DE19822586C2 - Gelenkwelle - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gelenkwelle mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Gelenkwelle ist aus der US 3 789 625 be­ kannt. Die bekannte Gelenkwelle weist ein einziges Raumge­ lenk auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkwelle der angegebenen Art zu schaffen, die sich durch besonders gute Betriebseigenschaften auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Gelenkwelle der angegebenen Art durch das kennzeichnende Merkmal von Patentanspruch 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich gegenüber dem vorstehend zitierten Stand der Technik dadurch aus, daß sie mehr als ein Raumgelenk, insbesondere drei Raumgelenke oder vier Raumgelenke, aufweist. Hierdurch lassen sich besonders gute Betriebseigenschaften erzielen. Bei der Ausführungs­ form mit vier Raumgelenken sind drei Raumgelenke außen und ein Raumgelenk innen angeordnet. In jedem Fall wird eine kegelförmige Anordnung der drei Raumgelenke bevorzugt.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird von mehr als einem Raumgelenk Gebrauch gemacht, das zwei bogenförmige Gelenk­ teile aufweist, entlang denen jeweils ein Schlitten ver­ fahrbar ist, der mit einem Wellenabschnitt in Verbindung steht. Die beiden bogenförmigen Gelenkteile sind relativ zueinander um eine gemeinsame Achse drehbar bzw. ver­ schwenkbar, indem ihre Enden um diese gemeinsame Achse drehbar miteinander verbunden sind. Da eine Drehbewegung des Schlittens relativ zum bogenförmigen Gelenkteil nicht möglich ist, drehen sich bogenförmiges Gelenkteil, Schlitten und der damit verbun­ dene Wellenabschnitt um die gemeinsame Drehachse. Ferner kann sich der Wellenabschnitt zusammen mit dem Schlitten entlang einer bogenförmigen Bahn bewegen, die durch das bo­ genförmige Gelenkteil vorgegeben ist.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Gelenkwelle handelt es sich um eine homokinetische Gelenkwelle, die mit einem Beugungswinkel bis zu 90° Drehmoment übertragen kann. Dabei heißt homokinetisch, daß bei abgebeugten Gelenken bei allen Teilen der Gelenkwelle die Bewegung gleich abläuft, also eine gleichmässige Bewegungsübertragung stattfindet.

Das hier verwendete Raumgelenk besitzt wie ein Kugelgelenk drei rotatorische Freiheitsgrade, hat aber im Gegensatz zum Kugelgelenk einen größeren Beugungswinkel. Die beiden bo­ genförmigen Gelenkteile mit den Schlitten bilden zwei halb offene Drehgelenke, die mit einer Achse untereinander ver­ bunden sind. Die zwei halb offenen Drehgelenke mit Achse besitzen jeweils einen rotatorischen Freiheitsgrad. Alle drei Komponenten des Raumgelenks sind so miteinander ver­ bunden, daß sich in jeder Stellung die Mittellinien der ro­ tatorischen Freiheitsgrade in einem Punkt kreuzen, nämlich dem Mittelpunkt.

Die beiden Schlitten des Raumgelenks bilden die Verbin­ dungsglieder mit den anderen Teilen (beiden Wellenabschnit­ ten).

Die Umlenkung bzw. Übertragung des Drehmoments wird über eine Ebene bewirkt, die senkrecht auf der Ebene steht, die durch die Mittellinien der beiden Wellenabschnitte gebildet wird und durch die die Winkelhalbierende der beiden Wellenabschnitte verläuft. Bei einer Änderung der Lage der beiden Wellenabschnitte wird gleichzeitig auch die Lage der Ebene verändert. Die Ebene bewirkt eine gleichmässige Aufteilung bzw. Umlenkung des Drehmoments.

Mit der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung gelingt es, Drehmomente über einen besonders großen Winkel zwischen den beiden Gelenkwellenabschnitten zu übertragen. Des weiteren lassen sich die zur Ausgestaltung des Gelenkmechanismus erforderlichen Teile relativ einfach herstellen, da keine ballig ausgebildeten Flächen erforderlich sind.

Die Gelenkteile sind vorzugsweise halbkreisförmig ausgebil­ det.

Die Enden der bogenförmigen Gelenkteile sind zweckmässiger­ weise über eine gemeinsame durchlaufende Drehachse drehbar miteinander verbunden.

Bei einer zweckmässigen Ausgestaltung der Erfindung sind die Schlitten an den bogenförmigen Gelenkteilen auf Rollen gelagert. Hierdurch wird eine glatte und einwandfreie Ver­ fahrbarkeit der Schlitten sichergestellt.

Um ein Verdrehen der Schlitten relativ zu den bogenförmigen Gelenkteilen zu verhindern, besitzen die bogenförmigen Ge­ lenkteile zweckmässigerweise einen eckigen Querschnitt, insbesondere einen Rechteckquerschnitt.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Raumgelenk über je ein Drehschubgelenk drehbar und translatorisch verschiebbar mit beiden Wellenabschnitten verbunden. Jedes Drehschubge­ lenk besitzt somit einen rotatorischen und einen translato­ rischen Freiheitsgrad und lässt daher eine Drehung und Ver­ schiebung zu. Das Raumgelenk dient zur Verbindung der Drehschubgelenke der beiden Wellenabschnitte.

Die Drehschubgelenke sind insbesondere so ausgestaltet, daß ein Drehschubgelenk eine drehfest mit dem Schlitten und eine drehfest mit dem Wellenabschnitt verbundene Stange um­ faßt, die drehbar und längs verschiebbar zueinander ange­ ordnet sind. Vorteilhafterweise greifen die Stangen hier­ bei teleskopartig ineinander. Beide Teleskopabschnitte sind drehbar zueinander ausgebildet, wobei vorzugsweise der mit dem Schlitten verbundene Abschnitt drehbar in bezug auf den mit dem Gelenkwellenabschnitt fest verbundenen Stangenab­ schnitt gelagert ist. Beide Schlitten und somit das Raumge­ lenk sind daher in bezug auf die Mittellinien der Stangen drehbar.

Die Drehschubgelenke gewährleisten einen gleichmässigen Ab­ lauf, da die Raumgelenke hierdurch auf die Ebene der Win­ kelhalbierenden gezwungen werden.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß das Raumgelenk ein auf der gemeinsamen Achse der bogenförmigen Gelenkteile bewegliches, die Schlitten miteinander verbindendes Scharnier aufweist. Die­ ses Scharnier bewirkt eine gleichmässige Aufteilung der Richtungskomponenten der beiden Schlitten, d. h. die Achse des Raumgelenks (der beiden bogenförmigen Gelenkteile) wird durch das Scharnier ausgerichtet.

Das Scharnier bewegt sich somit immer rechtwinklig zur ge­ meinsamen Achse des Raumgelenks. Um dies zu realisieren, besitzt das Scharnier vorzugsweise zwei drehbar zueinander an der gemeinsamen Achse gelagerte Scharnierabschnitte, die jeweils drehbar und translatorisch verschiebbar mit einem Schlitten verbunden sind.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß zwischen dem Schlitten und dem Ende eines Wellenabschnitts eine elastische Einrichtung angeordnet ist. Hierdurch soll das zugehörige Raumgelenk ausgerichtet werden. Zweckmässigerweise finden hierfür übliche Federn Verwendung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungs­ beispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine räumliche Ansicht eines Teiles einer Ge­ lenkwelle, die mit einem drei Raumgelenke aufweisenden Gelenkmechanismus versehen ist; und

Fig. 2 eine räumliche Darstellung eines mit einem Scharnier zur Verbindung von zwei Schlitten versehenen Raumgelenks.

In Fig. 1 sind mit 1 und 2 zwei Wellenabschnitte einer zur winkligen Übertragung von Drehmoment dienenden Gelenkwelle bezeichnet. Hierbei kann der Wellenabschnitt 1 das antrei­ bende Teil und der Wellenabschnitt 2 das abtreibende Teil der Gelenkwelle darstellen.

Der die Verbindung zwischen den beiden Wellenabschnitten 1 und 2 bildende Gelenkmechanismus umfasst drei Raumgelenke 6, die jeweils über Stangen 3, 4, welche Drehschubgelenke bilden, mit einem Wellenabschnitt verbunden sind. Im ein­ zelnen ist dabei folgende Konstruktion realisiert:
Die Wellenabschnitte 1 und 2 sind jeweils drehfest mit ei­ ner Teleskopstange 4 verbunden, in der eine Teleskopstange 3 mit kleinerem Durchmesser drehbar und längs verschiebbar gelagert ist. Die Stange 3 ist drehfest mit einem etwa dreieckförmigen Schlitten 5 verbunden, der mit Rollen (nicht gezeigt) auf einem halbkreisförmig ausgebildeten Ge­ lenkteil 7 des Raumgelenkes 6 verfahrbar ist. Das Raumge­ lenk 6 besitzt zwei halbkreisförmige Gelenkteile 7, die miteinander um eine gemeinsame Drehachse 8 drehbar verbun­ den sind. Die beiden Raumgelenkhälften, die jeweils aus dem Gelenkteil 7 und dem Schlitten 5 bestehen, sind somit rela­ tiv zueinander um die Drehachse 8 drehbar. Ferner ist der Schlitten 5 entlang dem Gelenkteil 7 bogenförmig verfahr­ bar. Die beiden Stangen 3 und 4, die das Drehschubgelenk bilden, sind relativ zueinander drehbar und längs ver­ schiebbar.

Auch die anderen beiden Raumgelenke 6 sind jeweils über entsprechende Drehschubgelenke mit den Wellenabschnitten 1 und 2 verbunden.

Auf diese Weise kann Drehmoment von dem antreibenden Wel­ lenabschnitt 1 über einem Winkel bis zu 90° auf den abtrei­ benden Wellenabschnitt 2 übertragen werden.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Raumge­ lenks. Dieses Raumgelenk unterscheidet sich von den Raumgelenken 6 der Fig. 1 dadurch, daß es ein auf der gemeinsamen Achse 8 der bogenförmigen Gelenkteile 7 bewegliches, die Schlitten 5 miteinander verbindendes Scharnier 9 aufweist. Das Schar­ nier 9 besitzt zwei Scharnierabschnitte 10, 11, die jeweils von einem Schlitten 5 ausgehen und sich bis zur gemeinsamen Drehachse 8 erstrecken. Sie sind an dieser Achse 8 drehbar gelagert, andererseits jedoch so miteinander verbunden, daß sie eine translatorische Bewegung entlang der Achse 8 nur gemeinsam ausführen können.

Am jeweiligen Schlitten 5 sind die Scharnierabschnitte 10 und 11 drehbar und translatorisch verschiebbar in Richtung ihrer Achse gelagert. Hierzu ist das Ende des Scharnierab­ schnitts gabelförmig ausgebildet, wobei die beiden Ga­ belabschnitte einen Zapfen 13 am Schlitten umgreifen und gleitend an diesem gelagert sind. Führt der Schlitten 5 nunmehr eine Bogenbewegung entlang dem Gelenkteil 7 aus, nimmt er den zugehörigen Scharnierabschnitt mit, der entlang der Drehachse 8 auf- oder abgleitet. Hierbei findet eine Relativverschiebung zwischen Schlitten und Schar­ nierabschnitt sowie möglicherweise eine Drehbewegung hier­ zwischen statt. Da beide Scharnierabschnitte beweglich mit­ einander verbunden sind, wird hierdurch auch der andere Scharnierabschnitt und somit der andere Schlitten mit be­ wegt.

Claims (11)

1. Gelenkwelle zur winkligen Übertragung von Drehmoment mit zwei über einen Gelenkmechanismus verbundenen Wellenabschnitten, wobei der Gelenkmechanismus ein, Raumgelenk (6) mit zwei bogenförmigen Gelenkteilen (7), die mit ihren Enden um eine gemeinsame Achse (8) drehbar verbunden sind, und zwei Schlitten (5) umfaßt, von denen jeder entlang einem bogenförmigen Gelenkteil (7) verfahrbar und mit einem Wellenabschnitt (1, 2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenk­ welle mehr als ein Raumgelenk (6) aufweist.

2. Gelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bogenförmigen Gelenkteile (7) halbkreisförmig ausgebildet sind.

3. Gelenkwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Enden der bogenförmigen Gelenkteile (7) über eine gemeinsame durchlaufende Drehachse (8) drehbar miteinander verbunden sind.

4. Gelenkwelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitten (5) an den bogenförmigen Gelenkteilen (7) auf Rollen gelagert sind.

5. Gelenkwelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Raumgelenk (6) über je ein Drehschubgelenk drehbar und translatorisch ver­ schiebbar mit beiden Wellenabschnitten (1, 2) verbunden ist.

6. Gelenkwelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehschubgelenk eine drehfest mit dem Schlit­ ten (5) und eine drehfest mit dem Wellenabschnitt (1, 2) verbundene Stange (3, 4) umfaßt, die drehbar und längs verschiebbar zueinander angeordnet sind.

7. Gelenkwelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stangen (3, 4) teleskopartig ineinandergreifen.

8. Gelenkwelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkmechanismus drei Raumgelenke (6) umfaßt.

9. Gelenkwelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Raumgelenk (6) ein auf der gemeinsamen Achse (8) der bogenförmigen Gelenk­ teile (7) bewegliches, die Schlitten (5) miteinander verbindendes Scharnier (9) aufweist.

10. Gelenkwelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Scharnier (9) zwei drehbar zueinander (bei 14) an der gemeinsamen Achse (8) gelagerte Scharnierab­ schnitte (10, 11) besitzt, die jeweils drehbar und translatorisch verschiebbar mit einem Schlitten (5) verbunden sind.

11. Gelenkwelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schlitten (5) und dem Ende eines Wellenabschnitts (1, 2) eine elasti­ sche Einrichtung angeordnet ist.