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Gelenkwellenverbindung Die Erfindung betrifft eine Gelenkwellenverbindung,
bei der ein Gelenktreffer zwischen den einander zugewendeten Flächen zweier Gelenksteine
um eine erste, zur Längeachse der Gelenkwelle senkrechte Achse verschwenkbar gehalten
ist und die Gelenksteine um eine zweite, zur Längsachse der Gelenkwelle und zu der
ersten Achse senkrechten Achse in einer mindestens teilzylindrischen Querbohrung
verschwenkbar gelagert sind und auf ihrer Lagerfläche Vorsprünge aufweisen, die
mit entsprechenden Ausnehmungen in der Wandung der Querbohrung eine formschlüssige
axiale Sicherung gegen Verschiebung der Gelenksteine in Richtung der zweiten Achse
ergeben.
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Gelenkwellenverbindungen der vorstehend geschilderten Art werden in
der Technik in großem Umfange dazu eingesetzt, Drehmomente über Wellen zu übertragen,
deren Achsen nicht miteinander fluchten, sondern zueinander geneigt sind. Für die
Belastbarkeit eines solchen Wellenstranges ist die Belastbarkeit der Gelenkwellenverbindung
bestimmend, da diese in der Regel den schwächsten Punkt darstellt.
Das
führt dazu, daß die Verbindungestelle am Gelenk in der Regel größere Abmessungen
aufweisen muß, als der Wellenstrang selbst, was in.vielen Pällen Nachteile im Hinblick
auf den dadurch entstehenden Platzbedarf zur Folge hat. Die Abmessungen der Welle
bzw. des Wellenkopfes an der Gelenkstelle werden somit von der Größe der Uber den
Wellenstrang geleiteten Drehmomente bestimmt.
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Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Gelenkverbindung
der eingangs geschilderten Art so zu gestalten, daß sie optimal ausgelastet ist
und demzufolge eine höhere Lebensdauer und/oder eine höhere Belastbarkeit bei relativ
zu den Abmessungen der Welle kleineren Abmessaungen der Gelenkverbindung aufweist.
Erfindungsgemäß wird dies bei einer Gelenkverbindung der eingangs geschilderten
Art dadurch erreicht, daß die vorsprünge auf den Gelenksteinen und die entsprechenden
Ausnchmungen in der tellzylindrisehen Querbohrung als Teil einer Kugel oder eines
Kreisringtorus gestaltet sind, deren Mittelpunkt bzw. Mittelachse in der Achse der
teilzylindrischen Querbohrung liegt.
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Bei den bekannten Gelenkwellenverbindungen der eingange geschilderten
Art wsren die Vorsprünge und die zugehörigen Ausnehmungen als Rechtkant- oder Schwalbenschwanzführung
gestaltet. Dies führte offensichtlich zu erheblichen Kerbspannungen an den drehmomentübertragenden
Teilen der Gelenkverbindung, welche die Lebensdauer bis zum Bruch sehr herab setzten
oder nur eine geringe Belastbarkeit der Gelenkverbindung zuließen.
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Vorteilhafterweise beträgt bei der erfindungsgemäßen Gelenkverbindung
die Höhe der Vorsprünge etwa das 0,5 bis
1-fache der Dicke der Gelenksteine.
uiee Dicke wiederum liegt zweckmäßigerweise beim 0,025 bis 0,05-fachen des Durchmessers
des die Querbohrung entaltenden Wellenkopfes.
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Die Festigkeit der erfindungsgemäßen uelenkverbindung wird weiterhin
erheblich dadurch verbessert, daß der Radius der teilzylindrischen Querbohrung das
0,08 bis 0,22-fache des Durchmessers des Wellenkopfes beträgt. Bei Einhaltung dieses
Abmessungsbereiches erhält man eine optimale Verteilung der auftretenden Beanspruchungen
in der welenkverbindung, d.h. eine optimale Ausnutzung des zur Verfügung stehenden
Werkstoffes, was wiederum zu einem minimalen Platzbedarf der Gelenkverbindung, bezogen
z.B. auf den Durchmesser der Welle, führt.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Besohreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand
der beiliegenden Zeichnungen sowie aus weiteren Unteransprüchen.
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Es zeigen: Figur 1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße
Gelenkverbindung und rigur 2 einen Qerschnitt in vergrößertem Maßstab längs der
Linie II-II in Figur 1.
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gemäß der Darstellung in Figur 1 werden durch eine erfindungsgemäße
Gelenkverbindung zwei Wellen 1 und 2 miteinander verbunden, daß ihre Achsen - z.B.
in einer zur Zeichenebene senkrechten Ebene - zueinander geneigt sind. Das verbindungsseitige
Ende der Welle 1 trägt eine Treffermuffe 3, an die ein Gelenktreffer 4 unmittelbar
angeformt ist. Der
Gelenktreffer 4 besitzt in bekannter Weise zwei
zueinander parallele plane Flächen 5, 6, mit denen er zwischen entsprechenden, zueinander
gewendeten Flächen 7 und 8 zweier Gelenksteine 9, 10 aufgenommen ist. Die Gelenksteine
9, 10 und der Treffer 4 besitzen miteinander fluchtende Durchgangsbohrungen, in
denen ein Gelenkbolzen 11 sich abstützt.
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Der Gelenkbolzen 11 ist durch beiderseitige Innensechskantschrauben
12, 13 gegen ein Herausfallen gesichert.
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Das wellenende der Welle 2, der sogenannte Gelenkwellenkopf, ist gegenüber
dem Durchmesser der Welle vergrößert.
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Der Ubergang von dem kleineren wellendurchmesser zum größeren Durchmesser
D des Wellenkopfes erfolgt auf eine Länge L1, die dem 0,2 bis 0,5-fachen des Wellenkopfdurchmesser
D entspricht.
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Das Wesen der vorliegenden Erfindung ergibt sich 8insbesondere aus
der Querschnittedarstellung in Figur 2. Aus dieser Darstellung in Verbindung mit
Figur 1 ist zu erkennen, daß die Gelenksteine 9, 10 an gegenüberliegenden Flächen
einer sich quer durch den Wellenkopf mit dem Durchmesser D hindurch erstreckenden
querbohrung 14 angeordnet sind und ihre an der Wandung dieser Querbohrung 14 anliegenden
Flächen dieser Wandung entsprechend teilzylindrisch ausgebildet sind. in ihrer Längsmitte
weisen die Gelenksteine 9, 1O, von denen nur der obere in rigur 2 dargestellt ist,
einen Vorsprung 15 auf, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel Teil einer
Kugelfläche ist, deren Mittelpunkt mit dem mittelpunkt des Durchmessers D des Wellenkopfes
zusammenfällt. Der Durchmesser dieser Kugel ist dabei so gewählt, daß der Vorsprung
15 in montiertem Zustand der Gelenksteine 9. 10 eine Höhe von dem etwa 0,6-fachen
der Dicke m der Gelenkteine 9, 10 aufweist.
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Die untere Wange des Wellenkopfes ist in Figur 2 ohne den Gelenkstein
10 dargestellt. Es ist zu erkennen, daß die zur Querbohrung 14 gehörende teilzylindrische
Innenfläche dieser Wange eine dem Vorsprung 15 des zugeordneten Gelenksteines 10
entsprechende Ausnehmung 16 besitzt. Durch diese Anordnung ist eine Verschwenkbarkeit
der Welle 1 um die in der Zeichenebene liegende Achse der Querbohrung 14 gegeben.
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Auf der teilzylindrischen Fläche der Querbohrung 14 sind an der unteren
Wange Schmiernuten 17 angedeutet.
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Von besonderer Bedeutung für die optimale Auslastung der zur Verfügung
stehenden Werkstoffquerschnitte der Gelenkverbindung sind die auf Außendurchmesser
D des Wellenkopfes bezogenen übrigen Abmessungen der Gelenkverbindung. Wie eingangs
erwähnt, wird der Außendurchmesser D des Wellenkopfes entsprechend der Höhe des
zu erwartenden Drehmomentes MT ausgelegt. Durch eine optimale Verteilung der auftretenden
Beanspruchungen erhält man eine maximale Lebensdauer der Gelenkverbindung.
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Wie die Figur 2 zeigt, beträgt die Dicke m der Gelenksteine 9, 10
etwa das 0,025 bis 0,05-fache des Wellenkopfdurchmessers D. Von erheblich größerer
Bedeutung ist jedoch der Radius der teilzylindrischen Querbohrung 14, d.h. der maximale
Abstand a von deren Wandung bis zur Längsachse der Querbohrung 14. Durch diesen
Abstand wird nämlich die minimale Dicke d jeder Wellenkopfwange bestimmt. Dieser
Radius a soll in einem Bereich von dem 0,08 bis 0,22-faohen des Wellenkopfdurchmessers
D liegen.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Gelenkverbindung, insbesondere
durch die besondere Gestaltung der Vorsprünge
15 an den Gelenksteinen
9, 10 und die auf den Wellenkopfdurchmesser D bezogenen Abmessungen der Wellenkopfwangen
oder des Radius der Querbohrung 14, wird eine optimale Belastungsverteilung der
Gelenkverbindung geschaffen, die deren Lebensdauer gegenüber den bekannten Verbindungen
dieser Art erheblich erhöht. Diese Lebensdauer wird noch dadurch günstig beeinflußt,
daß man für den Gelenktreffer 4 einen Werkstoff wählt, der in der Gesamtkombination
die höchste Streckgrenze aufweist.