DE2802572C2 - Homokinetisches Doppelgelenk für große Beugewinkel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein homokinetisches Doppelgelenk für große Beugewinkel, insbesondere für Antriebe an landwirtschaftlichen Maschinen, mit einer inneren Doppelgabel und zwei äußeren übtr 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 Doppelgclenke werden in der Praxis häufig für große Beugewinkel eingei itzt Man spricht in diesem Fall von sogenannten Weitwinkelgelenken.

Es ist ein homokinetsiches Doppelgelenk mit zwangsläufiger Führung der äußeren mit Kugelzapfen versehenen Gelenkgabeln 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 13 02 735).

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 Kreuzzapfen begrenzt wird.

Sc hat man z. B. vorgeschlagen, ein Weitwinkelgelenk mit einer mit zwei außenliegenden, aus jeweils zwei miteinander kämmenden Zahnsegmenten bestehenden Führung aufzubauen (US-PS 13 89 970). Bei der hier beschriebenen Ausführung ist es jedoch von Nachteil, daß die äüßenliegende Führung nur in einer Ebene schwenkbar ist, und daß das gesamte 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 Doppelge

lenke vorgesehen, bei denen die Gelenkkeuze als Exzenter ausgebildet sind, d, h,, die beiden Achsen der Gelenkzapfen schneiden sich nicht in einem Punkt (Aufsatz: »Ober Doppelgelenke mit Exzenter im Gelenkkreuz«, Automobilindustrie 4/12).

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

ίο 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 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 9 91 346). Die rahmenförmig ausgebildete Schwinge ist über zwei an ihr angeordnete nach außen weisende Lagerzapfen in der äußeren Gelenkgabel aufgenommen und nimmt ihrerseits in ihren Innenraum ein Geienkkreuz 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 Dre!imoment von der Festigkeit der Lagerung der inneren Gelenkgabel auf den Zapfen des Gelenkkreuzes 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 homokinetische

Gelenk nicht in der Lage, sich auf große Beugewinkel

einzustellen, da dieser Forderung die Anordnung von drei Lagerungen auf verschiedenen Durchmessers in einer Ebene entgegensteht

Die DE-OS 28 22 586 beschreibt ein im Aufbau dem

Anmeldungsgegenstand ähnliches innenzentriertes Weitwinkelgelenk, bei dem die äußeren Gelenkgabeln durch außenliegende Anschläge gegen übergroße Beugewinkel, wie sie in der Praxis auftreten, geschützt werden sollen. Bei der vorgeschlagenen Lösung wird dabei in Kauf genommen, daß bei Auftreten eines vom Doppelgelenk her konstruktiv nicht mehr verkraftbaren Beugewinkels, die Überbeugung von einem an das Doppelgelenk angeschlossenen Bauteil, im allgemeinen

von der weiterführenden Gelenkwelle aufgenommen wird, wobei diese zumindestens schädlichen Biegungen ausgeliefert wird.

Einen weiteren Versuch, ein Weitwinkelgelenk zu schaffen, beschreibt die GB-PS 15 17 893, Es handelt ä sich hier um ein ebenfalls innenzentriertes Doppelgelenk, dessen innenliegende Führungsteile aus elastisch auf die Gelenkkreuze einwirkenden Kunststoffteilen bestehen, die die beiden Gelenkhälften wenigstens angenähert zur Winkelhaibierenden hin ausrichten sollen.

Außer der Unmöglichkeit, mit dem beschriebenen Gelenk größere Beugewinkel zu erreichen, dürfte sich hier aufgrund der, in den als Zentrierung dienenden Kunststoffteilen auftretenden Formänderungsarbeit einstellenden starken Erwärmung mit einer baldigen Zerstörung der Zentrierung zu rechnen sein.

Alle hier 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 Arbeitsstellung zusätzlich beschäftigt wird, kam es häufig durch zu eng gefahrene Wendekreisdurchmesser 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 werde» konnte.

Hierzu führt »Duditza« in seinem Buch »Kardangelenkgetriebe und ihre Anwendungen«, VDI-Verlag, 1973 auf Seite 62 aus: Im Falle des Zwei-Kardangelenkgetriebes vom Typ a) ist der Winkel « der Kardangelenke unerlaubt groß («1 = xi = 45°) und bezieht sich dabei auf die auf Seite 63 unter a) angegebene Abbildung eines Zwei-Kardangelenkes.

In der selben Richtung äußert sich Dr.-Ing. Hans H. Finkeinburg in seinem Aufsatz »Gelenkwellen« in »Klepzig Fachberichte« /9 (1971) auf Seite 139, rechte Spalte, zweiter Absatz, mit der Aussage, daß in der Fachliteratur Angaben zu finden seinen, nach denen die Beugewinkel der Gelenke 35° auf keinem Fall überschreiten sollten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein als Weitwinkelgelenk für beonders große Beugewinkel einsetzbares innenzentriertes homokinetisches Doppelgelenk zu schaffen, das 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 gewahrleistet und wobei der Bauraum möglichst klein bemessen ist, um einen Einsatz im es begrenzten Freiraum zwischen Schlepper und Arbeitsgerät ohne bauliche Veränderungen zu ermöglichen.

Darüber hinaus soll das Gewicht des Weitwinkelge

lenkes 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 Rotationsdurchmesser der wirksamen Lagerabstände der in zwei zueinander parallelen Ebenen drehbar in den die Doppelgabel bildenden Gelenkgabeln gelagerten Gelenkkreuzzapfenpaare größer ist als der Rotationsdurchmesser der wirksamen Lagerabstände der beiden in den äußeren Gelenkgabeln gelagerten Gelenkkreuzzapfenpaare.

Die erfinderische Ausbildung des Weitwinkelgelenkes bewirkt, daß BeugewinkeS 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 Gelenkgabel schwenkbar sind, war durch Ausnutzung aller konstruktiven Möglichkeiten machbar, jedoch war dieses in der Ebene, in der die. Achsen der Kreu-v:apfenlagerung der Doppelgabe! liegen, mit bekrönte« Maßnahmen nicht möglich.

Der große Beugewinkel ist sehr vorteilhaft, wenn der Antrieb eines landwirtschaftlichen Gerätes, das an einen Schlepper angehängt ist, über eine Gelenkwelle von der Schlepperzapfwelle erfolgt In der Praxis können zwischen Schlepper und angehängtem Gerät, Einschlagwinkel bis zu 90° erreicht werden. Beim Einsatz der bisher bekannten Gelenke, wurde vom 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 übergekickt und damit vollständig zerstört.

Durch das erfindungsgemäße Weitwinkeigelenk und die damit erreichte Vergrößerung des Beugewinkels k?:n darüber hinaus dem heutigen Trend, schwere Anbaugeräte aus Sicherheitsgründen (Schwerpunktverlagerung) möglichst nahe am Schlepper anzubauen, besser entsprochen werden. Die kurze Anbaulänge 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 Gesünukonstruktion und damit das übertragbare Drehmoment herabgesetzt hätten.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Schlepper mit gezogenem Anbaugerät bei einer Kurvefwahrt mit einem Einschlagwinkel von 90°

F i g. 2 einen Schnitt durch ein um 90° in einsr Ebene abgebeugtes homokinetisches Doppelgdenk mit einer Innenzentrierung

F i g. 3 einen Teilschnitt durch ein in einer zu der in F i g. 1 dargestellten Beugeebene senkrecht stehenden Beugeebene um 90° abgebeugtes homokinetisches

Doppelgelenk

F i g. 4 einen Teilschnitt einer axialen Draufsicht auf ein homokinetisches Doppelgelenk.

F i g. 1 zeigt einen beispielhaften Anwendungsfall für ein erfindungsgemäßes Weitwinkelgelenk.

Das in F i g. 2 dargestellte als Weitwinkelgelenk ausgebildete homokinetische Doppelgelenk besteht im wesentlichen aus der inneren Doppelgabel 6 und den beiden äußeren Gelenkgabeln 1 und Γ, die Über zwei Gelenkkreuze 8 miteinander verbunden sind. Den nach innen weisenden Enden der beiden äußeren Gelenkgabeln I und Γ 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.

Auf die Gelenkreuzzapfen 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 F i g. 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 (F i g. 3), ist die Größe des Beugewinkels durch den äußeren Abstand der Gabelschenkel 14 der Außengabeln 1 und Γ im wesentlichen begrenzt.

Wie die Fig.2 und 3 zeigen, ist der Abstand der Gabclschenkel 1.3 der Doppelgabel 6 um so viel größer als der Abstand der Gabelschenkel 14 der beiden äußeren Gelenkgabeln 1 und !'.daß die Kugelzapfen 5 einen Schwenkwinkel von mindestens 90° überstreichen können, wobei der Rotationsdurchmesser in diesem Bereich kleiner ist als der konstniktionsbedingte maximale Außendurchmesser des Doppelgelenkes.

In F i g. 3 ist die Abbeugung in der auf der in F i g. 2 dargestellten Beugeebene senkrecht Mciienucn 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 F i g. 4 dargestellt.

Es liegt auf der Hand, daß die erfindungsgemäße Ausbildung eines Doppelgelenkes auch auf andere Konstruktionen übertragen werden kann, soweit sie sich auf intvcTiverzahnte Doppelgelenke beziehen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. 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, die jeweils in eine an einer gegen axiale Verschiebung gesicherten, jedoch radial bewegbaren Zentrierscheibe vorgesehene Führung eingreifen, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationsdurchmesser der wirksamen Lagerabstände der in zwei zueinander parallelen Ebenen drehbar in den die Doppelgabel (6) bildenden Gelenkgabeln gelagerten Gelenkkreuzzapfenpaare (2) größer ist als der Rotationsdurchmesser der wirksamen Lagerabstände der beiden in den äußeren Gelenkgabeln (1,1') gelagerten Gelenkkreuzzapfenpaare (12).