DE1288372B

DE1288372B - Homokinetische Kreuzgelenkkupplung

Info

Publication number: DE1288372B
Application number: DED51317A
Authority: DE
Inventors: Mazziotti Philip John
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1965-10-22
Filing date: 1966-10-14
Publication date: 1969-01-30
Also published as: SE306454B; BR6683894D0; FR1500510A; US3332256A; GB1111306A

Description

Die Erfindung betrifft eine homokinetische Kreuzgelenkkupplung, bestehend aus einer Kupplungsnabe mit kugelförmig gewölbter Außenfläche und aus einer die Nabe umschließenden Kupplungsmuffe mit einer der Nabe entsprechenden Anzahl axial geradlinig ausgerichteter Führungsnuten für rollenförmige Mitnehmer mit kugelförmigem Führungsmantel als drehmomentübertragende Elemente, die durch kugelförmige Führungsrollen in Bohrungen der einen Kupplungshälfte nur an praktisch gegenüberliegenden Stellen geführt werden, wobei die Mitnehmer eine plane Gleitfläche aufweisen, die mit dem Grund der Führungsnut in der Kupplungsmuffe zusammenwirkt.
Es sind bereits homokinetische Kreuzgelenkkupplungen der vorgenannten Art bekannt, bei denen zwei Führungsrollen auf einer durch den Mitnehmer verlaufenden Nabe sitzen und sowohl gegenüber der Kupplungsnabe als auch der diese umschließenden Kupplungsmuffe wirken. Dabei werden die Führungsrollen sowohl gegenüber der Kupplungsnabe als auch in Bezug zu der die Nabe umschließenden Kupplungsmuffe und auch gegenüber den rollenförmigen Mitnehmern selbst verschwenkt.
Diese bekannten homokinetischen Kreuzgelenkkupplungen weisen jedoch den schwerwiegenden Nachteil auf, daß ihre rollenförmigen Mitnehmer eine Innenbohrung zur Aufnahme der die Führungsrollen tragenden Nabe benötigen, die zur Ermöglichung einer Verschwenkbarkeit dieser Nabe auch noch als doppelt konische Bohrung ausgeführt sein muß und die Festigkeit der Mitnehmer erheblich vermindert. Die Mitnehmer sind auf Grund dieser Ausführung weiterhin noch nachteilig einem Verschleiß von innen her unterworfen, und es sind insgesamt für jedes drehmomentübertragende Element jeweils drei schwierig zu bearbeitende kugelige Gleitflächen mit den entsprechenden Gegenflächen vorhanden. Die Fertigung dieser bekannten Kreuzgelenkkupplung ist also insgesamt sehr aufwendig. Auf Grund der Ausbildung der Hülse mit einer kugeligen, der Nabe angepaßten Innenfläche ist nachteilhafterweise auch keine Möglichkeit einer teleskopierenden Wirkung gegeben und auch bei Wegfall einer solchen Innenfläche nur in sehr geringem Maße erzielbar.
Weiterhin ist noch eine homokinetische Kreuzgelenkkupplung bekannt, die ebenfalls Mitnehmer mit einer planen Oberfläche aufweist, die in Nuten mit planem Nutengrund im Außenglied geführt sind, Die Führungsmittel dafür werden aber von der Wellennabe getragen und sind auch nicht mit den Mitnehmern verbunden. Sie erstrecken sich auch nicht radial zur Achse der Hülse, sondern radial zur Achse der Wellennabe. Aus diesem Grunde ist ein Verschwenken der Führungsmittel gegenüber der Wellennabe nicht möglich, und es müssen die Mitnehmer zur Ermöglichung eines Verschwenkens der Führungsmittel gegenüber den Mitnehmern eine diese schwächende Aushöhlung aufweisen und können weiterhin nachteilig nur noch in Nuten mit durch die Führungsmittel verringerter Tiefe in der Wellennabe geführt werden.
Letztlich ist noch eine Wellenkupplung bekannt, bei der Mitnehmer auf Zapfen der Wellennabe rotieren können und derart in komplementären Gleitflächen der die Wellennabe umschließenden Hülse eingepaßt sind, daß diese in Achsrichtung der Zapfen geführt sind. Diese Wellenkupplung arbeitet mithin nicht homokinetisch, da sich die Mitnehmer nicht in die Winkelhalbierende der Ebenen senkrecht zur Wellennabe und Hülse einstellen können und weiterhin eine Winkelstellung der Wellennabe zur Hülse auf Grund der Führung der Mitnehmer in den komplementären Gleitflächen unmöglich gemacht wird.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer homokinetisch arbeitenden Kreuzgelenkkupplung, die unter Vermeidung der Nachteile des Bekannten insbesondere teleskopierend, verschleißarm und vor allem auch einfach aufgebaut und sicher in der Herstellung sowie funktionell vorteilhaft ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei der eingangs angeführten Kreuzgelenkkupplung jede Führungsrolle jeweils von dem ihm zugeordneten drehmomentübertragenden Element getragen wird und koaxial zu dessen Drehachse angebracht ist.
Um ein einwandfreies Verschieben der Mitnehmer zu gewährleisten, kann die erfindungsgemäße Kreuzgelenkkupplung vorteilhaft derart ausgebildet sein, daß die Führungsrollen für die Mitnehmer nur in der Kupplungsnabe in Bohrungen geführt werden, deren Wände in axialer Richtung der Kupplung den kugelförmigen Abschnitt der Führungsrollen berühren, in Umfangsrichtung jedoch einen Abstand zu den Führungsrollen aufweisen. Weiterhin können zur besseren Führung der Führungsrollen diese Manschetten mit einer kugeligen Außenfläche versehen sein, die versehieblich auf zylindrische Zapfen aufgesetzt sind, wobei vorteilhaft die Wände der Bohrungen in Umfangsrichtung eine kreisförmige, der Form der Manschetten angepaßte Aussparung aufweisen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstands kann weiterhin darin bestehen, daß die Kupplungsmuffe für eine Axialverschiebbarkeit der beiden Kupplungshälften gegeneinander zylindrisch gebohrt ist und zur besseren Führung der Mitnehmer und zur Verringerung der Flächenpressung darin, daß die Führungsnut für die Mitnehmer in Umfangsrichtung der Kupplung auf der einen Seite von der Kupplungsnabe und auf der anderen Seite von der Kupplungsmuffe gebildet wird und dem Mitnehmerteil angepaßt ist.
Als weiterer technischer Fortschritt der Erfindung ist die Herstellung ihrer Gleitflächen bzw. der zugehörigen Gegenflächen erheblich einfacher.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt längs der Linie 1-1 in F i g. 2 durch eine Kreuzgelenkkupplung mit den Merkmalen der Erfindung, F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in F i g. 2, in welchem die Kupplungsteile unter einem Winkel gegeneinander verschwenkt sind, F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in F i g. 5 durch eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kreuzgelenkkupplung, F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 in F i g. 4, F i g. 6 einen Teillängsschnitt durch eine weitere abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kreuzgelenkkupplung, F i g. 7 einen Teillängsschnitt durch eine noch weiter abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kreuzgelenkkupplung, F i g. 8 eine schematische Darstellung der Ausführungsformen der Erfindung gemäß den F i g. 1 bis 6, welche das Verhältnis zwischen den Kupplungsteilen in miteinander fluchtender und in unter einem Winkel zueinander verschwenkter Lage veranschaulicht, und F i g. 9 eine schematische Darstellung der Ausführungsform der Erfindung gemäß F i g. 7, welche das Verhältnis zwischen den Kupplungsteilen in miteinander fluchtender und in unter einem Winkel zueinander verschwenkter Lage veranschaulicht. .
Gemäß den F i g. 1 bis 3 weist die Kreuzgelenkkupplung 10 zwei miteinander zusammenwirkende Kupplungshälften 12 und 16 in Form einer Kupplungsmuffe 12, die aus einem in Axialrichtung länglichen Zylinder mit einer Zentralbohrung 14 besteht, und einer Kupplungsnabe 16 auf, die mit einer im wesentlichen kugelförmigen Fläche 18 versehen und in die Zentralbohrung 14 der Kupplungsmuffe 12 eingesetzt ist, so daß ihre kugelförmige Fläche 18 in Gleitberührung mit der Zentralbohrung 14 steht. Die Kupplungsnabe 16 ist die Verlängerung einer Welle 17, die auf herkömmliche Weise mit einer Antriebsverbindung verbunden werden kann, während die Kupplungsmuffe 1.2 ebenfalls auf beliebige Weise mit einer Antriebsverbindung verbunden werden kann.
Die Kupplungsmuffe 12 ist mit vier axial verlaufenden Nuten 20 versehen, die umfangsmäßig auf gleiche Abstände voneinander verteilt in die Zentralbohrung 14 eingeschnitten sind; selbstverständlich kann jedoch auch eine andere Anzahl von Nuten 20 vorgesehen sein. Der Boden 22 jeder Nut 20 ist flach ausgebildet und verläuft parallel zur Drehachse der Kupplungsmuffe 12, während die Seitenwände 24 gekrümmt sind. Beide Seitenwände besitzen jeweils einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt, wobei die die axiale Lage dieser Mittelpunkte darstellende Linie parallel zur Drehachse der Kupplungsmuffe 12 verläuft und von dessen Achse, in Radialrichtung gesehen, einen Abstand besitzt, der geringfügig kleiner ist als der Radius der Zentralbohrung 14.
Die kugelförmige Fläche 18 der Kupplungsnabe 16 ist in Axialrichtung gekrümmt und an umfangsmäßig auf gleiche Abstände voneinander verteilten Stellen durch axial verlaufende Nuten 26 unterbrochen. Wenn die Kupplungshälften 12 und 16 koaxial zueinander stehen, ist jede Nut 26 paarweise auf eine der Nuten 20 ausgerichtet und in Radialrichtung von dieser entfernt. Der Boden 28 jeder Nut 26 ist flach und erstreckt sich parallel zur Drehachse der Kupplungsnabe 16. Bei koaxial zueinander stehenden Kupplungshälften 12 und 16 sind die Böden 28 und 22 der einander paarweise zugeordneten Nuten in Radialrichtung voneinander entfernt und liegen parallel zueinander. Die Seitenwände 30 jeder Nut 26 sind gekrümmt und konzentrisch zu den Seitenwänden 24 der in der Kupplungsmuffe 12 vorgesehenen Nuten 20 angeordnet und besitzen letzteren gegenüber den gleichen Krümmungsradius. Es ist jedoch zu beachten, daß sich die Nuten 26 um ein größeres Stück radial einwärts erstrecken, als sich die Nuten 20 radial auswärts erstrecken. In der Mitte des Bodens jeder Nut 26 ist eine radial verlaufende Bohrung 32 vorgesehen, deren Zentralachse auf den Mittelpunkt der Kupplungsnabe 16 ausgerichtet ist, während ihr 'in Radialrichtung äußeres Ende bei 34 abgeschrägt ist.
In jedem Paar der übereinstimmenden Nuten 20 und 26 ist jeweils ein rollfähiges drehmomentübertragendes Element 36 in Form einer Rolle angeordnet, die einen in Radialrichtung äußeren Mitnehmer 37 von im wesentlichen abgestufter Kugelform aufweist, welcher somit eine kugelige Umfangsfläche 38 und eine flache radiale Außenfläche 40 festlegt, von denen letztere in gleitfähiger Ausrichtberührung mit dem Boden 22 der sie aufnehmenden Nut 20 steht. Der Mittelpunkt der Umfangsfläche 38 fällt mit dem Krümmungsmittelpukt der gekrümmten Seitenwände der sie aufnehmenden Nuten 20 und 26 zusammen, wobei der Radius des kugeligen Abschnitts des Mitnehmers 37 etwas kleiner ist als der Krümmungsradius der gekrümmten Seitenwände, so daß bei in die Nuten 20 und 26 eingesetzten drehmomentübertragenden Elementen 36 eine enge Passung, jedoch kein Festsitz zwischen den Teilen hervorgebracht wird.
Der in Radialrichtung innere Abschnitt der drehmomentübertragenden Elemente 36 dient als Ausrichtmittel und besitzt die Form einer Führungsrolle 42, die einstückig mit dem Außenteil der drehmomentübertragenden Elemente 36 ausgebildet ist und sich radial einwärts in die im Boden der den Mitnehmer 37 aufnehmenden Nut 26 vorgesehene Bohrung 32 hinein erstreckt. Die Führungsrolle 42 besitzt gegenüber der Umfangsfläche 38 des drehmomentübertragenden Elements 36 stark verminderte Abmessungen und läuft an seinem Innenende in einem abgestumpften kugelförmigen Abschnitt 44 aus, der in die Bohrung 32 eingesetzt ist. Das in Radialrichtung innere Ende der Führungsrolle 42 läuft in einer flachen Fläche aus, die in Radialrichtung Abstand vom Boden der Bohrung 32 besitzt. Die Bohrung 32 besitzt keinen kreisförmigen Querschnitt, sondern ist in Umfangsrichtung gegenüber der Kupplungsnabe 16 verlängert, so daß sie ein größeres Umfangs- als Axialmaß besitzt. In Axialrichtung steht die Bohrung 32 in ausrichtungsmäßiger übereinstimmung mit dem kugelförmigen Abschnitt 44 der Führungsrolle 42 und greift gleitend an diesem Abschnitt an, während die Wände der Bohrung 32 in Umfangsrichtung Abstand von der Führungsrolle besitzen. Dieser Abstand in Umfangsrichtung ist notwendig, da sich die Umfangsfläche 38 des Mitnehmers, wenn die Kupplungshälften 12 und 16 während der Drehbewegung der Kreuzgelenkkupplung 10 in eine abgewinkelte Lage zueinander gelangen, in Umfangsrichtung relativ zur Kupplungsnabe 16 verschwenkt, wobei der Umfangsabstand der Bohrung 32 gegenüber dem kugelförmigen Abschnitt 44 zur Ermöglichung eines solchen Verschwenkens erforderlich ist.
Gemäß F i g. 3 ermöglicht die Anordnung der verschiedenen Bauteile der Kreuzgelenkkupplung 10 ohne weiteres eine Winkelbewegung von Kupplungsmuffe und -nahe relativ zueinander, wobei die kugelförmige Fläche 18 unter einem Winkel auf der Wand der Zentralbohrung 14 gleitet. Während dieser Winkelbewegung bleibt die flache Außenfläche 40 des Mitnehmers 37 voll in Berührung mit dem Boden 22 der betreffenden Nut 20, während sich die Führungsrolle 42 relativ zur Kupplungsnabe 16 verschwenkt. Da sich die in der Kupplungsnabe 16 vorgesehene Nut 26 in Radialrichtung um ein größeres Stück einwärts erstreckt, als die Radialausdehnung der Umfangsfläche 38 des Mitnehmers 37 beträgt (F i g. 3), wird eine beträchtliche Winkelbewegung zwischen Kupplungsmuffe und -nahe ermöglicht, bevor eine Anschlagberührung zwischen dem Mitnehmer und dem Boden 28 der Nut 26 vorkommt. Wenn sich die Kupplungsnabe 16 gemäß F i g. 3 im Uhrzeigersinn gegenüber der Kupplungsmuffe 12 verschwenkt, konvergiert das linke Ende der Nut 26 in Radialrichtung auf die Nut 20 hin, während das rechte Ende der Nut 26 von der Nut 20 divergiert, so daß auf den Mitnehmer 37 eine diesen nach rechts drängende Keilwirkung ausgeübt wird. Wenn sich die Bohrung 32 im Uhrzeigersinn bogenförmig mit der Kupplungsnabe 16 mitbewegt, nimmt sie außerdem die Führungsrolle 42 des drehmomentübertragenden Elements 36 und somit das ganze Element in Axialrichtung nach rechts mit. Da sich die Kupplungsnabe 16 über einen Bogen bewegt, während sich der Mitnehmer 37 axial verschiebt, verlagert sich die Führungsrolle 42 in der Bohrung 32 geringfügig auswärts, wodurch jedoch wegen der Kugelflächenberührung des kugelförmigen Abschnitts 44 mit der Bohrung keineswegs die Axialberührung zwischen der Bohrung 32 und dem kugelförmigen Abschnitt 42 behindert wird. Die tatsächliche Ausrichtung der Mitnehmer 37 gegenüber der Kupplungsmuffe 12 und der Kupplungsnabe 16 wird noch näher erläutert werden. Da die kugelförmige Fläche 18 der Kupplungsnabe 16 an der Zentralbohrung 14 der Kupplungsmuffe 12 angreift, kann eine relative Axialbewegung zwischen Kupplungsmuffe und -nahe stattfinden, wobei sich die Mitnehmer 37 in den Nuten 20 einheitlich mit der Kupplungsnabe 16 in Axialrichtung gegenüber der Kupplungsmuffe 12 verschieben.
Die in den Fig. 4 und 5 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kreuzgelenkkupplung 48 weist zwei Kupplungshälften in Form einer Kupplungsmuffe 50 und einer Kupplungsnabe 52 auf. Die Kupplungsmuffe 50 ist mit einer axial verlaufenden Zentralbohrung 54 versehen, die im Querschnitt unregelmäßige Form besitzt und somit mehrere Mitnehmerflächen festlegt, von denen eine bei 56 angedeutet ist. Die Kupplungsmuffe 50 weist weiterhin zwei axial gerade verlaufende, längliche und einander diametral gegenüberliegende Abschnitte 58 und 59 kleinsten Durchmessers auf, deren Innenflächen 60 gemäß F i g. 5 im Querschnitt gekrümmt sind. Darüber hinaus weist die Zentralbohrung 54 gemäß F i g. 5 den Abschnitten 58 und 59 gegenüber um 90° versetzte und in Umfangsrichtung zwischen diesen Ansätzen angeordnete Abschnitte größten Durchmessers auf, die durch in Axialrichtung gerade verlaufende, längliche und einander diametral gegenüberliegende gekrümmte Innenflächen 62 und 63 festgelegt sind. Die Bogenradien der Innenflächen 62 und 63 sind vorzugsweise gleich groß und liegen auf der Drehachse der Kupplungsmuffe 50.
In Umfangsrichtung in der Mitte zwischen den ; Innenflächen 62 und 63 und den benachbarten Abschnitten 58 und 59 liegt eine axial verlaufende, verlängerte plane Fläche 64, die parallel zur Drehachse der Kupplungsmuffe 50 angeordnet ist und in Radialrichtung den Boden der betreffenden Mitnehmer- i flächä 56 bildet. Jede Mitnehmerfläche 56 ist jeweils durch die plane Fläche 64 und einen der Abschnitte 58 oder 59 umgrenzt, so daß bei der dargestellten Ausführungsform vier derartige Mitnehmerflächen 56 in der Kupplungsmuffe 50 vorhanden sind; selbstverständlich kann jedoch auch eine andere Anzahl von Mitnehmerflächen vorgesehen sein. Jeder Mitnehmerfläche 56 ist jeweils ein drehmomentübertragendes Element 36 in Form einer Rolle zugeordnet, die auf dieselbe Weise, wie in Verbindung mit dem drehmomentübertragenden Element 36 gemäß den F i g. 1 bis 3 beschrieben, ausgebildet ist und deren flache Außenfläche 40 in Ausrichtberührung mit der planen Fläche 64 der Mitnehmerfläche 56 steht. Die Abschnitte 58 und 59 stehen von den planen Flächen 64 radial einwärts ab, so daß ihre an die benachbarten drehmomentübertragenden Elemente 36 angrenzenden gekrümmten Innenflächen 60 in Radialrichtung mit der Umfangsfläche 38 des betreffenden drehmomentübertragenden Elements zusammenfallen. Die radial verlaufenden Wände 66 jedes Abschnitts 58 und 59 verlaufen in Axialrichtung gerade und besitzen gekrümmte Querschnittsform, welche der gekrümmten Querschnittsform der Umfangsfläche 38 des betreffenden Mitnehmers 37 angepaßt ist, wobei die die Lage der Krümmungsmittelpunkte der Wände 66 darstellende Linie durch den Krümmungsmittelpunkt der Umfangsfläche 38 des die Wand berührenden Mitnehmers verläuft.
Die Kupplungsnabe 52 weist einen zentralen Teil 68 auf, von dem in Radialrichtung zwei diametral gegenüberliegende Mitnehmerlappen-70, 72 abstehen, deren Außenflächen 74 bzw. 76 als Kugelabschnitte mit auf der zentralen Drehachse der Kupplungsnabe 52 liegendem Krümmungsmittelpunkt ausgebildet sind. Die Außenflächen 74 und 76 stehen in Winkel- und Axialgleitberührung mit den gekrümmten Innenflächen 62 bzw. 63 des den größten Durchmesser besitzenden Abschnitts der Zentralbohrung 54. Die Umfangsausdehnung der Außenflächen 74 und 76 an deren axialen Mittelpunkten fällt mit der Umfangsausdehnung der gekrümmten Innenflächen 62 und 63 zusammen. Die Mitnehmerlappen 70 und 72 sind jeweils zwischen zwei drehmomentübertragenden Elementen 36 eingesetzt, und ihre in Umfangsrichtung einander gegenüberliegenden Flächen sind als in Axialrichtung gerade verlaufende Wände 78 ausgebildet, welche Mitnehmerflächen bilden und im Querschnitt gekrümmt sind, so daß sie der gekrümmten Querschnittsform der Umfangsfläche 38 der drehmomentübertragenden Elemente 36 angepaßt sind; die die Krümmungsmittelpunkte der Wand 78 bildende Linie verläuft durch den Krümmungsmittelpunkt der Umfangsfläche 38. Wenn die Kupplungshälften 50 und 52 koaxial zueinander angeordnet sind, erstreckt sich jede der gekrümmten Wände 78 gegenüber der Umfangsfläche 38 des von ihr berührten drehmomentübertragenden Elements 36 radial einwärts und geht in eine am Teil 68 der Kupplungsnabe 52 ausgebildete, in Axialrichtung gerade verlaufende plane Fläche 80 über. Bei der Ausführungsform gemäß den F i g. 4 und 5 sind vier derartige, jeweils unter einem Winkel von 90° gegeneinander versetzte plane Flächen 80 dargestellt, die jeweils parallel zur Drehachse der Kupplungsnabe 52 und parallel zu jeweils einer der planen Flächen 64 in der Kupplungsmuffe 50 verlaufen; die genaue Form der planen Fläche 80 sowie der Boden 28 gemäß den F i g. 1 bis 3 kann jedoch bei dieser Ausführungsforni der Erfindung geändert werden, solange sie nicht in behindernde Berührung mit dem betreffenden drehmomentübertragenden Element 36 gelangt.
In Axialrichtung in der Mitte zwischen den Enden jeder planen Fläche 80 ist jeweils eine radial verlaufende Bohrung 82 ausgebildet, deren Zentralachse den Mittelpunkt des Teils 68 durchsetzt. Die in Radialrichtung äußeren Enden der Bohrungen 82 sind bei 84 abgeschrägt, und die Bohrungen dienen jeweils zur Aufnahme der in Radialrichtung innen befindlichen Führungsrolle 42 eines drehmomentübertragenden Elements 36. Gemäß F i g. 5 ist die Bohrung 82 in Umfangsrichtung verlängert, so daß sie in Umfangsrichtung Abstand vom kugelförmigen Abschnitt 44 der Führungsrolle 42 besitzt, während sie in Axialrichtung in Gleitberührung mit dem kugelförmigen Abschnitt 44 steht. Das radiale Innenende 86 der Bohrung 82 besitzt in Radialrichtung einwärts Abstand von der radialen Innenfläche 46 der Führungsrolle 42.
Bei der Ausführungsform gemäß den F i g. 4 und 5 vermögen in jeder Drehrichtung jeweils zwei Mitnehmer 37 Drehmoment zwischen der Kupplungsmuffe 50 und der Kupplungsnabe 52 zu übertragen, während bei der Ausführungsform gemäß den F i g. 1 bis 3 die Drehmomentübertragung zwischen der Kupplungsmuffe 12 und der Kupplungsnabe 16 in beiden Drehrichtungen durch alle drehmomentübertragenden Elemente 36 erfolgt. Wenn die Kupplungsmuffe 50 beispielsweise gemäß F i g. 5 in stillstehender Lage gehalten wird und die Kupplungsnabe 52 ersterem gegenüber ein Drehmoment im Uhrzeigersinn überträgt, erfolgt diese Drehmomentübertragung durch die einander diametral gegenüberliegenden drehmomentübertragenden Elemente 36 zwischen dem Mitnehmerlappen 70 und dem Abschnitt 59 sowie zwischen dem Mitnehmerlappen 72 und dem Abschnitt 58. Wenn die Kupplungsnabe dagegen ein Drehmoment entgegen dem Uhrzeigersinn überträgt, erfolgt dies durch die einander diametral gegenüberliegenden drehmomentübertragenden Elemente 36 zwischen dem Mitnehmerlappen 70 und dem Abschnitt 58 sowie zwischen dem Mitnehmerlappen 72 und dem Abschnitt 59.
Da die Mitnehmerlappen 70 und 72 der Kupplungsnabe 52 mit kugeligen Außenflächen 74 bzw. 76 versehen sind, die mit den Innenflächen 62 bzw. 63 der Kupplungsmuffe 50 in Berührung stehen, vermögen sich die Kupplungsmuffe und die Kupplungsnabe sowohl winkelig als auch in Axialrichtung relativ zueinander zu bewegen. Durch die Berührung der Außenflächen 74 und 76 mit den Innenflächen 62 bzw. 63 wird der Mittelpunkt der Kupplungsnabe auf der Drehachse der Kupplungsmuffe gehalten. Während einer derartigen Relativbewegung werden die flachen Außenflächen 40 der Mitnehmer 37 in ausrichtender Gleitberührung mit den planen Flächen 64 der Mitnehmerfläche 56 gehalten. Bei relativen Winkel- und/oder Axialbewegungen zwischen Kupplungsmuffe und -nabe verhalten sich die drehmomentübertragenden Elemente, wie vorstehend in Verbindung mit den F i g. 1 bis 3 beschrieben.
F i g. 6 zeigt eine gegenüber der Ausführungsform gemäß F i g. 1 abgewandelte Ausführungsform. Die Kreuzgelenkkupplung 88 gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung weist eine der Kupplungsnabe 16 der Kreuzgelenkkupplung 10 gemäß F i g. 1 identische Kupplungsnabe 16 auf, während die Kupplungsmuffe 90 mit Nuten 92 versehen ist, welche den Nuten 20 der Kreuzgelenkkupplung 10 entsprechen. Im Gegensatz zur Kreuzgelenkkupplung 10 ist jedoch die Zentralbohrung 94 der Kupplungsmuffe 90 sphärisch ausgebildet und ist konzentrisch zur kugelförmigen Fläche 18 der Kupplungsnabe 16 angeordnet, mit der sie in enger Gleitberührung steht. Obgleich die Kupplungsnabe 16 und die Kupplungsmuffe 90 somit unter einem Winkel zueinander bewegbar sind, verhindert hierbei die Berührung der kugelförmigen Fläche 18 mit der kugeligen Zentralbohrung 94 eine relative Axialbewegung zwischen Kupplungsmuffe und -nahe. Die gekrümmten Innenflächen 62 und 63 der Kreuzgelenkkupplung 48 gemäß den F i g. 4 und 5 können auf ähnliche Weise kugelförmig und konzentrisch zu den Außenflächen 74 und 76 ausgebildet sein und führen hierbei zu einer Kreuzgelenkkupplung, die Winkelbewegungen zwischen der Kupplungsnabe 52 und der Kupplungsmuffe 50 aufzunehmen vermag, jedoch gegen eine relative Axialbewegung zwischen den Kupplungshälften festgelegt ist.
In F i g. 7 ist eine noch weiter abgewandelte Ausführungsform dargestellt, bei welcher eine Kreuzgelenkkupplung 96 eine der Kupplungsmuffe 12 der Kreuzgelenkkupplung 10 gemäß den F i g. 1 bis 3 entsprechende Kupplungsmuffe 12 und eine Kupplungsnabe 98 aufweist. Die kugelförmige Fläche 18A und die Nuten 26A der Kupplungsnabe entsprechen der kugelförmigen Fläche 18 bzw. den Nuten 26 der Kupplungsnabe 16 der Kreuzgelenkkupplung 10. Es sind drehmomentübertragende Elemente 36A in Form von Rollen vorgesehen, mit deren Hilfe Drehmoment zwischen der Kupplungsmuffe 12 und der Kupplungsnabe 98 übertragen werden kann; diese drehmomentübertragenden Elemente sind gegenüber denen der Kreuzgelenkkupplung 10 geringfügig abgewandelt. Genauer gesagt, ist der Mitnehmer 37A des drehmomentübertragenden Elements 36A dem Mitnehmer 37 des drehmomentübertragenden Elements 36 identisch und wirkt auf dieselbe Weise mit der in der Kupplungsmuffe 12 vorgesehenen Nut 20 und der betreffenden Nut 26A in der Kupplungsnabe 98 zusammen, wie die drehmomentübertragenden Elemente 36 mit den Kupplungshälften 12 und 16 der Kreuzgelenkkupplung 10 zusammenwirken.
Die Führungsrolle 42A des drehmomentübertragenden Elements 36A besitzt gegenüber dem Mitnehmer 37A stark verringerte Abmessungen und endet in einem zylindrischen Zapfen 43, der gleitfähig in eine eine Manschette 102 radial durchsetzende Bohrung 100 eingesetzt ist. Die Manschette 102 weist eine kugelige Außenfläche 104 auf, die schwenkbar in eine entsprechend geformte Aussparung 106 eingesetzt ist, welche ihrerseits in einer Bohrung 108 der Kupplungsnabe 98 ausgebildet ist. Die Bohrung 108 erstreckt sich radial zur Kupplungsnabe 98 und ist in Axialrichtung in der Mitte zwischen den Enden des Bodens 28A der Nut 26A angeordnet, wobei sich ihre Zentralachse durch den Mittelpunkt der Kupplungsnabe 98 hindurch erstreckt.
Bei einer Winkelbewegung der Kupplungsnabe 98 relativ zur Kupplungsmuffe 12 bewegt sich die Manschette 102 über einen Bogen einheitlich mit der Kupplungsnabe 98, während sich die Manschette 102 einheitlich mit dem Zapfen 43 relativ zur Kupplungsnabe 98 verschwenkt, so daß jegliche Radialverschiebung zwischen der Führungsrolle 42A und der Bohrung 108 durch die relative Gleitbewegung zwischen der Manschette 102 und dem Zapfen 43 aufgenommen wird. Das in Radialrichtung innere Ende 110 der Führungsrolle 42A ist kugelförmig ausgebildet und besitzt Abstand zum Boden 112 der Bohrung 108, wobei infolge der kugeligen Form der Abstand bei einer relativen Schwenkbewegung zwischen der Führungsrolle 42A und der Bohrung 108 aufrechterhalten bleibt. Die in der Manschette 102 vorgesehene Bohrung 100 greift in Axialrichtung gleitfähig am zylindrischen Zapfen 43 der Führungsrolle 42A an, ist jedoch in Umfangsrichtung gegenüber der Kupplungsnabe 98 verlängert, so daß sie in Umfangsrichtung Abstand vom zylindrischen Zapfen 43 besitzt.
Bei den Ausführungsformen gemäß den F i g. 1 bis 7 können ersichtlicherweise auch andere Nutkonfigurationen als die parallelen Nuten angewandt werden, beispielsweise gewisse spiegelbildlich gleiche Nutformen. Außerdem kann der Boden der im Außenglied ausgebildeten Nuten eine andere als die flache Form besitzen, wobei die Fläche der Rolle in Anpassung an diese Form und zur Gewährleistung der gewünschten Ausrichtung der Rolle durch diese Fläche entsprechend geformt sein muß; beispielsweise können zylindrische Nutböden und kugelige Flächen der mit ihnen zusammenwirkenden Rollen vorgesehen sein. Bei Anwendung von spiegelbildlich gleichen, nicht parallelen Nuten unterstützen diese die Ausrichtung der Rollen auf bekannte Weise.
F i g. 8 ist eine schematische Ansicht der Ausführungsform gemäß den F i g. 1 bis 6, welche das Verhältnis zwischen den Bauteilen dieser Kreuzgelenkkupplungen veranschaulicht, wenn die Kupplungsmuffe und -nabe einerseits in fluchtender und andererseits in abgewinkelter Lage zueinander stehen. Der Einfachheit halber ist dieses Schema in Verbindung mit der Ausführungsform gemäß den F i g. 1 bis 3 erläutert, es trifft jedoch gleichermaßen auch für die Ausführungsformen gemäß den F i g. 4 bis 6 zu.
Der Punkt O bedeutet den Mittelpunkt der Kreuzgelenkkupplung 10, während die Linie A die Drehachse der Kupplungsmuffe 12 darstellt; in diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß die Linie A, wenn die Kupplungsmuffe 12 und die Kupplungsnabe 16 koaxial miteinander fluchten, auch die Drehachse der Kupplungsnabe darstellt. Die Linie B zeigt die Achse der Kupplungsnabe 16 an, wenn das Innenglied um etwa 30° gegenüber der AchseA der Kupplungsmuffe 12 abgewinkelt ist. Die Linie C bedeutet die lotrechte Achse der Kupplungsnabe 16, wenn dieses koaxial zur Kupplungsmuffe 12 steht; diese Linie steht senkrecht auf der Linie A und verläuft durch den Punkt O. Die Linie D stellt die Achse der Kupplungsnabe 16 dar, wenn diese um 30° gegenüber der Kupplungsmuffe 12 abgewinkelt ist; diese Linie steht senkrecht auf der Linie B und verläuft durch den Mittelpunkt O. Die eingezeichnete gestrichelte Linie E halbiert den zwischen den sich schneidenden Linien C und D festgelegten Winkel und halbiert somit gemäß den bekannten Lehren der Geometrie den durch die überschneidung der Linien A und B festgelegten Winkel, so daß sie die Halbierungsebene darstellt, in welcher die Mittelpunkte aller die Kupplungsmuffe 12 mit der Kupplungsnabe 16 verbindenden drehmomentübertragenden Elemente 36 gehalten werden sollen, um eine echte homokinetische, also mit konstanter Geschwindigkeit erfolgende Drehbewegungsübertragung zwischen diesen Gliedern zu erzielen.
Die gekrümmte Linie F stellt die von der Umfangsfläche der Kupplungsnabe 16 eingenommene Bewegungsbahn dar, während die Linie G die Zentralachse einer in der Kupplungsmuffe vorgesehenen Nut 20 darstellt. Der Punkt P bedeutet einen auf der lotrechten Achse C der Kupplungsnabe 16 liegenden Punkt, an welchem der kugelförmige Abschnitt 44 des drehmomentübertragenden Elements 36 liegt, wenn die Kupplungshälften 12 und 16 koaxial zueinander stehen, und die gekrümmte Linie H gibt die Bewegungsbahn des Punkts P an, während er sich in seine bei P' angedeutete Stellung bewegt, wenn sich die lotrechte Achse der Kupplungsnabe in die durch die Linie D angedeutete Stellung verlagert.
Wie erwähnt, bleibt während der relativen Winkelbewegung der Kupplungshälften 12 und 16 die Außenfläche 40 des Mitnehmers 37 in Berührung mit der zusammenwirkenden, planen Fläche 64 der Mitnehmerfläche 56, so daß sich das drehmomentübertragende Element 36 gegenüber dem der Kupplungsmuffe 50 in Axialrichtung bewegt. Der Mittelpunkt des kugelförmigen Abschnitts 44 bewegt sich somit in einer in Axialrichtung geraden Linie in die durch den Punkt Q angedeutete Stellung. Wenn die Achse der Kupplungsnabe die durch die Linie D angedeutete Stellung erreicht, hat sich somit der Mittelpunkt des kugelförmigen Abschnitts 44 aus einem durch das Liniensegment 0-P angedeuteten ursprünglichen Abstand vom Mittelpunkt der Kupplungsnabe in einen durch die Linien 0-Q angedeuteten Abstand von diesem Mittelpunkt verlagert, wobei dieser Abstand um ein dem Liniensegment P'-Q entsprechendes Stück größer ist als das Liniensegment 0-P.
Der Punkt R gibt den Mittelpunkt des Mitnehmers 37 des drehmomentübertragenden Elements 36 an, wenn die Achsen der Kupplungsmuffe 12 und der Kupplungsnabe 16 miteinander fluchten; dieser Punkt liegt im Schnittpunkt der Linien C, F und G. Da sich das drehmomentübertragende Element axial relativ zur Kupplungsmuffe 12 bewegt und sich der Mitnehmer 37 des drehmomentübertragenden Elements 36 einheitlich mit seinem kugelförmigen Abschnitt 44 bewegen muß, wenn Kupplungsmuffe und -nabe die winkelige Lage gemäß F i g. 8 zueinander einnehmen, bewegt sich der Mittelpunkt des drehmomentübertragenden Elements in eine bei R' angedeutete Stellung, welche lotrecht auf den den Mittelpunkt des kugelförmigen Abschnitts 44 darstellenden Punkt Q ausgerichtet ist. Der an der Schnittstelle zwischen den Linien G und E angedeutete Punkt R" stellt die gewünschte Lage des Mittelpunkts des Mitnehmers 37 des drehmomentübertragenden Elements 36 dar, derart, daß sich dieser Mittelpunkt in der Halbierungsebene befindet.
In der schematischen Darstellung gemäß F i g. 8, welche im doppelten Maßstab wie die Kreuzgelenkkupplung 10 gemäß den F i g. 1 bis 3 gehalten ist, sind die Abstände 0-P und P -R gleich groß eingezeichnet. Da der Abstand Q-R' gleich dem Abstand P-R und der Abstand 0-P' gleich dem Abstand 0-P bleibt, ist es ohne weiteres ersichtlich, daß der Abstand 0-Q größer ist als der Abstand Q-R'. Der Winkel Q-O-R' ist somit kleiner als der Winkel Q-R'-O, und gemäß den bekannten Lehren der Geometrie ist auch der Winkel Q-O-R' kleiner als der Winkel R-O-R', so daß der bei R' angedeutete Mittelpunkt des drehmomentübertragenden Elements 36 um einen durch den Winkel R'-O-R" angedeuteten Winkelbetrag von der Halbierungsebene entfernt ist. Der Punkt P" stellt die gewünschte Lage des Mittelpunkts des kugelförmigen Abschnitts 44 dar, und die Strecke P"-R" ist an diesem Punkt gleich der Strecke P"-0, während der Winkel P"-R"-O gleich dem Winkel P"-O-R ist; da jedoch bei der Ausführungsform gemäß den Fi g. 1 bis 3 die Abstände zwischen den Mittelpunkten des Mitnehmers 37 und des kugelförmigen Abschnitts 44 fest sind, kann der Abstand P"-R" gemäß F i g. 8 nicht erreicht werden.
Da die schematische Darstellung nach F i g. 8 die Kreuzgelenkkupplung 10 mit um 30° gegenüber der Achse A versetzter Achse B darstellt, ist die tatsächliche Abweichung von der Halbierungsebene, d. h. der Winkel R'-O-R", im Vergleich zu den bekannten Winkelabweichungen bei einer herkömmlichen, unter einem Winkel von 30° abgewinkelten Kreuzgelenkkupplung ziemlich klein. Es ist jedoch zu beachten, daß die maximale augenblickliche Abweichung vom gewünschten Halbierungswinkel dadurch verringert werden kann, daß der Abstand P-R von vornherein größer ausgelegt wird als der Abstand P-0. In diesem Fall sollte beispielsweise der Abstand P-R um so viel größer ausgelegt werden als der Abstand P-0, daß bei einer Winkelverschiebung zwischen den Achsen A und B von 15°, d. h. der Hälfte der angenommenen Gesamtwinkelverschiebung von 30°, der Abstand vom Zentrum O zum Mittelpunkt des kugelförmigen Abschnitts 44, d. h. der sich vergrößernde Abstand P-0, dann genauso groß wäre wie der Abstand P-R. Bei dieser Anordnung würde der Mittelpunkt des drehmomentübertragenden Elements 36 bei Winkelverschiebungen von weniger als 15° unter einen kleineren Winkel als den der Halbierungsebene zu liegen kommen, während dieser Mittelpunkt bei größeren Winkeln als 15° unter einem größeren Winkel als demjenigen der Halbierungsebene liegen würde. Obgleich jedoch die gesamte Winkelabweichung gleich dem Winkel R'-R-O" sein würde, wäre die maximale augenblickliche Winkelabweichung vom Winkel der Halbierungsebene gleich der Hälfte des Winkels R'-O-R".
F i g. 9 ist eine schematische Darstellung der Kreuzgelenkkupplung 96 gemäß F i g. 7. Da in diesem Fall die Kupplungsmuffe 12 demjenigen der Kreuzgelenkkupplung gemäß den F i g. 1 bis 3 entspricht, stellen die Linien G und A sowie der Punkt O dieselben Abschnitte dar wie in F i g. B. Die Linie C bedeutet die lotrechte Achse der Kupplungsnabe 98 bei koaxial miteinander fluchtenden Kupplungshälften, die Linien B' und D' zeigen die Drehachse bzw. die lotrechte Achse der Kupplungsnabe 98, wenn diese gegenüber der Kupplungsmuffe 12 abgewinkelt ist, und die gekrümmte Linie F deutet die bogenförmige Bewegungsbahn der Umfangsfläche der Kupplungsnabe 98 an. Bei koaxial zueinander stehenden Kupplungshälften 12 und 98 stellt der auf der Linie C liegende Punkt S die Lage auf der Linie C dar, die vom Mittelpunkt der Manschette 102 eingenommen wird, während der Punkt T den Mittelpunkt des Mitnehmers 37A des drehmomentübertragenden Elements 36A wiedergibt. Die Linie E bedeutet den von dem Mitnehmer 37A einzunehmenden gewünschten Halbierungswinkel, wenn die lotrechte Achse der Kupplungsnabe die durch die Linie D' angedeutete Stellung erreicht hat. Wie im Fall der F i g. 8 sind die Abstände 0-S und S-T in der schematischen Darstellung F i g. 9 gleich groß eingezeichnet.
Wenn sich die Kupplungshälften unter einem Winkel in die dargestellte Lage verlagern, bewegt sich die Manschette 102 gemeinsam mit der Kupplungsnabe 98 längs der durch die Linie W angedeuteten Bewegungsbahn, wobei sein Mittelpunkt die bei S' angedeutete Stellung einnimmt. Die Strecke 0-S', welche dem Abstand vom Mittelpunkt der Kreuzgelenkkupplung 96 zum Mittelpunkt der Manschette 102 entspricht, bleibt somit gleich der Strecke 0-S. Der Abstand vom Mittelpunkt des Mitnehmers 37A des drehmomentübertragenden Elements 36A zum Mittelpunkt der Manschette 102 bei miteinanderfluchtenden Kupplungshälften ist bei T-8 angedeutet; wenn sich die Kupplungshälften unter einem Winkel zueinander bewegt haben, so daß sich der Mittelpunkt des Mitnehmers 37A in die Stellung T' verlagert hat, ist der durch die Linie T'-S' angedeutete Abstand T' zum Mittelpunkt der Manschette 102 nunmehr größer als der Abstand T-S. Aus diesem Grund ist der Winkel S'-O-T' größer als der Winkel S'-T'-O, so daß der Mittepunkt T' des Mitnehmers 37A um einen dem Winkel T'-O-T" entsprechenden Winkelbetrag von der gewünschten Halbierungsstelle entfernt ist; die gewünschte Stellung für den Mittelpunkt des Mitnehmers 37A ist bei T" angedeutet, wo die Linie E die Linie G schneidet.
Wie vorher in Verbindung mit der schematischen Darstellung F i g. 8 erwähnt, kann die Ausführungsform gemäß F i g. 7 zur Verkleinerung der maximalen augenblicklichen Winkelabweichung von der gewünschten Halbierungsebene abgewandelt werden, indem im Fall von F i g. 9 der Abstand 0-S um einen solchen Betrag größer gemacht wird als der Abstand T-S, daß der Abstand T'-S' gleich dem Abstand S'-0 ist, wenn die Kupplungsmuffe und -nahe ungefähr die Hälfte ihrer möglichen Winkelverschiebung zueinander eingenommen haben.
Aus der vorangehenden Beschreibung ist es ersichtlich, daß die Kreuzgelenkkupplung unter Zulassung einer Axialverschiebung zwischen den Kupplungshälften eine Drehbewegung mit praktisch konstanter Abtriebsgeschwindigkeit bzw. homokinetisch zu übertragen vermag.

Claims

Patentansprüche: 1. Homokinetische Kreuzgelenkkupplung, bestehend aus einer Kupplungsnabe mit kugelförmig gewölbter Außenfläche und aus einer die Nabe umschließenden Kupplungsmuffe mit einer der Nabe entsprechenden Anzahl axial geradlinig ausgerichteter Führungsnuten für rollenförmige Mitnehmer mit kugelförmigem Führungsmantel als drehmomentübertragende Elemente, die durch kugelförmige Führungsrollen in Bohrungen der einen Kupplungshälfte nur an praktisch gegenüberliegenden Stellen geführt werden, wobei die Mitnehmer eine plane Gleitfläche aufweisen, die mit dem Grund der Führungsnut in der Kupplungsmuffe zusammenwirkt, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß jede Führungsrolle (42, 42A) jeweils mit dem ihm zugeordneten drehmomentübertragenden Element (36, 36A) getragen wird und koaxial zu dessen Drehachse angebracht ist.
2. Kreuzgelenkkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrollen (42) für die Mitnehmer (37) nur in der Kupplungsnabc (16) in Bohrungen (32) geführt werden, deren Wände in axialer Richtung der Kupplung den kugelförmigen Abschnitt (44) der Führungsrollen berühren, in Umfangsrichtung jedoch einen Abstand zu den Führungsrollen aufweisen.
3. Kreuzgelenkkupplung nach Anspruch 1 "oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrollen (42, 42A) Manschetten (102) mit einer kugeligen Außenfläche (104) aufweisen, die verschieblich auf zylindrische Zapfen (43) aufgesetzt sind.
4. Kreuzgelenkkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Bohrungen (108) in Umfangsrichtung eine kreisförmige, den Manschetten (102) angepaßte Aussparung (106) aufweisen.
5. Kreuzgelenkkupplung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsmuffe (12) für eine Axialverschiebbarkeit der beiden Kupplungshälften (12, 16) gegeneinander zylindrisch gebohrt ist.
6. Kreuzgelenkkupplung nach Anspruch 1 bis 3,. dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsnut für die Mitnehmer (37) in Umfangsrichtung der Kupplung auf der einen Seite (78) von der Kupplungsnabe (52) und auf der anderen Seite (66) von der Kupplungsmuffe (50) gebildet wird und: dem Mitnehmerteil angepaßt ist.