DE1625551A1

DE1625551A1 - Kardanisches Gelenk und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1625551A1
Application number: DE19671625551
Authority: DE
Inventors: Stiles John Callender
Original assignee: Singer General Precision Inc
Current assignee: Singer General Precision Inc
Priority date: 1966-12-16
Filing date: 1967-12-07
Publication date: 1971-02-25
Also published as: BE702996A; SE330619B; US3427828A; GB1150532A

Description

G-ENERAI PBECISION SYSTEMS INC. Little Falls, USA

Kardanisoh.es Gelenk und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf nicht gefesselte Kreisel bzw. ein biegsames oder kardanisches Gelenk zur radialen Lagerung des Rotors eines solchen Kreisels.

Bisher bestand ein solches Gelenk aus einem oberen, einem mittleren und einem unteren Ring, wobei alle Singe aus einem einzigen Werkstück gefertigt wurden. Der mittlere Ring ist mit dem oberen und unteren Ring durch eine stellenweise auf geringste Dicke bearbeitete Zone verbunden, so daß ein biegsames Gelenk geschaffen wird. Die dünne Zone, die die kritische Stelle der ganzen Anordnung darstellt, wird in einem beidseitigen Bohrgang, gefolgt von einem Präzisionsschliff mit einer Toleranz von 1,25 μ, hergestellt. Diese Art der Herstellung ist jedoch teuer und zeitraubend. Außerdem sind diese herkömmlichen Gelenkaufhängungen radialen. Belastungen durch Ausdehnung und Verkürzung des Gelenkteils ausgesetzt und stellen aufgrund ihrer Verbiegung eine !Fehlerquelle dar, während bei der vorliegenden Aufhängung das Gelenk unabhängig von der Belastungsrichtung ständig unter Zug steht und somit ein Fehler durch Verbiegung ausscheidet.

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Ein Ziel der Erfindung ist es, ein biegsames oder kardanisch.es Gelenk zur radialen lagerung des Rotors eines nicht gefesselten Kreisels zu vermitteln. Ferner soll das Gelenk eine große Winkelauslenkung bei kleinem radialem Spiel gestatten, in der Herstellung einfacher sein und eine genauere Lagerung des Rotors eines freien Kreisels erlauben.

Der Aufbau und weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung sind für den Fachmann aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen und aus der Zeichnung ersichtlich. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des ersten Schrittes zur Herstellung eines kardanischen Gelenkes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte, auseinandergezogene Seitenansicht des Gelenkes nach Fig. 1 teils als perspektivische Darstellung, teils als Schnittzeichnung;

Fig. 3 eine vergrößerte Draufsicht auf das Gelenk der Fig. 2 und den zweiten Schritt der Fertigung?

Fig. 4 einen vergrößerten Seitenriß des entlang der Linie 4-4 in Fig. 3 geschnittenen Gelenkes.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 den ersten Schritt der Herstellung eines einteiligen kardanischen Gelenkes 10 zur radialen Lagerung des (hier nicht dargestellten) Rotors eines freien Kreisels. Das hier beschriebene Gelenk 10 wird wie die bekannten Gelenke aus einem Stück hergestellt und weist einen zylindrischen äußeren Teil 12 und einen dazu konzentrischen ringförmigen inneren Teil oder mittleren Ring 18 auf. Der äußere Teil 12 besteht aus einem oberen Ring 14 und einem

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unteren Ring 16, die durch vier in gleichen Winkelabständen angeordnete dünne, radiale Stege 21, 22, 23 und 24 mit dem inneren Teil 18 verbunden sind, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Der mittlere Ring 18 ist mit dem oberen Ring 14 durch die Stege 21 und 23 und mit dem unteren Ring 16 durch die Stege 22 und 24 verbunden. Die drei Ringe 14, 16 und 18 sind durch die Stege 21, 22, 23 und 24 so gehalten, daß sie sich relativ zueinander bewegen können und dabei die Stege vor allem auf Torsion und nicht so sehr auf Biegung beanspruchen. Durch eine solche Anordnung ergibt sich zudem der Vorteil einer besseren Erreichbarkeit der Oberflächen der Stege 21, 22, 23 und 24 zum Zwecke der Bearbeitung und Vermessung, so daß alle vier Stege gleichzeitig hergestellt werden können. Außerdem hat der hierdurch geschaffene flache Querschnitt gegenüber einem gewölbten Querschnitt den Vorzug eines günstigeren Verhältnisses zwischen Biegesteifigkeit und horizontaler Steifigkeit.

Die offene Konstruktion des erfindungsgemäßen Gelenkes 10 erlaubt die vollständige Herstellung in einer aufrecht stehenden Bohr- oder Fräsmaschine 26, wie in Fig. 1 dargestellt. Ein Präzisionsschleifen oder eine Bearbeitung durch elektrische Entladung entfällt. Obendrein kann die endgültige Dicke des Gelenkes, deren Maß sehr kritisch ist, durch einfaches Läppen gemäß Fig. 1 erreicht werden, im Gegensatz zu der mehrfachen präzisen Schleifbearbeitung, die zur Herstellung früherer Gelenke notwendig war. Zu bemerken ist ferner, daß die Stege 21, 22, 23 und 24 zwar mit flachem Querschnitt und Endrundungen 28 gezeichnet sind, daß sie aber, wie aus Fig.„3 hervorgeht, aufgrund der offenen Konstruktion de's Gelenkes auch mit vielen anderen Querschnitten hergestellt werden können.

Im einzelnen wird zur Herstellung des Gelenkes 10 eine stehende Bohr- oder Fräsmaschine 26 mit zwei gegensinnig dreh-

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baren Einspannvorrichtungen 30 und 34 benötigt. Die eine Ein-" spannvorrichtung 30 soll sich auf der Grundplatte 32 befinden und die andere 34 genau darüber an der· Spindel 56 der Maschine. Bevor der Hohling, aus dem das Gelenk 10 hergestellt wird, zwischen die Einspannvorrichtungen 30 und 34 gebracht wird, wird die obere Einspannvorrichtung 34 auf die untere 30 herabgelassen, und dann werden beide in die durch die Pfeile 38 und 40 angedeuteten entgegengesetzten Richtungen gedreht. Auf diese Weise wird die untere Schneide 42 des Werkzeuges in der oberen Einspannvorrichtung 34 und die obere Schneide 44 des Werkzeuges in der unteren Einspannvorrichtung 30 genau aneinander angeglichen und so im ersten Arbeitsgang der Herstellung ein absolut genaues Schneiden oder läppen mit den Schneiden 42 und 44 gewährleistet.

Der erste Schritt zur Herstellung des Gelenkes 10 ist also das Einspannen eines Rohlings, der die grob herausgearbeitete Form des Gelenkes hat, zwischen die genau ausgerichteten Einspannvorrichtungen 30 und 34, wonach diese in entgegengesetzt gerichtete Rotation gebracht werden, wie es die Pfeile 38 und 40 zeigen, und die vier sehr dünnen, radialen Stege 21, 22, 23 und 24 mit einer Dicke von 0,035 μ bis 0,051 /u herausgearbeitet werden.

So werden also, wie die genaue, vergrößerte Seitenansicht der Fig. 2 zeigt, die vier Stege 21, 22, 23 und 24 des Gelenkes 10 mit genau gleicher Dicke hergestellt, da die Schneiden der Werkzeuge in den Einspannvorrichtungen 30 und 34 in dem-vorangehenden Arbeitsgang aneinander geschliffen wurden.

Die ^ig. 3 und 4 zeigen den zweiten Schritt der Fertigung des einteiligen Gelenkes 10. Die vier in gleichen Winkelabständen angeordneten Öffnungen 51, 52, 53 und 54 werden beispielsweise mit einem Bohrer herausgearbeitet. Wie schon

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vorher erwähnt, ist der Durchmesser D dieser Öffnungen deutlich größer als die axiale Dicke T des ringförmigen inneren Teils 18. Sodann werden zwei Sehnenschlitze 58 und 60, die am besten in Fig. 4 zu sehen sind, in einer Ebene mit axialem Abstand zu der Fläche 62 des inneren Ringes 18 an einander genau gegenüberliegenden Stellen 66 und 68 mit einem Fräser 64 in den zylindrischen Außenteil 12 gefräst. Diese Schlitze 58 und 60 verbinden je ein Paar benachbarter Öffnungen 51 bis 52 bzwo 53 bis 54. Entsprechend werden die Schlitze 78 und 80 an einander genau gegenüberliegenden Stellen 82 und 84 in einer Ebene mit axialem Abstand von der Fläche 86 des inneren Ringes in den äußeren Teil 12 gefräst. Diese Schlitze 78 und 80 verbinden die Öffnungen 52 und 53 bzw. 51 und 54. Die Schlitze 58, 60, 78 und 80 bewirken eine Teilung des Gelenkes 10 in die drei Ringe 14, 16 und 18, die nur durch die dünnen radialen Stege 21, 22, 23 und 24 miteinander verbunden sind.

Mit diesen Arbeitsgängen wird ein einfaches, von allen Seiten offenes und flaches Universalgelenk gefertigt, für dessen Beweglichkeit eher Torsions- als Biegungskräfte maßgeblich sind. Die möglichen Torsionsachsen erlauben eine relative Winkelbewegung der drei Ringe 14, 16 und 18 um drei zueinander senkrechte Ach sen <>

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Claims

Patentansprüche

1β Zweiachsiges biegsames Gelenk zur radialen Lagerung des Rotors eines freien Kreisels, gekennzeichnet durch einen äußeren Teil (12), einen dazu konzentrischen inneren Teil (18) und eine Vielzahl von in gleichen Winkelabständen dazwischen angeordneten Verbindungen (21, 22, 23, 24), die sich radial zwischen dem äußeren (12) und inneren (18) Teil erstrecken und sich in einer Ebene befinden, die senkrecht zur Achse der äußeren (12) und des dazu parallelen inneren Teils ist, und im Betrieb eine re. ative Winkelabweichung der beiden Teile (12, 18) um zueinander senkrechte Achsen erlauben,-wobei die Beweglichkeit zwischen den Teilen (12, 18) in erster Linie auf Torsion anstatt auf Biegen beruht.

2o Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Teil (12) aus zwei Ringen (14, 16) mit axialem Abstand zueinander besteht und die Verbindungen (21, 22, 23, 24) vier dünne Stege mit flachem Querschnitt sind, von denen zwei (21, 23) einander genau gegenüber angeordnet sind und den inneren Teil (18) mit dem ersten (14) der beiden Ringe (14, 16) verbinden, während die anderen beiden Stege (22, 24) ebenfalls einander genau gegenüberliegen, rechtwinklig gegenüber den ersten beiden Stegen (21, 23) versetzt sind und den inneren Teil (-18) mit dem zweiten (16) der beiden Ringe (14, 16) verbinden, wobei ein zweiachsiges biegsames Gelenk (10) gebildet wird, das für eine radiale Lagerung eine große Winkelauslenkung und eine kleine radiale Auslenkung erlaubt.

3. Gelenk nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Teil (12) aus zwei zylindrischen Ringen (14, 16) besteht, die voneinander einen axialen Abstand haben und zueinander genau parallel sind, und der innere Teil ein mittle-

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rer konzentrischer Ring (18) ist, und die Verbindstege (21, 22, 23» 24) mindestens teilweise einen Querschnitt haben, der in der Ebene der Ringe flach ist, wobei zwei gegenüberliegende Stege (21, 23) den mittleren Ring (18) mit dem einen (14) der beiden äußeren Ringe (14, 16) verbinden und die anderen zwei Stege (22, 24) den inneren Ring (18) mit dem zweiten (16) der beiden äußeren Ringe (14, 16) verbinden und sich vor allem bei Torsions- und nicht so sehr bei Biegebeanspruchung verformen und einen radialen Abstand zwischen den beiden äußeren Ringen (14, 16) und dem inneren Ring (18) festlegen, der eine maschinelle Bearbeitung von sich axial gegenüberliegenden Seiten und damit die gleichzeitige Ausbildung der vier Stege (21, 22, 23, 24) in einem Arbeitsgang erlaubt.

4. Verfahren zur Herstellung eines Gelenkes nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling (10) in eine Maschine (26) eingespannt wird, die zwei sich gegenüberliegende Lagerböcke (36, 32) und darauf angebrachte Einspannvorrichtungen (30, 34) aufweist, welche in entgegengesetzten Richtungen rotieren können und deren Abstand zueinander veränderbar ist, um durch Präzisionsschleifen und Läppen die vier Stege (21, ._2, 23, 24) mit flachem Querschnitt von axial entgegengesetzten Seiten her sehr genau in einer Dicke und wegen der offenen Gestalt des Gelenkes mit einer Vielzahl von Querschnitten herstellen zu können.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Einspannvorrichtung (30) mit einem Werkzeug mit oberer Schneide (44) versehen wird und auf einer Grundplatte (32) drehbar gelagert ist, und daß die obere Einspannvorrichtung (34) mit einem Werkzeug mit unterer Schneide (42) versehen und von einer Spindel (36) getragen wird, die zur unteren Einspannvorrichtung (30) entgegengesetzt drehbar ist und herabgelassen wird, um die Schneiden (42, 44) aneinander zu

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schärfen und zu gewährleisten, daß sich die Schneiden (42, 44) völlig parallel zueinander drehen und axial auf die vier Stege (21, 22,, 25_f 24) hingeführt werden können, damit sich dünne Querschnitte mit parallelen Oberflächen fertigen lassen. " . ■

6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5» dadurch gekennzeichnet, daß in den äußeren Teil (12) vier in gleichen Winkelabständen angeordnete Öffnungen (5.1, 52, 55» 54) mit einem Durehmesser, der deutlich größer als die axiale Dicke des inneren Ringes (TS) ist, gebohrt werden und ein erstes Paar sich gegenüberliegender sehnenförmiger Schlitze (58, 60) in einer Ebene mit .axialem Abstand zu der einen Oberfläche des mittleren Ringes (18) und ein zweites gegen das erste um 90° versetzt angeordnetes Paar sich gegenüberliegender Schlitze (78, 80) in einer Ebene mit axialem Abstand zu der anderen Oberfläche des mittleren Ringes (18) gefräst werden, die jeweils benachbarte Paare von Öffnungen miteinander verbinden, wodurch der äußere Teil (12) in einen oberen (14) und einen unteren (16) Ring getrennt wird.

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