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Technisches Gebiet
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Die Neuerung betrifft eine Doppelkardangelenk-Kupplung umfassend
- a) ein erstes Kardangelenk und ein zweites Kardangelenk jeweils mit einem Wellenzapfen,
- b) ein Kopplungsglied, welches das erste und das zweite Kardangelenk miteinander verbindet.
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Stand der Technik
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Solche Doppelkardangelenk-Kupplungen werden bspw. für nicht fluchtende Wellen bspw. im Automobilbereich oder im Maschinenbau benutzt. Wellen haben bei Maschinen eine große Bedeutung in der Kraftübertragung. Dabei sind die Wellen oft nicht fluchtend. Dann reicht manchmal eine einfache Kardangelenk-Kupplung um dieses auszugleichen. Probleme tauchen dann auf, wenn es zu einem axialen, lateralen oder auch Winkelversatz bei den zu kuppelnden Wellen gleichzeitig kommt. Diese lassen sich nicht ohne weiteres mit einem einfachen Kardangelenk kuppeln. Hier kommen die Doppelkardangelenke zum Einsatz. Die Doppelkardangelenk-Kupplungen werden bei nicht fluchtenden Wellen verwendet, um diesen Versatz auszugleichen.
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Aus dem Dokument
DE 32 09620 A1 ist eine Doppelkardangelenk bekannt. Das Doppelkardangelenk besteht aus zwei mit jeweils einer Antriebswelle verbundenen Gelenksternen. Jeder Gelenkstern besitzt mindestens drei Zapfen. Die Gelenksterne sind über ein Verbindungselement miteinander verbunden. Jeder Zapfen ist in einer winkelbeweglichen Führung eines Kolbens aufgenommen, so dass die Kolben in Zylindern des Verbindungselementes verschiebbar sind, wobei jeweils ein Zylinder der einen Gelenkseite mit dem entsprechenden diametral gegenüberliegenden Zylinder der anderen Gelenkseite über einen Verbindungskanal zusammenarbeitet. Die Kanäle und die Zylinder sind dabei mit einem Medium gefüllt.
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Die
DE2454011 A1 offenbart eine Kardangelenkkupplung mit mehreren Kardangelenken, bei welcher die Bewegungsübertragung im homokinetisch erfolgt. Bekanntlich überträgt eine Kardangelenkkupplung eine Drehbewegung zwischen nicht fluchtenden Achsen mit einem guten Wirkungsgrad, jedoch mit relativen wechselnden Abweichungen der Drehgeschwindigkeit der beiden Wellen. Diese Eigenschaft hat die Verwendung dieser Art von Gelenkkupplungen auf verschiedenen Gebieten der Technik ausgeschlossen, wie z.B. auf dem Automobilsektor, wo eine vollkommen gleichförmige, d.h. homokinetische Übertragung der Drehbewegung auf dem ganzen Drehwinkel der Kupplung gefordert wird. Die einzige derartige Kupplung, die teilweise in praktischen Anwendungen Erfolg hatte, ist die Zweifachkardankupplung.
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Die bekannten Doppelkardangelenk-Kupplungen haben den Nachteil, dass sie aufgrund der Kardangelenke relativ groß ausfallen. Sie lassen sich daher nicht überall einsetzen. Häufig müssen aber solche Kupplungen sich auf engstem Raum einsetzen lassen, was bei den bekannten Doppelkardangelenk-Kupplungen jedoch nicht möglich ist.
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Handelsübliche Kardangelenke können nur Wellenversätze und Winkelfehler ausgleichen.
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Offenbarung der Neuerung
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Aufgabe der Neuerung ist es daher, Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und eine Doppelkardangelenk-Kupplung zu schaffen, die besonders kompakt ausgestaltet ist und dadurch einen größeren Anwendungsbereich findet.
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Neuerungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem Doppelkardangelenk-Kupplung der eingangs genannten Art
- c) das erste und zweite Kardangelenk jeweils einen äußeren und einen inneren Ring enthalten, welche in einer Ruhestellung in einer Ebene liegen, bei der die Längsachse des Wellenzapfen eine senkrechte Lage zu beiden Ringebenen einnimmt,
- d) jeweils der innere Ring über eine erste diametrale Achse im äußeren Ring gelagert ist,
- e) der Wellenzapfen über eine zweite diametrale Achse im inneren Ring gelagert ist, wobei die erste und die zweite Achse in einer Ebene senkrecht zueinander angeordnet sind.
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Die Neuerung beruht auf dem Prinzip, Kardangelenke für die Doppelkardangelenk-Kupplung mit extrem geringen Ausmaßen zu verwenden. Die geringen Ausmaße und kompakte Anordnung lassen sich mit Kardangelenken erreichen, die ihre Gelenke in einer Ebene aufweisen. Zwei zu kuppelnde und ggf. nicht fluchtende Wellen lassen sich auch bei einer geringen Distanz noch gut kuppeln. Denn die axiale Ausdehnung der Doppelkardangelenk-Kupplung wird durch eine solche Anordnung der Kardangelenke gering gehalten. Dabei steht Ring als Synonym für alle ringförmig geschlossenen Körper, wie Ellipsen oder ggf. auch Rechtecke.
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Durch den Schiebesitz zwischen den beiden Gelenkhälften kann auch ein Axialversatz, der z.B. bei Kranfahrzeugen beim Abspannen des Teleskoparmes auftritt, ausgeglichen werden. Somit kann mit diesem kompakten Übertragungselement ein Freiheitsgrad in drei Dimensionen erreicht werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der neuerungsgemäßen Doppelkardangelenk-Kupplung verbindet das Kopplungsglied das erste und das zweite Kardangelenk jeweils am äußeren Ring drehfest miteinander. Damit werden die beiden Kardangelenke drehfest miteinander verbunden. Die Kraftübertragung der Doppelkardangelenk-Kupplung erfolgt optimal. Dabei kann das Kopplungsglied z.B. aus mehreren Stäben oder Stangen bestehen, die mit den äußeren Ringen eingepresst oder verschweißt sind. Vorzugsweise sollte bei mehreren Stäben oder Stangen eine Symmetrie zur gleichmäßigen Kraftübertragung eingehalten werden.
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In einer weiteren bevorzugten Variante der neuerungsgemäßen Doppelkardangelenk-Kupplung ist das Kopplungsglied als Distanzhalter zwischen den beiden Kardangelenken vorgesehen. Zwischen den Kardangelenken sollte hinreichender Raum vorhanden sein, damit die Gelenke über ausreichenden Spielraum für die Gelenkbewegung verfügen. Daher ist das Kopplungsglied so ausgestaltet, dass hinreichender Abstand zwischend den Kardangelenken vorhanden ist. Dies wird mit den Distanzhaltern bewirkt, welche durch das Kopplungsglied realisiert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der neuerungsgemäßen Doppelkardangelenk-Kupplung ist am Ende des Wellenzapfens eine Kupplung vorgesehen. Diese Maßnahme dient dazu, dass die Doppelkardangelenk-Kupplung mit ihren Enden zu verbindende Wellen aufnehmen kann. Die Kupplung kann bspw. als Hülse zur Aufnahme der Welle ausgebildet sein, welche mit einem schraubbaren Klemmverschluss in der Hülse festgeklemmt wird.
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Um die Kardangelenke vor äußeren Einflüssen zu schützen ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der neuerungsgemäßen Doppelkardangelenk-Kupplung eine Schutzscheibe auf dem Wellenzapfen vorgesehen. Die Schutzscheibe verhindert insbesondere, dass Schmutz in das Kardangelenk dringt. Die Scheibe dient aber auch dazu, dass unbeabsichtigt keine Gegenstände in das Gelenk geraten. Damit werden schließlich auch Verletzungen verhindert. Das Material der Schutzscheibe ist vorzugsweise je nach Anwendungsfall aus Metall oder Kunststoff.
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Im Hinblick auf die Verschmutzung der Kardangelenke umschließt in einer vorteilhaften Variante der Doppelkardangelenk-Kupplung ein elastischer Faltbalg die Doppelkardangelenk-Kupplung. Dieser Faltbalg verhindert vollständiges Eintreten von Verschmutzung in die Kardangelenke. Besonders bei Kardangelenken, die zur besseren Laufgängigkeit mit Gelenkfett gefettet sind. An diesen mit Gelenkfett geschmierten Kardangelenken bleibt mit dem Faltbalg somit kein unerwünschter Schmutz haften.
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Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt in einer perspektivischen Explosionszeichnung eine neuerungsgemäße Doppelkardangelenk-Kupplung.
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2 zeigt in einer Prinzipskizze einen Längsschnitt durch die Doppelkardangelenk-Kupplung.
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3 zeigt eine schematische Seitenansicht der Doppelkardangelenk-Kupplung.
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4 zeigt in einer perspektivischen Explosionszeichnung ein Kardangelenk als Teil der Doppelkardangelenk-Kupplung.
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5 zeigt einen ersten Längsschnitt eines Kardangelenks einer Doppelkardangelenk-Kupplung.
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6 zeigt in einer Prinzipskizze einen Längsschnitt eines Kardangelenks einer Doppelkardangelenk-Kupplung jedoch gegenüber 5 um 90° versetzt.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele
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In 1 wird in einer perspektivischen Explosionszeichnung eine neuerungsgemäße Doppelkardangelenk-Kupplung 10 gezeigt. In der Explosionszeichnung werden die zwei Kardangelenke 12 und 14 sichtbar. Die Kardangelenke 12, 14 weisen jeweils einen äußeren Ring 16, 18 und einen inneren Ring 20, 22 auf. Der innere Ring 20, 22 ist jeweils mit einer diametral ausgerichteten, äußeren Achse 24, 26 schwenkbar in dem äußeren Ring 16, 18 gelagert. Wellenzapfen 28, 30 sind schwenkbar um diametral ausgerichtete, innere Achsen 32, 34 in den inneren Ringen 20, 22 gelagert. Die äußere Achse 24 und die innere Achse 32 liegen in einer Ebene 36, in der die Achsen 24, 32 senkrecht zueinander stehen. Entsprechend liegt die äußere Achse 26 und die innere Achse 34 in einer Ebene 38, wobei die Ebenen 36, 38 im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. In den Ebenen 36, 38 liegt jeweils der äußere Ring 16, 18 der Kardangelenke 12, 14.
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Die äußeren Ringe 16, 18 werden über Kopplungsglieder 40, 42 zueinandergeführt. Bei den Kopplungsgliedern 40, 42 handelt es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um zwei stiftförmige Stäbe, die in Bohrungen 94, 96 eingepresst und dort fest mit den äußeren Ringen 16, 18 verbunden sind. Die Bohrungen 44 und 46 in den Außenringen 14 und 16 haben geringfügig größere Durchmesser als die Kopplungsglieder 40, 42 sodass diese darin gleiten. Dies wird auch als Schiebesitz bezeichnet.
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In einer Ruhelage nehmen die Wellenzapfen 28, 30 eine senkrechte Position zu den Ebenen 36, 38 ein. In den Zentren von Schutzscheiben 48, 50 sind kreisförmige Ausnehmungen 52, 54 vorgesehen. Die Schutzscheiben 48, 50 sind mit den kreisförmigen Ausnehmungen 52, 54 auf den Wellenzapfen 28, 30 geschoben und mit Befestigungselementen 56, wie Klemmringen, befestigt. An den äußeren Kanten der Schutzscheiben 48, 50 sind Nuten 58 vorgesehen. In die Nuten 58 greift ein elastischer Faltbalg 60, der die beiden zu einem Doppelkardangelenk verbundenen Kardangelenke 12, 14 umschließt. Der Faltbalg 60 hat dazu Öffnungen 62 mit einem verdickten Rand 64, der in die Nuten 58 passt. Der Faltbalg 60 besteht dabei bspw. aus Gummi oder einem Kunststoff, um die Elastizität für die Bewegungen zu gewährleisten.
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Am Ende der Wellenzapfen 28, 30 ist jeweils eine Kupplung 66, 68 vorgesehen. Die Kupplungen 66, 68 sind als axiale Bohrungen 70 in den Enden der Wellenzapfen 28, 30 ausgebildet. Mit Madenschrauben 72 wird eine hier nicht dargestellte und zu verbindende Teilwelle in der Bohrung 70 fixiert. Zusätzlich sind noch Führungsnuten 74 für die Teilwellen vorgesehen, welche entsprechende Führungsvorsprünge aufweisen. Die Teilwellen werden jeweils zum Verbinden mit diesen Kupplungen 66, 68 der Doppelkardangelenks-Kupplung 10 gekuppelt.
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In 2 ist die Doppelkardangelenk-Kupplung 10 zusammengesetzt jedoch als Längsschnitt dargestellt. Gleiche Bestandteile sind wie in 1 sind mit entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet. Wie dieser Abbildung gut zu entnehmen ist, ist die Doppelkardangelenk-Kupplung 10 sehr kompakt aufgebaut. Die Ebenen 36, 38, welche durch die äußeren Ringe 16, 18 und die Achsen 24, 26 und 32, 34 gebildet werden liegen möglichst dicht und parallel nebeneinander. Die Wellenzapfen 28, 30 sind an den inneren Achsen 32, 34 drehfest befestigt. Die inneren Achsen 32, 34 sind dazu schwenkbar in ihrem inneren Ring 20, 22 gelagert.
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Die Schutzscheiben 48, 50 sind auf die Wellenzapfen 28, 30 aufgesteckt und dort fixiert. Sie halten den elastischen Faltbalg 60, welcher mit den Schutzscheiben 48, 50 gemeinsam das Eindringen von Schmutz oder sonstigen Umwelteinflüssen verhindert. Bei Bewegung der Wellenzapfen 28, 30 folgen die Schutzscheiben 48, 50 und damit auch der Faltbalg 60 dieser Bewegung. Der verdickte Rand 64 passt formschlüssig in die Nuten 58, um keinen Schmutz bzw. andere Umwelteinflüsse an die Gelenke zu lassen. Ferner lässt sich in 2 die Bohrung 70 der Kupplungen 66, 68 erkennen, in die die Teilwellen eingeführt werden. Die Teilwellen werden mit Madenschrauben 72 in den Bohrungen 70 fixiert.
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3 zeigt eine schematische Seitenansicht der Doppelkardangelenk-Kupplung 10. Soweit die Bestandteile den vorherigen Figuren entsprechen, werden auch hier dieselben Bezugszeichen verwendet. In dieser Seitenansicht ist der Faltbalg 60 nicht dargestellt. Auf diese Weise lassen sich die äußeren Ringe 16, 18 gut sehen. In jeweils gegenüberliegenden und diametral angeordneten Lagern 74, 76 der äußeren Ringe 16, 18 sind die äußeren Achsen 24, 26 gelagert.
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Bei den Kopplungsgliedern 40, 42 handelt es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um zwei stiftförmige Stäbe, die in Bohrungen 44, 46 eingesteckt und dort fest mit den äußeren Ringen 16, 18 verbunden sind. Ein kleiner Bereich ist hier aus den äußeren Ringen 16, 18 herausgebrochen. Die Kopplungsglieder 40, 42 sind symmetrisch an den äußeren Ringen 16, 18 angeordnet, um eine homogene Kraftübertragung zu gewährleisten. Sie bilden zudem Distanzhalter zwischen den beiden Kardangelenken 12, 14, um den einzelnen Kardangelenken 12, 14 ausreichende Bewegungsfreiheit für die Gelenke zu geben
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Die Wellenzapfen 28, 30 stehen senkrecht zu den Ebenen 36, 38, welche insbesondere durch die äußeren Ringe 16, 18 gebildet werden, und stehen somit in der so definierten Ruhestellung. Montierte Schraube 84 verhindert, dass die Kupplungshälften 12, 14 auseinanderrutschen können. Dabei wird die Schraube 84 in eine abgestufte Bohrung 86 des Außenrings 16 gesteckt und in ein Gewinde 88 des Außenringes 14 eingeschraubt. Durch Maß 90 der Einschraubtiefe lässt sich das maximale Axialspiel der Kupplung 12, 14 auf Maß 92 einstellen.
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4 zeigt in einer perspektivischen Explosionszeichnung das Kardangelenk 12 als Teil der Doppelkardangelenk-Kupplung 10. Soweit die Bestandteile mit den vorherigen Figuren übereinstimmen, werden auch dieselben Bezugszeichen verwendet. Das gleiche Kardangelenk 14 ist nur spiegelverkehrt für die Doppelkardangelenk-Kupplung 10 vorgesehen. Die nachfolgende Beschreibung gilt also auch insofern für die andere Hälfte der Doppelkardangelenk-Kupplung 10.
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Der äußere Ring 16 umschließt den inneren Ring 20, in welchem der Wellenzapfen 28 schwenkbar gelagert ist. Der innere Ring 20 ist mit Bolzen 78 in dem äußeren Ring 16 gelagert. Die Bolzen 78 bilden die äußere Achse 24. Um diese äußere Achse 24 lässt sich der innere Ring 20 schwenken. Bolzen 80 dienen dazu, den Wellenzapfen 28 in dem inneren Ring 20 zu lagern. Die Bolzen 80 bilden dabei die innere Achse 32. Die innere Achse 32 und die äußere Achse 24 stehen in der Ebene 36, welche durch den äußeren Ring 16 gebildet wird, senkrecht zueinander. Die Bolzen 78, 80 werden mit Sprengringen 82 in den Ringen 16, 20 axial fixiert. Das als stiftförmiger Stab ausgebildete Kopplungsglied 40 wird in die Bohrung 96 eingepresst.
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5 zeigt in einer Prinzipskizze einen ersten Längsschnitt des Kardangelenks 12 der Doppelkardangelenk-Kupplung 10. Die Bolzen 80, welche die innere Achse 32 bilden lagern den Wellenzapfen 28 in dem inneren Ring 20. Der Wellenzapfen 28 lässt sich um die Achse 32 schwenken.
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6 zeigt einen zweiten Längsschnitt des Kardangelenks 12 der Doppelkardangelenk-Kupplung 10, jedoch gegenüber 5 in der vertikalen Achse um 90° versetzt. Diese Figur verdeutlicht noch einmal, wie die Bolzen 78 der äußeren Achse 24 in dem äußeren Ring 16 gelagert sind. Das Kopplungsglied 40 ist in die Bohrung 96 eingepresst. Der innere Ring 20 kann hier im äußeren Ring 16 geschwenkt werden. Durch die Kombination der beiden Bewegungen, nämlich des inneren Ringes 20 in dem äußeren Ring 16 und des Wellenzapfen 28 in dem inneren Ring 20 erhält der Wellenzapfen 28 des Kardangelenks 12 der Doppelkardangelenk-Kupplung 10 größtmögliche Bewegungsfreiheit. Lagerelemente 74 aus Sinterbronze dienen dem reibungsarmen Schwenken der Bolzen 78 und 80 in den entsprechenden Bewegungsachsen 24 und 32
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3209620 A1 [0003]
- DE 2454011 A1 [0004]
