DE19611273C1

DE19611273C1 - 90 DEG -Gleichlaufgelenk mit Stirnumfangsverzahnung

Info

Publication number: DE19611273C1
Application number: DE1996111273
Authority: DE
Inventors: Juergen Braun
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 1997-09-04
Anticipated expiration: 2016-03-23

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleichlaufgelenk nach dem Ober begriff des Anspruches 1.

Die homokinetischen Gelenke oder Gleichlaufgelenke werden für die kontinuierliche Übertragung von Drehmomenten eingesetzt. Sie übertragen die Drehbewegung einer antreibenden Welle auf eine angetriebene Welle ohne Veränderung der Drehzahl oder des Drehmomentes, unabhängig vom Wert des Beugungswinkels und der Geschwindigkeit mit der sich dieser Beugungswinkel ändert.

Gleichlaufgelenke müssen in sich spielfrei sein, um beschleunigte oder verzögerte Drehbewegungen ohne Stöße über tragen zu können. Sie sollten wartungsarm arbeiten und je nach Bauart, kleine oder große Drehmomente, bei höheren oder niedrigeren Temperaturen, zerstörungsfrei und formschlüssig übertragen.

Es ist bekannt, zur Erfüllung des Erfordernisses, eine Dreh bewegung homokinetisch und formschlüssig bis zu einem Beugungswinkel von 90° zu übertragen, Gleichlaufgelenke mit Radienzahnrädern einzusetzen, die über ein Innengelenk federnd gelagert zusammengehalten werden; gemäß DE 40 30 737 C2, wobei das Innengelenk durch ein Ösengelenk verwirklicht wird. Dabei handelt es sich um zwei federnd gelagerte Zugbolzen, die an der der Gelenkmitte zugewandten Seite jeweils eine Ringöse aufweisen, die in die Ringöse des anderen Zugbolzens in zwei Ebenen abwinkelbar eingreift.

Allerdings kann bei der 90°-Beugung ein Radienzahnrad aus dem gegenüberliegenden Radienzahnrad herausgedrückt werden, wodurch sich die Gelenkhälften zueinander verlagern und somit starke Vibrationen entstehen.

Des weiteren verursacht das Ösengelenk bei einer Beugung einen unterschiedlichen Längenausgleich je Gelenkseite, wodurch die jeweiligen Druckfedern verschieden stark beaufschlagt werden und dadurch ein unruhiger Lauf der Radienzahnräder entsteht; begünstigt durch die grobe Verzahnung und die unmittelbar an den Radienzahnrädern angeordneten Drucklager.

Aus der US 912 096 ist ein Gleichlaufgelenk bekannt, bei dem zwei Zahnkränze über abgefederte Zugbolzen zusammengehalten werden. Nachteilig bei diesem bekannten Gelenk ist, daß es wegen der nur eindimensionalen Abwinkelbarkeit der Zugbolzen und der Hemmung durch die stets vorhandene Reibung nicht ohne weiteres aus der gestreckten in eine abgebeugte Stellung zu bringen ist.

Ähnliches gilt für das aus der DE-AS 10 19 131 bekannte Gelenk.

Aus der US 4721493 ist ein Gelenk bekannt, bei dem die Ge lenkhälften durch einen vorgespannten flexiblen Draht zusam mengehalten werden. Nachteilig hierbei ist, daß der Draht bei Drehung des gebeugten Gelenkes einer ständigen Biegebean spruchung unterliegt.

Das in der US 2261901 dargestellte Gelenk wird über eine scharnierähnliche Halterung zusammengehalten, wodurch nur eine eindimensionale Abwinkelbarkeit zu erreichen ist.

Ähnliches gilt für das aus der US 4789377 und der US 1196268 bekannte Gelenk, wo die Abwinkelbarkeit ebenfalls durch eine äußere Vorrichtung eingeschränkt wird.

Aus der GB 578287 ist ein Gelenk bekannt, welches aufgrund der begrenzten Zahntiefe nur einen kleinen Beugungswinkel ermöglichen kann. Des weiteren ist die Abwinkelbarkeit ebenfalls durch eine scharnierähnliche Halterung eingeschränkt.

Aus der DE 44 10 377 A1 ist ein Gelenk bekannt, bei dem Radienzahnräder über ein kurvengesteuertes Innengelenk in gegenseitigem Eingriff gehalten werden und somit kein federnder Längenausgleich benötigt wird. Allerdings sind die Führungselemente sehr aufwendig herzustellen, benötigen kurze Wartungsintervalle und sind für kleine Beugungswinkel unvorteilhaft, da sie erst ab einem bestimmten Winkel einen Längenausgleich ermöglichen

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gleichlaufge lenk bereitzustellen, das eine Drehbewegung von einer antreibenden Welle auf eine nicht fluchtende angetriebene Welle oder bei veränderlichem Beugungswinkel bis max. 90° zwischen den Wellen, gleichförmig, formschlüssig und vibrationsarm überträgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeich nungsteil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Des weiteren soll eine Verlagerung der beiden Gelenkhälften infolge einer Überschreitung des Beugungswinkels verhindert und eine gleich starke Beaufschlagung der Druckfedern sichergestellt werden, um eine sichere Funktion zu ermöglichen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson dere darin, eine gleichförmige Drehbewegung bis zu 90° pro Gelenk übertragen zu können, wobei der Beugungswinkel pro Gelenk verschieden sein kann. Der maximale Beugungswinkel wird durch einen internen Anschlag begrenzt, um eine Verlagerung der beiden Gelenkhälften zu verhindern. Dies bedeutet, daß bei zwei hintereinander angebrachten Gelenken, eine gleichförmige Drehbewegung mit einem Beugungswinkel von max. 180° erreicht werden kann, ohne auf eine Parallelität zwischen einer Antriebsseite und einer Abtriebsseite zu achten.

Des weiteren wird als Innengelenk ein Kugelgelenk eingesetzt, wodurch bei einem Längenausgleich eine gleiche Beaufschlagung der Druckfedern je Gelenkhälfte erfolgt und somit ein ruhiger Lauf der verwendeten Zahnräder ermöglicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den folgenden Zeichnungen dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 den Vollschnitt eines 90°-Gleichlaufgelenkes,

Fig. 2 den Halbschnitt des 90°-Gleichlaufgelenkes und

Fig. 3 das 90°-Gleichlaufgelenk mit der maximalen Auslenkung.

Das aus Fig. 1 ersichtliche 90°-Gleichlaufgelenk mit Stirnumfangsverzahnung ist im fertig montierten und je Gelenkhälfte mit einem angeschraubten Gehäuse 13 abgebildet. Die Gehäuseausführung kann je nach Anwendungsfall mit den üblichen Anschlüssen ausgebildet werden. Die Schraubverbindung zwischen Gehäuse 13 und Zahnrad 1 ist gegen Verdrehen gesichert, vorzugsweise mit Gewindestiften 14, die über den Gehäuseumfang im Abstand von 60° zueinander in die Zahnräder 1 eingeschraubt sind. Dadurch wird die zu übertragende Drehbewegung je Gelenkhälfte über sechs Gewindestifte 14 abgetragen und ist somit unabhängig von der Drehrichtung.

Das Zahnrad 1 nimmt koaxial das Gehäuse 13, die Feder 9 und die Hülsen- 2 bzw. Kugelbolzen 3 auf, ist mit einem verlängerten Bund auf die der Gelenkmitte abgewandten Seite ausgestattet und verfügt über eine Stirnumfangsverzahnung. Als Stirnumfangsverzahnung ist zu verstehen, daß die Verzahnung am Umfang des Zahnrades 1 wie bei einem Stirnrad beginnt und im weiteren Verlauf auf die der Gelenkmitte zugewandten Stirnseite fortgeführt wird, wobei sich die Zahnhöhe von außen nach innen verringert. Dies ist erforderlich, um infolge des nach innen kleiner werdenden Teilkreises und entsprechend kleiner werdendem Modul bei gleichbleibender Zähnezahl einen spiel freien Eingriff der beiden Zahnräder 1 zu erhalten.

Damit eine Verlagerung der beiden Zahnräder 1 zueinander verhindert wird, weist das 90°-Gleichlaufgelenk mit Stirnumfangsverzahnung ein Innengelenk auf, welches die gleiche Beaufschlagung der Federn 9 je Gelenkhälfte bewirkt. Dies resultiert daraus, daß als Innengelenk ein Kugelgelenk 4, 6 verwendet wird, dessen Mitte bei jedem Beugungswinkel mit dem Schnittpunkt der jeweiligen Symmetrieachsen der beiden Gelenkhälften deckungsgleich ist. Dadurch ist gewährleistet, daß der Längenausgleich je Gelenkhälfte genau gleich ist. Eine gleiche Beaufschlagung der Federn 9 je Gelenkhälfte wäre auch über ein Kreuzgelenk realisierbar, allerdings sind Kreuzgelenke bei kleinen Gelenkbaugrößen gegenüber den Kugelgelenken 4, 6 sehr aufwendig.

Das Kugelgelenk 4, 6 ist mit einer selbstnachstellenden Notschmierung ausgestattet, indem ein über eine separate Feder 8 beaufschlagter Druckbolzen 7 mit integriertem Fettstift an die Kugel 4 gedrückt wird. Aufgrund sehr kleiner Kugelgelenke 4, 6 ist es möglich sehr kleine Baugrößen des 90°-Gleichlaufgelenkes mit Stirnumfangsverzahnung herzustellen.

Der verlängerte Bund des Zahnrades 1 bewirkt eine größere Lagerfläche für die Hülsen- 2 und Kugelbolzen 3 und dient als Anschlag bei einem Beugungswinkel von 90°. Dadurch ist es möglich ein weiteres 90°-Gleichlaufgelenk mit Stirnumfangsverzahnung einzusetzen, um bspw. über das Doppelgelenk eine Richtungsänderung von 360° zu erreichen.

Das Kugelgelenk 4, 6 besteht aus der Kugel 4 die über den Gewindestift 16 mit dem Kugelbolzen 3 und der Hülse 6 die mit dem Hülsenbolzen 2 verschraubt wird. Zusätzlich ist im Hülsenbolzen 2 auf die der Gelenkmitte zugewandten Seite eine koaxiale Ausnehmung angebracht, in der die Feder 8 den Druckbolzen 7 mit integrierter Fettfüllung aufgenommen wird und gegen die Kugel 4 drückt. Auf der gleichen Seite befindet sich ein Außengewinde zur Aufnahme der Hülse 6. An der anderen Seite des Hülsenbolzens 2 ist koaxial ein Innengewinde für die Aufnahme der Druckmutter 12 angebracht.

Am Kugelbolzen 3 ist auf die der Gelenkmitte zugewandten Seite ein koaxiales Innengewinde ausgeführt, welches die Kugel 4 über den Gewindestift 16 aufnimmt. Der Gewindestift 16 kann vorzugsweise durch einen weiteren radial angeordneten Gewindestift gesichert werden, der auf den Gewindestift 16 drückt, da der Gewindestift 16 über die Kugel 4 kleinen Torsionsmomenten ausgesetzt ist. Auf der anderen Seite des Kugelbolzens 3 ist koaxial ein Innengewinde für die Aufnahme der Druckmutter 12 angebracht.

Die Hülsen- 2 und Kugelbolzen 3 werden bei einem Beugungswinkel von 0° (gestreckter Zustand) mit den Zahnrädern 1 synchron mitgedreht. Sobald sich der Beugungswinkel vergrößert (max. 90° pro Gelenk; in Fig. 3 dargestellt), bleibt das Kugelgelenk 4, 6 mit zugehörigen Hülsen- 2, Kugelbolzen 3 und Druckmuttern 12 stehen. Dabei drehen sich die Zahnräder 1 um die Hülsen- 2 und Kugelbolzen 3, bei der Übertragung einer Drehbewegung. Die Lagerung der Hülsen- 2 und Kugelbolzen 3 ist vorzugsweise zur Verringerung der Reibung gegenüber dem Zahnrad von außen über je einen Schmiernippel nachschmierbar auszuführen.

Das Axialrillenkugellager 11 trennt die ruhenden Teile 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 12, 15 und 16 von den rotierenden Teilen 1, 9, 10, 13 und 14. Die Lage der Axialrillenkugellager 11 ist am jeweiligen Ende des Innengelenkes festgelegt, um einen ruhigeren Lauf des 90°-Gleichlaufgelenkes zu begünstigen, da die Feder 9 von außen wirkende Vibrationen abfangen kann. Bei Langsamläufern kann das Axialrillenkugellager 11 durch eine Gleitscheibe ersetzt werden.

Die Druckmutter 12 nimmt das Axialrillenkugellager 11 und den Federring 10 über einen Bund auf. Dabei ist der Federring 12 so ausgebildet, daß er bei einem Beugungswinkel von 90° an den Bund des Zahnrades 1 drückt und dadurch ein Begrenzungsanschlag des 90°-Gleichlaufgelenkes realisiert wird. Zur jeweiligen Sicherung der Schraubverbindung der Druckmutter 12 ist vorzugsweise ein Gewindestift 15 mit dem Hülsen- 2 bzw. Kugelbolzen 3 abzubohren.

Das Gleichlaufgelenk kann von einem mit Fett gefüllten Fal tenbalg umgeben sein. Damit erreicht man eine Dauer schmierung, einen Schutz vor Verschmutzung und ein Schutz ge gen Hineingreifen in die Verzahnung.

Bezugszeichenliste

1 Zahnrad
2 Hülsenbolzen
3 Kugelbolzen
4 Kugel
5 Scheibe
6 Hülse
7 Druckbolzen
8 Feder
9 Feder
10 Federring
11 Axialrillenkugellager
12 Druckmutter
13 Gehäuse
14 Gewindestift
15 Gewindestift
16 Gewindestift

Claims

1. Gleichlaufgelenk bestehend aus zwei Gelenkhälften zur formschlüssigen Übertragung einer Drehbewegung bei Win kelversatz der Wellen oder veränderlichem Beugungswinkel zwischen den Wellen bis 90°, wobei jede Gelenkhälfte stirnseitig ein Zahnrad (1) mit einer koaxialen Aus nehmung aufweist, in der ein Innengelenkbolzen (2, 3) drehbar und axial verschiebbar geführt ist, wobei die Innengelenkbolzen an einem ihrer Enden durch ein in einer Ebene maximal abwinkelbares Gelenk axial aneinander fixiert sind, und wobei die Zahnräder durch je eine Feder (9) beaufschlagt werden, die drehbar gegen eine am anderen Ende jedes Innengelenkbolzens befestigte Druck mutter abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (1) eine Stirnumfangsverzahnung aufweisen, bei der die Zähne im Radialschnitt stirnseitig einen geraden, radial verlaufenden Zahnkopf und einen geraden Zahngrund zeigen und die Zähne von der Stirnseite zum Außenumfang des Zahnrades mit konvexem Zahnkopf und Zahn grund fortgeführt werden, und daß sich die Zahnhöhe stirnseitig von außen nach innen verringert, und daß der Beugemittelpunkt des Innengelenkes (4, 6) bei jedem Beugungswinkel mit dem Schnittpunkt der jeweiligen Symmetrieachsen der beiden Gelenkhälften deckungsgleich ist.

2. Gleichlaufgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne evolventenförmige Zahnflanken haben.

3. Gleichlaufgelenk nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (1) einen Aufnahmebund mit einem Außengewinde mit radial ver laufenden Gewindebohrungen vorzugsweise im Abstand von 60° zur Befestigung eines Gehäuses (13) und eine koaxiale Bohrung vorzugsweise mit einem Innenfreistich als Fettspeicher aufweisen.

4. Gleichlaufgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das innengelenk aus einer Kugel (4) besteht, die mit einem Innengelenkbolzen, nämlich dem Kugelbolzen (3) über einen Gewindestift ver schraubt ist und die von einer von dem anderen Innen gelenkbolzen, nämlich dem Hülsenbolzen (2) getragenen Hülse axial fixiert umschlossen ist.

5. Gleichlaufgelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hülsenbolzen (2) auf der der Gelenkmitte abgewandten Seite ein koaxial ange ordnetes Innengewinde zur Aufnahme der Druckmutter (12) aufweist und auf der anderen Seite ein Außengewinde für die Hülse (6) und mit einer koaxialen mittigen Sack lochbohrung für die Aufnahme des Druckbolzens (7) mit integrierter Fettfüllung und einer den Druckbolzen an die Kugel drückenden Feder (8) ausgestattet ist.

6. Gleichlaufgelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbolzen (7) auf der der Gelenkmitte abgewandten Seite einen Aufnahmebund für die Feder (8) aufweist und auf der anderen Seite eine koaxiale Sacklochbohrung für die Aufnahme eines Fett stiftes angebracht ist.

7. Gleichlaufgelenk nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelbolzen (3) auf jeder Stirnseite ein koaxiales Gewinde aufweist, zur Aufnahme der Kugel (4) über den Gewindestift (16) und zur Aufnahme der Druckmutter (12), und daß die Gewinde bohrung für den Gewindestift (16) vorzugsweise mit einer radial angeordneten weiteren Gewindebohrung versehen ist, um den Gewindestift (16) zu sichern.

8. Gleichlaufgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (9) zwischen einem Federring (10) und dem Zahnrad (1) einge spannt sind und auch bei gestrecktem Gleichlaufgelenk unter Vorspannung stehen, und daß der Aufnahmebund des Zahnrades (1) so ausgebildet ist, daß er bei einem Beugungswinkel von 90° am Federring (10) anliegt, zur Bildung einer Beugewinkelbegrenzung.

9. Gleichlaufgelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Federringe (10) eine koaxiale Bohrung und einen Aufnahmebund haben, der die Feder (9) aufnimmt und radial fixiert.

10. Gleichlaufgelenk nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmutter (12) einen koaxialen Gewindebolzen und eine von der Stirnfläche ausgehende axiale Gewindebohrung aufweist, in der ein Gewindestift (15) angeordnet ist, um eine Verdreh sicherung für die Druckmutter (12) zu gewährleisten, und daß die Druckmutter (12) einen Aufnahmebund aufweist, der ein Axialrillenkugellager (11) und den Federring (10) aufnimmt und fixiert.

11. Verfahren zu Herstellung eines Gleichlaufgelenks nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Evolventen- Formfräser der kreisförmige Verlauf vom Umfang über die Stirnseite des Zahnrades (1) abgefahren und auf der Stirnseite nach innen zu der Formfräser angehoben und der Zahnrücken gemäß dem Zahngrund gekürzt wird, um die Zahnhöhe kontinuierlich zu verkleinern.