DE2101023A1 - Gelenkwellenverbindung - Google Patents

Gelenkwellenverbindung

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DE2101023A1
DE2101023A1 DE19712101023 DE2101023A DE2101023A1 DE 2101023 A1 DE2101023 A1 DE 2101023A1 DE 19712101023 DE19712101023 DE 19712101023 DE 2101023 A DE2101023 A DE 2101023A DE 2101023 A1 DE2101023 A1 DE 2101023A1
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shaft
axis
cardan shaft
joint
transverse bore
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DE19712101023
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English (en)
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Der Anmelder Ist
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WURZBACH R
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WURZBACH R
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/26Hooke's joints or other joints with an equivalent intermediate member to which each coupling part is pivotally or slidably connected
    • F16D3/265Hooke's joints or other joints with an equivalent intermediate member to which each coupling part is pivotally or slidably connected in which one coupling part has a tongue received with the intermediate member(s) in a recess with a transverse axis in the other coupling part

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pivots And Pivotal Connections (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Besohreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnungen sowie aus weiteren Unteransprüchen.
  • 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.
  • 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.
  • Der Gelenkbolzen 11 ist durch beiderseitige Innensechskantschrauben 12, 13 gegen ein Herausfallen gesichert.
  • Das wellenende der Welle 2, der sogenannte Gelenkwellenkopf, ist gegenüber dem Durchmesser der Welle vergrößert.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Auf der teilzylindrischen Fläche der Querbohrung 14 sind an der unteren Wange Schmiernuten 17 angedeutet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (6)

Schutzanspruehe
1. Gelenkwellenverbindung, bei der ein Gelenktreffer zwischen den einander zugewendeten Flächen zweier Gelenksteine um eine erste, zur Längsachse 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, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (15) auf den Gelenksteinen (9, 10) und die entsprechenden Ausnehmungen (16) in der teilzylindrischen Querbohrung (14) als Tell einer Kugel oder eines Kreisringtorus gestaltet sind, deren Mittelpunkt bzw. Mittelachse in der Achse der teilzylindrischen Querbohrung (14) liegt.
2. Gelenkwellenverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Vorsprünge (15) etwas das 0,5 - 1-fache der Dicke (m) der Gelenksteine (9, 10) beträgt.
3. Gelenkwellenverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (m) der Gelenksteine (9, 10) das 0,025 - 0,05-fache des Durchmessers (D) des die Querbohrung (14) enthaltenden Wellenkopfes beträgt.
4. Gelenkwellenverbindung nach inem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (a) der teilzylindrischen Querbohrung (14) das 0,08 - 0,22-fache des Durchmessers (D) des Wellenkopfes beträgt.
5. Gelenkwellenverbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenkopf im Durchmesser (D) gegenüber der Welle vergrößert ist und auf eine Länge (L1) vom 0,2 - 0,5-fachen seines Durchmessers (D) zur Welle (2) ausläuft.
6. Gelenkwellenverbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des Gelenktreffers (4) die höchste Streckgrenze der gewählten werkstoffkombination in der Gelenkwellenverbindung aufweist.
L e e r s e i t e
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2313625A1 (de) * 2008-05-30 2011-04-27 Woodward, Inc. Torsionssteife, wärmeisolierende wellenkupplung mit mehreren freiheitsgraden zur aufnahme von fehlausrichtung
ITMI20130287A1 (it) * 2013-02-27 2014-08-28 Danieli Off Mecc Snodo elastico per allunga a pattini

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EP2313625A4 (de) * 2008-05-30 2011-10-12 Woodward Inc Torsionssteife, wärmeisolierende wellenkupplung mit mehreren freiheitsgraden zur aufnahme von fehlausrichtung
US8480054B2 (en) 2008-05-30 2013-07-09 Woodward, Inc. Tortionally stiff, thermally isolating shaft coupling with multiple degrees of freedom to accommodate misalignment
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