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Dynamisch abstimibares umlaufendes Federkardangelenk Die Erfindung
betrifft ein dynamisch abstimmbares umlaufendes Federkardangelenk mit einem Kardankörper,
der mit einem Antriebsring und einem Abtriebsring durch Federn derart verbunden
ist, daß der Kardankörper relativ zum Antriebsring unter Durehbiegung von Blattfedern
um eine zur Umlaufachse senkrechte erste Kardanachse kippbar und der Abtriebsring
relativ zum Kardankörper unter Durchbiegung anderer Blattfedern um eine zur Umlaufachse
und zur ersten Kardanachse senkrechte zweite Kardanachse kippbar ist.
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Der Abtriebsring kann als Kreiselläufer eines Kreiselgerätes ausgebildet
oder mit einem solchen Kreiselläufer starr verbunden sein.
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Bei niedriger Drehzahl oder im Ruhezustand suchen die Federn den Abtriebsring
in der gleichachsigen Lage zum Antriebsring zu
halten oder ihn mit
einer gewissen Rückstellkraft in diese gleichachsige Lage zurückzuführen, wenn die
Achsen der beiden Ringe einen Winkel miteinander bilden sollten. Wenn die Drehzahl
des Federkardangelenks aber einen bestimmten Wert einhält, auf den das Gelenk dynamisch
abgestimmt ist, dann übt der um seine Kardanachsen schwingende Kardankörper auf
den Abtriebsring und den Antriebsring Massenkräfte aus, die das Federrückstellmoment
aufheben. Das hat dann zur Folge, daß auf den Abtriebsring keinerlei Kräfte wirken,
die seine Umlaufachse zu kippen suchen. Bei geeigneter Abstimmung der Gelenk-Parameter
und der Drehzahl ("dynamische Abstimmung") können also die durch das Gelenk zwischen
den dadurch verbundenen Ringen übertragenen Kippmomente im Idealfall zu null gemacht
werden.
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Voraussetzung für die Möglichkeit einer solchen dynamischen Abstimmung
ist es, daß in der Grundstellung, in der die Achsen des Antriebsringes und des Abtriebsringes
zusammenfallen, die beiden Kardanachsen senkrecht auf den Achsen der Ringe stehen,
daß ferner der Kardankörper eine ausreichend große Masse hat und daß der Kardankörper
mit dem Abtriebsring und mit dem Antriebsring gegenüber Drehbewegungen um die Kardanachsen
positiv elastisch gekuppelt ist.
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Bekannt ist ein dynamisch abstimmbares umlaufendes Federkardangelenk
(DT-PS i 281 216), bei welchem je vier Federn zusammen mit einem Teil des Kardankörpers,
einem Antriebsglied und einem Abtriebsglied aus einem Stück gefertigt werden. Die
Federn sind Biegefedern mit beiderseitigen Einschnürungen. Es ergeben sicl dabei
zwei Bauteile, die in ihrer endgültigen Lage sehr genau zueinander eingestellt werden
müssen0 Wird auch nur an einer der Federn die Fertigungstoleranz überschritten,
dann wird das sehr komplizierte Bauteil Ausschuß.
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Es ist ferner ein dynamisch abstimmbares umlaufendes Federkardangelenk
bekannt (DT-OS 2 029 776), welches eine Weiterentwicklune des genannten Kardangelenks
darstellt. Auch dabei müssen die beiden Bauteile sehr genau eingestellt werden und
das komplizierte
Bauteil wird Ausschuß, wenn auch nur an einer
Feder die tertigungstoleranz überschritten wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Mängel der bekannten
Federkardangelenke zu vermeiden, also ein Gelenk zu schaffen, das weder einer sehr
genau exakten Justierung bedarf, noch zu Ausschuß eines komplizierten Bauteiles
führt, wenn auch nur an einer Feder die Fertigungstoleranz überschritten wird.
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Weiter soll erreicht werden, daß alle Passungen, die zum Anschluß
des Antriebsringes und des Abtriebsringes an weitere Aarateteile, z.B. Kreiselläufer
und Wellen, dienen, an einem einzigen massiven Teil hergestellt werden können, so
daß sie eine hohe Rundlaufgenauigkeit zueinander aufweisen. Ferner soll die Lage
der Federn lediglich von der Genauigkeit der verwendeten Werkzeugmaschine abhängen,
und die Federn sollen sich in einfacher Weise in großen Stückzahlen herstellen und
nachprüfen lassen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Antriebsring,
der Kardankörper und der Abtriebsring Teile eines einzigen, durch Schlitze unterteilten
Körpers bilden, der mit Bohrungen zur Aufnahme der Blattfedern versehen ist, deren
Enden zylindrisch gestaltet sind, wobei diese Bohrungen die Schlitze durchdringen.
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Vorzugsweise erstrecken sich vier Bohrungen parallel zur Umlaufachse
im gleichen Abstand zu dieser und sind um 900 zueinander versetzt, und vier weitere
Bohrungen liegen in der die Kardanachsen aufnehmenden Ebene in gleichen Abständen
von der Umlaufachse und fallen mit den Seiten eines Quadrates zusammen.
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Weitere vorzugsweise Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
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In den Zeichnungen, in denen ein bevorzugtes AusfUhrungsbeispiel der
Erfindung dargestellt ist, zeigen Figur t das dynamisch abstimmbare umlaufende Federkardangelenk
nach der Erfindung im Aufriß in Richtung des Pfeiles I der Figur 2 betrachtet, wobei
an dem Antriebs ring eine Welle und an dem Abtriebsring ein im Schnitt gezeigter
Kreiselläufer befestigt' ist, Figur 2 den zur Figur 1 gehörigen Grundriß Figur 3
eine der Figur 1 entsprechende Aufriß-Darstellung des Kardangelenkes unter Fortlassen
der Federn, der Welle und des Kreiselläufers, Figur 4 den zur Figur 3 gehörigen
Grundriß Figur 5 den Schnitt nach der Linie V-V der Figur 3, Figur 6 den in Achsenrichtung
verlaufenden Schnitt nach der Linie VI-VI der Figur 7, Figur 7 den quer zur Achse
verlaufenden Schnitt nach der Linie VII-VII der Figur 6 und Figur 8 schaubildlich
eine der Blattfedern, Das in den Zeichnungen dargestellte dynamisch abstimmbare
umlaufende Federkardangelenk dient bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
dem Zweck, den oberen Flansch 10 einer Welle 12 kardanisch mit einem ringförmigen
Kreiselläufer 14 zu verbinden, durch dessen Mittelpunkt die Achse 16 der Welle hindurchgeht.
Zu diesem Zweck besteht das Kardangelenk aus einem Antriebsring 18, einem Abtriebsring
20 und einem im Inneren dieser Ringe gelegenen Kardankörper 22. Der Antriebsring
18 hat auf seiner Unterseite eine gleichachsige zylindrische Aussparung 24, in die
der Flansch 10 eingepaßt und mit ihm durch Kleben, Schrumpfen oder einem gleichwertigen
Verfahren vebunden ist. Die zylindrische Aussparung 24 dient auch dem Zweck, bei
der Fertigbearbeitung des Gelenks zur zentrischen Aufspannung auf der Werkzeugmaschine
zu dienen.
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Der Abtriebsring 20 hat einen zylindrischen Ansatz 26, auf dem sich
im Bedarfsfalle der Kreiselläufer befestigen läßt.
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Im vorliegenden Falle indessen ist dieser Kreiselläufer 14 auf den
Abtriebsring 20 selbst aufgesetzt und mit ihm durch Kleben, Schrumpfen oder einem
gleichwertigen Verfahren verbunden.
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Das ganze Federkardangelenk, also der Antriebsring 18; der Abtriebsring
20 und der Kardankörper 22 bilden Teile eines einzigen Körpers, der durch Schlitze
unterteilt und mit Bohrungen zur Aufnahme der Blattfedern versehen ist. In den Umfang
dieses Körpers ist ein sich nach innen verengender Schlitz 28 eingedreht und dieser
Schlitz ist durch Fräsen oder Hobeln in Richtung von vier um 90° zueinander versetzten
Radien soweit vertieft, daß sein Boden mit dem in Figur 2 gestrichelt gezeigten
Quadrat 30 zusammeniällto Der Körper erhält dadurch die Gestalt von zwei gleichachsigen
runden Scheiben, die durch eine dazwischenliegende quadratische Scheibe verbunden
sind. Die Seitenlänge dieser quadratischen Scheibe entspricht bei dem veranschaulichten
Ausfhrungsbeispiel ungefähr dem Radius der runden Scheiben. Weiter ist der Körper
mit achsparallelen durch ihn hindurchgehenden geraden Schlitzen 32, 34, 36 und 38
versehen, die um 900 zueinander versetzt sind, rechtwinklig zueinander verlaufen
und sich in einem gewissen Abstand von den parallel zu ihnen verlaufenden i(ar*aaachsen40
und 42 befinden, die in einem Punkt die Achse 16 schneiden und sich reohtwinklig
zu dieser erstrecken. Jeder dieser geraden Schlitze mündet außen in eine achsparallele
Bohrung 132 134, 136 und 138. Diese Bohrungen sind daher ebenfalls um 900 zueinander
versetzt.
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Sie gehen von der oberen Fläche des Abtriebringes 20 bis zur unteren
Fläche des Antriebsringes 18 hindurch.
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Ferner gehen durch den Körper von oben nach unten radiale Schlitze
44, 46, 48 und 50 hindurch, deren Längsmittelebenen mit den Kardanaehsen 40 und
42 zusammenfallen und die mit ihren äußeren Enden die Quadratseiten 30 durchdringen,
mit ihren inneren Enden aber dicht an die Schlitze 32 - 38 heranreichen
und
dort nur dünne Stege 52 stehenlassen. Das äußere Ende eines jeden der Schlitze 44
- 50 ist mit dem benachbarten, parallel zu ihm verlaufenden Schlitz 32, 34, 36 bzw.
38 durch einen Schlitz 54, 56, 58 bzw. 60 verbunden, der parallel zur Achse 16 verlaufend
mit dem Schlitz 28 kommuniziert. Dabei befinden sich nur die Schlitze 54 und 58
im Abtriebsring 20, vgl. Figur 4, aber die Schlitze 56 und 60 im Antriebsring 18,
vgl. Figur 5. Von dem äußeren Ende eines jeden Schlitzes 44 -50 geht aber noch ein
weiterer Schlitz aus, der hakenförmig zunächst etwa parallel zur äußeren Stirnfläche
des Schlitzes 44, 46, 48 bzw. 50 verläuft und dann nach außen umbiegt. Dabei erstrecken
sich die beiden hakenförmigen Schlitze 62 und 66, Figur 5, nur im Antriebs ring
18 und kommunizieren mit dem Schlitz 28, während die beiden hakenförmigen Schlitze
64 und 68 im Abtriebsring 20 angebracht sind und ebenfalls mit dem Schlitz 28 kommunizieren.
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Der Antriebs ring 18 enthält ferner zwei zur Achse 16 konzentrisch
verlaufende bogenförige Schlitze 70 und 72, Figur 5, die mit dem Schlitz 28 kommunIzieren
und bis zur Unterseite des Antriebsringes 18 reichen. Dabei verbindet der Schlitz
7V die beiden Bohrungen 132 und 138, und der Schlitz 72 verbindet die Bohrungen
i34 und 136 miteinardel.
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Entsprechende bogenförmige Schlitze 74 und 76, Figur 4, sind konzentrisch
zur Achse 16 im Abtriebsring 20 vorgesehen und reichen von dessen Oberseite bis
zum Schlitz 28 hindurch. Dabei verbindet der Schlitz 70 die beiden Bohrungen 132
und 134, während der Schlitz 76 die Bohrungen t36 und 138 verbindet.
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Alle diese Schlitze unterteilen den starren Körper in drei Teile,
nämlich in den Antriebsring 20, Figur 4, den Abtriebsring 18, Figur 5, und den von
diesen umgebenen Kardankörper, der 1. Inneren dieser Ringe liegt und von der oberen
Fläche des Abtriebsringes 20 zur unteren Fläche des Antriebsringes 18 reicht. Im
Antriebsring 18 ist dieser Kardankörper von den folgenden Schlitzen umgeben: 32,
46, 56, 34, 48, 66, 72, 36 50,
60, 38, 44, 62, 70. Im Abtriebsring
20 ist der Kardankörper von den folgenden Schlitzen umgeben: 34, 48, 58, 36, 50,
68, 76, 38, 44, 54, 32, 46, 64, 74.
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Der Abtriebsring 20 hat zwei Ansätze, die abwärts in den Antriebs
ring hineinragen. Der eine dieser Ansätze ist von den Schlitzen 34, 72, 66 und 48
umgeben, der andere aber von den Schlitzen 38, 70, 62 und 44. In entsprechender
Weise hat auch der Antriebs ring 18 zwei Ansätze die aufwärts in den Abtriebsring
20 hineinragen. Der eine dieser beiden Ansätze ist von den Schlitzen 36, 76, 68
und 50 und der andere von den Schlitzen 52, 74, 64 und 46 umgeben.
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Ist der Körper durch die beschriebenen Schlitze unterteilt, wobei
seine drei Teile zunächst doch durch die Stege 52 zu einem starren Ganzen vereinigt
werden, dann werden die diese drei Teile verbindenden Blattfedern eingesetzt, Zu
diesem Zweck sind die beiden Enden einer jeden Blattfeder zylindrisch gestaltet,
und die drei Körper sind durch Bohrungen verbunden, die zur Aufnahme dieser zylindrischen
Enden dienen.
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Vorzugsweise besteht jede Blattfeder aus einem zylindrischen Stift
mit einander gegenüberliegenden kreisbogenförmig profilierten Einkerbungen 78 und
80. Die Bodenflächen dieser beiden Einkerbungen fallen also mit Zylinderflächen
zusammen, deren Achsen beiderseits der Achse 82 des zylindrischen Stiftes rechtwinklig
zu dieser und parallel zueinander verlaufen. Das durch diese Einkerbungen gebildete
Federblatt hat die geringste Stärke in derjenigen Querebene des Stiftes, in der
diese Zylinderachsen liegen. Vorzugsweise ist die Stirnseite mindestens eines der
beiden zylindrisclien Enden der Blattfeder mit einer Kerbe 84 versehen, die sich
in definierter Richtung zur Federebene erstreckt und dem Zweck dient, die Justierung
der Federebene im Federkardangelenk zu erleichtern.
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Der durch die Schlitze unterteilte Körper ist mit vier um 900 zueinander
versetzten, parallel zur Achse 16 verlaufenden
Bohrungen 90, 92,
94 und 96 versehen, Figur 2, die außerhalb des Quadrates 30 symmetrisch zu diesem
verlaufen. Jede dieser Bohrungen befindet sich in der Nähe des äußeren Endes einer
der Schlitze 44 - 50, vgl. Figur 5. Jede dieser vier Bohrungen nimmt einen Federstift
auf, vgl. Figur 7. Dabei verbinden die in die Bohrungen 90 und 94 eingesetzten Federstifte
den Abtriebs ring 20 mit dem Kardankörper, und zwar mit dem von den Schlitzen 44,
62 70 und 32 begrenzten Arm und mit dem von den Schlitzen 48, 66, 72 und 36 begrenzten
Arm. Die Ebenen der Blattfedern verlaufen dabei parallel zur Kardanachse 40. Die
in die Bohrungen 92 und 96 eingesetzten Stifte verbinden den Kardankörper, nämlich
dessen von den Schlitzen 46, 64, 74 und 34 begrenzten Arm und dessen von den Schlitzen
38, 76, 68 und 50 begrenzten Arm, Figur 4, mit dem darunter befindlichen Antriebsring
18. Die Ebenen dieser Blattfedern verlaufen parallel zur Kardanachse 42.
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Vier weitere Federstifte sind in Bohrungen 102 - 108 eingesetzt, Figur
7, deren Achsen parallel zu den Seiten 30 des Quadrates innerhalb der quadratischen
Scheibe verlaufen und die Schlitze 44, 46, 48 und 50 durchdringen. In diesen Bohrungen
werden die Stifte so eingestellt, daß ihre Quermittelebenen mit den Kardanachsen
40 bzw. 42 zusammenfallen.
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Die in den Bohrungen 102 und 106 befindlichen Federstifte verbinden
den Abtriebsring 20 mit dem Kardankörper 22, während die in den Bohrungen 104 und
108 befindlichen Federstifte diesen Kardankörper 22 mit dem Antriebsring 18 verbinden.
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Nach Einsetzen und nach genauem Einstellen der Federstifte werden
die Stege 52, Figur 4, durchtrennt.
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Bei dem veranschaulichten Kreiselgerät wird die Neigung der Welle
12 zur Achse des Kreiselläufers 14 abgefühlt und durch selbsttätige Nachfiilirung
der Lager der Welle 12 jeweils auf ein Mindestmaß verringert. Aus diesem Grunde
kann die Neigung der Welle 12 zvQr Achse des Kreiselläufers 14 auf einen sehr
geringen
Wert beschränkt sein. Dieser Winkelwert wird vorzugsweise dadurch begrenzt, daß
der Antriebsring 18 einen als Anschlag dienenden ringförmigen Ansatz 100 hat, Figur
1, der bei Überschreiten des Kippbereiches des Abtriebsringes 20 an den Kreiselläufer
14 anstößt.
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Die zylindrische Aussparung 24 und der zylindrische Umfang des Abtriebsringes
20 werden beim Abdrehen des durch die Schlitze unterteilten massiven Teils genau
gleichachsig hergestellt0 Ebenso werden die Bohrungen 90 - 96 und 102 - 108 zur
Aufnahme der Federstifte in den Körper gebohrt, solange dieser noch ein starres
Ganzes darstellt. Daher hängt die Lage dieser Bohrungen lediglich von der Genauigkeit
der verwendeten Werkzeugmaschine ab. Die Federstifte müssen nur nodh innerhalb der
Bohrungen in die richtige Lage gebracht werden, was durch geeignete Montagevorrichtungen
erreicht wird0 Auch lassen sich die Federstifte auf einfache Weise in großen Stückzahlen
herstellen, nachprüfen und je nach Federsteife sortieren.
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Es lassen sich dadurch bei kleinen Ausschußraten sehr gleichmäßige
Federpaarungen erreichten, die jedoch von Gelenk zu Gelenk je nach Anwendungsfall
verschieden sein können.