DE2327372C2 - Homokinetisches Gelenk - Google Patents

Description

Fig. I zeigt im Längsschnitt ein Gelenk gemäß der Erfindung,

Fig. 2 und 3 zeigen jeweils Beispiele für ein Schiebegeienk,

Fig.4 zeigt einen Vertikalschnilt durch ein Gelenk gemäß der Erfindung mit Mitteln zur Absorption des Spiels, des Verschleißes und der Fabrikationstoleranzen,

F i g. 5 ist ein Schnitt durch ein Teil der Kugelgelenkanordnung zur axialen Festlegung des Gelenkmechanismus, ">

Fig. 6 zeigt jeweils in der rechten bzw. in lier linken Hälfte je eine Variante der Kugelgelenkanordnung zur axialen Halterung des Gelenks, und Fig. 7 zeigt eine Variante des Gelenks nach Fig. 2.

Man erkennt in Fig. I ein Gelenk gemäß der Erfindung, bei dem die antreibende Welle 1 homokinetisch ein Drehmoment auf eine angetriebene Welle 2 überträgt, die mit der Welle 1 einen Beugewinkel α bildet, der fest oder variabel sein kann zwischen 0° und 50° oder gegebenenfalls darüber.

Auf jedem der drei Zapfen 4, die fest mit der Welle I verbunden sind, ist einer der gleitverschieblichen drei Cberlragungskörper 3 drehbar. Jeder der sphärischen oder im wesentlichen sphärischen ÜbertragUrtgskörper 3 rollt eingefangen in einer der Nuten mit runder Querschnittsform oder im wesentlichen runder Querschnittsform 5 ab, welche einander gegenüberliegen. Jeder Übertragu.ngskörper 3 überträgt eine Führungskraft auf eine der Nuten 5, welche in ein nachstehend der Einfachheit halber als »Futter« 6 bezeichnetes Zwischenstück eingearbeitet sind, das seinerseits diese Kraft auf eine Nut 7 überträgt, weiche in das gleiche Futter eingearbeitet ist und von dort auf einen Übertragungskörper 8 eines Zapfens 9, der seinerseits mit der Welle 2 verbunden ist.

Die Achsen xz und ßß der beiden Wellen 1 und 2 haben den gemeinsamen Punkt 10, der das Zentrum einer Gelenkkugel 11 und eines Kugelgelenkgehäuses 12 ist.

In der Darstellung nach Fig. 1 ist der Abstand zwischen dem Zentrum der Gelenkkugel 10 und der Ebene, in der die Achsen 13 der drei mit der Welle 1 verbundenen Zapfen 4 liegen, gleich dem Abstand zwischen dem Zentrum 10 und der Ebene, definiert von den Achsen 14 der drei Zapfen auf der Welle 2; demgemä3 liegt zwischen der Achse der Welle 1 und der Achse des Futters 6 ein Winkel β vor, gleich der Hälfte des Winkels α zwischen den Wellen 1 und 2. Es ist hier festzuhalten, daß diese Maßnahme nicht unabdingbar ist und daß die Homoklnetik aufrechterhalten wird auch dann, wenn die beiden Abstände unterschiedlich sind aus irgendwelchen konstruktiven Gründen, weil jedes der beiden hier erfindungsgemäß kombinierten Gelenke seinerseits homokinetisch ist.

Die radiale Reaktion auf die beiden Wellen 1 und 2 des Systems der Kugelgelenkzentrierung, wenn das Gelenk unter einem Beugewinkel arbeitet, wird aufgenommen von den Zapfen und den Übertragungskörpern, die infolge dieser Tatsache komplementären Belastungen ausgesetzt sind zu jenen, die auf die Drehmomentübertragung zurückzuführen sind, und die sich demgemäß je nachdem zu diesen Kräften addieren oder von ihnen subtrahieren,

Die beiden Wellen 1 und 2, die gelenkig zueinander sind und miteinander radial und axial durch das Kugelgelenksystem verbunden sind, werden hinsichtlich ihrer Position bezüglich des Futters 6 gesichert durch eine Kappe 15. die auf den¹ Kugelgelenk 16 angelenkt ist. das fest mit dem Futter 6 verbunden sowie an dem Kugelgelenk 17 angelenkt ist, welches von der Welle 1 mittels Klammern 18 gehalten wird. Diese Kappe 15 kann aus gezogenem Blech sein oder aus Kunststoff bestehen. Neben der relativen Axialausfluchtung zwischen Futter und Welle 1 bewirkt sie auch das Abschließen des Futiers im Zusammenwirken mit elastischen Bälgen 19, 20 und 21: Das Schmiermittel, das für den Betrieb der Anordnung erforderlich ist, kann demgemäß in dem abgedichteten Raum 22 gehalten werden, der so begrenzt wird.

Die Gelenkkugeln 16 und 17 für die Anlenkung der Kappe 15 sind beidseits der Ebene der Zapfenachser; 13 und im wesentlichen in gleichem Abstand angeordnet. Daraus ergibt sich, daß die Arbeitswinkel der Gelenkkugeln und der Bälge 19 und 20 gleich sind und einen minimalen Wert haben, was im Betrieb eine größere Hallbarkeil sicherstellt. Der Arbeitswinkel dieser Bälge beträgt demgemäß V₄ des Winkels λ zwischen den beiden Wellen.

Die Abdichtung des linken Teils der Anordnung (Fig. 1) wird durch den Balg 21 sichergestellt. Diese Abdichtung könnte jedoch ebenfalls gesichert werden, wie die Abdichtung auf der rechter. Seite, mittels zweier

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angeordnet sein müßte, entweder auf der Welle 2 oder auf dem Futter 6.

Das Futter kann auf seiner Außenseite zylindrisch sein oder einen blattförmigen Querschnitt besitzen, wobei man von einem profilierten Rohr geringer Wandstärke ausgehen kann.

Für die Montage weist die Gelenkkugel 11 drei Abliachungen 68 auf, so daß sie in die sphärische Innenzone des Kugelgelenkgehäuses 12 einführbar ist, das drei entsprechende Einschnitte 69 aufweist: Der Zusammenbau ergibt sich auf diese Weise einfach durch eine Versetzung der Welle 1 um 60° relativ zur Welle 2 vor dem Einführen der Übertragungskörper in das Futter 6.

Die Fig. 2 zeigt eine Variante des homokinetischen Gelenks, bei der eine Axialverschiebung der beiden Wellen relativ zueinander möglich ist, also eine Extension oder Kompression während der Funktion unter einem Winkel und unter Drehmomentbelastung des Gelenks.

Die Welle 43 weist eine Bohrung 44 auf als Führung für den verschleblichen Schaft 45, welcher die Gelenkkugel 46 trägt. Diese Gelenkkugel 46 ist eingefangen in dem Kugelgelenkgehäuse 47, das fes: mit der Welle 48 verbunden ist. Der Schiebeschaft 45 ist bezüglich der rohrförmigen Welle 43 um einen bestimmten Winkel versetzt mittels einer Nut 49 gehalten, die in den Schaft 45 eingearbeitet ist, und mittels einer Kugel 50, die in einer in die Ausnehmung der Welle 43 eingearbeiteten Ausnehmung eingebettet ist. Diese Anordnung ermöglicht den Einbau der Gelenkkugel 46, weiche mit drei Abflachungen 51 versehen ist, in das Kugelgelenkgehäuse, das drei Ausschritte 52 aufweist, und zwar indem vor r!e.<n Einsetzen der Übertragungskörper 53 in das Futter 54 eine Winkelversetzung um 60° der Achsen 55, welche die Übertrayungskörper der Welle 48 tragen, relativ zur Welle 43 erfolgt. In dieser Position liegen die Abflachungen 51 in Ausfluchtung mit den Kanten 56, während die sphärischen Zonen der Kugel sich gegenüber den Ausschnitten 52 befinden, was das Einführen der Gelenkkugel 46 in das Gehäuse 47 ermöglicht= Nach dem Plazieren der Achsen 55 der beiden Wellen 48 und und der Einführung in das Futler 54 lsi ein Auseinanderziehen des Kugelgelenks nicht mehr möglich, well die sphärischen Zonen der Gelenkkugel sich eingefangen finden in den sphärischen Innenbereichen 57 des Kugelgelenkgehäuses 47.

F.in King 58 ;ius reibungsarniem Material weist cine sphärische Ausnehmung 59 auf. in die eine äußere Gelenkkugel 60 eingebettet lsi. welche mil der Welle 48 fest verbunden Ist. Dieser Ring kann sich in Ratlialrichlung in der Bohrung 61 verschieben, wird jedoch in Axialrichtung In der Bewegung begrenzt durch zwei I-IU-chen 62 ties Futters, das aus zwei Teilen zusammengesetzt Ist. um die Montage des Ringes 58 zu ermöglichen.

In dieser Ausführungsform wird die Abdichtung für die rechte Seile sichergestellt durch eine Kappe 63 aus Kunststoff, die angelenkt ist auf zwei Kugelgelenken 64 und 65: für den linken Teil kann die Abdichtung in gleicher Weise gesichert werden oder durch andere bekannte MIttel, »ie elastische Faltenbalge.

Die Übertragungskörper 53 sind auf Ihren Zapfen mittels Nadellagern 66 gelagert, die von Sprengringen 67 gehalten sind. Diese Anordnung erleichtert das Verschieben der Welle 43 bei dem teleskopartigen Auseinanderziehen.

fläche 91. die sich nach Art einer Gelenkbügel auf einer Abstüizfläche 92 eines Ringes 93 abstützt, tier seinerseits abgestützt ist an dem Fuller 94 ties Gelenks. Diese Schale 91) hält die Welle 95 über einen Dlchiring 96 mit

Ί großem Querschnitt, tier dargestellt ist in deformierter Gestalt unter der Wirkung der Axulvorspannung. Dieser Dlchiring wird seinerseits gehallen durch eine Muffe 97. die mil tier Welle 95 verbunden ist durch irgendein geeignetes Mittel: Infolge seiner Elastizität gestattet der

lü Dichtring gleichzeitig die .Schwingung der Schale 90 und ermöglicht gleichzeitig die Schwingung der Schale 90 und ermöglicht die Abdichtung zwischen der Wolle und dieser Schale.

Aul der linken Seite erkennt man eine Variante der

i") elastischen Verbindung /wischen der Schale 90 untl tier Welle 101 (diese Verbindung könnte natürlich auch in der Ausführung auf tier rechten Seile der F' ig. 6 Anwendung linden). In dieser Variante auf der linken Seite wird die Abstüt/sfläche 98 der Schale gebildet von der Muffe

Die Fig. 3 zeigt eine weiieie Vuiiänic uca Verschiebliehen Gelenks, bei der die Montage der Gelenkkugel besonders ausgebildet ist für eine teleskopartige Bewegung oder eine Streckung des Gelenks unter geringster Behinderung selbst bei hohen Drehmomenten. Die Hauptkraft wird nämlich am Punkt 0. dem Zentrum der Gelenkkugeln, aufgebracht, senkrecht zur Ebene der beiden Wellen, welche zugleich die Ebene der Flg. 3 ist. Die Drehung unter Drehmomentbelasiung und unter einem Beugewinkel, selbst einem festen des Gelenks, bewirkt demgemäß ein kontinuierliches Gleiten zwischen der Kugel und der Innenfläche des Kugelgehäuses, das hier zylindrisch ausgebildet Ist. Damit ergibt sich eine Anullierung der Teleskopreibung oder der Streckung. Ein reibungsarmer Ring kann außerdem zwischen der Bohrung und der Gelenkkugel angeordnet werden.

Die Axialhalterung kann realisiert werden mittels zweier Ringe 70 in Form von Sternen mit drei Armen, welche sphärische ARSchlsgzonep. 7! aufweisen üur Halterung einer kugeligen Verdickung 72 an einer der Wellen Diese Ringe werden auf die Wandung 73 unter Vorspannung aufgebracht, so daß eine gewisse Freiheit in Radialrichtung verbleibt.

tin !!altering 74 verhindert, daß die Gelenkkugel aus dem zylindrischen Gelenkkugelgehäuse herausgezogen wird.

Gemäß Fie. 4 und 5 umfaßt das homokinetische Gelenk ein Futter 81. in dessen Innerem sphärische Formkuppeln 82 den Mechanismus in Axialrichtung positionieren. Die Formkuppeln 82 halten die übertragungskörper 83 des Gelenks über ihre konkave Fläche 84 und drücken nach Art einer Gelenkkugel mit ihrer sphärischen Fläche 86 auf die Schalen 85. Die Schalen sind auf dem Futter 81 durch Elnbördeln gesichert. Faltenbälge 87 aus elastomerem Material bewirken die Abdichtung und das Halten des Schmiermittels, indem der Mechanismus zwischen den Schalen 85 und den Wellen 88 bzw. 89 geschlossen wird. Dieses Beispiel einer Kugelgelenkanordnung für die relative Zentrierung der Wellen 88 und 89 umfaßt ferner eine Ausnehmung 122 in einer Kugel 121. in der ein Schubstein 123 aus reibungsarmem Material gleitbewegiich ist. der sich an dem Boden 124 des Kugelgelenkgehäuses abstützt: Die Schraubenfeder 125 belastet den Schubstein 123. Wenn das von dem Gelenk zu übertragende Drehmoment 0 ist. kann es hier demgemäß weder ein Schlagen noch irgendwelche Stöße geben.

In der Ausführungsform nach Fig. 6 erkennt man in der rechten Hälfte eine Schale 90 mit sphärischer Innen-

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ges 100, der gleichzeitig die Abtlichtung zwischen Schale 90 und Welle 101 bewirkt.

In beiden Auslührungsformen (rechts und links) der Fig. 7 bewirkt der mittlere Faltenbalg 102 die Abtlichtung zwischen den beiden Schalen.

In Fig. 7 erkennt man eine Variante eines Schiebegelenks mit Doppeldreibcin, das bei gleichem Platzbedarl eine größere Schlebekapazität besitzt und eine größere Beuge»iP.ielmöglichkeit bietet als die Anordnung nach Fig. 2. Zu diesem Zweck ist die Baugruppe, welche eine kugelgelenkartige Bewegung sicherstellt, schiebebeweglich gleichzeitig relativ zu beiden T;ipoden oder Dreibeinen 127 und 128. Die zentrale Gelenkkugel 129 ist axial glelibeweglich auf dem Zapfen 130 gelagert, der fest mit dem Dreibein 127 und der Welle 131 verbunden ist. Die Kugelgelenkkapset 132 ist axial gleitbeweglich im Innern einer Bohrung 133 In dem Dreibein 128 der Welle 134 aufgenommen Be! dieser Bauart nimmt bei einer schiebenden maximalen Verlängerung die Kugelgelenkbaugruppe die mittlere Position bezüglich der Dreibeine 127 und 128 unter der Wirkung von Sprengringen 135 und 136 ein.

Man erkennt, daß in dieser Position der maximale Beugewinkel für die Kugelgelenkbaugruppe erzielbar ist, weil keines der Teile irgendwo anstößt und damit die Winkelbeweglichkeit des Kugelgelenks begrenzt. Bei maximaler Teleskopschiebung ergeben sich die Begrenzungen in der hier gezeigten Ausführungsform gleichzeitig zwischen dem Ende 137 der Bohrung 133 und dem Ende 138 des Zapfens 130. weil die Kugelgelenkbaugruppe immer noch in der mittleren Position zwischen den beiden Dreibeinen 127 und 128 verbleibt, dank der Abstützung der Gelenkkugel 129 am Anschlag 139 und der Abstützung der Kugelgelenkkapsel 132 an der Schulter 140 der Bohrung 133.

In Axialrichtung wird das Futter 141 relativ zu den beiden Dreibeinen mittels eines Kronenringes 142 gehalten. Dieser Ring wird außen gehalten durch die sphärische Zone 143 und innen durch die sphärische Fläche 144 des Futterabschnittes 141. '

Die Vorteile, die dem homokinetischen Gelenk gemäß der Erfindung zuzuordnen sind, dürften aus vorstehenden Erläuterungen klar ersichtlich geworden sein; es handelt sich dabei um:

a) Hohe Übertragungskapazität bei geringem Volumen,

b) perfekte Homokinetik,

c) Radialzentrierung der verbundenen Wellen,

U) Möglichkeilen des Meirichs unter Ueugewinkeln von

50" uml grillier,
e) gleich/eilig gegebene Möglichkeil für Ireie \ erschie-

hung und grolle Ueugewinkel.
I) Möglichkeit der Drehung mil sehr hoher Drehzahl.

u) r.inlachhcit der Ausführung. Ls Ist lest/jhaltcn, dall das (jelenk geniäll der Lrllndung sehr genau arbeitet, ohne enge Toleranzen bei der Fertigung z.u erlorilern. wobei es leicht zusammengebaut werden kann untl der Herstellungspreis dcmgemäll niedrig ist.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Homokinetisches Gelenk zum Kuppeln von unter Beugewinkeln umlaufenden Wellen mit an den Wellenenden angeordneten, Obertragungskörper tragen den Zapfensternen, die In Abrollbahnen eines gemeinsamen Zwischenstücks aufgenommen sind, und mit einem Zentrierkugelgelenk, das die freien Wellenenden miteinander verbindet, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß die Zapfensterne Tripode sind und das Zwischenstück entsprechend komplementäre Wälzbahnen (5, 7) aufweist, und daß das beiden Wellen gemeinsame Zwischenstück (6, 54, 81, 94, 141) mittels einer Kugelgelenkanordnung (15-16-17; 58-60; JS 70-71; 82-83-85; 90-93; 142-143-144) axial festgelegt Ist.

2. Homokinetisches Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine geradlinige Verbindung zwischen den Wälzbahnen (5, 7) beider Tripode vorgesehen^«».

3. Homokinetisches Gelenk nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Wellen (43) eine Endbohrung (44) aufweist, in der ein eine Zentrierkugel (46) tragender Schaft (45) gleitbeweglich ist, während die andere Welle (48) ein Zentrierkugelgehäuse (47) trägt, und daß ein Ring (58) aus reibungsminderndem Material das Zentrierkugelgehäuse auf seiner sphärischen Außenfläche umschließt und dadurch axial festlegt.

4. Homokinetisches Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Zentrierkugelgehäuses an eini'n Wellenende zylindrisch ist, und daß zwei .Scheiben (70) mit drei, sphärische Abstützzonen aufweisen* η Armen (71) auf dem Zwischenstück mit einer kugeligen Verdickung (72) auf der zweiten Welle das der axialen Festlegung dienende Kugelgelenk bildet.

5. Homokinetisches Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer der Wellen (88, 89, 134) eine sphärische Formkuppel (82, 143) montiert ist, die im Inneren des Zwischenstücks (81. 141) aufgenommen ist und einerseits in Kontakt m.-t dieser Welle zugeordneten Übertragungskörpern (83) steht und sich andererseits auf einer mit dem Zwischenstück (81, 141) verbundenen sphärischen Schale abstützt.

6. Homokinetisches Gelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der einen Welle (134) eine zylindrische Bohrung (133) aufweist, W deren eines Ende offen ist und deren anderes Ende (140) nahe der Welle kegelstumpfförmig ausgebildet ist, und daß in der Bohrung, longitudinal gleitbeweglich zwischen einem Haltering (136) und der Stoßstelle des zylindrischen und des kcgelstumpfförmigen Bohrungsabschnitts, ein Zentrierkugelgehäuse (132) aufgenommen ist.

7. Homokinetisches Gelenk nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Formkuppel (142) als Anschlagstern mit zwischen die Übertragungskör- ^ω per greifenden Armen ausgebildet und auf einer der Wellen befestigt Ist sowie eine sphärische Mittelbohrung besitzt, die sich an einer sphärischen Gegenfläche (144) des Zwischenstücks (141) abstützt (Fig. 7).

65 Die Erfindung betrifft ein homokinetisches Gelenk mit den im überbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen. Ein gattungsgleiches Gelenk Lsi in der DE-OS 19 20 664 offenbart.

Das bekannte Gelenk weist auf jedem Wellcnende zwei senkrecht zur Wellenachse verlaufende, zueinander koaxiale Zapfen auf, so daß das Zwischenstück in der jeweils von den Zapfen aufgespannten Ebene einen Freiheiisgrad besäße, wären die Obertragungskörper auf den Zapfen verschieblich. Ein Gelenk praktisch gleicher Bauart ist auch in der FR-PS 12 43 399 offenbart.

Diese bekannten Gelenkbauarten sind nachteilig einerseits wegen der unbefriedigenden Gleichlaufeigenschaften, die ihrerseits zu einem erheblichen Verschleiß aufgrund von Wechselbeanspruchungen führen, und andererseits wegen der für eine gegebene Übertragungskapazität verhältnismäßig großen Axialabmessungen, so daß die Verwendungsmöglichkeien bei nur geringem zur Verfügung stehenden Einbauraum beschränkt Sinti.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgleiches Gelenk zu schaffen, das unter sonst gleichen Bedingungen eine höhere Lebensdauer erwarten läßt und gleichwohl mit relativ geringen Axialabmessungen gebaut werden kann.

Die zur Lösung dieser Aufgabe vorgesehenen Merkmale sind im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannt; vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.

Die einem einzelnen Trlpodgelenk inhärenten Gleichlaufeigenschaften sind bekannt, beispielsweise aus der FR-PS 12 72 530. .Sie bleiben bei der Doppelausbildung gemäß Erfindung nicht nur erhalten, sondern werden sogar noch verbessert, weil nur das Zwischenstück eine überlagerte Schwingung mit dreifacher Winkelfrequenz der Wellendrehbewegung ausführt, diese aber nicht auf die jeweils abgetriebene Welle übertragen wird. Aus diesem Grunde ist auch der Verschleiß extrem gering, woraus die angestrebte hohe Lebensdauer resultiert.

Ferner ist anzumwerken, daß die Hintereinanderschaltung zweier Tripodgelenke Im Zug·*; siner Transmission an sich bekannt lsi, so aus der FR-PS 20 50 826 oder dem inhaltsgleichen DE-GM 71 20 705. Dort ist allerdings die Anordnung so getroffen, daß die Beugewinkel der beiden Wellen relativ zu dem Zwischenstück einander nicht addieren, sondern subtrahieren.

Es ist auch schon bekannt, zwei unter einem Beugewinkel zueinander arbeitende Wellen mittels einer Doppeldreibeinanordnung sowie mittels eines gemeinsamen Zwischenstücks zu kuppeln, vgl. US-PS 21 25 615. Hier sind jedoch die Gleichlaufeigenschaften mangelhaft und eine Axialfestlegung des Übertragungselementes ist nicht vorhanden. Zudem fehlt auch die Zentrierkugelgelenkatiordnung.

Mit der Ausbildung gemäß der Erfindung lassen sich die nachfolgend genannten Vorteile erzielen, wie sich insbesondere anhand der Erläuterung der Ausführungsbeisplele ergeben wird:

- Hohe Übertragungskapazität bei relativ geringem Volumen,

- vollkommene Gleichlaufeigenschaften,

- Radialzentrierung der beiden Wellen,

- Beugewinkel bis zur Größenordnung von 50",

- Möglichkeiten der freien Verschlebllchkeit auch unter Beugewinkeln,

- Aufbau aus einfachen Teilen und einfache Montage.

In den beigefügten Zeichnungen sind Ausführungsbelsniele des Gelenks gemäß der Erfindung dargestellt.