DE2526031A1 - Vorrichtung zum homokinetischen uebertragen einer drehbewegung zwischen zwei gleichlaufenden wellen - Google Patents

Description

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Herr Rene Louis DOFFE, 8, Allee des Aulnes Pare de

l'Aulnay, F-77560 VAIRES S. MRIIE ( Frankreich )

Vorrichtung zum homokinetischen Übertragen einer Drehbewegung zwischen zwei gleichlaufenden Wellen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung , mit der man Drehbewegungen homokinetisch, d.h. also gleichförmig von einer Welle auf eine andere Welle , die gelenkig miteinander verbunden sind und somit gleich laufen, übertragen kann. Insbesondere betrifft die Erfindung ein homokinetisches Transmissionsgelenk.

Die bekannten Vorrichtungen zum Übertragen von Drehbewegungen zwischen zwei gleichlaufenden Wellen arbeiten nicht befriedigend, wenn der zwischen den beiden Wellen gebildete Winkel kleiner als etwa 130° wird. Andererseits kann man mit Kardangelenken oder Universalgelenken keine gleichförmige Winkelgeschwindigkeit erzielen. Die Weite der periodischen Abweichungen der Winkelgeschwindigkeiten ist umso bedeutender, je kleiner der von den beiden Wellen gebildete Winkel ist. Um diesen

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Nachteil auszuschließen, muß man zwei derartige Gelenkverbindungen vorsehen, wie dies beispielsweise bei dem Hoocke-Gelenk der Fall ist. Bei Kugel- oder Rollenvorrichtungen kann der von beiden Wellen eingeschlossene Winkel im besten Falle niedriger als etwa 130° sein.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum übertragen von Drehbewegungen zwischen zwei gelenkig miteinander verbundenen Wellen zu schaffen welche die Winkelgeschwindigkeit der übertragenen Drehbewegungen nicht verändert und es erlaubt, den von beiden Wellen gebildeten Winkel sogar während des Betriebes in einem Bereich von 180° (zueinander ausgerichtete V/ellen) bis 45° zu verändern.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst und mit den Merkmalen der Unteransprüche weiter verbessert.

Die Vorrichtung ist insbesondere als Gelenk aufzufassen und kann überall dort benutzt werden, wo eine treibende Welle und eine getriebene Welle einen Winkel miteinander einschließen müssen, der sich während des Betriebes ändert oder ändern kann. Insbesondere ist dieses Gelenk für den Frontantrieb von Fahrzeugen, zum Antreiben verschiedener Werkzeugmaschinen, für mechanische Ferns teuerungen und ähnliche Getriebe geeignet.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt,und zwar zeigt

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Fig.		eine teilweise geschnittene Seitenansicht
	2	einer Ausführungsforrn,
Fig.		.eine Ansicht des Endes des einen Rumpfes der
	3	Vorrichtung bei abgenommenem Deckel,
Fig.		eine gegenüber Fig. 1 vergrößerte Darstellung
	4	einer Kupplungsmuffe,
Fig.		eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines
		Kegelringes, der in eine der Kupplungsrauffen
	5	eingreift,
Fig.		eine Drafsicht auf das Ende eines der beiden
		Rümpfe der Vorrichtung, die in einem Winkel
	6	von 90 zueinander angeordnet sind,
Fig.		eine Seitenansicht der Vorrichtung, wobei die
		beiden Rümpfe den kleinstmöglichen Winkel mit
	7	einander einschließen,
Fig.		eine Ansicht der Vorrichtung mit gegeneinander
		ausgerichteten, d.h. also miteinander fluchtenden
	8	Wellen ,
Fig.		eine Ansicht der Vorrichtung, wobei die beiden
		Rümpfe und somit auch die an diesen befestigten
		Wellen einen Winkel von 90° miteinander ein
	9	schließen,
Fig.		eine schematische Darstellung der Vorrichtung,
		wobei die beiden Wellen einen Winkel von 180°
		-miteinander einschließen, d.h. miteinander
		fluchten,

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Pig. 10 eine schematische Darstellung, wobei die beiden Wellen einen Winkel von 120° miteinander einschließen,

Fig. 11 eine schematische Darstellung, wobei die beiden Wellen ein
schließen,

Wellen einen Winkel von 90° miteinander ein-

Fig. 12 eine schematische Darstellung, wobei die beiden Wellen einen Winkel von 45 miteinander einschließen,

Fig. 13 eine Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Vorrichtung, bei der die untere Grenze des von den beiden Wellen eingeschlossenen Winkels 90° beträgt, wobei beide Wellen miteinander fluchten und der Gelenkteil von einem Schutzbalg abgedeckt ist, und

Fig. 14 eine Teilansicht der Vorrichtung aus Fig. 13» wobei die beiden Rümpfe bzw. Wellen so weit wie möglich zueinander versetzt sind, d.h. in einem Winkel von 90° zueinander stehen.

Die als Transmissionsgelenk ausgebildete Vorrichtung besitzt zv/ei gleiche Teile, von denen jeder je einen Rumpf 3 bzw. 4 (Fig.1) umfaßt. Jeder der beiden Rümpfe 3 und 4 enthält drei Bohrungen 5, 6 und 7 (siehe Fig.2), die alle in gleichem Abstand von der geometlschen Achse des betreffenden Rumpfes liegen und den Rumpf in Längsrichtung durchsetzen. Auch sind die Bohrungen 5, 6 und 7 gleich weit voneinander entfernt land liegen somit mit ihren MittelpTjnkten axif einem um die geometrische Achse des Rumpfes verlaufenden Kreisbogen. Die Bohrungen

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5, 6 und 7 der beiden Rümpfe 3 und 4 können paarweise zusammengefaßt werden.

Jeder der beiden Rümpfe 3 und 4 trägt an seinem einen Ende eine Kappe 37 bzw. 38 (Fig.1). Diese Kappen enthalten jeweils ein Sackloch, in welches eine von zv/ei Wellen 1 bzw. 2 hineinragt und dort versplintet ist.

In jede der Bohrungen 5, 6 und 7 ragt eine als Mitnehmer ausgebildete Stange 8 bis 13 hinein. Auf dem in die betitffende Bohrung hineinragenden Ende jeder Stange 8 bis 13 ist eine Kugelhülse 14 angeordnet, in der sich die betreffende Stange verschieben und drehen läßt.

Die in die Bohrungen 5 ,6 und 7 des Rumpfes 3 hineinragenden Stangen 8,9 und 10 sind mit einem gabelartigen Kopf versehen, durch den ein Gelenkzapfen 15 gesteckt ist, so daö die mit einem plattenartigen Ende versehenen Stangen 11,12 und 13, die in die Bohrungen 5, 6 und 7 des Rumpfes 4 hineinragen, gelenkig mit jeweils einer der Stangen 8,9 und 10 verbunden werden können.

Auf jedem Rumpf 3 und 4 ist jeweils eine Kupplungsmuffe 16, deren Einzelheiten aus den Figuren 1 und 3 zu erkennen si-nd, lose angebracht. Die Kupplungsmuffe 16 liegt auf einer am Ende des betreffenden Rumpfes 3 und 4 befindlichen Schulter über ein zwischengeschaltetes Kugelgetriebe zentriert auf, Jede Kupplungsmuffe 16 wird von einem Kegelring 17, dessen Einzelheiten aus Fig. 1 und 4 zuerkennen sind, und eiir^zwischengeschalteten zweiten Kugelgetriebe in ihrer Position gehalten. Der Kegelring 17 ist am betreffenden Rumpf 3

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bzw. 4 mit Hilfe von drei Schrauben 18 (Fig.5) befestigt.

Die Kupplungsmuffen 16 sind auf den zwischengeschalteten Kugelgetrieben bzw. Kugellagern drehbar bzw. abrollbar. Die richtige Rollbewegung der Kupplungsrnuffen 16 kann mit Hilfe eines Gewinderinges 19 (Fig. 1 und 4) , der auf den Rumpf 3 bzw. 4 geschraubt ist, eingestellt werden. Der Gewindering 19 ist mit einer Verzahnung 20 (Fig.4) versehen, welche in eine am Kegelring 17 angebrachte gleichförmige Verzahnung eingreift. Dadurch ist es möglich, den Gewindering 19 durch Drehen des Kegelringes 17 an-oder abzuschrauben. Hat man das bestmögliche Spiel erreicht, dann stellt man den Kegelring 17 zurück und dreht ihn, bis die für die Befestigungsschrauben 18 bestimmten Löcher über drei im betreffenden Rumpf befindlichen entsprechenden Gewindelöchern liegen und man dann den Kegelring 17 am betreffenden Rumpf festschrauben kann.

Eine in Fig. 5 angedeutete Schraube 21 kann in ein zentrales Gewinde 22 {Fig.4) des Kegelringes 17 eingeschraubt werden und dient als Stützpunkt für den Kegelring gegenüber dem entsprechenden Rumpf und ermöglicht ein korrektes Festziehen der Schrauben 18, ohne daß die Gefahr besteht, daß der Kegelring 17 verformt wird.

Jeder Kegelring 17 ist mit einem sein ätißeres Ende verschließenden Boden versehen, der drei Löcher 23 enthält, die den Bohrungen 5, 6 und 7 des betreffenden Rumpfes entsprechen und diesen gegenüberliegend angeordnet werden können. Der Durchmesser der Löcher 23 ist größer als der Außendurchmesser der Stangen 8 bis 13, so daß dieselben in den Löchern 23 verschoben werden können.

Die Stangen 8 bis 13 sind mit einer Schulter 24 versehen, die als Anschlag mit der Vorderseite des betreffenden Rumpfes 3 bzw. 4 zusammenwirken kann.

Jede der beiden Kupplungsmuffen 16 besitzt zwei vom betreffenden Rumpf 3 bzw. 4 wegführende Gabelarme 25 und 26 mit jeweils einem bügeiförmigen Ende. Die beiden bügeiförmigen Enden der Kupplungsmuffe 16 sind symmetrise zur geometrischen Achse der Kupplungsmuffe angeordnet. Beide Kupplungsmuffen sind identisch. Das am Gabelarm 25 befindliche bügeiförmige Ende besitzt eine außenliegende Krampe 27 und eine innenliegende Krampe 29 , während das bügeiförmige Ende des Gabelarmes 26 eine außenliegende Krampe 28 und eine innenliegende Krampe

30 aufweist, wie Fig. 3 zeigt. Jede Krampe ist mit einer schiefen Kante versehen und schließt mit einem Lappen ab, wie Fig. 6,7 und-8 zeigen. Die schiefen Kanten liegen paarweise übereinander, wenn das Gelenk sich in der in Fig. 7 dargestellten ausgerichteten Stellung befindet. Die Lappen der Krampen 27 bis 30 sind mit Achsen 31 versehen, wobei ein Ende dieser Achsen zur Innenseite des betreffenden bügeiförmigen Endes über den betreffenden Lappen vorsteht. Die Achsen

31 sind, wie die Figuren 6 bis 8 am deutlichsten zeigen, paarweise mit vier Schwingarmen 32 (Fig. 5» 6 und 8) verbunden, welche sich paarweise zwischen die bügeiförmigen Enden einfügen, wie Fig. 5 zeigt. Jeder Schwingarm 32 ist mit einer Achse 31 der einen der beiden Kupplungsmuffen 16 und mit einer Achse 31 der anderen Kupplungsmuffe gelenkig verbunden, wie aus Fig. 6, 7 und 8 hervorgeht. Durch diese Anordnung sind die beiden Kupplungsmuffen 16 aneinandergekuppelt, jedoch ist jede Kupplungsmuffe in bezug auf die andere aus der ausge- ~richteten Stellung der Vorrichtung gemäß Eig. 7 nach beiden Seiten schwenkbar und bildet somit ein Scharnier

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- 8 mit Doppelgelenkcharakteristik.

Der Mittenabstand der Schwingarme 32 ist gleich dem Einstellungskreisumfang, auf dem die Bohrungen 5, 6 und 7 liegen. Daher befinden sich die Schultern 24 der miteinander verbundenen Stangen 8 bis 13 bei jeder Winkelstellung der Rümpfe 3 und 4 stets gleich weit vom Ende des betreffenden Rumpfes entfernt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die beiden Gelenklinien , auf denen die Mittelpunkte der Achsen 31 liegen, den von den Mittelpunkten der Gelenkzapfen 15 beschriebenen Kreisumfang berühren, wenn die Vorrichtung sich in der in Fig. 7 dargestellten ausgerichteten Stellung befindet. Der von den Mittelpunkten der Gelenkzapfen beschriebene Kreis ist mit dem Einstellungskreis identisch , auf dem die Bohrungen 5, 6 und 7 angeordnet sind.

Wenn die Wellen 1 und 2 einen von 180° abweichenden Winkel/einschließen, durchlaufen die Mittelpunkte der Gelenkzapfen 15 bei Drehbewegungen eine Kurve, die gemäß Fig. 10, 11 und 12 eine Ellipse ist. Für jeden von den Wellen 1 und 2 eingeschlossenen Winkel ergibt sich eine spezielle Ellipse. Jede dieser Ellipsen liegt in einer zur Längsachse der Wellen 1 und 2 senkrechten Ebene, welche den von den Wellen 1 und 2 eingeschlossenen Winkel halbiert. Alle von den Mittelpunkten der Gelenkzapfen 15 durchlaufene Ellipsen haben einen gemeinsamen Punkt mit dem von den Mittelpunkten der Gelenkzapfen bei ausgerichteter Anordnung der Vorrichtung durchlaufenen Kreis. Dieser Punkt befindet sich in der von den beiden Wellen 1 und 2 gebildeten Ebene und innerhalb des von diesen einge-

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schlossenen Winkels. Andererseits geht die Linie, welche die Kittelpunkte der Achsen 31 (Fig. 10,11 und 12) des betriebsbereiten Gelenkes verbindet, durch diesen Punkt. Die kleine Achse aller Ellipsen ist gleich dem Durchmesser des Einstellungskreises, auf dem die Bohrungen 5, 6 und 7 liegen. Die Länge der großen Achse jeder Ellipse ist umgekehrt proportional zum Wert des von beiden Wellen 1 und 2 eingeschlossenen Winkels. Die Entfernung zwischen den Brennpunkten jeder Ellipse ist gleich dem Wert der maximalen Längsbewegung der Stangen 8 bis 13 bei der entsprechenden Winkelstellung. Die Mittelpunkte der Gelenkzapfen 15 durchlaufen eine Ellipse, wenn die Stangen 8 bis 13 Längsbewegungen ausführen. Sind die beiden Wellen 1 und 2 zueinander ausgerichtet (Fig. 7)> so wird diese Längsbewegung gleich null und die Ellipse zu einem Kreis.

Mit dem beschriebenen Gelenk ist es möglich, den einen der beiden Teile fest anzuordnen, so daß der andere Teil senkrecht zu den Achsen 31 der Schwingarrne 32 schwingt, so daß die geometrischen Achsen der beiden Rümpfe 3 und 4 einen Winkel bilden, der beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 12 bis auf 45° reduziert werden kann. In dieser Position kommen flanschartige Ansätze 33 der Kupplungsmuffen 16 in Kontakt miteinander, wie Fig. 1 und 6 zeigen. Da die Kupplungsmuffen 16 drehbar am betreffenden Rumpf 3 bzw. 4 angeordnet sind, kann das Gelenk in jeder Drehlage entsprechend abgewinkelt werden. Auch ist es möglich, eine der beiden Kupplungsmuffen gegenüber der anderen, falls diese fest ist, nach beiden Seiten in der Gelenkebene zu verschwenken, in der die geometrischen Achsen- der beiden Teile des Gelenkes aufeinander ausgerichtet sind, d.h. aus der Position gemäß Fig. 7.

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Wenn die beiden Teile der Vorrichtung, wie in Fig. 7 dargestellt, zueinander ausgerichtet sind, werden die Rümpfe 3 und 4 von den Kupplungsmuffen 16 in einer solchen Entfernung voneinander gehalten, daß jede der Stangen 8 bis 13 mit ihrer Schulter 24 an der Vorderseite des entsprechenden Rumpfes anliegt. Somit sind die Gelenkzapfen 15 bei der Anordnung gemäß Fig. 7 in derselben Ebene wie die Achsen 31 ausgerichtet. Um zu gewährleisten, daß die Gelenkzapfen 15 in dieser ausgerichteten Stellung parallel zueinander bleiben (Fig.9), ist am Ende jeder der Stangen 8,9 und 10 jeweils ein Zahnrad 34 befestigt. Die Zahnräder 34 greifen in ein lose laufendes zentrales Antriebsritzel 35 ein, dessen Länge so bemessen ist, daß die Zahnräder 34 in allen Positionen der betreffenden Stangen 8 bis 10 mit dem Antriebsritzel kämmen (Fig.1).

Die Zahnräder 34 und das Antriebsritzel 35 wären unnötig, wenn die Wellen 1 und 2 niemals ausgerichtet sein sollten. Wenn die Wellen 1 und 2 ausgerichtet sind, dreht sich die gesamte Vorrichtung in einem Block. Wenn die beiden Wellen 1 und 2 jedoch einen Winkei'einschließen und somit nicht zueinander ausgerichte t sind, verbleiben die Achsen der Gelenkzapfen 15 in einer senkrechten Position zur Winkelebene und die Kupplungsmuffen 16 bleiben in einer solchen Position, daß die Achsen 31 parallel zu den Gelenkzapfen 15 liegen. Außerdem werden die Stangen 8 bis 13 beim Umlauf in den betreffenden Bohrungen 5, 6 und 7 der RUmpfe 3 und 4 hin- und hergeschoben. Ein Zyklus entspricht einer vollen Umdrehung der Wellen 1 und 2. Die Verschiebung der Stangen 8 bis 13 ist dem Wert des von den Wellen 1 und 2 eingeschlossenen Winkels umgekehrt proportional. Die Verschiebung unterliegt dem Exponentialgesetz, wo-

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nach der Wirkungsgrad der Vorrichtung mit Verringerung des Winkelwertes sinkt. Daher ist es erforderlich, die Länge der Stangen 8 bis 13 entsprechend dem im praktischen Betrieb angestrebten minimalen Betriebswinkel festzulegen.

Mit Rücksicht auf den Platzbedarf und den Wirkungsgrad ist der von beiden Wellen 1 und 2 einzuschließende minimale Winkel beim beschriebenen Ausführungsbeispiel auf 45° begrenzt.

Fig. 13 und 14 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung, bei der der von den Wellen 1 und 2 einzuschließende Winkel auf einen minimalen Wert von 90° begrenzt ist. Daher ist die Länge der Vorrichtung auch geringer als beim vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiel und beträgt etwas weniger als zwei Drittel der Länge der Vorrichtung gemäß Fig. 1 bis 12.

Da die Kupplungsmuffen 16 stillstehen, sobald beide Wellen 1 und 2 nicht mehr zueinander ausgerichtet sind, kann man den mittleren Teil der Vorrichtung mit einem Schutzbalg 36 versehen, wie Fig. 13 und 14 zeigen. Die Enden dieses Balges sind ,jeweils an einer der beiden Kupplungsmuffen 16 befestigt. Daher wird der Schutzbalg nur der Biegebeanspruchung aufgrund der Veränderungen des von den Wellen eingeschlossenen Winkels unterworfen und erleidet keine zusätzliche Verformung aufgrund der Drehbewegungen der Wellen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in Fahrzeugen mit Frontantrieb, bei verschiedenen Werkzeugmaschinen, bei Ternsteuervorrichtungen usw. verwendet werden.

Patentansprüche; G/K 7

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Claims (4)

G 49 913 Herr Rene Louis DOFFE , 8, Allee des Aulnes Pare de l'Aulnay, F-77360 VAIRES S.MARNE (Frankreich) Patentansprüche:

1.)) Vorrichtung zum Übertragen einer Drehbewegung zwischen zwei gleichlaufenden Wellen, dadurch gekennzeichnet , daß sie in axialer Richtung verschiebbare Stangenpaare (8 bis 13) umfaßt, die sich im Inneren von an den Enden der beiden Wellen (1,2) befestigten Rümpfen (3*4) verschieben und drehen können, wobei jedes Stangenpaar Stangen ( 8 bis 13) mit zapfenförmigem Ende aufweist, welches in ein Gegenstück (3»4) eingepaßt ist, wobei die beiden Stangen jedes Stangenpaares mittels einer Gelenkachse (15) miteinander verbunden sind und es die Anordnung ermöglicht, zwischen den beiden Rümpfen (3»4) der Vorrichtung einen spitzen Winkel einzustellen, wobei jeder der Rümpfe (3»4) an dem der entsprechenden Welle (1,2) gegenüberliegenden Ende und außerhalb der Stangenpaare mit einer lose drehbare^. Kupplungsmuffe (16) versehen ist und wobei die beiden Kupplungsmuffen scharnierartig mit Hilfe von Achsen (31) und diese verbindenden Schwingarmen (32) aneinandergekuppelt sind und sich auf zwei Linien befinden, deren Mittenabstand gleich dem Durchmesser des Einstellkreises der Bohrungen (5*6,7) der Rümpfe (3 und 4) ist, wobei sich diese beiden Linien an einem Ende eines gemeinsamen Durchmessers be- -■ rühren«

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2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,. daß die Kupplungsmuffen (16) mit Hilfe von vier Schwingarmen (32) aneinandergekuppelt sind, wobei jeder Schwingarm mit einem Ende gelenkig mit der einen Kupplungsmuffe und mit dem anderen Ende gelenkig mit der anderen Kupplungsmuffe verbunden ist und das Ganze eine Scharnierkupplung mit doppelter Gelenkcharakteristik bildet.

3.) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jeder Stange ( 8 bis 13) und der diese aufnehmenden Bohrung (5,6,7) des entsprechenden Rumpfes (3 bzw.4) eine Kugelhülse (14) angeordnet ist.

4.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zentral in einem der beiden Rümpfe (3) ein Antriebsritzel (35) angeordnet, ist und jeder der in diesen Rumpf hineinragenden Stangen ( 8 bis 10) jeweils ein Zahnrad (34) trägt, das mit dem Antriebsritzel (35) kämmt, damit alle Achsen der Gelenkzapfen (15) der Stangenpaare (8 bis 13) und der Wellen ( 1 und 2) parallel zueinander bleiben.

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