DE19920569A1 - Gelenkkupplung - Google Patents

Abstract

Eine Gelenkkupplung zur Übertragung von Drehmomenten zwischen fluchtenden oder sich kreuzenden Wellen, insbesondere für Antriebswellen von Kraftfahrzeugen, umfaßt einen Gelenktopf (2), in den ein Gelenkkopf (9) axialverschiebbar und schwenkbeweglich eintaucht. Der Gelenktopf (2) ist mit einer koaxial zur Topfwelle (3) ausgerichteten Mehrkantbohrung (8) versehen, und der Gelenkkopf (9) weist einen zur Kopfwelle (10) koaxialen, der Mehrkantbohrung (8) in radialer Ausrichtung angepaßten Drehquerschnitt (19) auf, wobei sich der Drehquerschnitt (19) in axialer Ausrichtung verjüngt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Gelenkkupplung zur Übertragung von Drehmomenten zwischen fluchtenden oder sich kreuzenden Wellen, insbesondere für Antriebswellen von Kraftfahrzeugen, mit einem Gelenktopf, in den ein Gelenkkopf axialverschiebbar und schwenkbeweglich eintaucht.

In der Praxis sind Gelenkkupplungen bekannt bei denen als Übertragungsglied ein Wälzlager eingesetzt ist, das die Funk­ tion des Schwenkens der Wellen zueinander und gleichzeitig das Übertragen des Drehmomentes übernimmt. Auf der Welle ist ein Lagerring befestigt, in dem ballige Aufnahmen für Kugeln eingearbeitet sind. Die in den Aufnahmen einliegenden Kugeln ragen fast zur Hälfte über den Lagerring hinaus, und sind in Durchgangslöchern eines balligen Kugelkäfigs gehalten. Die Kugeln durchragen die Durchgangslöcher und liegen mit dem überragenden Teil diese in entsprechend angepaßte Nuten eines Gelenkkopfes ein, um hierüber eine Drehmomentübertragung zu ermöglichen. Der äußere ballige Teil des Kugelkäfigs gleitet in einer entsprechenden Ausnehmung im Gelenkkopf. Um eine lange Lebensdauer der Gelenkkupplung zu erreichen, ist eine ausreichende Schmierung notwendig. Dazu ist der Gelenktopf in der Tiefe zur Aufnahme eines Vorrats an Schmierstoff großräu­ mig ausgebohrt. Damit kein Schmutz in die Gelenkkupplung ein­ tritt und der Schmierstoff nicht aus der Gelenkkupplung aus­ tritt, ist im Bereich zwischen dem Gelenktopf und dem Gelenk­ kopf ein Faltenbalg angeordnet. Die vielen zusammenwirkenden Teile der Gelenkkupplung erfordern eine hohe Genauigkeit in der Herstellung der einzelnen Teile, da sich die Herstel­ lungstoleranzen summieren. Dies ergibt zum einen eine teure Fertigung der Einzelteile und zum anderen einen kostengünsti­ gen Montageaufwand der Gelenkkupplung.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Gelenk­ kupplung der eingangs genannten Art zu schaffen, die kosten­ günstig in der Herstellung und einfach in der Montage ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gelenktopf mit einer koaxial zur Topfwelle ausgerichteten Mehrkantbohrung versehen ist, und der Gelenkkopf einen zur Kopfwelle koaxialen, der Mehrkantbohrung in radialer Ausrich­ tung angepaßten Drehquerschnitt aufweist, wobei sich der Drehquerschnitt in axialer Ausrichtung verjüngt.

Durch diese Maßnahmen verringert sich die Anzahl der zu fer­ tigenden und zu montierenden Teile der erfindungsgemäßen Ge­ lenkkupplung wodurch sich insgesamt die Herstellungskosten wesentlich reduzieren.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besitzen die Mehrkantbohrung des Gelenktopfes und der Drehquerschnitt des Gelenkkopfes die Form eines gleichseitigen Sechseckes. Ein solches Sechseck ist sowohl in der Innenform als auch in der Außenform einfach herstellbar. Für die Übertragung des Drehmomentes können hierbei große Flächen zur Verfügung ge­ stellt werden.

Damit der Gelenkkopf leicht in den Gelenktopf einsetzbar ist und zur Winkelverstellung leicht darin gleitet, ist nach ei­ ner Weiterbildung der Erfindung der Drehquerschnitt in seiner größten radialen Ausdehnung geringfügig kleiner als die Mehr­ kantbohrung im Gelenktopf und weist in diesem Bereich einen umlaufenden Schwenkradius auf, an dem sich tangential zum freien Ende des Gelenkkopfes eine Schwenkkugel und in Rich­ tung zur Kopfwelle eine Verjüngung bis mindestens zum Durch­ messer der Kopfwelle anschließt.

Zur Begrenzung des Verschiebeweges der Gelenkkupplung ist zweckmäßigerweise in den Gelenktopf als Abschluß der Mehr­ kantbohrung eine der Schwenkkugel angepaßte Kugelpfanne ein­ gearbeitet. In der Kugelpfanne stützt sich der Gelenkkopf ab.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besitzen die Flächen der Mehrkantbohrung eine die in die Ecken der Mehr­ kantbohrung eingearbeiteten Gleitradien überwölbende Form, wobei die Flächen des Gelenkkopfes dieser Form angepaßt sind. Hierdurch wird einerseits eine Geräuschdämpfung bei der Dreh­ richtungsänderung erzielt und andererseits eine größere Über­ tragungsfläche bzw. Übertragungslinie erzeugt, wodurch die Flächenpressung vermindert wird. Bei einer alternativen Aus­ führung, bei der die gleichen vorgenannten Vorteile erreicht werden, besitzen die Flächen der Mehrkantbohrung eine die in die Ecken der Mehrkantbohrung eingearbeiteten Gleitradien un­ terziehende Form, wobei die Flächen des Gelenkkopfes dieser Form angepaßt sind.

Zwecks Erzielung eines geringen Werkstoffeinsatzes, und damit eines geringen Gewichts sind bevorzugt die Kopfwelle und/oder der Gelenkkopf und/oder die Topfwelle hohl ausgeführt.

Zweckmäßigerweise weist der Gelenkkopf im Bereich der Ecken zwischen den Flächen bzw. in den dort vorhandenen Radien Schlitze auf. Somit kann der Gelenkkopf geringfügig größer gefertigt werden. Die Flächen legen sich im elastischen Be­ reich an den Gegenseiten an, wodurch praktisch kein Spiel mehr zwischen dem Gelenkkopf und dem Gelenktopf vorhanden ist.

Ein relativ großer elastischer Bereich ergibt sich, wenn sich nach einer vorteilhaften Ausführungsform die Schlitze im Ge­ lenkkopf bis zum freien Ende des Gelenkkopfes erstrecken. Hierbei ist die Flächenpressung relativ gering, wodurch eine punktuelle Überbelastung vermieden wird.

Um bei geringen Fertigungskosten aufgrund relativ großer Fer­ tigungstoleranzen eine hohe Lebensdauer der Gelenkkupplung zu erhalten, ist zweckmäßigerweise in die Längsachse des Gelenk­ kopfes ein die Flächen des Gelenkkopfes in Richtung der Flä­ chen der Mehrkantbohrung beaufschlagender Spreizer zumindest teilweise eingesetzt. Über den Spreizer werden die Flächen des Gelenkkopfes gleichmäßig an die Flächen des Gelenktopfes angepreßt, wobei das Aufspreizen des Gelenkkopfes nur in ei­ nem geringen Bereich erforderlich ist.

Bevorzugt ist der Spreizer eine Kugel, die an inneren Spreiz­ flächen des Gelenkkopfes unter Wirkung eines durch die hohle Kopfweile geführten Druckstößels anliegt. Hierbei findet die Kugel selbsttätig den idealen geometrischen Ort für eine gleichmäßige Anpressung.

Zum Ausgleich des betriebsbedingten Verschleißes, der Klopf­ geräusche während des Umlaufes, insbesondere bei einem Last­ wechsel, hervorruft, ist nach einer vorteilhaften Ausgestal­ tung des Erfindungsgedankens der die Kugel betätigende Druck­ stößel druckfederbeaufschlagt in die Kopfwelle eingesetzt. Die Druckfederbeaufschlagung stellt eine gleichmäßige Flä­ chenpressung zwischen den Flächen des Gelenkkopfes und den Flächen der Mehrkantbohrung während der Lebensdauer der Ge­ lenkkupplung sicher.

Zweckmäßigerweise stützt sich die Druckfeder unter Vorspan­ nung mit einem Ende an der zugeordneten Stirnseite des Druck­ stößels und mit dem anderen Ende an einem in die Kopfwelle eingeschraubten Gewindestift ab. Durch eine Lageveränderung des Gewindestiftes im Bereich des in die Kopfwelle eingelas­ senen Gewindes, ist eine Regulierung der Vorspannung der Druckfeder und somit eine Anpassung der Flächenpressung zwi­ schen den Flächen des Gelenkkopfes und den Flächen der Mehr­ kantbohrung gegeben.

Nach einer vorteilhaften alternativen Ausgestaltung der Er­ findung ist der Spreizer eine Kugel, die an inneren Spreiz­ flächen des Gelenkkopfes unter der Wirkung eines durch die hohle Topfwelle geführten Zugstößels anliegt. Zweckmäßiger­ weise ist der Zugstößel als Schraube ausgebildet, deren Kopf an einer entsprechenden Schulter in einer Bohrung der Topf­ welle anliegt und deren Gewinde in ein korrespondierendes In­ nengewinde der Kugel eingeschraubt ist. Neben einem toleranz- und verschleißbedingten Ausgleich erfolgt aufgrund dieser Maßnahmen eine Fixierung der axialen Lage des Gelenktopfes zu der des Gelenkkopfes.

Um ein feines Einstellen der Anpressung der Flächen des Ge­ lenktopfes an die entsprechenden Flächen des Gelenkkopfes zu erreichen, bei dem ein relativ langer Verstellweg zu einer geringen Aufweitung des Gelenkkopfes führt, ist nach einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung der Spreizer ein Kegelstumpf, der an inneren Spreizflächen des Gelenkkopfes unter der Wirkung eines durch die hohle Kopfwel­ le geführten Druckstößels anliegt.

Bevorzugt ist nach einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Spreizer ein sich zur Kopfwelle verjüngender Kegelstumpf, der an äußeren Spreizflächen des Gelenkkopfes anliegt. Um das Verstellen des Spreizers mit relativ einfachen Mitteln si­ cherzustellen, ist mittig an der kleinen Stirnfläche des Ke­ gelstumpfes ein in die hohle Kopfwelle eingeschraubter Gewin­ dezapfen angeformt. Somit ist der Spreizer mit dem als Gewin­ dezapfen ausgebildeten Verstellorgan einteilig ausgebildet und wirkt unter Zugbelastung auf den Gelenkkopf. Alternativ hierzu ist mittig in dem Kegelstumpf ein axiales Innengewinde zur Aufnahme einer Schraube ausgeformt, deren Kopf an einer mit einer entsprechenden Bohrung versehenen Schulter in einer Wellenbohrung der Kopfwelle anliegt. Die Schraube ist ein handelsübliches Normteil mit entsprechender Zugfestigkeit und als solches kostengünstig erhältlich.

Eine bevorzugte alternative Möglichkeit des Ausgleiches von Fertigungstoleranzen und verschleißbedingten Änderungen ist dadurch gegeben, daß der Gelenkkopf zumindest im Bereich der Schwenkkugel sich radial nach außen erstreckende Durchgangs­ bohrungen für einen im Inneren des Gelenkkopfes vorgesehenen Kunststoff aufweist. Zweckmäßigerweise härtet der Kunststoff unter Druckbelastung aus und ist in einer druckfederbeauf­ schlagten Patrone innerhalb einer Axialbohrung des Gelenkkop­ fes angeordnet. Des weiteren stützt sich zweckmäßigerweise die Druckfeder unter Vorspannung mit einem Ende unter Zwi­ schenlage einer Platte an der zugeordneten Stirnseite der Pa­ trone und mit dem anderen Ende an einem in die Kopfwelle ein­ geschraubten Gewindestift ab. Wenn der Gelenkkopf in den Ge­ lenktopf eingesetzt ist, wird der Kunststoff aufgrund der Vorspannung der Druckfeder aus der Patrone gepreßt und tritt durch die Durchgangsbohrungen des Gelenkkopfes aus dessen In­ neren heraus. Hierbei fließt der Kunststoff über die Oberflä­ che des Gelenkkopfes in fertigungsbedingte Riefen und gleit die vorhandenen Toleranzen zwischen dem Gelenkkopf und dem Gelenktopf aus. Unter dem durch die Übertragenen Drehmomente herrschenden Druck härtet der Kunststoff aus und bildet eine Gleitschicht. Bei einer verschleißbedingten Abnutzung des Kunststoffes fließt unter der Wirkung der Druckfeder weiterer Kunststoff in den Zwischenraum zwischen dem Gelenkkopf und dem Gelenktopf, der die Verschleißerscheinungen überdeckt. Da in den Durchgangsbohrungen lediglich ein geringer Druck auf­ tritt unter dem der Kunststoff nicht aushärtet, ist das Nach­ fließen des Kunststoffes sichergestellt.

Um den Einsatz von üblichen Schmierstoffen, die unter der auftretenden Flächenpressung in der Regel unter Verlust der Schmierwirkung aus der Gelenkkupplung gepreßt werden, sind bevorzugt mindestens die Gleitflächen des Gelenkkopfes und/ oder des Gelenktopfes mit einem Gleitlack, einem gleitfähigen Kunststoff oder einer sonstigen gleitfähigen sowie abriebfe­ sten Schicht versehen. Hierdurch ergibt sich eine ausreichen­ de Gleitfähigkeit der Flächen aufeinander, wobei zudem gege­ benenfalls eine Veredlung der Flächen erreicht wird.

Ferner ist zweckmäßigerweise die Gelenkkupplung mit einer die Bewegungsfreiheit nicht beeinträchtigenden Schutzanordnung um­ hüllt. Die Schutzanordnung verhindert das Eindringen von Schmutz in die Gelenkkupplung und kann relativ preiswert her­ gestellt werden.

Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke wird in der nach­ folgenden Beschreibung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Gelenk­ kupplung mit fluchtenden Wellen,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Gelenk­ kupplung mit sich kreuzenden Wellen,

Fig. 3 eine Ansicht der Darstellung nach Fig. 1 mit einem alternativen Gelenkkopf,

Fig. 4 eine Seitenansicht auf einen Gelenkkopf,

Fig. 5 einen Schnitt durch einen Gelenktopf,

Fig. 6 eine Ansicht in einen Gelenktopf in Pfeilrichtung VI gemäß Fig. 5,

Fig. 7 eine alternative Ausführung der Darstellung nach Fig. 6,

Fig. 8 eine weitere alternative Ausführung der Darstel­ lung nach Fig. 6,

Fig. 9 einen Schnitt durch die Darstellung nach Fig. 1 entlang der Linie IX-IX,

Fig. 10 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X ge­ mäß Fig. 1 in einer alternativen Ausführungsform,

Fig. 11 eine erste alternative Ausführung der Darstellung nach Fig. 10,

Fig. 12 eine zweite alternative Ausführung der Darstellung nach Fig. 10,

Fig. 13 eine dritte alternative Ausführung der Darstellung nach Fig. 10,

Fig. 13 eine vierte alternative Ausführung der Darstellung nach Fig. 10,

Fig. 14 eine fünfte alternative Ausführung der Darstellung nach Fig. 10,

Fig. 15 eine sechste alternative Ausführung der Darstel­ lung nach Fig. 10 und

Fig. 16 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X ge­ mäß Fig. 1 in einer weiteren alternativen Ausfüh­ rungsform.

In Fig. 1 ist eine Gelenkkupplung 1 dargestellt, die als In­ nengelenk einer Antriebswelle eines frontgetriebenen Kraft­ fahrzeuges verwendet wird. An der geschlossenen Seite eines Gelenktopfes 2 befindet sich koaxial eine Topfwelle 3. Die äußere Form des Gelenktopfes 2 weist neben verschiedenen Ab­ stufungen 4 eine Einkerbung 5 auf, in die ein Bund 6 einer Trägerhülse 7 eingerollt ist. In den Gelenktopf 2 ist von der der Topfwelle 3 gegenüberliegenden Seite eine gleichseitige sechseckige Mehrkantbohrung 8 eingelassen, in der ein Gelenk­ kopf 9 einliegt, der an einer Kopfwelle 10 angeordnet ist. Von dem freien Ende der von der Kopfwelle 10 durchragten Trä­ gerhülse 7 erstreckt sich eine als Faltenbalg ausgebildete Schutzanordnung 11 bis zur Kopfwelle 10. Endseitig ist die Schutzanordnung 11 jeweils mittels einer Klemmschelle 12 zum einen an der Trägerhülse 7 und zum anderen an der Kopfwelle 10 abdichtend befestigt. Im Bereich zwischen den Klemmschel­ len 12 ist die Schutzanordnung mit Falten 13 versehen, damit sie der Bewegung zwischen dem Gelenkkopf 9 und dem Gelenktopf 2 folgen kann.

Die Flächen 14 der Mehrkantbohrung 8 sind bis annähernd zur Hälfte des Gelenktopfes 2 prismatisch zueinander angeordnet, d. h. sie sind parallel zur Achse des Gelenktopfes 2 ausge­ richtet. In die Ecken 15 der Mehrkantbohrung 8 sind Gleitra­ dien 16 eingearbeitet, zwischen denen sich tangential die Flächen 14 aufspannen (Fig. 6). Vom prismatischen innenlie­ genden Ende der Mehrkantbohrung 8 verlaufen Rundflächen 17 im Querschnitt kreisförmig bis zu einer Sackbohrung 18. Auch die Gleitradien 16 folgen diesem Querschnitt, wodurch in Schnitten senkrecht zur Achse des Gelenktopfes 2 die Schnittkanten der Rundflächen 17 als Geraden vorliegen. Die Sackbohrung 18 er­ möglicht ein butzenfreies Herstellen der Mehrkantbohrung 8.

Der in der Mehrkantbohrung 8 einliegende Gelenkkopf 9 weist einen Drehquerschnitt 19 auf, der bei fluchtenden Wellen 3, 10 senkrecht zu deren Achsen und stets senkrecht zur Achse der Kopfwelle 10 vorliegt. An dieser Stelle hat der Drehquer­ schnitt 19 seine größte Ausdehnung, an der Schwenkradien 20 angeordnet sind. Bei einer Ausführung des Drehquerschnitts 19 als Sechseck sind sechs Schwenkradien 20 vorhanden. Der Ge­ lenkkopf 9 läßt sich um diese Schwenkradien 20 in der Mehr­ kantbohrung 8 verschwenken und nimmt dabei die in der Fig. 2 gezeigte Stellung ein. Um dies zu ermöglichen, verjüngt sich der Gelenkkopf 9 von den Schwenkradien 20 aus in beiden axia­ len Ausrichtungen. In Richtung des freien Endes des Gelenk­ kopfes 9 schließt sich tangential an die Schwenkradien 20 ei­ ne Schwenkkugel 21 an, die derart gestaltet ist, daß die Gleitradien 16 weiter auf dem Radius der Schwenkkugel 21 ver­ laufen und die benachbarten Gleitradien 16 mit einer in einer Richtung geraden und in der Gegenrichtung im Verlauf des Ra­ dius der Schwenkkugel 21 gebogenen Kugelsegmentfläche 22 ver­ bunden sind. Am freien Ende des Gelenkkopfes 9 ist eine Ab­ flachung 23 vorhanden, in die die Gleitradien 16 tangential einmünden. In Richtung der Kopfwelle 10 verjüngt sich der Ge­ lenkkopf 9 vom Schwenkradius 20 aus in der Form eines sechs­ eckigen Pyramidenstumpfes 43, dessen Seitenwände 24 tangential vom Schwenkradius 20 abgehen. Am schmalen Ende des Pyramiden­ stumpfes 43 ist eine Einschnürung 25 vorgesehen, bis zu der sich die Verjüngung 40 des Pyramidenstumpfes 43 erstreckt und von der sich ein Kegelstumpf 26 als Übergang zur Kopfwelle 10 anschließt.

In den Gelenktopf 2 ist eine der Schwenkkugel 21 entsprechen­ de Kugelpfanne 27 mit entsprechenden Rundflächen 17 und Glei­ tradien 16 eingelassen.

Beim Verschwenken des Gelenkkopfes 9 im Gelenktopf 2 gemäß Fig. 2 bewegen sich die Gleitradien 16 aufeinander, und die Achsen der Topfwelle 3 und der Kopfwelle 10 kreuzen sich. Die Schwenkradien 20 am Drehquerschnitt 19 mit den daran anlie­ genden Kugelsegmentflächen 22 schwenken mit, wobei immer ein Formschluß zur Übertragung des Drehmomentes vorhanden ist. Das Verschwenken kann sowohl in der Endlage des Eintauchens des Gelenkkopfes 9 in dem Gelenktopf 2 als auch in jeder be­ liebigen Lage innerhalb der prismatischen Mehrkantbohrung 8 erfolgen. Die elastische Schutzanordnung 11 behindert das Verschwenken nicht.

In der Fig. 3 befindet sich der axial verschobene Gelenkkopf 9 im Bereich der prismatischen Mehrkantbohrung 8. In dieser Position ist die Übertragung des Drehmomentes ebenfalls ge­ währleistet. Bei einem Verschwenken des Gelenkkopfes 9 im Ge­ lenktopf 2 ist sicherzustellen, daß ein Teil des Drehquer­ schnittes 19 nicht aus der Mehrkantbohrung 8 herausragt. Der in Fig. 3 dargestellte Gelenkkopf 9 weist keine Einschnürung auf und geht somit von seinem Pyramidenstumpf 43 direkt in die Kopfwelle 10 mittels eines Übergangsradius 41 über.

In den Fig. 4 und 5 ist sowohl bei einem Gelenkkopf 9 als auch bei einem Gelenktopf 2 der mit einem Gleitlack 42 be­ schichtete Bereich mit einer Kreuz-Schraffur gekennzeichnet. Der Gleitlack 42, der die üblichen Schmierstoffe ersetzt, er­ möglicht ein leichtes Gleiten der Werkstoffpaarungen und ver­ hindert ein Fressen derselben. Bei dem Gelenkkopf 9 ist der Gleitlack 42 vom freien Ende bis hinter den tangentialen Übergang des Schwenkradius 20 in den Pyramidenstumpf 43 auf­ getragen. Im Gelenktopf 2 ist der Gleitlack 42 innerhalb der Mehrkantbohrung 8 im prismatischen Bereich auf den Flächen 14 und in der Kugelpfanne 27 vorhanden. Vor dem Auftragen des Gleitlackes 42 müssen der Gelenkkopf 9 und die Kugelpfanne 27 mit einem Lösemittel entfettet und danach getrocknet werden. Zur Erhöhung der Haftfestigkeit des Gleitlackes 42 und der damit verbundenen Erhöhung der Lebensdauer der Gelenkkupplung 1 werden die zu beschichtenden Oberflächen phosphatiert. Der Gleitlack 42 ist ein wärmeaushärtender Gleitlack mit ausge­ wählten Festschmierstoffen und Bindern. Er bildet auf den Me­ talloberflächen einen festhaftenden, extrem verschleiß- und abriebfesten, lösemittel- und mineralölbeständigen Gleitlack­ film mit ausgezeichneten Schmiereigenschaften, Korrosions­ schutz und weitem Temperatureinsatzbereich. Der Gelenkkopf 9 wird durch Tauchen bis zur gewünschten Tiefe beschichtet. Die Beschichtung der Kugelpfanne erfolgt durch das Aufspritzen des Gleitlacks 42. An das Beschichten schließt sich ein Ein­ brennen des Gleitlacks 42 unterhalb der Anlaßtemperatur des Gelenktopfes 2 bzw. des Gelenkkopfes 9 an.

Die Fig. 6 bis 8 zeigen alternative Gelenktöpfe 2 mit jeweils konzentrischer Sackbohrung 18 und Mehrkantbohrung 8. Die Mehrkantbohrung 8 der Fig. 6 weist in ihrem prismatischen Be­ reich zwischen den Gleitradien 16 die Flächen 14 auf, die hier ebene Flächen 28 sind. Bei der Fig. 7 sind überwölbende Flächen 29 zwischen den Gleitradien 16 angeordnet. Bei der Fig. 8 sind unterziehende Flächen 30 zwischen den Gleitradien 16 vorhanden. Die Gleitradien 16 verlaufen auch dort in den Bereich der Kugelpfanne 27 und enden an der Sackbohrung 18.

Die Fig. 9 zeigt einen Schnitt durch eine Gelenkkupplung 1 mit dem eingesetzten Gelenkkopf 9 in der sechseckigen Mehr­ kantbohrung 8. Ganz außen ist die Trägerhülse 7 geschnitten, und im inneren Bereich ist die Kopfwelle 10 am oberen Ende des Pyramidenstumpfes 43 im Bereich der Einschnürung 25 ge­ schnitten.

Die in den Fig. 10 und 11 dargestellte Kopfwelle 10 ist mit einer Wellenbohrung 31 versehen, die in den hohlen Gelenkkopf 9 mündet. Der hohle Gelenkkopf 9 umfaßt in seinem Inneren ei­ ne konische Aufweitung 32 und ist im Bereich der Schwenkradi­ en 20 mit Schlitzen 33 versehen, die bis zur Kopfwelle 10 reichen und von denen zwei in der Zeichnungsebene liegen. In das freie Ende des Gelenkkopfes 9 ist konzentrisch eine Sitz­ bohrung 34 mit Spreizflächen 36 eingelassen, an denen ein in der Aufweitung 32 angeordneter, als Kugel 38 ausgebildeter Spreizer 35 anliegt. Ein durch die Wellenbohrung 31 geführter Druckstößel 37 beaufschlagt die Kugel 38 und drückt somit die Flächen und Radien des Gelenkkopfes 9 in Richtung des Gelenk­ topfes 2. Der Druckstößel 37 wird auf der der Kopfwelle 10 zugeordneten Stirnseite 44 von einer vorgespannten Druckfeder 45, die aus einzelnen Tellerfedern 46 zusammengesetzt ist be­ aufschlagt. Hierdurch wird die Kugel 38 über den Druckstößel 37 stets in die Sitzbohrung 34 des Gelenkkopfes 9 gepreßt und dieser gespreitzt, weshalb die Kugelsegmentflächen 22 des Ge­ lenkkopfes 9 unter einer vorbestimmten Flächenpressung in der Mehrkantbohrung 8 des Gelenktopfes 2 anliegen. Durch den Spreitzer 35 wird der Gelenkkopf 9 im elastischen Bereich aufgeweitet, wodurch eine entsprechend große negative Tole­ ranz bei der Fertigung gewährt werden kann. Zur Einstellung bzw. Regulierung der Vorspannung der Druckfeder 45 stützt diese sich auf einem in die Wellenbohrung 31 der Kopfwelle 10 eingeschraubten Gewindestift 47 ab.

Gemäß Fig. 12 ist der Spreizer 35 ebenfalls als Kugel 38 aus­ gebildet, die mit einem Innengewinde 48 zur Aufnahme eines als Schraube 49 ausgebildeten Zugstößels 50 versehen ist und an inneren Spreizflächen 36 des Gelenkkopfes 9 anliegt. Die Schraube 49 ist in die hohl ausgeführte Topfwelle 3 einge­ setzt und stützt sich mit ihrem Kopf 51 an einer entsprechen­ den Schulter 51 innerhalb der Topfwelle 3 ab. Durch das Spreizen des Gelenkkopfes 9, wird gleichzeitig der Gelenkkopf 9 in den Gelenktopf 3 gezogen, so daß sich die Schwenkkugel 21 und die Kugelpfanne 27 stets berühren.

Der Spreizer 35 nach der Fig. 13 ist ein dem Druckstößel 37 zugeordneter Kegelstumpf 38, der sich bei einer Verschiebung des Druckstößels 37 nach außen an den Spreizflächen 36 anlegt und somit die Flächen und die Radien des Gelenkkopfes 9 in Richtung des Gelenktopfes 2 drückt. Hierbei sind die Spreiz­ flächen 36 der Form des Kegelstumpfes 39 angepaßt.

Der in den Fig. 14 und 15 dargestellte Spreizer 35 ist eben­ falls ein Kegelstumpf 38, der sich in Richtung der Kopfwelle 10 verjüngt und an zugeordneten Spreizflächen 36 des Gelenk­ kopfes 9 anliegt. Um den Spreizer 35 zu verstellen und damit den Gelenkkopf 9 auseinanderzudrücken, ist an der kleinen Stirnfläche 52 des Kegelstumpfes 38 ein Gewindezapfen 53 an­ geformt, der in die hohle Kopfwelle 10 eingeschraubt ist. Ei­ ne weitere Verstellmöglichkeit des Kegelstumpfes 38 ist da­ durch realisiert, daß mittig in dem Kegelstumpf 38 ein Innen­ gewinde 48 zur Aufnahme einer Schraube 54 ausgeformt ist. Der Kopf 55 der Schraube 54 liegt im vorgespannten Zustand des Spreizers 35 an einer mit einer entsprechenden Bohrung 56 versehenen Schulter 57 in der Wellenbohrung 31 der Kopfwelle 10 an.

Bei der Montage der Gelenkkupplung 1 wird der Gelenkkopf 9 in den Gelenktopf 3 eingesetzt und der Spreizer 35 bis zum er­ reichen des gewünschten Spiels zwischen dem Gelenkkopf 9 und dem Gelenktopf 3 verstellt. Anschließend wird sowohl der Ge­ lenkkopf 9 als auch der Gelenktopf 3 wie bereits erläutert mit dem Gleitlack 42 beschichtet. Nach dem Einbrennen des Gleitlacks 42 wird der Gelenkkopf 9 wieder in den Gelenktopf 3 eingeführt, und die Gelenkkupplung 1 ist betriebsbereit. Tritt während der Lebensdauer der Gelenkkupplung 1 ein erhöh­ tes verschleißbedingtes Spiel auf, das sich bei Lastwechsel durch Klopfgeräusche bemerkbar macht, wird der Spreizer 35 bis zum Erreichen des gewünschten Spiels verstellt, und der Gelenkkopf 9 sowie der Gelenktopf 3 werden erneut mit Gleit­ lack 42 versehen.

Der Gelenkkopf 9 nach Fig. 16 ist im Bereich seiner Schwenk­ kugel mit Durchgangsbohrungen 58 versehen, die sich radial von einer Axialbohrung 59 nach außen erstrecken und an den Kugelsegmentflächen 22 angefast sind. In der Axialbohrung 59 ist eine Patrone 60 mit einem unter Druckbelastung aushärtba­ ren Kunststoff 61 untergebracht. Um den Kunststoff 61 über die Durchgangsbohrungen 58 aus der Patrone 60 auszutragen, ist an dem der Kopfwelle 10 zugeordneten Ende der Patrone 60 eine aus mehreren Tellerfedern 62 zusammengesetzte Druckfeder 63 unter Vorspannung angeordnet. Die Druckfeder 63 stützt sich zum einen auf einem in die Kopfwelle 10 eingeschraubten Gewindestift 64 und zum anderen auf einer der Stirnseite 65 der Patrone 60 zugeordneten, umfangsseitig abgedichteten Platte 66 ab. Bei dem Einpassen des Gelenkkopfes 9 in den Ge­ lenktopf 3 werden diese ineinandergesteckt.

Durch das Erhöhen der Vorspannung der Druckfeder 63 mittels des Gewindestiftes 64 tritt Kunststoff 61 aus der Patrone 60 aus und gelangt durch die Durchgangsbohrungen 58 in den tole­ ranzbedingten Freiraum zwischen der Schwenkkugel 21 des Ge­ lenkkopfes 9 und der Kugelpfanne 27 des Gelenktopfes 3. Hier­ bei werden eventuell vorhandene Spalte sowie Fertigungsriefen ebenso wie der toleranzbedingte Freiraum ausgefüllt. Im Be­ trieb der Gelenkkupplung 1 erfolgt durch die Einleitung ent­ sprechender Drehmomente eine Druckbeaufschlagung des Kunst­ stoffs 61 im Bereich der Schwenkkugel 21, und der Kunststoff härtet in diesem Bereich aus; bleibt in den Durchgangsbohrun­ gen jedoch flüssig. Aufgrund der Vorspannung durch die Druck­ feder 63 tritt während der Lebensdauer der Gelenkkupplung 1 bei einer Vergrößerung des Spiels zwischen dem Gelenkkopf 9 und dem Gelenktopf 3 weiterer Kunststoff 61 durch die Durch­ gangsbohrungen nach außen, härtet aus und minimiert somit das Spiel bzw. hält das Spiel weitgehend konstant.

Bezugszeichenliste

1

Gelenkkupplung

2

Gelenktopf

3

Topfwelle

4

Abstufungen

5

Einkerbung

6

Bund

7

Trägerhülse

8

Mehrkantbohrung

9

Gelenkkopf

10

Kopfwelle

11

Schutzanordnung

12

Klemmschellen

13

Falten

14

Flächen

15

Ecke

16

Gleitradius

17

Rundfläche

18

Sackbohrung

19

Drehquerschnitt

20

Schwenkradius

21

Schwenkkugel

22

Kugelsegmentfläche

23

Abflachung

24

Seitenwände von

23

25

Einschnürung

26

Kegelstumpf

27

Kugelpfanne

28

ebene Fläche

29

überwölbende Fläche

30

unterziehende Fläche

31

Wellenbohrung

32

Aufweitung

33

Schlitz

34

Sitzbohrung

35

Spreizer

36

Spreizflächen

37

Druckstößel

38

Kugel

39

Kegelstumpf

40

Verjüngung

41

Übergangsradius

42

Gleitlack

43

Pyramidenstumpf

44

Stirnseite

45

Druckfeder

46

Tellerfeder

47

Gewindestift

48

Innengewinde

49

Schraube

50

Zugstößel

51

Schulter

52

Stirnfläche

53

Gewindezapfen

54

Schraube

55

Kopf

56

Bohrung

57

Schulter

58

Durchgangsbohrung

59

Axialbohrung

60

Patrone

61

Kunststoff

62

Tellerfeder

63

Druckfeder

64

Gewindestift

65

Stirnseite

66

Platte

Claims (24)

1. Gelenkkupplung zur Übertragung von Drehmomenten zwi­ schen fluchtenden oder sich kreuzenden Wellen, insbe­ sondere für Antriebswellen von Kraftfahrzeugen, mit ei­ nem Gelenktopf (2), in den ein Gelenkkopf (9) axialver­ schiebbar und schwenkbeweglich eintaucht, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Gelenktopf (2) mit einer koaxial zur Topfwelle (3) ausgerichteten Mehrkantbohrung (8) versehen ist, und der Gelenkkopf (9) einen zur Kopfwel­ le (10) koaxialen, der Mehrkantbohrung (8) in radialer Ausrichtung angepaßten Drehquerschnitt (19) aufweist, wobei sich der Drehquerschnitt (19) in axialer Ausrich­ tung verjüngt.

2. Gelenkkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrkantbohrung (8) des Gelenktopfes (2) und der Drehquerschnitt (19) des Gelenkkopfes (9) die Form eines gleichseitigen Sechseckes besitzen.

3. Gelenkkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Drehquerschnitt (19) in seiner größ­ ten radialen Ausdehnung geringfügig kleiner als die Mehrkantbohrung (8) im Gelenktopf (2) ist und in diesem Bereich einen umlaufenden Schwenkradius (20) aufweist, an dem sich tangential zum freien Ende des Gelenkkopfes (9) eine Schwenkkugel (21) und in Richtung zur Kopfwel­ le (10) eine Verjüngung (40) bis mindestens zum Durch­ messer der Kopfwelle (10) anschließt.

4. Gelenkkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Gelenktopf (2) als Abschluß der Mehrkantboh­ rung (8) eine der Schwenkkugel (21) des Gelenkkopfes (9) angepaßte Kugelpfanne (27) eingearbeitet ist.

5. Gelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Flächen (29) der Mehr­ kantbohrung (8) eine die in die Ecken (15) der Mehr­ kantbohrung (8) eingearbeiteten Gleitradien (16) über­ wölbende Form besitzen, wobei die Flächen des Gelenk­ kopfes (9) dieser Form angepaßt sind.

6. Gelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Flächen (30) der Mehr­ kantbohrung (8) eine die Gleitradien (16) unterziehende Form besitzen, wobei die Flächen des Gelenkkopfes (9) dieser Form angepaßt sind.

7. Gelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kopfwelle (10) und/oder der Gelenkkopf (9) und/oder die Topfwelle (3) hohl aus­ geführt sind.

8. Gelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Gelenkkopf (9) im Bereich der Ecken (15) zwischen den Flächen (28, 29, 30) bzw. in den dort vorhandenen Radien Schlitze (33) aufweist.

9. Gelenkkupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schlitze (33) im Gelenkkopf (9) bis zum freien Ende des Gelenkkopfes (9) erstrecken.

10. Gelenkkupplung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in die Längsachse des Gelenkkopfes (9) ein die Flächen (28, 29, 30) des Gelenkkopfes (9) in Richtung der Flächen der Mehrkantbohrung (8) beauf­ schlagender Spreizer (35) zumindest teilweise einge­ setzt ist.

11. Gelenkkupplung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß der Spreizer (35) eine Kugel (38) ist, die an inneren Spreizflächen (36) des Gelenkkopfes (9) unter der Wirkung eines durch die hohle Kopfwelle (10) ge­ führten Druckstößels (37) anliegt.

12. Gelenkkupplung nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der die Kugel (38) betätigende Druckstößel (37) druckfederbeaufschlagt in die Kopfwel­ le (10) eingesetzt ist.

13. Gelenkkupplung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß sich die Druckfeder (45) unter Vorspannung mit einem Ende an der zugeordneten Stirnseite (44) des Druckstößels (37) und mit dem anderen Ende an einem in die Kopfwelle (10) eingeschraubten Gewindestift (47) abstützt.

14. Gelenkkupplung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß der Spreizer (35) eine Kugel (38) ist, die an inneren Spreizflächen (36) des Gelenk­ kopfes (9) unter der Wirkung eines durch die hohle Topfwelle (3) geführten Zugstößels (50) anliegt.

15. Gelenkkupplung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß der Zugstößel (50) als Schraube (49) ausgebil­ det ist, deren Kopf an einer entsprechenden Schulter (51) in einer Bohrung der Topfwelle (3) anliegt und de­ ren Gewinde in ein korrespondierendes Innengewinde (48) der Kugel (38) eingeschraubt ist.

16. Gelenkkupplung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß der Spreizer (35) ein Kegelstumpf (39) ist, der an inneren Spreizflächen (36) des Gelenkkopfes (9) unter der Wirkung eines durch die hohle Kopfwelle (10) geführten Druckstößels (37) anliegt.

17. Gelenkkupplung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Spreizer (35) ein sich zur Kopfwelle (10) verjüngender Kegelstumpf (39) ist, der an zugeord­ neten Spreizflächen (36) des Gelenkkopfes (9) anliegt.

18. Gelenkkupplung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß mittig an der kleinen Stirnfläche (52) des Ke­ gelstumpfes (39) ein in die hohle Kopfwelle (10) einge­ schraubter Gewindezapfen (53) angeformt ist.

19. Gelenkkupplung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß mittig in dem Kegelstumpf (39) ein axiales In­ nengewinde (48) zur Aufnahme einer Schraube (54) ausge­ formt ist, deren Kopf (55) an einer mit einer entspre­ chenden Bohrung (56) versehenen Schulter (57) in einer Wellenbohrung (31) der Kopfwelle (10) anliegt.

20. Gelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Gelenkkopf (9) zumindest im Bereich der Schwenkkugel (21) sich radial nach außen erstreckende Durchgangsbohrungen (58) für einen im In­ neren des Gelenkkopfes (9) vorgesehenen Kunststoff (61) aufweist.

21. Gelenkkupplung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kunststoff (61) unter Druckbelastung aus­ härtet und in einer druckfederbeaufschlagten Patrone (60) innerhalb einer Axialbohrung (59) des Gelenkkopfes (9) angeordnet ist.

22. Gelenkkupplung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeich­ net, daß sich die Druckfeder (63) unter Vorspannung mit einem Ende unter Zwischenlage einer Platte (66) an der zugeordneten Stirnseite (65) der Patrone (60) und mit dem anderen Ende an einem in die Kopfwelle (10) einge­ schraubten Gewindestift (64) abstützt.

23. Gelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens die Gleitflächen des Gelenkkopfes (9) und/oder des Gelenktopfes (2) mit einem Gleitlack, einem gleitfähigen Kunststoff oder ei­ ner sonstigen gleitfähigen sowie abriebfesten Schicht versehen sind.

24. Gelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gelenkkupplung (1) mit einer, die Bewegungsfreiheit nicht beeinträchtigenden Schutzanordnung (11) umhüllt ist.