeuges.
In sämtlichen Figuren ist jeweils mit 1 die Kardanwelle, mit 2 die antreibende und mit 3 die abtreibende Welle bezeichnet. Antreibende und abtreibende Wellen können aber auch vertauscht sein. Die Wellen 2 und 3 sind in Lagern 20 bzw. 30 gelagert. Weiter ist mit 21 die Kupplung zwischen Welle 2 und Kardanwelle 1 und mit 31 die Kupplung zwischen Welle 3 und Kardanwelle 1 bezeichnet. Jede Gelenkkupplung weist an dem mit den Wellen 1 und 2 verbundenen Kupplungsteil Gelenke 22 bzw. 32 und an dem mit der Kardanwelle 1 verbundenen Teil Gelenke 24 und 34 auf. Diese Geleneke 22 und 24 bzw. 32 und 34 sind jeweils durch Gelenkhebel 23 bzw. 33 miteinander verbunden.
Die Kupplung 21 weist im Ausführungsbeispiel drei Gelenkhebel und die Kupplung 31 fünf Gelenkhebel auf. Die Anzahl kann bei der ersten ebensogut größer und bei der zweiten ebensogut größer oder auch kleiner sein. Die Gelenke der beiden Gelenkhebelkupplungen sind verschieden ausgeführt, und zwar so, daß die Kupplung 21 mit der geringerew Anzahl von Gelenkhebeln eine weiche kardanische Elastizität und die der anderen eine harte kardanische Elastizität aufweisen.
Bei der in F i g. 4 dargestellten Kardangelenkkupp' lung ist aus Gründen der Platzersparnis die antreibende Welle 1 als Hohlwelle ausgebildet. Auf der Welle 1 kann z. B. ein Zahnrad eines Stirnradgetriebes aufgesetzt sein, das von einem mit einem Antriebsmotor gekuppelten Ritzel angetrieben wird. Die Kardangelenkkupplung ist mit gegenüber der Welle 3 parallel verschobener Welle 2 dargestellt.
Bei der in F i g. 5 dargestellten Kardangelenkkupplung ist sowohl die antreibende Welle 2 als auch die Kardanwelle 1 als Hohlwelle ausgebildet. Diese Kupplungsanordnung sowie auch die nach F i g. 4 kann z. B. für die Kupplung zwischen Großrad- und Treibradachse elektrischer Triebfahrzeuge angewandt werden. In der genannten Figur ist die Welle 3 gegenüber der Welle 2 parallel ausgelenkt.
In der F i g. 6 ist die Anordnung der beschriebenen Kupplung zwischen dem Großrad des Getriebes und den Treibrädern eines elektrischen Triebfahrzeuges dargestellt. In dieser Figur ist mit 4 der ungefedert im Drehgestell oder im Fahrzeugrahmen angeordnete Antriebsmotor bezeichnet, auf dessen Welle ein Ritzel 5 aufgekeilt ist, das mit dem Großrad 6 kämmt. Das Großrad ist auf die Hohlwelle 2 aufgesetzt. Zur Kraftübertragung von dem Großrad 6 zu der als Hohlwelle ausgebildeten Kardanwelle 1 dient die Gelenkkupplung 21, deren Gelenkhebel einerseits an dem Großrad angeordneten Gelenken und andererseits an der Hohlwelle angeordneten Gelenken angreifen. Der Kraftübertragung von der Hohlwelle zum Treibrad dient die Kupplung 31, deren Gelenkhebel einerseits an den mit der Hohlwelle und andererseits mit an dem einen Treibrad 7 verbundenen Gelenken angreifen. Aus Gründen der Raumersparnis und um eine leichtere Montage zu ermöglichen, ist die Gelenkhebelkupplung 31 außen am Treibrad 7 angeordnet. Zu diesem Zweck weist das Treibrad 7 öffnun-"en auf, durch die mit der Hohlwelle verbundene, die Gelenke 34 aufnehmende Träger hiiidurchtreten.
Ein weiteres Anwendungsgebiet der Kupplung ist die Verbindung eines Dieselmotors mit einem Generator, wobei der Dieselmotor zur Vermeidung der übertragung seiner Schwingungen im Rahmen eines Fahrzeuges federnd und der Generator nicht federn gelagert ist.
Die beschriebene Kupplung wird auch vorteilhaft bei stationären Anlagen angewandt, bei denen die eine Welle starken axialen, winkligen und parallelen Verlagerungen gegenüber der zweiten Welle ausgesetzt ist.

Claims

Patentansprüche: 1. Kardangelenkkupplung zwischen zwei axialen und/oder winkligen und/oder parallelen Verschiebungen ausgesetzten fest gelagerten Wellen mittels einer Zwischenwelle, wobei zur Verbindung jedes der beiden Enden der Kardanwelle mit je einem Ende der beiden anderen Wellen je eine zentrierende Kupplung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kupplungen, wie an sich bekannt, als Gelenkhebelkupplungen mit jeweils mindestens drei Gelenkhebeln (23, 33) ausgebildet sind, deren eine Enden über sphärische Gelenke (22 bzw. 32) an der treibenden Welle (2) bzw. getriebenen Welle (3) und deren andere Enden über sphärische Gelenke (24 bzw. 34) an der Zwischenwelle (1) angreifen, und daß zum Abstimmen des Schwingungsverhaltens die beiden Kupplungen unterschiedlich ausgebildet sind.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Gelenkhebel der beiden Gelenkhebelkupplungen verschieden groß ist. 3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Gelenkhebel der einen Gelenkhebelkupplung größer ist als die der anderen. 4. Kupplung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenke der einen Gelenkhebelkupplung eine andere kardanische Elastizität aufweisen als die der anderen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 1174 353; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1810 888; belgische Patentschrift Nr. 531306; französische Patentschriften Nr. 946 156, 1325 013; USA.-Patentschrift Nr. 1764 348.