DE2720411A1

DE2720411A1 - Universalgelenkkupplung

Info

Publication number: DE2720411A1
Application number: DE19772720411
Authority: DE
Inventors: Ivor George Sankey; Colin Francis Samuel Turner
Original assignee: GKN Transmissions Ltd
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 1976-05-14
Filing date: 1977-05-06
Publication date: 1977-12-01
Also published as: ES458761A1; FR2351310A1; IN148107B; ZA772168B; FR2351310B1; IT1081597B; JPS5944540B2; AU513284B2; DE2720411C2; GB1574803A; CH611991A5; NZ183855A; JPS5344755A; CA1058897A; AU2498577A; US4132422A

Description

JAEGER, GRAMS & PONTANI 2720A 1

PAT U N TA NWÄLT H

DIPL.CHEM. DR. KLAUS JAEGER DIPL.-ING. KLAUS D. GRAMS DR.-ING. HANS H. PONTANI

&O35 GAUTlNG ■ BERGSTR. 48Vi 8O31 STOCKDORF · KREUZWEG 34 8752 KLEINOSTHEIM · HIRSCHPFAO

GKT-1

GKN TRANSMISSIONS LTD.

Chester Road, Erdington, Birmingham B24 ORB, West Midlands, England

Universalgelenkkupplung

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TELEPHON: (OB9) 85O2O3O; 8574O8O; (O6O27) 8835 ■ TELEX: 521 777 lsar d

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine üniversalgelenkkupplung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Ein Universalgelenk dieser Art besteht aus einem äusseren Kupplungselement mit einem als Hohlraum ausgebildeten Aufnahmeraum, in dem zumindest teilweise ein inneres Kupplungselement angeordnet ist. Das äussere und das innere Kupplungselement sind zur übertragung eines Drehmomentes durch Elemente miteinander verbunden, die eine solche übertragung ermöglichen und bewirken. Diese Mittel zur übertragung des Drehmomentes sind so ausgelegt, dass sie Knick- oder Winkelbewegungen zwischen den beiden Kupplungselementen zulassen. Das äußere Kupplungselement ist mit einer Welle oder einem anderen ein Drehmoment übertragenden Element verbindbar oder einstückig mit diesem ausgebildet. Das innere Kupplungselement weist eine Bohrung zur Aufnahme einer zweiten Welle auf. Diese zweite Welle ist drehfest in die Bohrung des inneren Kupplungselementes eingesetzt. Diese drehfeste Verbindung kann beispielsweise durch eine Keilverzahnung zwischen der Welle und dem inneren Kupplungselement herbeigeführt werden. Diese Kupplungsvorrichtung ist durch ein biegsames Dichtungselement gegen äussere Einwirkungen geschützt. Die Gesamtheit dieser Anordnung ist im Rahmen dieser Beschreibung als "Universalgelenkkupplung" bezeichnet.

Gebräuchliche Universalgelenkkupplungen dieser Art sind im Aufnahmeraum des äusseren Kupplungselementes mit Fett gefüllt, um die das Drehmoment zwischen dem äusseren und dem inneren Kupplungselement übertragenden Konstruktionselemente zu schmieren. Diese Konstruktionselemente sind gebräuchlicherweise Kugeln, die in komplementären Nuten

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gelagert sind, die am inneren und am äusseren Kupplungselement ausgebildet sind. Die Kugeln sind in Käfigen gehalten. Im Faller einer homokinetischen Kupplung mit konstantem Drehzahlverhältnis zwischen den beiden Wellen sind die Teile der Kupplungselemente in aller Regel so ausgebildet, dass die Kugeln zwangsweise in einer Ebene gehalten werden, die den Winkel zwischen den Drehachsen des inneren und des äusseren Kupplungselementes halbiert. Um das Schmiermittel in den Kupplungszwischenräumen zu halten und vor Verunreinigungen, insbesondere vor Staub und gröberen Partikeln aus der Umgebung, zu schützen, sind die bekannten Universalgelenkkupplungen gebräuchlicherweise mit einem flexiblen Dichtungselement ausgerüstet. Dieses Dichtungselement wird üblicherweise als "Schuh" oder "Manschette" bezeichnet. Es deckt die offene Stirnseite des Aufnahmeraumes des äusseren Kupplungselementes ab und ist so ausgebildet, dass es der Winkelbewegung zwischen dem inneren und dem äusseren Kupplungselement folgen kann. Eine solche Manschette ist üblicherweise mit einer Seite am Aussenrand des äusseren Kupplungselementes und mit ihrer anderen Seite entweder mit dem inneren Kupplungselement oder der mit diesem zusammenwirkenden Welle dichtend verbunden.

Beide dieser Anordnungen der Dichtungsmanschette weisen Nachteile auf. Bei der Befestigung der Dichtungsmanschette an der Welle muss die Manschette jedes Mal von der Welle gelöst werden, wenn diese aus dem inneren Kupplungselement auserückt werden soll. Vorteilhaft bei der Befestigung der Manschette an der Welle ist jedoch, dass die Manschette dadurch gleichzeitig die diese Welle aufnehmende innere Bohrung des inneren Kupplungselementes vor Schmutzeinwirkung schützt. Dadurch wird eine Beschädigung, insbesondere eine Abriebbeschädigung, der Verbindung zwischen der Welle und dem inneren Kupplungselement ausgeschlossen. Auch ist ein Verschmutzen der das Drehmoment übertragenden Teile der Kupplung durch die Bohrung des gebräuchlicherweise beid-

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seitig offen ausgebildeten inneren Kupplungselementes hindurch verhindert. Wenn die Innenseite der Dichtungsmanschette am inneren Kupplungselement befestigt ist, ist das Ausrücken der Welle aus dem inneren Kupplungselement problemlos möglich. Dabei bleibt jedoch die Bohrung des inneren Kupplungselementes bei abgenommener Welle ungeschützt. Insbesondere ist diese Bohrung auch bei eingesetzter Welle äusseren Verschmutzungseinflüssen ungeschützt ausgesetzt. Um diesen Ankopplungsbereich zwischen der Welle und dem inneren Kupplungselement vor Verschmutzung zu schützen, müssten zusätzliche Dichtungselemente vorgesehen sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Universalgelenkkupplung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Dichtungsmanschette auch die Bohrung des inneren Kupplungselementes schützt, ohne das Ausrücken und Einstecken der Welle zu behindern.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Universalgelenkkupplung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen vor.

Bei der Universalgelenkkupplung der Erfindung ist die flexible Dichtungsmanschette also auf der einen Seite mit dem äusseren Kupplungselement und auf der anderen Seite mit dem inneren Kupplungselement verbunden. Die Manschette weist dabei einen angeformten Ringansatz auf, der dichtend mit der Welle zusammenwirken kann, wenn diese in die Bohrung des inneren Kupplungselementes eingesetzt ist.

Dieser zusätzliche an der Manschette angeformte Dichtungsansatz besteht aus einer radial einwärts weisenden Ringlippe oder einer Dichtwulst, die direkt an einem Halterungsabschnitt oder in unmittelbarer Nachbarschaft dieses Halterungsabschnittes angeformt ist, mit dem die Manschette am inneren Kupplungselement befestigt ist.

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Durch diese Ausbildung ist die Bohrung des inneren Kupplungselementes bei eingesetzter Welle hermetisch gegen das Eindringen äusserer Verunreinigungen, insbesondere gegen das Eindringen von Staub, abgedichtet. Trotz dieser hermetischen Dichtung kann jedoch die Welle bei Bedarf mühelos aus der Bohrung des inneren Kupplungselementes herausgezogen und wieder eingesetzt werden. Dabei braucht nicht erst die Manschette umständlich von der Welle gelöst zu werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das flexible Dichtungselement für eine Universalgelenkkupplung vorzugsweise im wesentlichen kreisringförmig mit axial offenem U-Profil ausgebildet, weist ein erstes Befestigungselement zur Befestigung am äusseren Kupplungselement auf, weist ein zweites Befestigungselement zur Befestigung am inneren Kupplungselement auf und weist schliesslich eine Dichtungskontur auf, die dichtend mit einer in die Bohrung des inneren Kupplungselementes eingesetzten Welle zusammenwirken kann.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Axialschnitt;

Fig. 2 eine Teildarstellung der in Fig. 1 gezeigten Universalgelenkkupplung mit abgeänderter Ausbildung der Dichtungskontur und

Fig. 3 in der Darstellung der Fig. 2 eine

weitere Abänderung der Dichtungskontur,

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Die in Fig. 1 gezeigte Universalgelenkkupplung besteht aus einem äusseren Kupplungselement 10 und einem inneren Kupplungselement 11. Das innere Kupplungselement 11 ist in einem Aufnahmeraum 12 des äusseren Kupplungselementes 10 angeordnet. Innenseitig ist das äussere Kupplungselement mit axial ausgerichteten Nuten 13 versehen. Komplementär dazu ist das innere Kupplungselement aussenseitig mit Nuten 14 versehen. Mehrere Kugeln 15 dienen^der_UberJ:r.agnng_des Drehmomentes zwischen dem äusseren und dem inneren Kupplungselement. Von diesen Kugeln ist jeweils eine in einem aus zwei einander gegenüberliegenden Nuten gebildeten Nutpaar gelagert. Die Kugeln sind in den Öffnungen eines Kugelkäfigs 16 gehalten. Die Innenfläche 17 des Käfigs 16 ist teilweise kugelförmig ausgebildet und wirkt mit einer entsprechend teilweise kugelförmig ausgebildeten Fläche auf der Aussenseite des inneren Kupplungselementes 11 zusammen. Der Käfig 16 weist ausserdem eine ebenfalls teilweise kugelförmig ausgebildete Aussenflache 18 auf, die mit einer ebenfalls entsprechend teilweise kugelförmig ausgebildeten Innenfläche am äusseren Kupplungselement zusammenwirken kann. Durch dieses Zusammenspiel der Kugelflächen werden der Käfig und in ihm die Lagerkugeln stets in der vorgegebenen Winkelstellung relativ zum inneren und äusseren Kupplungselement gehalten.

Das äussere Kupplungselement 10 ist einstückig mit einem Achszapfen 19 ausgebildet, der eine axial auswärts offene Bohrung 20 mit Nuten zur drehfesten Aufnahme einer Welle aufweist. Zum Aufnahmeraum 12 hin ist die Bohrung 20 mit einer napfartig ausgebildeten Verschlusskappe 21 hermetisch verschlossen. Das innere Kupplungselement 11 weist ebenfalls eine axiale Innenbohrung 22 auf, in der ebenfalls ein der Drehmomentübertragung dienendes Federsystem ausgebildet ist. Die Bohrung 22 dient der Aufnahme eines komplementär mit Nuten und Federn ausgerüsteten Kopfes

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einer Übertragungswelle 24. Ein Sprengring oder Federring 25 dient der axialen Fixierung der Welle 24.

Zur Abdichtung des Aufnahmeräumes 12 gegen das Eindringen von zerstörenden Verunreinigungen von aussen ist eine kreisringförmige biegsame Dichtungsmanschette 30 mit axial offenem U-Profil vorgesehen. Am radial äusseren Rand der Dichtungsmanschette 30 ist ein Haltering 31 angeformt, der mit einem Spannband 32 am freien Rand des äusseren Kupplungselementes 10 befestigt ist. Am radial inneren Rand ist an der flexiblen Dichtungsmanschette 30 ein zweiter Haltering 34 angeformt, der mit einem Spannband 33 am inneren Kupplungselement 11 befestigt ist. Die Befestigung am inneren Kupplungselement erfolgt mit Stirnstoss. Zu diesem Zweck ist das Spannband 33 im wesentlichen als radial offenes U-Profil ausgebildet, dessen einer Schenkel über eine am inneren Kupplungselement 11 ausgebildete Ringwulst 35 greift und dessen anderer Schenkel in eine in der Dichtungsmanschette 30 ausgebildete Ringnut 36 greift.

Im Bereich des radial inneren Halteringes 34 weist die flexible Dichtungsmanschette 30 eine radial einwärts vorspringende Ringwulst 37 auf, die dichtend mit einem radial verstärkten Bereich 38 der Welle 24 zusammenwirkt. Die Manschette 30 vermag auf diese Weise das Eindringen äusserer Verunreinigungen in den Aufnahmeraum 12 des äusseren Kupplungselementes 10 zu verhindern und dichtet gleichzeitig die Bohrung 22 des inneren Kupplungselementes 11 hermetisch ab. Dadurch ist insbesondere auch die Verbindungsstelle zwischen dem inneren Kupplungselement 11 und der Welle 24 staubdicht verschlossen.

Durch diese spezielle Ausbildung des Dichtungselementes erübrigt sich die Ausbildung separater Dichtungselemente zum Schutz der Eingriffsfuge zwischen Welle und innerem Kupplungselement. Ein solches zusätzliches Dichtungselement wäre

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nach dem Stand der Technik erforderlich, wenn das Eindringen äusserer Verunreinigungen in die Bohrung 22 und durch diese hindurch in den Aufnahmeraum 12, aber auch ein Austreten von Schmiermittel aus dem Aufnahmeraum 12 durch die Bohrung 22 hindurch, wirksam verhindert werden soll. Durch die Ausbildung des Dichtungselementes ist weiterhin vor allem der Spaltkorrosion zwischen der Welle 24 und dem inneren Kupplungselement 11 wirksam begegnet. Der Wellenkopf und die Bohrung des inneren Kupplungselementes, insbesondere die im Eingriff stehenden Federn, brauchen nicht mehr mit Korrosionsschutzüberzügen versehen zu werden. Trotzdem braucht beim Wellenwechsel nicht mehr die Dichtungsmanschette in umständlicher und zeitaufwendiger Weise von der Welle gelöst zu werden. Auch ein Lösen der Dichtungsmanschette vom inneren Kupplungselement ist für einen Wellenwechsel nicht erforderlich.

Abänderungen der Dichtungsmanschette und ihrer Befestigung am inneren Kupplungselement 11 sind in den Figuren 2 und 3 dargestellt. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausbildung weist die Dichtungsmanschette selbst einen überstehenden Randbereich 40 auf, der direkt überlappend durch ein Spannband 41 auf dem Rand des inneren Kupplungselementes 11 befestigt ist. Die an der Dichtungsmanschette angeformte Dichtungskontur weist eine axiale Folge im Profil V-förmiger Ringnuten 42 auf, die bei bestimmten Anwendungsbereichen die Dichtwirkung gegenüber dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel erhöhen.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das innere Kupplungselement 11 mit einer axialen Verlängerung versehen, in der eine unterschnittene Ringnut 44 ausgebildet ist. Die Dichtungsmanschette ist mit einer Randwulst 45 versehen, die teilweise in der Ringnut 44 liegt und zwischen der Innenwand des inneren Kupplungselementes 11 und einem entsprechend verstärkten und profilierten Bereich 46 der

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Welle 24 verpresst wird. Auch bei dieser Ausbildung braucht die Dichtungsmanschette 30 weder von der Welle 24 noch vom inneren Kupplungselement 11 gelöst zu werden, wenn eine Welle ausgerückt oder eingesteckt werden soll.

Ein weiterer Vorteil der mit einer solchen Manschette versehenen Kupplung liegt darin, dass der radiale Abstand zwischen den Befestigungspunkten der Dichtungsmanschette am äusseren und am inneren Kupplungselement relativ gross ausgebildet sein kann, da der innere Befestigungspunkt bzw. Befestigungskreis der Manschette ausserordentlich dicht an der Welle selbst liegt. Die Manschette und damit die Universalgelenkkupplung als ganzes können dadurch relativ weite Knick- oder Winkelbewegungen und auch gleichzeitig relativ weite axial gerichtete Bewegungen der Wellen gegeneinander aufnehmen, ohne das innere und das äussere Kupplungselement übermässigen Spannungen auszusetzen.

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Patentansprüche

f1./ Universalgelenkkupplung bestehend aus einem äusseren mit einem Aufnahmeraum versehenen Kupplungselement, in dem zumindest teilweise ein inneres Kupplungselement angeordnet ist, mit Mitteln zur Drehmomentübertragung, die das innere und das äussere Kupplungselement zur übertragung eines Drehmomentes so miteinander verbinden, dass eine relative Winkelbewegung zwischen dem inneren und dem äusseren Kupplungselement erfolgen kann, wobei das äussere Kupplungselement mit einem ein Drehmoment übertragenden Element verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet sein kann und das innere Kupplungselement eine Bohrung aufweist, in die eine Welle zur Übertragung eines Drehmomentes zum inneren Kupplungselement eingreift, und mit einem biegsamen Dichtungselement, das sowohl mit dem inneren als auch dem äusseren Kupplungselement verbunden ist, um den im äusseren Kupplungselement ausgebildeten Aufnahmeraum von Verunreinigungen freizuhalten, dadurch gekennzeichnet, dass am biegsamen Dichtungselement (30) eine Dichtungskontur (37,45) angeformt ist, die dichtend mit der Welle zusammenwirken kann.
2. Universalgelenkkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Dichtungskontur (37,45) eine radial einwärts vorspringende Ringwulst ist, die unmittelbar an oder angrenzend an einen am Dichtungs-

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element (30) angeformten Befestigungsbereich ausgebildet ist, mit dem das Dichtungselement am inneren Kupplungselement befestigt ist.
3. Universalgelenkkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringwulst einen Teil des Befestigungsbereiches bildet.
4. Universalgelenkkupplung nach einem der Ansprüche 2 odei 3, dadurch gekennzeichnet , dass der Befestigungsbereich durch ein Spannband (33,41) am inneren Kupplungselement befestigt ist, das sich um den Befestigungsbereich des Dichtungselementes und um das innere Kupplungselement herum erstreckt.
5. Universalgelenkkupplung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , dass der Befestigungsbereich in eine hinterschnittene Ringnut (44) eingepasst ist, die im inneren Kupplungselement ausgebildet ist, und zwischen dem inneren Kupplungselement und der eingesteckten Welle gehalten wird.
6. Universalgelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass die Dichtungskontur auf ihrer mit der Welle zusammenwirkenden Oberfläche mit einer Folge von Ringnuten (42) versehen ist.

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