DE2802572A1 - Homokinetisches doppelgelenk fuer grosse beugewinkel - Google Patents

Homokinetisches doppelgelenk fuer grosse beugewinkel

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Description

Jean Walterscheid GmbH 12. Januar 197 8
Hauptstraße 150 Wi/He
5204 Lohmar/Rhld. 1 W 210
Homokinetxsch.es Doppelgelenk für große Beugewinkel
Die Erfindung betrifft ein Homokinetisches Doppelgelenk für große Beugewinkel, insbesondere für Antriebe an landwirtschaftlichen Maschinen mit einer inneren Doppelgabel und zwei äußeren über je ein Gelenkkreuz mit der Doppelgabel verbundenen Gelenkgabeln, wobei die äußeren Gelenkgabeln durch an ihren nach innen weisenden Enden angeordnete Kugelzapfen geführt werden, die jeweils in eine an einer gegen axiale Verschiebung gesicherten jedoch radial bewegbaren Zentrierscheibe vorgesehene Führung eingreifen.
Homokinetische Doppelgelenke werden in der Praxis häufig für große Beugewinkel eingesetzt. Man spricht in diesem Fall von sogenannten Weitwinkelgelenken.
Es ist ein homokinetisches Doppelgelenk mit zwangsläufiger Führung der äußeren mit Kugelzapfen versehenen Gelenk-
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gabeln bekannt, wobei eine Zentrierscheibe mit zylindrischen, auf ihr senkrecht angeordneten Lagern für die Kugelzapfen vorgesehen ist, die in einer Ebene geführt ist, die den Winkel halbiert, den die Wellenenden einschließen (DE-AS 1 302 735).
Bei einem derart ausgebildeten Doppelgelenk ist es unter Ausnutzung aller konstruktiven Möglichkeiten zwar erreichbar, einen Beugewinkel von 90° in der Ebene, in der die Achsen der Kreuzzapfenlagerung der beiden äußeren Gelenkgabeln liegen, zu bewirken, jedoch ist es unmöglich, unter Beibehaltung des Konstruktionsprinzips in der Ebene, der die Achsen der Kreuzzapfenlagerung der Doppelgabel angehören, auch nur angenähert einen Beugewinkel von 90 zu erreichen, da dieser hier von dem möglichen Schwenkbereich der Kugelzapfen begrenzt wird.
So hat man z.B. vorgeschlagen, ein Weitwinkelgelenk mit einer mit zwei außenliegenden aus jeweils zwei miteinander kämmenden Zahnsegmenten bestehenden Führung aufzubauen (US-PS 1 389 970). Bei der hier beschriebenen Ausführung ist es jedoch von Nachteil, daß die außenliegende Führung nur in einer Ebene schwenkbar ist, und daß das gesamten Gelenk sehr groß baut. Zur Verbindung eines landwirtschaftlichen Gerätes mit einem Schlepper sind diese Gelenke nicht geeignet, da sie Relativbewegungen zwischen beiden Fahrzeugen nicht in allen Ebenen aufnehmen können.
Nach einem weiteren Vorschlag hat man Doppelgelenke vorgesehen, bei denen die Gelenkkreuze als Exzenter ausgebildet sind, d.h., die beiden Achsen der Gelenkzapfen schneiden sich nicht in einem Punkt (Aufsatz: "Über Doppelgelenke mit Exzenter im Gelenkkreuz". Automobilindustrie 4/72).
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Derartige Doppelgelenke haben jedoch den gravierenden Nachteil, daß in Abhängigkeit von der Größe des Beugewinkels Axialbewegungen von der Gelenkwelle aufgenommen werden müssen, und daß eine exzentrische Bewegung des Gabelkopfes d.h., Seitenschlag eintritt. Für den landwirtschaftlichen Betrieb mit den hier auftretenden großen Beugewinkeln, wie sie sich z.B. beim Wenden des Arbeitszuges am Ackerende einstellen, ist die beschriebene Ausführung ungeeignet.
Des weiteren ist ein Weitwinkelgelenk bekannt, bei dem an den äußeren Gelenkgabeln nach innen weisende Außenführungen vorgesehen sind, die beidseitig an einer radial bewegbaren Zentrierscheibe angeordnete Kugelköpfe umfassen (DD-PS 92 611+). Die mit der beschriebenen Ausführung erreichbaren Beugewinkel sind jedoch begrenzt, und bewegen sich in der Größerordnung von wenig mehr als 70 .
Bekannt ist weiterhin ein homokinetisches Doppelgelenk, bei dem an der nach innen weisenden Stirnseite jede der beiden Außengabeln ein pilzförmiges Zentrierelement mit einer abgewandelten Kegelradverzahnung befestigt ist, wobei die Zentrierelemente bei jeder Abwinkelung ineinandergreifen und das Doppelgelenk hierdurch zentrieren (DD-PS 91 751). Mit diesem Doppelgelenk kann wie ausgeführt, ebenfalls nur ein Beugewinkel von wenig mehr als 70 erreicht werden.
Es ist weiterhin ein sogenanntes Schwingengelenk bekannt, bei dem zur Erreichung einer homokinetischen Bewegung die Außengabel über eine rahmenförmig ausgebildete Schwinge mit der wesentlich kleiner ausgebildeten Innengabel verbunden ist (GB-PS 991 34-6). Die rahmenförmig ausgebildete Schwinge ist über zwei an ihr angeordnete nach außen weisende Lagerzapfen in der äußeren Gelenkgabel aufgenommen und nimmt
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ihrerseits in ihren Innenraum ein Gelenkkreuz auf, das mit zwei gegenüberliegenden, weiter voneinander entfernt angeordneten Zapfen innerhalb der Schwinge gelagert ist und auf dem seinerseits auf den beiden anderen einander gegenüberliegenden einen geringeren Abstand voneinander aufweisenden Zapfen die innere Gelenkgabel gelagert ist.
Bei dieser Ausführung ist es von Nachteil, daß alle Zapfen in einer Ebene liegen und daher aus Platzgründen große Unterschiede im Abstand der zueinander gehörigen Zapfen in Kauf genommen werden müssen. Bei der tatsächlichen Ausführung ist der Abstand, der an der Schwinge befindlichen nach außen weisenden Zapfen, die mit der äußeren Gabel zusammenarbeiten, doppelt so groß, als der Abstand der Zapfen des Gelenkkreuzes auf denen die Innengabel gelagert ist. Die Baugröße des hier beschriebenen Gelenkes ist daher bezogen auf das übertragbare Drehmoment, etwa 100 % überdimensioniert, da das Drehmoment von der Festigkeit der Lagerung der inneren Gelenkgabel auf den Zapfen des Gelenkreuzes mit dem kleinsten Abstand voneinander bestimmt wird. Das Verhältnis der als Hebelarm wirkenden Radien der momentübertragenden Lagerstellen zueinander ist daher in diesem Fall äußerst ungünstig. Des weiteren sind Schwingengelenke in der Herstellung sehr aufwendig, da eine Vielzahl von Einzelteilen aufeinander abgestimmt werden müssen.
Die Aufgabenstellung der o. g. GB-PS beschränkt sich auf die Schaffung eines Gelenkes mit homokinetischen Eigenschaften, ohne fertigungstechnische und anwendungstechnische Gesichtspunkte zu berücksichtigen. Darüber hinaus ist das beschriebene hornokinetische Gelenk nicht in der Lage, sich auf große Beugewinkel einzustellen, da dieser Forderung die Anordnung -von drei Lagerungen auf verschiedenen Durchmessern in einer Ebene entgegensteht.
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Alle bisher bekanntgewordenen Konstruktionen mit der Zielsetzung ein Weitwinkelgelenk zu schaffen, das sehr große Beugewinkel erreichen kann, waren nicht in der Lage, die Forderung nach einem effektiven Beugewinkel von mindestens 90 für eine volle Drehung des Gelenkes zu erfüllen. Für den in der Landwirtschaft üblichen Betrieb eines Schleppers mit einem angehängten Anbaugerät, bei dem sehr starke Einschlagwinkel zwischen dem Schlepper und dem angehängten Gerät auftreten können, bestand hierdurch bedingt das Handikap, daß der durch die Bauart festgelegte Wendekreisdurchmesser des Schleppers durch den Beugewinkel der Gelenkwelle nach unten begrenzt wurde. Da der Schlepperfahrer gerade beim Wenden des Arbeitszuges durch z.B. Anheben des Arbeitsgerätes aus der Arbeitstellung zusätzlich beschäftigt wird, kam es häufig durch zu eng gefahrene Wendekreis durchmess er zum Gewaltbruch der Gelenkwelle, Wie die Vielzahl der Vorschläge auf diesem Gebiet zeigt, wurden bereits große Anstrengungen unternommen, Weitwinkelgelenke zu schaffen, die die oben angeführten Forderungen anstreben. Trotz aller Bemühungen,, konnte es bisher jedoch nicht sichergestellt werden, daß der Wendekreisdurchmesser des Schleppers voll ausgenutzt werden konnte.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein als Weitwinkelgelenk für besonders große Beugewinkel einsetzbares innenzentriertes homokinetisches Doppelgelenk zu schaffen, daß für die Verwendung in einer als Antrieb zwischen Schlepper und Anbaugerät dienenden Gelenkwelle geeignet ist und insbesondere einen Beugewinkel von 90 und mehr über eine volle Umdrehung gewährleistet und wobei der Bauraum möglichst klein bemessen ist, um einen Einsatz im begrenzten Freiraum zwischen Schlepper und Arbeitsgerät ohne bauliche Veränderungen zu ermöglichen.
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Darüber hinaus soll das Gewicht des Weitwinkelgelenkes unter voller Einhaltung der obigen Forderung möglichst niedrig gehalten werden, um die im landwirtschaftlichen Betrieb erforderliche Manipulierbarkeit der Gelenkwelle von Hand zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der radiale Abstand der Gabelschenkel der beiden die Doppelgabel bildenden Gelenkgabeln voneinander größer ist, als der radiale Abstand der Gabelschenkel der beiden äußeren Gelenkgabeln voneinander und daß der wirksame Lagerabstand der beiden der Doppelgabel zugeordneten in zwei zueinander parallelen Ebenen drehbar angeordneten Gelenkkreuzzapfenpaare an den Gelenkkreuzen größer ist als der wirksame Lagerabstand der beiden den äußeren Gelenkgabeln zugeordneten Gelenkkreuzzapfenpaare.
Die erfinderische Ausbildung des VJe itwinke Ige lenke s bewirkt, daß Beugewinkel von 90 und mehr über eine volle Umdrehung aufrechterhalten werden können, während dies bei allen bekannten Konstruktionen nicht möglich war. Lediglich eine Beugung des Gelenkes von annähernd 90 in der Ebene in der die Achsen der Kreuzgelenkzapfenlagerung der äußeren Gelenkgabeln schwenkbar sind, war durch Ausnutzung aller konstruktiven Möglichkeiten machbar, jedoch war dieses in der Ebene, in der die Achsen der Kreuzzapfenlagerung der Doppelgabel liegen, mit bekannten Maßnahmen nicht möglich.
Der große Beugewinkel ist sehr vorteilhaft, wenn der Antrieb eines landwirtschaftlichen Gerätes,. das an einen Schlepper anhängt ist, über eine Gelenkwelle von der Schlepperzapf--' welle erfolgt. In der Praxis können zwischen Schlepper und angehängtem Gerät, Einschlagwinkel bis zu 90° erreicht werden. Beim Einsatz der bisher bekannten Gelenke, wurde vom
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Schlepperfahrer gefordert, den Einschlagwinkel zwischen Schlepper und angebautem Gerät bei Kurvenfahrt zu beobachten um eine Gewaltzerstörung der Gelenkwelle zu vermeiden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß der Schlepperfahrer in vielen Fällen, hierdurch überfordert wird, da er zusätzlich auf richtigen Spurlauf, Ausschalten bzw. Einschalten der Arbeitsfunktion des Gerätes zu achten hat. Die Gelenkwellen wurden daher oft hierbei übergeknickt und damit vollständig zerstört.
Durch das erfindungsgemäße Weitwinkelgelenk und die damit erreichte Vergrößerung des Beugewinkels kann darüber hinaus dem heutigen Trend,schwere Anbaugeräte aus Sicherheitsgründen (Schwerpunktverlagerung) möglichst nahe am Schlepper anzubauen besser entsprochen werden. Die kurze Anbau- · länge bedingt große Beugewinkel, insbesondere wenn das Gerät aus der Arbeitsstellung herausgehoben werden soll.
Als äußerst vorteilhaft erweist sich,daß der Beugewinkel von 90 für eine volle Umdrehung erreicht wird, ohne daß an den Schwenkbewegungen ausführenden Bauteilen, Materialstärkenverminderungen vorgenommen werden mußten, die die Festigkeit der Gesamtkonstruktion und damit das übertragbare Drehmoment herabgesetzt hätten.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Schlepper mit gezogenem Anbaugerät be:i einer Kurvenfahrt mit einem Einschlagwinke] von 90°
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Fig. 2 einen Schnitt durch ein um 90° in einer Ebene abgebeugtes homokinetisches Doppelgelenk mit einer Innenzentrierung
Fig. 3 einen Teilschnitt durch ein in einer zu der
in Fig. 1 dargestellten Beugeebene senkrecht stehenden Beugeebene um 90 mokinetisches Doppelgelenk
stehenden Beugeebene um 90 abgebeugtes ho-
Fig. 4 einen Teilschnitt einer axialen Draufsicht
auf ein homokinetisches Doppelgelenk
Fig. 1 zeigt einen beispielhaften Anwendungsfall für ein erfindungsgemäßes Weitwinkelgelenk.
Das in Fig. 2 dargestellte als V7eitwinkelgelenk ausgebildete homokinetische Doppelgelenk besteht im wesentlichen aus der inneren Doppelgabel 6 und den beiden äußeren Gelenkgabeln 1 und 1', die über zwei Gelenkkreuze 8 miteinander verbunden sind. Den nach innen weisenden Enden der beiden äußeren Gelenkgabeln 1 und lf sind schwenkbeweglich Kugelzapfen 5 zugeordnet. Die beiden Kugelzapfen 5 greifen in eine Führung 7 ein, die an einer gegen axiale Verschiebung gesicherten radial bewegbaren Zentrierscheibe 9 angeordnet ist. Die Doppelgabel 6, die hierzu aus zwei Hälften zusammengesetzt ist, die an ihrem äußeren Umfang über z.B. eine aufgeschweißte Verbindungshülse 10 oder durch Schrauben miteinander verbunden sind, ist mit einer Ausnehmung 15 versehen, in der die Zentrierscheibe 9 radial frei schwimmend gehalten ist. Um den Verschleiß von den Seitenwänden der Ausnehmung 15 fernzuhalten, sind zu beiden Seiten der Zentrierscheibe 9 gehärtete Gleitscheiben 11 vorgesehen.
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Auf die Gelenkkreuzzapfen 2 bzw. 12 sind üblicherweise als Wälzlager ausgebildete Lager aufgesteckt, deren äußere Lagerbüchsen 3 in den Gelenkgabelschenkeln 13 und 14 durch Sprengringe 4 gegen axiale Verschiebung gesichert sind.
In Fig. 2 ist das homokinetische Doppelgelenk in der bestimmenden Ebene um 90 gebeugt dargestellt, die durch die Achsen der Gelenkkreuzzapfenpaare 2 verläuft. Der Beugewinkel wird in dieser Ebene durch den möglichen Schwenkwinkel der Kugelzapfen 5 begrenzt. Bei einer Beugung des Gelenkes in einer zu der erstgenannten Ebene senkrecht verlaufenden Ebene (Fig5 3)s ist die Größe des Beugewinkels durch den äußeren Abstand der Gabelschenkel 14 der Außengabeln 1 und 1' im wesentlichen begrenzt.
Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, ist der Abstand der Gabelschenkel 13 der Doppelgabel 6 um so viel größer als der Abstand der Gabelschenkel· 14 der beiden äußeren Gelenkgabeln 1 und 1', daß die Kugelzapfen 5 einen Schwenkwinkel von mindestens 90 überstreichen können, wobei der Rotationsdurchmesser in diesem Bereich kleiner ist als der konstruktionsbedingte maximale Außendurchmesser des Doppelgelenkes.
In Fig. 3 ist die Abbeugung in der auf der in Fig. 2 dargestellten Beugeebene senkrecht stehenden Ebene dargestellt, in der ein Beugewinkel mit bekannten konstruktiven Abstimmungsmaßnahmen erreicht werden kann.
Für die Ausbildung des Gelenkkreuzes 8 ergibt sich damit eine Form wie in Fig. 4 dargestellt.
Es liegt auf der Hand, daß die erfindungsgemäße Ausbildung eines Doppelgelenkes auch auf andere Konstruktionen über-
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tragen werden kann, soweit sie sich auf innenverzahnte Doppelgelenke beziehen.
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Claims (1)

  1. Jean Walterscneid GmbH 12. Januar 1978
    Hauptstraße 150 Wi/He
    5204 Lohmar/RhId. 1 W 210
    Patentanspruch
    Homokinetisches Doppelgelenk für große Beugewinkel, insbesondere für Antriebe an landwirtschaftlichen Maschinen, mit einer inneren Doppelgabel und zwei äußeren über je ein Gelenkkreuz mit der Doppelgabel verbundenen Gelenkgabeln, wobei die äußeren Gelenkgabeln durch an ihren nach innen weisenden Enden angeordnete Kugelzapfen geführt werden j die jeweils in eine an einer gegen axiale Verschiebung gesicherten,jedoch radial bewegbaren Zentrierscheibe vorgesehene Führung eingreifen, dadurch gekennzeichnet,
    daß der radiale Abstand der Gabelschenkel (13), der die Doppelgabel (6) bildenden Gelenkgabeln voneinander größer ist, als der radiale Abstand der Gabelschenkel (I1+) der beiden äußeren Gelenkgabeln (1, 1') voneinander und daß der wirksame Lagerabstand der beiden der Doppelgabel (6) zugeordneten und in zwei zueinander parallelen Ebenen drehbar angeordneten Gelenkkreuzzapfenpaare (2) an den Gelenkkreuzen (8) größer ist als der wirksame Lagerabstand der beiden den äußeren Gelenkgabeln (1, I1) zugeordneten Gelenkkreuzzapfenpaare (12).
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