DE2144467A1

DE2144467A1 - Universal-Doppelgelenke

Info

Publication number: DE2144467A1
Application number: DE19712144467
Authority: DE
Inventors: Gerard Bondy Morin (Frankreich)
Original assignee: DBA SA
Current assignee: DBA SA
Priority date: 1970-09-11
Filing date: 1971-09-06
Publication date: 1972-03-16
Also published as: US3747368A; ES394992A1; FR2061305A5

Description

Dr. Ing. H. Hcosndcmk

Dipi. !ng. H.^k
Dipl. Phys. Vi'. i
8 München **,
Soci^te" Anonyme D.B.A. T.L5 3885 80

98, Bd. Victor Hugo

92 - CLICHY/Frankreich 2. September 1971

Anwaltsakte M-1732

Universal-Doppelgelenke

Die Erfindung betrifft Universal-Ooppelgelenke, insbesondere ein solches, bei dem das übliche Kugelgelenk im Gelenkmittelpunkt durch ein verbessertes Gelenk ersetzt ist, das viele Schwenkrxchtungen gestattet.

Universalgelenke sind bekannte, drehmomentübertragende Vorrichtungen, die beispielsweise im Automobilbau verwendet werden. Sie können die Drehbewegung von einer Antriebswelle auf eine Abtriebswelle übertragen und dabei eine "Biegung", d.h. Schwenkung aus der gemeinsamen Fluchtrichtung zulassen. Es ist bekannt, bei großen "Biege"-Winkeln Univeraal-Doppelgelenke zu verwenden. Bei den üblichen Kardan-Gelenken kann bekanntlich die ungleichmäßige Übertragung der Drehbewegung, die bei Verwendung eines einzigen Gelenkes besonders ausgeprägt ist, durch Kombination von zwei solchen Gelenken korrigiert werden.

Ein Kardan-Doppelgelenk liefert jedoch keine konstante Geschwindigkeitsübertragung, da die Antriebs- und Abtriebswelle nur dann in vollkommener Synchronisation umlaufen, wenn beide

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Teilgelenke einen gleichen Biegewinkel haben. Dies wiederum sehließt ein, daß die Wellen derart geneigt sind, daß sich ihre Achsen in einem Punkt treffen, der von jedem der Biegungsmittelpunkte gleichen Abstand hat. Die allgemein getroffene Maßnahme zur Sicherstellung, daß diese Voraussetzung erfüllt wird, sieht Verbindungsglieder vor, die in Fluchtrichtung der Wellen angeordnet und miteinander durch ein gleitendes Kugelgelenk gekuppelt sind. Dieses übertragt kein Drehmoment und dient nur als ein Stützpunkt. Durch das Gleiten des Kugelgelenks soll die Längendifferenz aufgenommen werden, die eines der Verbindungsglieder bei Änderung des Biegungswinkels erfährt. Es ist offensichtlich, daß das üblicherweise verwendete Gleitkugelgelenk keine konstante Geschwindigkeitsübertragung ergibt weil es nicht zuläßt, daß die zwei Biegungsmittelpunkte von dem Schnittpunkt der Wellenachsen systematisch in gleichem Abstand gehalten werden.

Es ist bekannt, Gleitkugelgelenke ähnlicher Anordnung bei anderen Universal-Doppelgelenken zu verwenden, die keine Kardan-Übertragungskupplungen enthalten. Wenn Gleitkugelgelenke bei Doppelgelenken mit gleichbleibender Geschwindigkeitsübertragung verwendet werden, bewirken die Veränderungen infolge der Gleitverschiebung des Kugelgelenks keinen Verlust der Eigenschaft des Doppelgelenks, die Geschwindigkeit gleichbleibend zu übertragen; sie verhindern jedoch die Verwendung gewisser vorteilhafter Maßnahmen zur Verkleinerung seiner Abmessungen.

Das Gleitkugelgelenk ist immer ein verhältnismäßig kompliziertes Teil, da es eine kugelförmige Bearbeitung, insbesondere die

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Bearbeitung einer über einen räumlichen Winkel von mehr als 18o° reichenden kugelförmigen Aussparung erfordert.

Die vorliegende Erfindung liefert ein Universal-Doppelgelenk, bei dem das Gleitkugelgelenk in vorteilhafter Weise durch ein verbessertes Gelenk ersetzt ist. Die Erfindung betrifft auch dieses verbesserte Gelenk selbst.

In dem erfindungsgemäßen Universal-Doppelgelenk wird das als Ersatz für das Gleitkugelgelenk vorgesehene Gelenk durch zwei aneinanderliegende Köpfe gebildet und bestehen die aufeinanderliegenden Flächen dieser Köpfe aus wenigstens einer ringförmigen Vertiefung bzw. wenigstens einem ringförmigen Vorsprung, die im Axialschnitt die Form eines Verzahnungsprofils haben und unter Ausbildung einer Kugelverzahnung ineinandergreifen, so daß für jeden Biegungswinkel innerhalb eines gegebenen räumlichen Winkels wenigstens zwei benachbarte Zähne in Berührungseingriff sind.

Dem resultierenden Gelenk fehlen die Nachteile eines Kugelgelenks, weil seine zwei Köpfe in jeder Richtung in der gleichen Weise aufeinander rollen, wie zwei Zahnradsektoren in einer Richtung aufeinander rollen. Die Gelenkköpfe rollen daher mit gleichen Drehwinkeln, wenn die Radiusvektoren gleich sind und die Drehungsmittelpunkte festliegen. Darüber hinaus ist das Gelenk verhältnismäßig preiswert, weil es durch Kaltschmieden mit so engen Toleranzen hergestellt werden kann, daß eine Nachbearbeitung nicht notwendig ist. Dieses Gelenk kann daher bei allen Universal-

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Doppelgelenkarten mit Vorteil Verwendung finden.

Die Erfindung wird nun beispielsweise unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.

die

Fig. 1 zeigt ein herkömmliches Kardan-Doppelgelenk, von dem/vorliegende Erfindung ausgeht.

Fig. 2 zeigt ein Kardan-Doppelgelenk unter Benutzung des erfindungsgemäßen Gelenkes in der Seitenansicht, wobei ein
Teil im Schnitt und offen dargestellt ist.

Fig. 3 ist ein Schnitt des erfindungsgemäßen Gelenks nach der Linie 3-3 der Fig. 2.

Die Fign. 4 und 5 sind teilweise im Schnitt und offen dargestellte Seitenansichten von Doppelgelenken mit konstanter Geschwindigkeitsübertragung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Gelenks.

Fig. 1 stellt ein übliches Kardan-Doppelgelenk dar, das zur
Erläuterung des Gegenstandes der Erfindung herangezogen wird.

Ein derartiges Doppelgelenk ist reversibel; die Teile auf der Eingangsseite stimmen mit denen auf der Ausgangsseite überein und haben die gleichen Bezugszeichen.

Der Kopf T jeder Welle A ist auf einem Querarm K schwenkbar

angebracht. Die beiden Querarme K sind ihrerseits in bezug auf

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den Hohlkörper C schwenkbar und werden von diesem auf Abstand gehalten. Das Gelenk erlaubt somit die Schwenkung der Wellen A in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen sowie die Übertragung der Drehbewegung von einer Welle auf die andere.

Zwei mit den Wellen A durch die Wellenköpfe T verbundene Stangen P reichen in Fluchtrichtung mit den Wellen A in den Hohlkörper C. Die freien Enden der Stäbe P sind miteinander durch ein Gleitkugelgelenk R gekuppelt. Das Kugelgelenk R bewirkt, daß jede der Wellen A die Neigung oC oder ß gegenüber der Fluchtrichtung dieser Wellen einnimmt. Die Winkel oC und ß sind gleich, wenn der Mittelpunkt des Kugelgelenks R von den Mittelpunkten beider Querarme K gleichen Abstand hat. Bei Erfüllung dieser Bedingung wird die Drehbewegung einer Welle vollständig auf die andere Welle übertragen. Wenn andererseits der Winkel oC nicht gleich dem Winkel ß> ist, wird die Drehbewegung mit etwas schwankender Drehzahl übertragen.

Das in Fig. 1 gezeigte übliche Kardan-Doppelgelenk hat nicht die Eigenschaft einer vollständig konstanten Geschwindigkeitsübertragung, weil der Mittelpunkt des Gleitkugelgelenks R bei Variation der Wellenneigung nicht in gleichem Abstand von den Querarmen K bleibt, so daß im allgemeinen ungleiche Winkel oL und ρ die Folge sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Gleitkugelgelenk R durch ein Gelenk zu ersetzen, das unabhängig von der Wellenneigung gleiche Winkel οι und (ß beibehält.

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Fig. 2 zeigt ein Kardan-Doppelgelenk, bei dem das Gleitkugelgelenk durch ein erfindungsgemäßes, allgemein durch den Buch-, stäben S bezeichnetes Gelenk ersetzt ist. Die Konstruktion dieses Doppelgelenks ist grundsätzlich die gleiche wie die des in Fig. 1 gezeigten Doppelgelenks wobei die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Fig. 2 zeigt auch verschiedene Einzelheiten, die nicht beschrieben werden, weil sie bekannt sind und sich nicht direkt auf die Erfindung beziehen. Beispielsweise wird das Lager 2 nicht beschrieben, das als Schwenklager für die Querarme K dient.

Die Verlängerungen P der Wellen A sind in die Kopfstücke T dieser Wellen eingepaßt; sie reichen durch eine zentrale Öffnung der

K
Querarme/und tragen das Gelenk S. Dieses Gelenk ist von einer flexiblen Schutzhülle M- umgeben, die gegebenenfalls ein Schmiermittel enthalten kann.

Nach den Fign. 2 und 3 wird das Gelenk S grundsätzlich aus zwei Teilen 6,8 gebildet, dessen Querschnitt kreisförmig ist und dessen Axialschnitt die Form eines Verzahnungsprofils hat. Das Teil 6 hat einen ringförmigen Vorsprung Io, der in eine ringförmige Vertiefung 12 des Teils 8 eingreift. Wie zu sehen ist, hat das Teil 6 zwei und das Teil 8 drei Zähne. Das genannte Verzahnungsprofil kann ein übliches Evolventenprofil sein. Die Wellenverlängerungen B können sich bei diesem Gelenk gegenseitig abstützen und dabei eine Winkelbewegung in jeder Richtung und über so große räumliche Winkel ausführen, wie sie als Biegungswinkel bei einem Gleitkugelgelenk vorkommen.

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Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Gelenks S arbeitet das in Fig. 2 gezeigte Kardan-Doppelgelenk mit konstanter Geschwindigkeitsübertragung, weil sich die Kontaktpunkte der Teile 6, 8 unabhängig von der Neigung der Wellen A auf den die Verzahnung bestimmenden Rollkreisen si, s2 befinden. Unter der Voraussetzung, daß die Kreise si, s2 gleichen Radius haben und ihr Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt der Querarme K zusammenfällt, schneiden sich die Achsen der Wellen K immer in der Mittelebene 3-3. Der Schnittpunkt der Achsen befindet sich daher immer in gleichem Abstand von den Mittelpunkten der Querarme K, und die zwei Wellen haben immer die gleiche Neigung.

Fig. 4 zeigt eine Ausfuhrungsform bei der das erfindungsgemäße Gelenk in einem Doppelgelenk verwendet wird, das aus Teilgelenken mit zwei ineinandergreifenden Armen und vier Kugeln gebildet wird und durch konstante Geschwindigkeitsübertragung gekennzeichnet ist.

In dem Doppelgelenk greifen die Arme jedes Kopfteils T mit zwei Armen des Hohlkörpers C ineinander, wobei die Kugeln 14· zwischen den Armen angeordnet sind. Die Mittelpunkte der vier zu jedem Teilgelenk gehörenden Kugeln und somit der Drehungsmittelpunkt des Gelenks befinden sich unabhängig von der Neigung der Wellen immer in derselben Ebene.

Die Stangen P sind mit einem Gelenk S verbunden, das von gleicher Art wie das in Fig. 2 mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnete Gelenk ist. Jeder Stab P ist jedoch durch ein Kugelgelenk 16 gelagert, dessen kugelförmiges Teil an den Stab P angeformt ist

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und dessen konkaver Teil an dem Hohlkörper C ausgebildet ist, wobei ein Biegungsmittelpunkt mit dem Drehungsmittelpunkt des Gelenks zusammenfällt. Das Doppelgelenk ist von einer flexiblen Schutzhülle 18 umgeben.

Bei dem in Fig. <+ gezeigten Doppelgelenk liegt der Vorteil des Gelenks S nicht darin, daß die Wellen A eine gleiche Neigung behalten, weil die jedem Teilgelenk eigentümliche Eigenschaft konstanter Geschwindigkeitsübertragung unabhängig von der Wellenneigung für das gesamte Gelenk besteht. Das Doppelgelenk läßt einfach größere Biegungswinkel zu.

Selbst so ist es vorteilhaft, das erfindungsgemäße Gelenk zu verwenden, weil es billiger als das bisher benutzte Gleitkugelgelenk ist. Die beiden Teile 6 und 8 können leicht erzeugt und durch Kaltschmieden mit sehr großer Genauigkeit hergestellt werden.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform des Doppelgelenks, welche aus zwei Teilgelenken mit zwei ineinandergreifenden Armen und vier Kugeln gebildet wird und durch konstante Geschwindigkeitsübertragung gekennzeichnet ist.

Bei dieser Variante ist jede Stange P mit einem Kugelgelenk angelenkt, dessen Mittelpunkt innerhalb des Raums liegt, der durch die die vier Kugeln 14 beider Teilgelenke schneidenden Ebenen begrenzt ist, d.h. in bezug auf den Drehungsmittelpunkt des zugehörigen Teilgelenks nach innen zu. Außerhalb von dem Drehungmittelpunkt jedes Gelenks ist jeder Stab P mit einem Kopf-

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teil T durch eine flexible Verbindung 22 verbunden, die in der Zeichnung als Kugelgelenk dargestellt ist, aber ebensogut eine elastische Hülse sein kann. Wie in den anderen Ausführungsformen sind die Stäbe P mit einem eine Kugelverzahnung bildenden Gelenk S verbunden. Dabei ist zu bemerken, daß bei dieser Ausführungsform das Teil 6 des Gelenks einen Zahn und das Teil 8 zwei Zähne aufweist.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform erübrigt sich eine Vorschrift, nach der bei der Aus führung s form nach Fig. 4- der Mittelpunkt des Kugelgelenks 16 mit dem Drehungsmittelpunkt jedes Teilgelenks zusammenfallen muß. Daraus ergeben sich Unterschiede in den Fluchtrichtungen der Stäbe P und der Wellen A, die jedoch durch die zwischen den Stäben P und den Kopfteilen T vorgesehenen flexiblen Verbindungen 22 aufgenommen werden.

Wie oben beschrieben bildet das Gelenk S ein kugelförmiges Verzahnungssystem, bei dem die Stäbe P unter solchen Bedingungen tragen können, daß die Achsen der Stäbe unabhängig von dem zwischen ihnen innerhalb zulässiger Grenzen gebildeten Winkel sich in einem Punkt treffen, der von dem Drehungsmittelpunkt der Stäbe gleichen Abstand hat. Der ürehungsmittelpunkt dieses Stabes wird durch den Mittelpunkt des zugehörigen Gelenks 2o verkörpert.

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Claims

Societe Anonyme D.B.A.
Bd. Victor Hugo

- Clichy/France 2. September 19 71

Anwaltsakte M-1732

Patentansprüche

( 1. uJniversaldoppelgelenk aus einem ersten und einem zweiten je aus Antriebs- und Abtriebsteil bestehenden Teilgelenk, die zusammen eine Drehmomentübertragung und unabhängige Schwenkung in beliebiger Richtung um den Drehmittelpunkt zulassen, wobei der eine Teil des ersten Teilgelenks durch einen einzigen Hohlkörper mit einem Teil des zweiten Teilgelenks und die anderen Teile beider Teilgelenke je mit einem Wellenende und einer Haltestange verbunden sind, und die Haltestangen in den Raum des Hohlkörpers reichen und etwa in dessen Mitte durch ein viele Schwenkrichtungen zulassendes Gelenk verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Gelenk (S) durch zwei aneinanderliegende Köpfe (6, 8) gebildet ist und die aufeinanderliegenden Flächen dieser Köpfe aus wenigstens einer ringförmigen Vertiefung (12) bzw. wenigstens einem ringförmigen Vorsprung (lo) Destehen, die im Axialschnitt die Form eines Verzahnungsprofils haben und unter Ausbildung einer Kugelverzahnung ineinandergreifen, so daß für jede gegenseitige Neigung der Haltestangen unter einem Winkel innerhalb eines gegebenen räumlichen Winkels wenigstens zwei benachbarte Zähne in Berührungseingrifi sind. _ ,^

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2. Universaldoppelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (lo) des Gelenks mit einem Evolventenprofil ausgebildet sind.
3. Universaldoppelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Gelenk (S) durch Kaltschmieden hergestellt ist.
4. Universaldoppelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei

dem die Teilgelenke Kardangelenke sind, dadurch gekennzeichnet,

jede

daß/mit dem Teil (T) des Teilgelenks starr verbundene Haltestange (P) zusammen mit diesem Teil um den Drehmittelpunkt des zugehörigen Teilgelenks schwenkbar ist (Fig. 2).
5. Universalgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Teilgelenke zwei ineinandergreifende Arme und vier Kugeln haben und die Drehgeschwindigkeit ohne Änderung übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Haltestange (P) mit einem der Gelenkteile (T) starr und koaxial zu der an das betreffende Gelenkteil angeschlossenen Welle (A) verbunden und durch ein Kugelgelenk (16) an dem Hohlkörper (C) an der Stelle des Drehmittelpunktes des entsprechenden Teilgelenks angelenkt ist (Fig. 4).
6. Universaldoppelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Teilgelenke zwei ineinandergreifende Arme und vier Kugeln haben und die Drehgeschwindigkeit ohne Änderung übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Haltestange (P) mit einem der Gelenkteile (T) außerhalb des Drehmittelpunktes des ent-

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sprechenden Teilgelenks durch ein flexibles Teil (22) verbunden und innerhalb des Drehmittelpunktes durch ein Kugelgelenk (2o) an dem Hohlkörper angelenkt ist (Fig. 5).
7. Gelenk, das viele Schwenkrichtungen zuläßt, zur Verwendung in Universaldoppelgelenken, .dadurch gekennzeichnet, daß es aus zwei aneinanderliegenden Köpfen (6, 8) gebildet ist und die aufeinanderlxegenden Flächen dieser Köpfe aus wenigstens einer ringförmigen Vertiefung (12) bzw. wenigstens einem ringförmigen Vorsprung (lo) bestehen, die im Axialschnitt die Form eines Verzahnungsprofils haben und unter Ausbildung einer Kugelverzahnung ineinandergreifen.

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