DE2232522A1 - Universaldoppelgelenk - Google Patents

Description

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Societe Anonyme D.B.A.

98 Bd Victor Hugo 30. Juni 1972

92 Clichy, Frankreich Anwaltsakte M-2229

Universaldoppelgelenk

Die Erfindung betrifft Universaldoppelgelenke, deren Gelenkteile bzw. Gelenkelemente homokinetische Gelenkkörper darstellen und mit Armei ineinander greifen, wobei Kugeln zwischen d?n Armen eingesetzt sind.

Bei einem derartigen Doppelgelenk trägt ein in der Mitte befindliches Gehäuse am Umfang Nuten, welche durch die Arme begrenzt sind. Die Nuten liirken mit den Armen der beiden Gelenkteile zusammen, welche beidseitig des Mittelgehäuses angeordnet sind. An den einander gegenüberliegenden Flächen jeden Paars angrenzender Arme sind zur Roilagerung einer Kugel dienende Rollflächen eingearbeitet. Jeder Gelenkkopf kann an eine Welle angeschlossen i^erden. Das Gelenk ermöglicht die Übertragung einer Drehbewegung zwischen den Wellen, selbst wenn diese nicht miteinander fluchten.

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Der Kipp- bzw. Klappwinkel des Doppelgelenks besteht aus dem Gesamtklappwinkel der durch die Gelenkköpfe gebildeten Gelenkteile bzw. Gelenkelemente. Unabhängig vom Winkel der Welle verläuft die Mitte der an jedem Gelenkteil angeordneten Kugeln als auch der Klappmittelpunkt des Gelenks immer in der gleichen Ebene.

Ohne besondere Maßnahme kann das Mittelgehäuse bzw. kann der Käfig eines derartigen Doppelgelenks schwimmen; darüber hinaus kann sich das Gelenk auflösen. Um dies zu vermeiden sind die als bekannt anzusehenden Doppelgelenke mit einem Gelenksystem versehen, das durch zwei Kugelgelenke gebildet ist. Die Mittelpunkte der Kugelgelenke fallen mit dem Klappmittelpunkt jeden Gelenkteiles zusammen. Die beiden Kugelgelenke sind durch ein drittes gleitfähiges Kugelgelenk miteinander verbunden. Bei dieser Anordnung sind die Gelenkschalen der beiden fixierten Kugelgelenke mit dem mittleren Gehäuse oder Käfig verbunden, während die in die Gelenkschalen einführbaren Gelenkkörper einerseits mit den Gelenkköpfen und andererseits mit dem gleitfähigen Kugelgelenk verbunden sind. Eine derartige Anordnung ist in allgemeiner Weise infolge ihrer Analogie mit einer herkömmlichen Anordnung angepaßt worden, nach welcher die beiden Gelenkköpfe eines Kardandoppelgelenks über eine ein verschiebbares Kugelgelenk aufweisende Vorrichtung verbunden sind und dazu dienen, die Klappwinkel der Gelenkteile im wesentlichen gleich zu halten. Die Anwendung dieses Vorschlages auf ein Doppelgelenk mit ineinander greifenden Armen erfordert eine Anbringung zweier weiterer fixierter Kugelgelenke bzw. Kugelgelenkteile.

Das führt zu einer nicht vernachlässigbaren Verteuerung in den Herstellungskosten, zu einer Zunahme des Raumbedarfes des Gelenks und zu Schwierigkeiten in der Herstellung. Diese Schwierigkeiten sind insbesondere auf die Zentrierung zurückzuführen, welche erforderlich wird, da die Mittelpunkte der fixierten Kugelgelenke mit dem Klappmittelpunkt der Gelenkteile zusammen fallen müssen, um ein Blockieren des Gelenks zu verhindern.

Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin ein Universaldoppelgelenk zu schaffen, bei welchem das die Gelenkköpfe und das Mittelgehäuse verbindende Gelenksystem in einfacherer Weise gebildet ist und weniger Platz in Anspruch nimmt.

Das Gelenk gemäß der Erfindung ist so aufgebaut, daß das Gelenkanschlußsystem ein erstes Kugelgelenk umfaßt, welches ein mit einem der Gelenkköpfe verbundenes Gelenksteckteil und ein mit dem Mittelgehäuse verbundenes Gelenkhohlteil aufweist, daß dem Gelenkanschlußsystem ferner ein zweites Kugelgelenk zugeordnet ist, welches einerseits mit dem Gelenksteckteil des ersten Kugelgelenks und andererseits mit dem zweiten Gelenkkopf verbunden ist, itfobei der Mittelpunkt des ersten Kugelgelenks mit dem Klappmittelpunkt des durch den ersten Gelenkkopf gebildeten Gelenkteils zusammenfällt, während der Mittelpunkt des zweiten Kugelgelenks zwischen dem Klappmittelpunkt der beiden Gelenkteile angeordnet ist.

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Dieses Gelenk ist einfacher herzustellen, da nur ein einzelnes Gelenkteil eine doppelte Zentrierung erforderlich macht. Wenn man im Kugelgelenk relativ zum Gelenkteil ein leichtes Spiel von beispielsweise 0,1 mm vorsieht ist jedes Risiko der Blockierung des Doppelgelenks vermieden. Man kann dem Doppelgelenk eine sehr kompakte Form verleihen, wenn man den kugelförmigen Innenraum des zweiten Kugelgelenks im Gelenksteckteil des ersten Kugelgelenks vorsieht.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 ist eine Teilschnittansicht eines Gelenks gemäß der Erfindung unter Darstellung des inneren Aufbaus der Gelenkverbindung; und

! Fign. 2

und 3 sind Einzelansichten unter Darstellung von Gelenkverbindungen gemäß zweier weiterer Ausführungsformen der Erfindung.

Das in Fig. 1 dargestellte Universaldoppelgelenk weist zwei Gelenkköpfe 10 und 12 und ein mittleres Gehäuse 14 auf. Außerhalb des Gelenks sind die Gelenkköpfe 10 und 12 an Getriebewellen 24 und 26 angeschlossen. Das in der Mitte befindliche Gehäuse 14 ist von Ringform und weist am Außenumfang 4 verhältnismäßig tiefe Einschnitte auf. Diese Einschnitte bzw. Nuten weisen zwei nicht parallele Kanten auf, wobei zwei einander entgegengesetzte Nuten

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an einer der Flächen des Ringkörpers eine öffnung und an der anderen der Flächen eine weitere, senkrecht dazu befindliche öffnung bilden. Hohlkehlen 16 kreisförmigen Querschnittes sind an den Flanken der Nuten gebildet. Jeder der Gelenkköpfe 10 und 12 trägt zwei Arme 18, wobei die Seiten dieser Arme den Hohlkehlen 16 vergleichbare Nuten bzw. Hohlkehlen 20 kreisförmigen Querschnittes aufweisen. Die Arme der Gelenkköpfe greifen in die Einschnitte des mittleren Gehäuses ein; die Hohlkehlen 16 des Gehäuses und die Einschnitte bzw. Hohlkehlen 20 der Gelenkköpfe besitzen eine derartige Neigung, daß sie sich kreuzen. Kugeln 22 sind zwischen angrenzenden Hohlkehlen angeordnet und befinden sich auf der Höhe der Kreuzung dieser Einschnitte bzw. Hohlkehlen.

Jeder Gelenkkopf ist dem mittleren Gehäuse mit Hilfe von vier Kugeln zugeordnet. Zur Vermeidung einer zu komplizierten Darstellung stellt Fig. 1 nur zwei dieser Kugeln dar, wobei eine von ihnen gestrichelt wiedergegeben ist. Jeder Gelenkkopf dargestälter Form bildet einen der Gelenkteile des Doppelgelenks.

Das Gelenk gestattet die Übertragung eines Drehmoments von einer der Wellen 24, 26 auf die andere, wobei die Wellen ihre relative Schräglage verändern können. Wenn sich das Gelenk in seiner Schräglage verändert verbleiben die Mittelpunkte der vier Kugeln 22 ein-und desselben Gelenkteiles in einer gemeinsamen Ebene P. Aus diesem Grund enthält diese Ebene in gleicherweise den Klappmittelpunkt des einzelnen Gelenkteils. Die Klappmittelpunkte sind die in der Zeichnung mit 01 und 02 bezeichneten/materiellen Punkte.

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Um ein Schwimmen des mittleren Gehäuses 14 als auch um ein Lösen des Gelenks zu verhindern sind die beiden Gelenkköpfe 10 und 12 . ..· mit Hilfe eines Gelenkssystems mit dem mittleren Gehäuse verbunden. Gemäß der Erfindung weist das Gelenksystem ein erstes Kugelgelenk auf, dessen Mitte so genau wie möglich mit dem Klappmittelpunkt eines der Gelenkteile zusammentrifft. Das Kugelgelenk wird durch einen Hohlteil bzw. eine mit dem Mittelgehäuse 14 verbundene Schale 28 und durch einen Vollteil bzw. eine mit dem Gelenkkopf des betreffenden Gelenkteils verbundene Kugel 30 gebildet. Ein zweites Kugelgelenk weist eine Gelenkschale auf, welche aus der Kugel 30 des ersten Kugelgelenks herausgefräst ist. Das Kugelgelenk ist ferner mit einem Gelenkvollteil bzw. einer Kugel 32 versehen, welche mit dem Gelenkkopf 12 des anderen Gelenkteils verbunden ist. Der Mittelpunkt 03 des zweiten Kugelgelenks befindet sich im Schnittpunkt der Achsen der Gelenkwellen 24 und 26, d.h. zwischen den beiden Kippmittelpunkten 01 und 02 der Gelenkteile. Vorzugsweise ist der Mittelpunkt 03 etwa auf der Hälfte des Abstandes der beiden Mittelpunkte 01 und 02 vorgesehen.

Es ist aus Fig. 1 ersichtlich, daß das zweite Kugelgelenk 30-32 in das erste Kugelgelenk 28-30 eingreift bzw. in dieses eingepaßt ist, um den Platzbedarf des Gelenksystems zu reduzieren und um den Mittelpunkt 03 des zweiten Gelenksystems zwischen den Kippmittelpunkten 01 und 02 anzuordnen, selbst dann, wenn diese Kippmittelpunkte sehr zusammengerückt sind. Falls die Klapp- bzw. Kippmittelpunkte 01 und 02 weiter voneinander entfernt wären müßten getrennte Teile für die Kugel des ersten Kugelgelenks und für die

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Kugelschale des zweiten Kugelenks vorgesehen sein, um die beiden Elemente so miteinander zu verbinden, daß sie ein mechanisches Äquivalent bilden. In jedem Fall kann der Platzbedarf des Gelenksystems reduziert werden und ermöglicht, das Doppelgelenk sehr kompakt auszubilden, was im allgemeinen erwünscht ist.

Beim beschriebenen Doppelgelenk besitzen die Wellen 24 und 26 eine gegenseitige Schräglage, so daß die Kipp- bzw. Klappmittelpunkte 01, 02 gleichen Abstand vom Mittelpunkt 03 des Kugelgelenks 30-32 aufweisen. Entsprechend der Bauart des Gelenks kann man einen gewissen Unterschied des Abstandes tolerieren, wodurch eine ungleichförmige Schräglage der Wellen besteht. Wenn man die Schräglage einer der Wellen verändert verformt sich das durch die Punkte 01, 02 und 03 gebildete Dreieck, indem der Schräglage der anderen Welle eine entsprechende Veränderung auferlegt wird. Das Dreieck verformt sich derart, daß der Punkt 01 und der Abstand 01-03 fixiert bleiben, während sich der Punkt 03 auf einem Kreis mit dem Radius 01-03 verschiebt und sich der Punkt 02 entlang der Achse des Mittelgehäuses 14 verändert, wodurch praktisch der gleiche Abstand zum Punkt 03 verbleibt. Der Punkt 02 ist kein materieller Punkt und seine Versetzung zeigt sich durch eine Versetzung bzw. Verlagerung der Ebene P der Kugeln unter gleichzeitiger geringer Verlagerung des Gelenkkopfes 12. In jedem Fall ist die Veränderung des Abstandes zwischen den Klappmittelpunkten 01 und 02 der Gelenkteile nicht ausreichend, um eine Trennung bzw. Auflösung des Gelenks auszulösen. Die beschriebene Veränderung ist leicht durch das Gelenksystem aufnehmbar, in welchem das Doppelgelenk

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verwendet wird. In gleicher Weise ist ersichtlich, daß das Mittel-Achse gehäuse 14 nicht schwimmen kann, da seine/entsprechend 01-02 nur eine einzige Lage für einen Winkelwert 01-02-03, den Klappwinkel der Wellen 24 und 26, einnehman kann. In dem Maße, in welchem die Mitte 01 des Kugelgelenks 28-30 mit dem Klappwinkel des dieses Kugelgelenk verwendenden Gelenkteils zusammenfällt kann das Doppelgelenk nicht verklemmen, da die Schräglage .bzw. Klappbewegung des anderen Gelenkteils nicht durch das Zusammentreffen der beiden Mittelpunkte bestimmt ist und nur den Punkt 02 beeinflußt, welcher ein durch dieEbene P der Kugeln gebildeter Konstruktionspukt ist. Es ist in jedem Fall empfehlenswert, ein geringes Spiel von etwa 0_;1 mm im Kugelgelenk 28-30 beizubehalten. Es ist ersichtlich daß das die Kugelgelenke 28-30 und 30-32 aufweisende Gelenksystem in der Lage und wirksam ist, um die das Doppelgelenk bildenden Geleriteile miteinander in Verbindung zu halten, und um ferner ein Schwimmen des Mittelgehäuses und ein Blockieren des Gelenks zu verhindern.

Die Fign. 2 und 3 sind Einzelansichten zur Erläuterung der Montage des Gelenks. Die Figuren geben unter Darstellung zweier verschiedener Ausführungsformen die das zweite Kugelgelenk 30-32 bildenden Teile 30 und 32 als auch die Kugel 30 des ersten Kugelgelenks, wieder.

Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform weist jedes Teil 30, 32 einen verbindenden Schaft 34, 36 auf, welcher einstückig mit dem Teil ausgebildet ist. Die Kugeln der Teile 30 und 32 tragen Abflachungen bzw. Facetten 38, während die Kugel- -8-2 0 9 fi R ? / Π 8 h 6

schale des Teils 30 Einschnitte 40 aufweist. Diese Anordnung gestattet es die Kugel in die Kugelschale einzuführen, wenn die Facetten den Einschnitten diametral gegenüberliegen. Darüber hinaus wird verhindert, daß die Kugel aus der Kugelschale austreten kann, wenn die Kugel bezüglich der Schale etwas gedreht ist. Der Zusammenbau des Gelenks unter Verwendung der verschiedenen Teile vollzieht sich wie folgt:

Das Teil 30 wird mit dem Mittelgehäuse 14 vereint, indem man den konvexen Körper(Kugel) des Teils 30 in die Kugelschale 28 einführt. Der Gelenkkopf 10 wird am Gehäuse 14 befestigt, indem vier Kugeln 22 zwischen die angrenzenden Arme des Gelenkkopfes und des Gelenkgehäuses eingesetzt werden, während der Schaft 34 des Teils 30 in eine Bohrung des Gelenkteils 10 eingeführt wird. Das Teil 30 wird mit Hilfe eines Stifts 42 am Gelenkteil 10 fixiert. Danach wird das Teil 32 mit dem Teil 30 vereint.Das zweite Gelenkteil wird unter Einsetzen von vier Kugeln 22 in das Gehäuse 14 eingesetzt. Bei dieser Arbeit ist darauf zu achten, daß das Teil 32 genau ausgerichtet wird, um den Stift 42 zur Verbindung des Teils 32 mit dem Gelenkteil 12 einsetzen zu können.

Die in Fig. 3 der Zeichnungen dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der vorangehend beschriebenen dadurch, daß der Schaft 44 der Kugel 32 keinen einstückigen Bestandteil der Kugel bildet. Der Schaft 44 kann in eine in der Kugel 32 befindliche Bohrung eingeführt werden, wobei man den Schaft mit Hilfe eines Klemmrings 46 in seiner Position hält. Der Zusammenbau des Gelenks vollzieht sich wie folgt:

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Das Teil 30 und die Kugel 32 werden vereint bzw. zusammengefügt. Diese Einheit wird in das Gehäuse 14 eingeführt, indem man das Teil 30 in die Kugelschale 28 einsetzt. Danach wird der Schaft am Gelenkkopf 12 mit Hilfe des Stifts 42 fixiert, um anschließend die Gelenkköpfe 10 und 12 mit dem Gelenk zu vereinen.

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Claims (5)

1. Patentanwälte

   Dr. Ing. H. Negendank

   Dipl. Ing. H. Hauck - Dipl. Phys. W. Schmitz

   Dipf. ing. E. GraaiiE - Dipl. Ing. VV. Wehnert

   8 München 2, !AaiSiijtra3e 23

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   Societe Anonyme D.B.A.

   Bd Victor Hugo 30. Juni 1972

   Clichy, Frankreich Anwaltsakte M-2229

   Patentansprüche

   η. JUniversaldoppelgelenk mit zwei homokinetischen Gelenkteilen in Form von Gelenkköpfen, deren Klappmittelpunkt in der Ebene von Kugeln liegt, welche zwischen ineinander greifenden Armen der Gelenkteile eingefügt sind und mit einem die Arme tragendes und mit den Gelenkköpfen über ein Gelenkanschlußsystem verbundenes Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenkanschlußsystem ein erstes Kugelgelenk (28, 30) umfaßt, welches ein mit einem (10) der Gelenkköpfe verbundenes Gelenksteckteil (30) und ein mit dem Mittelgehäuse (14) verbundenes Gelenkhohlteil (28) aufweist, daß dem Gelenkanschlußsystem ferner ein zweites Kugelgelenk (30,32) zugeordnet ist, welches einerseits mit dem Gelenksteckteil (30) des ersten Kugelgelenks und andererseits mit dem zweiten Gelenkkopf (12) verbunden ist, wobei der Mittelpunkt (01) des ersten Kugelgelenks mit dem Klappmittelpunkt des-durch den ersten Gelenkkopf gebildeten Gelenkteils zusammenfällt,während der Mittelpunkt (03)

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   des zweiten Kugelgelenks (30,32) zwischen dem Klappraittelpunkt der beiden Gelenkteile angeordnet ist.
2. 2. Universaldoppelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt (03) des zweiten Kugelgelenks (30,32) in
   der Mitte der Klappmittelpunkte der Gelenkteile angeordnet ist.
3. 3. Universaldoppelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenkhohlteil des zweiten Kugelgelenks aus einer Ausnehmung im Gelenksteckteil (30) des ersten Kugelgelenks besteht j.
4. 4. Universaldoppelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Kugelgelenk ein Spiel von etwa 0,1 mm besteht.
5. 5. Universaldoppelgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet» daß ein das zweite Kugelgelenk mit dem zweiten Gelenkkopf verbindender Schaft in eine im Gelenksteckteil des zweiten Kugelgelenks befindliche Bohrung eingreift und durch einen Sicherungsring darin gehalten ist.