DE2415072A1

DE2415072A1 - Wellengelenk

Info

Publication number: DE2415072A1
Application number: DE2415072A
Authority: DE
Inventors: Nobuteru Hitomi; Taisuke Kizu; Koichi Takahashi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1973-03-29
Filing date: 1974-03-28
Publication date: 1974-10-10
Also published as: GB1455037A; US3908400A; JPS49120050A; CA1017158A; JPS5638807B2

Description

DIPL.-ING. A. GRÜNECKER 8000 MÖNCHEN 22

DR.-ING. H. KINKELDEY Maximilian,.«*. 43

Telefon (0811) 22 28fi2 (4 lines! DR.-ING. W. STOCKMAIR, Ae. E. .oauf ι^τ of techn > Telegramme Moncpat München

PATENTANWÄLTE _OR. _K. SCHUMANN - DiPL.-ING. P. JAKOB , Telex OS-29380

P 8013 ■ 28. März 1974

NISSAlT MOTOR CO., LTD.

ITo. 2, Takara-maclii, Kanagawa-ku, Yokohama City,

Japan

Wellengelenk

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wellengelenk und betrifft insbesondere ein Wellengelenk für gleichförmige Bewegungsübertragung, bei welchem ein Drehmoment von einer Antriebswelle mittels Kugeln auf eine in veränderlichem Winkel angeordnete Abtriebswelle übertragen wird, wobei die Kugeln in Kugelrillen zwischen einem Außen- und einem Innenteil des Gelenks beweglich geführt sind.

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Es wurde bereits ein Wellen-Kugelgelenk für gleichförmige Antriebsübertragung vorgeschlagen, bei welchem die kraftübertragenden Kugeln beweglich in Kugelrinnen des Außen- und des Innenteils angeordnet sind, so daß sie bei einem Verkanten der beiden Teile gegeneinander eine Stellung in der jeweiligen Winkelhalbierenden einnehmen. Auf diese Weise bleibt die innige Berührung zwischen den Kugeln und den Kugelrillen der beiden Teile des Gelenks in jeder Winkelstellung erhalten und die Übertragung von Drehmomenten und Bewegungen vom Antriebs- zum Abtriebsteil des Gelenks verläuft glatt und gleichförmig. TJm die innige Berührung zwischen den Kugeln und den Kugelrillen aufrecht zu erhalten, sind letztere in Längsrichtung kreisbogenförmig ausgebildet, so daß sich die Kugeln beim Einnehmen ihrer Stellung in der Winkelhalbierenden jeweils entlang einem Kreisbogen mit dem Scheitel- des Gelenkwinkels als theoretischem Mittelpunkt bewegen.

Bei einem anderen bekannten Wellen-Kugelgelenk haben das Außenteil und das Innenteil jeweils eine Anzahl von in Längsrichtung geradlinigen, parallelachsigen Kugelrillen, in denen die Kugeln beweglich angeordnet sind. Diese Ausführung eines Wellengelenks bietet den Vorteil, daß sich die geradlinigen Kugelrillen sehr wirtschaftlich herstellen lassen. Aufgrund der geringen Länge der. Rillen ist der Winkelausschlag eines solchen Wellengelenks jedoch, auf einen ziemlich kleinen Bereich begrenzt.

Gemäß der Erfindung ist bei einem Wellengelenk der genannten Art vorgesehen, daß ein Außenteil und ein Innenteil jeweils in gleichen Umfangsabständen entlang einem Teil einer Schraubenlinie verlaufende Kugelrillen haben, von denen die des Außenteils in bezug auf jeweils einen in einer den jeweiligen Gelenkwinkel halbierenden gemeinsamen Ebene liegenden Schnittpunkt symmetrisch zu den ihnen zugeordneten Kugelrillen des Innenteils sind, daß an den Schnittpunkten jeweils eine kraftübertragende Kugel

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"beweglich angeordnet ist und daß zwischen dem Außentei] und dem Innenteil ein die Kugeln "beweglich in den Rillen führender Kugelkäfig angeordnet ist, wodurch "bei einer relativen Kippbewegung des Außenteils gegenüber dem Innenteil eine gegensinnige Drehbewegung der beiden Teile relativ zueinander bewirkt ist.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:

Pig. i eine Axialansicht eines erfindungsgemäßen Wellengelenks für gleichförmige Antriebsübertragung mit im Schnitt dargestellter Abtriebswelle,

Fig. 2 eine Ansicht des Wellengelenks nach Pig. 1 im Schnitt entlang der Linie 2-2,

Pig. 3 eine schematisierte Darstellung zweier einander schneidender Schrägkugelrillen mit einer im Schnittpunkt der Rillen angeordneten kraftübertragenden Kugel,

Pig. 4- eine Axialschnittansicht des Vellengelenks nach Pig. 1 in einer Winkelstellung der Wellen und

Pig. 5 eine Schrägansicht eines zwischen einem Außenteil und einem Innenteil des Gelenks nach Pig. 1 angeordneten Kugelkäfigs.

Das in Pig. 1 und 2 dargestellte Wellengelenk hat ein Außenteil 10 mit einer damit einstückigen Antriebswelle 11. Das Außenteil 10 hat in seiner inneren Umfangsflache eine Anzahl von jeweils entlang einem Teil einer Schraubenlinie gleicher Steigung verlaufende Kugelrillen 12, in denen jeweils eine Stahlkugel 13 beweglich angeordnet ist. Die Kugeln 13 sitzen andererseits beweglich in jeweils entlang einem Teil einer Schraubenlinie verlaufenden Rillen 14 eines Innenteils 15·

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Dieses ist mit einer Abtriebswelle 16 über Keilnuten 16' verbunden und mittels Halteringen 17 daran befestigt.

In der in Fig. 1 dargestellten nicht verkanteten Stellung des Gelenks wird ein der Antriebswelle 11 erteiltes Drehmoment über die Teile des Gelenks auf die Abtriebswelle 16 übertragen. Wenngleich in Fig. 1 sechs in gleichmäßigen Umfangsabständen gebildete Rillenpaare mit jeweils einer Stahlkugel 13 dargestellt sind,können gemäß der Erfindung beliebige Anzahlen von Rillen und Kugeln, einschließlich ungerader Anzahlen, vorhanden sein, solange diese gleichmäßige umfangsabstände haben.

Das Innenteil 15 hat eine ballige bzw. kugelige Außenfläche 18 und ist zusammen mit der angeschlossenen Welle 16 konzentrisch in dem Außenteil 10 verdrehbar. Dabei gleitet die kugelige Außenfläche 18 auf der kugeligen Innenfläche eines Kugelkäfigs 19j welcher mit seiner Außenfläche auf einer kugeligen oder balligen Innenfläche des Außenteils 10 gleitet. Neben dem Zentrieren des Innenteils 15 hat der Kugelkäfig 19 ferner die Aufgabe, die Kugeln 13 mittels in gleichmäßigen Abständen entlang seinem Umfang gebildeten öffnungen 21 derart zu führen, daß ihre Mittelpunkte in jeder Winkelstellung der Wellen in einer gemeinsamen Rotationsebene liegen, welche den durch die Achsen der beiden Wellen 11 und 16 gebildeten Winkel halbiert. Wie man in Fig. 1 und 5 erkennt, sind die öffnungen 21 so ausgebildet, daß die Kugeln 13 in Umfangsrichtung des Käfigs 19 etwas Spiel 22 haben und sich zum genauen Ausrichten auf die Schnittpunkte der Schrägrillen 12 und 14 in Umfangsrichtung etwas bewegen können.

Damit die von dem Käfig 19 geführten Kugeln 13 mit ihren Mittelpunkten jeweils in einer den zwischen den Achsen bzw. 27 der Wellen 11 und 16 gebildeten Winkel halbierenden Eotationsebene liegen, verlaufen die Schräg-

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rillen 12 des Außenteils 10 jeweils parallel zu einer Schraubenlinie 23» deren Durchmesser gleich dem eines durch die Mittelpunkte, der Kugeln geführten Kreises ist (Pig. 3)· Die' Schrägrillen 14 des Innenteils 15 verlaufen ihrerseits parallel zu einer Schraubenlinie 24, welche die Schraubenlinie 23 in einem Punkt 23 schneidet und den gleichen Durchmesser sowie die gleiche Steigung wie diese hat. Die Schraubenlinie 23 der Killen 12 verläuft in einer gegebenen Richtung um die Achse 26 der Welle 11 herum, und die Schraubenlinie 24 der Rillen verläuft im Gegensinn um die Achse 27 der Welle 16 herum. In bezug auf ihren Schnittpunkt 28 sind die Schraubenlinien zueinander symmetrisch.

Fig. 4 zeigt das Wellengelenk um einen Winkel <χ verkantet, um einen Winkel ρ gleich der Hälfte des Winkels^ bewegt hat und dabei fest in der Rille 12 des Außenteils 10 und der Rille 14 des Innenteils 15 sitzt. Die Kugeln nehmen nun eine Stellung in einer gemeinsamen, gegenüber der Senkrechten um den Winkel ß gekippten Ebene 25 ein. Dies kommt durch das Zusammenwirken der einander schneidenden Schrägrillen mit dem Kugelkäfig 19 zustande. Die in Fig. in der obersten Stellung gezeigte Kugel 13 sowie alle anderen in verschiedenen Drehstellungen befindlichen Kugeln sind durch den Kugelkäfig 19 und die einander schneidenden Schrägrillen so geführt, daß ihre Mittelpunkte in der Winkelhalbierenden Ebene 25 liegen. Betrachtet man in dieser Stellung die Kugeln mit Blickrichtung entlang der waagerechten Achse 29> so bilden sie eine elliptische Anordnung entsprechend einer Winkelhalbierenden Ebene zwischen den zylindrischen Schraubenlinien 23 und 24, wenn sich diese gegenüber der senkrechten Ebene 25 im oberen Teil vorwärts und im unteren Bereich rückwärts verschoben haben. Betrachtet man die Kugeln jedoch mit Blickrichtung entlang der-abgewinkelten Wellenachse, so bilden sie eine kreisförmige Anordnung, obgleich sie gegenüber der Senkrechten 25

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vorwärts oder rückwärts verse-tzt sind. Damit die Kugeln in jeder Winkelstellung in der gemeinsamen Ebene liegen, müssen die jeweils einander schneidenden Schrägrillen 12 und 14-, damit also auch das Außen- und das Innenteil, eine gegensinnige Drehbewegung ausführen. Die in üiafangsrichtung- verlängerten öffnungen 21 des Kugelkäfigs 19 gestatten die Bewegung der Kugeln 13 entlang den betreffenden Rillen in die jeweilige Mittelstellung unter der gegensinnigen Drehbewegung des Außen- und des Innenteils. Daraus ergibt sich zwangsläufig eine gleichförmige zyklische Bewegung, da die Kugeln jederzeit bzw. in jeder Winkelstellung relativ zum Antrieb und zum Abtrieb des Gelenks entlang elliptischen Bahnen in der gemeinsamen Ebene umlaufen. Aus der Bewegung entlang elliptischen Bahnen in der Winkelhalbierenden Ebene 25 ergibt sich ferner ein Umlauf der Kugeln entlang in bezug auf die Achsen 26 und 2? kreisförmigen Bahnen.

Die Verwendung einander entsprechender und einander schneidender Schrägrillen 12 und 14- am Außen- und am Innenteil 10 bzw. 15 ermöglicht die Ausbildung eines Wellengelenks für gleichförmige Bewegungsübertragung, welches sich um einen größeren Winkel abwinkein läßt als die vorstehend angeführten bekannten Gelenke -mit geradlinigen, parallelen Axialrillen. Die Schrägrillen lassen sich ohne Anwendung besonderer Bearbei- tungsverfahren mit gebräuchlichen Werkzeugmaschinen herstellen. Zum Herstellen der Rillen 12 des Außenteils 10 wird für die Bearbeitung des Werkstücks etwa ein Zahradfraser verwendet. Dabei werden zunächst parallele Axialrillen mit geringerem Halbmesser als die fertigen Eillen 12 unter Verwendung eines gebräuchlichen Präsers so ausgebildet, daß sie innerhalb des Verlaufs der herzustellenden.Schrägrillen 12 liegen. Anschließend werden dann die übrigen Teile der Schrägrillen mittels eines schräggestellten Zahnradfräsers in Verbindung mit

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einer Senneckenführung herausgearbeitet. Zum Bearbeiten der Schrägrillen des Außenteils kann auch eine Bäumahle mit spiraligen Gängen verwendet werden. In den verschiedenen Winkelstellungen der Außen- und Innenteiie befinden sich die stehengebliebenen kugeligen Innen- bzw. Außenflächen 10a bzw. 15a der Teile in Anlage an den kugeligen Außen- bzw. Innenflächen des Kugelkäfigs Dank der von den einander schneidenden Schrägrillen des Außen- und des Innenteils ausgeübten Wirkung, die Kugeln jeweils an ihrem in der Winkelhalbierenden Ebene liegenden Schnittpunkt zu halten, wird das Drehmoment in jeder beliebigen Winkelstellung des Gelenks mit gleichförmiger Geschwindigkeit von der Antriebs- auf die Abtriebswelle übertragen.

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Claims

Patentansprüche:

1. Wellengelenk, dadurch gekennzeichnet, daß ein Außenteil (10) und ein Innenteil (15) jeweils in gleichen Umfangsabständen entlang einem Teil einer Schraubenlinie verlaufende Kugelrillen (12 bzw. 14) haben, von denen die des Außenteils in bezug auf jeweils einen ineiner den jeweiligen Gelenkwinkel halbierenden gemeinsamen Ebene (25) liegenden Schnittpunkt (28) symmetrisch zu den ihnen zugeordneten Kugelrillen des Innenteils sind, daß an den Schnittpunkten jeweils eine kraftübertragende Kugel (15) beweglich angeordnet ist und daß zwischen dem Außenteil und dem Innenteil ein die Kugeln beweglich in den Rillen führender Kugelkäfig (19) angeordnet ist, wodurch bei einer relativen Kippbewegung des Außenteils gegenüber dem Innenteil eine gegensinnige Drehbewegung der beiden Teile relativ zueinander bewirkt ist.

2. Wellengelenk für gleichförmige Bewegungsübertragung, gekennzeichnet durch eine Welle (16), durch ein Außenteil (10) und ein Innenteil (15)» deren Achsen (26, 27) sich in veränderlichem Winkel schneiden und welche konzentrisch zu der Welle und diese axial umgebend angeordnet sind, wobei das Innenteil fest mit der Welle verbunden ist durch eine Anzahl von erhöhten Flächen (10a, 15a) im Außenteil und am Innenteil, welche eine Anzahl von in gleichen Umfangsabständen gebildeten, einander schneidenden äußeren und inneren Kugelrillen (12 bzw. 14) begrenzen, wobei die Kugelrillen des einen Teils parallel zu einer im Uhrzeigersinn um die Achse des betreffenden Teils herum-verlaufenden Schraubenlinie und die des anderen Teils parallel su einer im Gegenzeigersinn um die Achse dieses Teils herum verlaufenden Schraubenlinie angeordnet sind, durch eine Anzahl von beweglich in den Kugelrillen der beiden Teil ο geführten Kugeln (13) zum Übertragen eines Drehmoments

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von dem einen auf das andere Teil und. durch einen zwischen dem Außenteil und dem Innenteil sitzenden Kugelkäfig (19) zum Ausrichten der Kugeln mit ihren Mittelpunkten in einer den zwischen cäen Achsen der "beiden Teile gebildeten Winkel halbierenden , gemeinsamen Ebene (25)* welcher sich mit einer kugeligen Außenfläche in gleitender Anlage an den erhähten Flächen des Außenteils befindet.

3. Wellengelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schraubenlinien (23» 24-) gleiche Steigung haben und daß ihr Durchmesser gleich dem Durchmesser eines Kreises ist, auf welchem die Mittelpunkte der kraftübertragenden Kugeln (13) liegen.

4·. Wellengelenk nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die kraftübertragenden Kugeln (13) jeweils am Schnittpunkt zwischen einer äußeren und einer inneren Kugelrille (12 bzw. 14) angeordnet sind.

5. Wellengelenk nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4·, dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhten Flächen (10, 15a) des Außen- bzw. des Innenteils (10 bzw. 15) Teile von Kugelinnen- bzw. -außenflachen sind und daß der Kugelkäfig (19) eine kugelige Innenfläche hat.

6. Wellengelenk.nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5j dadurch gekennz eichnet, daß der Kugelkäfig (19) eine Anzahl von in Umfangsrichtung verlängerten Öffnungen (21) für die Aufnahme der kraftübertragenden Kugeln hat.

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