DE2355764A1

DE2355764A1 - Axial verschiebbare und winkelbewegliche gleichgang- gelenkwellenkupplung

Info

Publication number: DE2355764A1
Application number: DE19732355764
Authority: DE
Inventors: Leopold F Schmid
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-11-08
Filing date: 1973-11-08
Publication date: 1975-05-15

Description

Leopold F. Schmid
7000 Stuttgart 1
Leharstrasse 8

Axial verschiebbare und winkelbewegliche Gleichgang- Gelenkwellenkupplung.

Die Erfindung betrifft eine axial verschiebbare und winkelbeuiegliche Gleichgang- Gelenkuiellenkupplung, bei der die übertragung des Drehmomentes über drei in Umfangsrichtung gleichmässig verteilte und mit Kugelflächen versehene Wälzkörper erfolgt, die in Bohrungen des inneren Kupplungsteiles drehbar und radial verschiebbar gelagert sind und in gerade und achsparallele Nuten des äusseren Kupplungsteiles hineinragen, und bei der die zur Erzielung des Gleichganges mährend einer UJinkelbewegung notwendige radiale Verschiebung der Wälzkörper mit Hilfe einer zentral angeordneten Steuervorrichtung erfolgt.

Der Grundgedanke, die mährend einer UJinkelbewegung zur Erzielung des Gleichganges notwendige Steuerung der das Drehmoment übertragenden Wälzkörper, die in gerade und achsparallele Nuten des äusseren Kupplungsteiles hineinragen, mit Hilfe einer zentral angeordneten Steuervorrichtung durchzuführen, ist seit langem bekannt und kann beispielsweise schon der britischen Patentschrift 329 900 entnommen werden. Bei dieser in der vorgenannten Patentschrift beschriebenen Ausführungsform handelt es sich aber um eine Doppelgelenkkupplung, die infolge ihres aufwendigen Aufbaues gross, schwer und teuer ist.

In der deutschen Auslegeschrift 2 225 499 ist eine Ausführungsform einer axial verschiebbaren Gleichgang- Gelenkuiellenkupplung beschrieben, bei der zur S-teuerung der das Drehmoment übertragenden Wälzkörper, die als Kugeln ausgebildet sind, ein zentral angeordnetes Steuerglied vorgesehen ist. Dieses Steuerglied ist ein sich in Achsrichtung erstreckender Zapfen, der mit dem äusseren Kupplungsteil fest verbunden oder aus einem Stück mit diesem gefertigt ist.

50 9 820/ 0 5 4 7 Dieser

Dieser Ausführungsform haftet aber der entscheidende Nachteil an, dass sie nur kleine Drehmomente übertragen kann, liiürde man sie beispielsweise für den Antrieb der Räder eines Kraftfahrzeuges vertuenden, dann würden sich bei den grossen hierbei auftretenden Drehmomenten und den ständigen Axialverschiebungen ein grosser Verschleiss, eine starke Erwärmung und ein schlechter Wirkungsgrad ergeben. Die das Drehmoment übertragenden Kugeln werden nämlich infolge des sich bei Verwendung von Kugeln ergebenden Profiles der Nuten im äusseren Kupplungsteil mit einer Kraft nach innen gegen das Steuerglied gepresst, die etwa so gross ist wie die an den Nuten des äusseren Kupplungsteiles wirksame Umfangskraft. Bei den bei Kraftfahrzeugen beim Befahren einer starken Steigung auftretenden grossen Umfangskräften und unter Berücksichtigung der im Kraftfahrzeugbau erwünschten verhältnismässig kleinen Aussendurchmesser solcher Gelenkwellenkupplungen kann die Kraft, mit der jede der drei Kugeln gegen das Steuerglied gepresst wird, bis zu 1000 kp und höher ansteigen. Da beim Befahren einer welligen Fahrbahn die Räder eines Kraftfahrzeuges mit einer Frequenz von etwa 80 Schwingungen pro Minute ständig in Höhenrichtung schwingen, müssen bei einem Kraftfahrzeug mit einer Einzelradfederung die drei Kugeln der die Räder antreibenden Gelenkwellenkupplungen ständig mit dieser grossen Anpresskraft und dieser hohen Frequenz über die Oberfläche des Steuergliedes unter Zurücklegung eines Weges von etwa 1 cm axial entlanggleiten. Die Annahme, die Kugeln wurden bei einer Axialverschiebung der Gelenkwellenkupplung rollen und nicht gleiten, trifft nur sehr begrenzt zu. Da die am inneren Kupplungsteil angreifende Umfangskraft entsprechend seinem kleineren Durchmesser wesentlich grosser ist als die an den Nuten des äusseren Kupplungsteiles wirksame Umfangskraft, und da diese grössere Umfangskraft ausserdem noch in der mitte der Kugel angreift, wo ihr Bremsradius am grössten ist, gleiten die Kugeln mehr als sie rollen. Neben den hierdurch entstehenden Nachteilen, wie grosser l/erschleiss, starke Erwärmung und schlechter Wirkungsgrad, würde bei Verwendung einer solchen Gelenkuiellenkupplung für den Antrieb der Räder eines Kraftfahrzeuges mit einer Einzelradfederung noch ein weiterer sehr wesentlicher Nachteil entstehen.

Der

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Der grosse Widerstand gegen eine Axialverschiebung der Gelenkwellenkupplung würde eine spürbare Verhärtung der Abfederung der Räder des Kraftfahrzeuges und damit eine Beeinträchtigung des Fahrkomforts zur Folge haben, die von den Kraftfahrzeugherstellern bestimmt nicht akzeptiert würde.

Gelenkwellenkupplungen gemäss der deutschen Auslegeschrift 2 225 499 haftet auch der Nachteil an, dass das fest mit dem äusseren Kupplungskörper verbundene oder, aus einem Stück mit diesem gefertigte.Steuerglied bei Axialverschiebungen eine Relativbewegung gegenüber dem inneren Kupplungsteil vollführt, und dass dadurch sowohl die Ulinkelbeu/eglichkeit als auch der axiale Verschiebungsweg der Gelenkwellenkupplung stark beeinträchtigt wird.

Durch die feste Verbindung des Steuergliedes mit dem äusseren Kupplungsteil ergibt sich schliesslich noch ein weiterer Nachteil. Infolge der unvermeidbaren Herstellungstoleranzen und des starken, nicht immer gleichmässig auftretenden Verschleisses können nicht alle drei Kugeln das Drehmoment gleichmässig übertragen, was bei der grossen, bis zu 1000 kp und höher ansteigenden Anpresskraft zu sehr hohen Biegebeanspruchungen und schliesslich zum Bruch des Steuergliedes führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkwellenkupplung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die frei von den vorgenannten Nachteilen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Steuervorrichtung aus drei Steuergliedern besteht, die mit einem Ende formschlüssig mit den drei UJälzkörpern verbunden sind, sodass sie die axiale Verschiebung des inneren Kupplungsteiles mitmachen und sich bei einer Ulinkelbeiuegung axial gegeneinander verschieben, während ihr anderes Ende direkt oder indirekt in einer Bohrung des äusseren Kupplungsteiles axial verschiebbar gelagert ist. Die Steuerglieder sind zur formschlüssigen Verbindung mit dBn UJälzkörpern mit einer konkaven Kugelfläche versehen.

50 9 820/0 547 Hierbei

Hierbei können die Steuerglieder zur Abstützung der Steuerkräfte mit zwei Gleitflächen versehen sein, die um 120 zueinander geneigt sind. Die Steuerglieder können aber auch innen mit einer Längsrille versehen sein, über die sie sich auf einem im äusseren Kupplungsteil gelagerten Bolzen zur Aufnahme der Steuerkräfte abstützen. Die Wälzkörper können, wie an sich bekannt, als Kugeln ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, die Wälzkörper bolzenförmig auszubilden und zwar so, dass sie sowohl am äusseren Ende als auch am inneren Ende Kugelglächen aufweisen, deren Kugelradien den gleichen Mittelpunkt haben.

Der mit der Erfindung erzielte Hauptvorteil besteht insbesondere darin, dass infolge der neuen bis jetzt nicht bekannten Steuervorrichtung, die aus drei Steuergliedern besteht, die mit einem Ende formschlüssig mit den drei Wälzkörpern verbunden und axial verschiebbar sind, die entscheidenden und vorstehend beschriebenen Nachteile heutiger Ausführungsformen vermieden werden. Infolge der leichten axialen Verschiebbarkeit des Steuergliedes sind Gelenkwellenkupplungen gemäss der Erfindung besonders leichtgängig, sodass sie einen guten Wirkungsgrad und eine lange Lebensdauer haben. Ein weiterer sehr wesentlicher Vorteil von Gelenkwellenkupplungen gemäss der Erfindung besteht darin, dass das Steuerglied infolge seiner kardanischen Lagerung keinen Biegebeanspruchungen unterworfen ist und daher relativ dünn gehalten werden kann, sodass bei gleichem Aussendurchmesser der Gelenkwellenkupplung die das Drehmoment übertragenden Wälzkörper, beispielsweise Kugeln, wesentlich grosser dimensioniert werden können, als es heute möglich ist. Hierdurch ist es möglich, bei einem kleinen Aussendurchmesser der Gelenkwellenkupplung ein grosses Drehmoment mit einem guten Wirkungsgrad zu übertragen, sodass sich Gelenkwellenkupplungen gemäss der Erfindung gut für den Antrieb der Räder eines Kraftfahrzeuges eignen. Da die drei zu einer Steuervorrichtung zusammengefassten Steuerglieder die Axialverschiebungen des inneren Kupplungsteiles mitmachen, können sowohl die Winkelbeweglichkeit als auch der axiale Verschiebeu/eg grosser sein, als es heute möglich ist.

Die

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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher beschrieben, in denen Beispiele für mögliche Ausführungsformen der erfindungsgemässen Gelenkujellenkupplung dargestellt sind. Es zeigen

Fig.1 einen Längsschnitt durch eine mögliche Ausführungsform einer Gelenkujellenkupplung gemäss der Erfindung;

Fig.2 einen Längsschnitt luie Fig»1, jedoch mit einem axial verschobenen und einer UJinkelbeeegung unterworfenen inneren Kupplungsteil;

Fig.3 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform gemäss Fig.1; Fig.A eine Aussenansicht eines der drei Steuerglieder gemäss Fig.1;

Fig.5 eine schematische Darstellung eines Antriebes der Räder eines Kraftfahrzeuge« mit einer Einzelradfederung unter Verwendung von Gelenkiuellenkupplungen gemäss der Erfindung;

Fig.6 einen Längsschnitt durch eine andere mögliche Ausführungsform einer Gelenkuiellenkupplung gemäss der Erfindung, die einer lüinkelbeuiegung unterworfen ist;

Fig.7 eine Seitenansicht mit einem Teilquerschnitt gemäss Fig.6;

Fig.8 eine Aussenansicht eines der drei Steuerglieder gemäss den Figuren 6 und 7.

Das äussere Kupplungsteil 1 ist mit einer Bohrung 3 und drei in Umfangsrichtung gleichmässig verteilten Nuten 7 versehen, in die zur Übertragung des Drehmomentes kugelförmig ausgebildete Wälzkörper 6 eingreifen, die in zylindrischen Bohrungen B des inneren Kupplungsteiles 2 drehbar und radial verschiebbar gelagert sind. Die drei Steuerglieder 4, aus denen die zentral angeordnete Steuervorrichtung besteht, sind mit einem Ende mittels ihrer konkaven Kugelfläche 13 mit den Wälzkörperη 6 formschlüssig verbunden, aodass sie die axiale Verschiebung des inneren Kupplungsteiles 2 mitmachen und sich bei einer Ulinkelbeuiegung axial gegeneinander verschieben. Das andere Ende dieser drei Steuerglieder ist mit einem Bund 15 versehen, über den sie kardanisch in einer Bohrung 16 des äusseren Kupplungsteil» 1 gelagert sind.

509820/0547 Trotz

Trotz der sehr grossen nach innen gerichteten Steuerkräfte P sind der Verschleiss und die Erwärmung minimal, u/eil durch die grosse konkave Kugelfläche 13 und die grossen Gleitflächen 5 ein niederer spezifischer Flächendruck erreicht wird, und uieil die Steuerglieder die Axialverschiebungen des inneren Kupplungsteiles mitmachen. Da infolge der kardanischen Lagerung die Steuerglieder 4 keine Biegebeanspruchung erleiden, können der bolzenförmige Teil 14 der Steuerglieder und die Bohrung klein gehalten werden. Aufgabe der Steuervorrichtung ist es, die zur Erzielung des Gleichganges während einer UJinkelbeiuegung 21, notwendige radiale Verschiebung der Wälzkörper 6 um die Differenz zwischen den (Klassen 10 und 20 zu gewährleisten. Sie verschieben sich dabei in axialer Richtung gegeneinander um das ITIaQ 17. Das Gelenkinnenteil 2 ist mit einer axial verlaufenden Bohrung 12 versehen, die trotz einer grossen lliinkelbetueglichkeit verhältnismMssig klein gehalten werden kann. 9 ist der Mittelpunkt der Wälzkörper 6, 11 ist der Mittelpunkt der Gelenkuiellenkupplung und 18 zeigt die Länge des axialen Verschiebeweges. 19 ist ein aus einem flexiblen Werkstoff hergestelltes Dichtungselement, u/elches zum Festhalten des Schmiermittels und als Schutz gegen das Eindringen von Verunreinigungen dient. Die schematische Darstellung gemäss Fig.5 zeigt die Verwendung der erfindungsgemässen Gelenkwellenkupplungen für den Antrieb der Räder 22 eines Kraftfahrzeuges mit einer Einzelradfederung. Der axiale Verschiebeweg 18 kommt durch die Differenz zwischen den ITIaßen 24 und 26 zustande. 23 ist die Antriebswelle und 25 ist der Achsantrieb.

Bei der zweiten möglichen Ausführungsform nach den Fig. 6 bis sind die drei das Drehmoment übertragenden Wälzkörper 38 bolzenförmig ausgebildet. Sie weisen sowohl an ihrem inneren Ende 44 als auch an ihrem Aussendurchmesser 37 Kugelflächen auf, deren Kugelradien 29 den gleichen Mittelpunkt 34 haben. Die drei Steuerglieder 31, aus denen die zentral angeordnete Steuervorrichtung besteht, sind mit einer konkaven Kugelfläche 39 versehen, in die die Kugelfläche 44 der bolzenförmigen Wälzkörper 38 formschlüssig eingreift. Diese drei Steuer-

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glieder 31 sind indirekt über den Bolzen 32 im ausseren Kupplungsteil 42 gelagert. Diese Lagerung erfolgt über einen Bund 46 um den Schwenkpunkt 47 kardanisch und ist ausserdem axial verschiebbar. Durch diese axiale Verschiebbarkeit kann die Bohrung 41 des inneren Kupplungsteiles 43 trotz einer grossen lüinkelbeiueglichkeit klein gehalten werden. Die Steuerglieder 31 sind mit Längsrillen 33 versehen, über die sie sich auf dem Bolzen 32 abstützen. Der Bolzen 32 ist über seine Verdickungen 40 und 45 in axialer Richtung an den Steuergliedern 31 mit einem Axialspiel festgehalten, das etu/as grosser ist als der Abstand 17. Die radial nach innen gerichteten Steuerkräfte P sind bei einer Ausführungsform nach den Fig. 6 bis 8 kleiner als bei der nach den Fig. 1 bis 4, lueil die bolzenförmigen Wälzkörper 38 mit einer Abflachung 36 versehen sind. Der .in die Nuten 35 des äusseren Kupplungsteiles 42 eingreifende Aussendurchmesser 37 der bolzenförmig ausgebildeten Wälzkörper 38 -ist grosser als der Durchmesser der zylindrischen Bohrung 30. Infolge dieses durch die-IfIaQe 27 und 28 versinnbildlichten Unterschiedes der Durchmesser ujird eine Leichtgängigkeit erreicht, die zusammen mit der geringen Reibung, die durch die axiale Beweglichkeit der Steuervorrichtung erreicht tuird, einen besonders guten Wirkungsgrad und eine lange Lebensdauer ergibt.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche :

1.; Axial verschiebbare und winkelbetuegliche Gleichgang- Gelenkwellenkupplung, bei der die übertragung des Drehmomentes Über drei in Umfangsrichtung gleichmässig verteilte und mit Kugelflächen versehene Wälzkörper erfolgt, die in Bohrungen des inneren Kupplungsteiles drehbar und radial verschiebbar gelagert sind und in gerade und achsparallele Nuten des äusseren Kupplungsteiles hineinragen, und bei der die zur Erzie» lung des Gleichganges während einer UJinkelbewegung notwendige radiale Verschiebung der Wälzkörper mit Hilfe einer zentral angeordneten Steuervorrichtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung aus drei Steuergliedern (4, 31) besteht, die mit einem Ende formschlüssig mit den drei UJälzkörpern (6, 38) verbunden sind, sodaas sie die axiale Verschiebung des inneren Kupplungsteiles (2, 43) mitmachen und sich bei einer Ulinkelbeiuegung axial gegeneinander verschieben (Fig.2 und Fig.6), während ihr anderes Ende direkt (Fig.1) oder indirekt (Fig.6) in einer Bohrung (16) des äusseren Kupplungsteiles (1, 42) axial verschiebbar gelagert ist.

2. Gelenkwellenkupplung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerglieder (4, 31) zur formschlüssigen Verbindung mit den Ufälzkörpern (6, 38) mit einer konkaven Kugelfläche (13, 39) versehen sind.

3. Gelenkuiellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerglieder (4) zur Abstützung der Steuerkräfte (P) mit zwei Gleitflächen (5) versehen sind, die um 120° zueinander geneigt sind.

4. Gelenkwellenkupplung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerglieder (31) innen mit einer Längtrille (33) versehen sind, über die sie sich ■ auf einem im äusseren Kupplungsteil (42) gelagerten Bolzen

. (32) zur Aufnahme der Steuerkräfte (P) abstützen.

5. Gelenk-

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5. Gelenkuiellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (6), wie an sich bekannt, als Kugeln ausgebildet sind.

6. Gelenkuiellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (38) bolzenförmig ausgebildet sind und dass sie sowohl am äusseren Ende (37) als auch am inneren Ende (44) Kugelflächen aufweisen, deren Kugelradien (29) den gleichen Mittelpunkt haben.

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