DE2809243A1

DE2809243A1 - Homokinetisches dreizapfengelenk

Info

Publication number: DE2809243A1
Application number: DE19782809243
Authority: DE
Inventors: Michel Orain
Original assignee: Glaenzer Spicer SA
Current assignee: Glaenzer Spicer SA
Priority date: 1977-03-04
Filing date: 1978-03-03
Publication date: 1978-09-07
Also published as: DE2809243B2; JPS53109059A; IT7867452A0; FR2394711B1; JPS5927449B2; FR2394711A1; GB1597093A; US4178778A; DE2809243C3; IT1111609B

Description

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GLAENZER SPICER
F-78301 Poissy

Homokinetisches Dreizapfengelenk

Die Erfindung bezieht sich auf homokinetische Gelenke zur Drehmomentübertragung zwischen einer ersten Welle bzw. einem Antriebsglied und einer zweiten Welle bzw. einem Abtriebsglied, und insbesondere auf homokinetische Dreizapfengelenke.

Bei einem Dreizapfengelenk ist ein in Form eines Dreizapfensterns ausgebildetes Gelenkglied mit einer der beiden zu kuppelnden Wellen verbunden und trägt auf seinen drei Zapfen drei sphärische Rollkorper. Ein zweites, die Rollkörper aufnehmende Wälzbahnen einschließendes Gelenkglied ist mit der anderen Welle verbunden.

Bei Winkelbelastung dieses bekannten Gelenks beschreibt die mit dem Dreizapfenstern fest verbundene Welle während ihrer Umdrehung eine Umlaufbewegung bzw. eine sogenannte Taumelbewegung um eine Mittelstellung. Diese UmIaufbewegung bringt zwei Nachteile mit sich: Einerseits beschränkt sie den maximalen Beugungswinkel des Gelenks, da sich die mit dem Stern verbundene Welle und die freie Kante des die Wälzbahnen einschließenden Gelenkglieds gegenseitig behindern, und andererseits erzeugt sie insbesondere bei mit hohen Drehzahlen arbeitenden Gelenken Abweichungen und Vibrationen, die entweder an sich schon sthörend sind, oder aber z.B. die vom Motor eines mit diesen Gelenken ausgerüsteten Fahrzeugs erzeugten Vibrationen überlagern.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dreizapfengelenk mit einem hinsichtlich des übertragbaren Drehmoments und der Winkelverlagerung erhöhten Wirkungsgrad zu schaffen, bei dem die mit dem Dreizapfenstern verbundene Welle keine UmIaufbewegung bzw. Taumelbewegung beschreibt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Dreizapfengelenk nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Dreizapfenstern getrennt ausgebildet und mit der zugehörigen Welle über eine homokinetische, mit einem gegenüber dem maximalen Beugungswinkel des Gelenks kleinen Winkel arbeitende Zwischenkupplung verbunden ist.

Nach einem Merkmal der Erfindung besteht die Zwischenkupplung aus zwei komplementären Verzahnungen, die an dem als Dreizapfenstern ausgebildeten Gelenkglied und einem fest mit der zugehörigen Welle verbundenen Element vorgesehen sind.

Nach einem anderen Merkmal sind zwischen dem Dreizapfenstern und der zugehörigen Welle eine AnEhIagvorrichtung und eine axiale Abstützung vorgesehen.

Die Mittellinien der Wälzbahnen können geradlinie oder kreisbogenförmig je nach Ausführungsform des Gelenks verlaufen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Gelenk nach einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein ^Gelenk nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

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Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Gelenk nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 einen Schnitt nach Linie 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch das Gelenk nach Fig. 3 unter maximalem Beugungswinkel.

Fig. 1 zeigt ein Dreizapfengelenk zur homokinetischen Drehmomentübertragung zwischen einer Antriebswelle 1 und einer Abtriebswelle 2. Eine fest mit der Welle 1 verbundene, im wesentlichen zylindrische Hülse 10 bekannter Ausbildung schließt Kehlungspaare 11 ein, welche Wälzbahnen mit kreisbogenförmigem Profil ergeben, deren Mittellinien 12 zur Achse X-X der Welle 1 parallelverlaufende Geraden sind.

Die Abtriebswelle 2 mit der Achse Y-Y weist an ihrem Ende einen Ansatz 20 auf, der eine Ausnehmung 21 einschließt und an seinem der Welle 2 zugewandten Bereich mit einer Innenverzahnung 22 versehen ist. Am anderen Ende sind drei Aussparungen 23 vorgesehen, durch welche sich die drei Zapfen 24 des Dreizapfensterns 25 erstrecken. Eine Gegenverzahnung 26 am Dreizapfenstern 25 steht mit der Verzahnung im Wellenansatz in Eingriff. Die beiden Verzahnungen sind, wie an sich bekannt, hinterschnitten, um eine Funktion bei kleiner Winkelverlagerung, die ca. 5° betragen kann, zu ermöglichen. Eine Anschlagvorrichtung zwischen dem Boden 27 der Ausnehmung 21 und der ihm zugewandten Fläche 28 des Dreizapfensterns gestattet eine winkelförmige Abweichung des Dreizapfensterns gegenüberder Welle. Diese Anschlagvorrichtung besteht hier aus einer Kugel 29, die zwischen einer sphärischen Ausnehmung 30 im Dreizapfenstern und einer konischen Aussparung 29 im Boden 27 der Ausnehmung 21 sitzt.

Im übrigen ist zwischen dem Dreizapfenstern 25 und der zugehörigen Welle 2 eine axiale Abstützung in Form eines Druckrings 32 vorgesehen, der über eine ballige Sitzfläche 33 mit einer

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entsprechenden Gegenfläche 34 des Dreizapfensterns zusammenwiifct und über einen Seeger-Ring 35 gesichert ist.

Wie an sich bekannt, ist die freie Kante 13 der Hülse mit einer Abphasung 14 versehen, um die zulässige Winkelabweichung des Gelenks zu erhöhen, wobei die Welle 2 zu diesem Zweck einen im wesentlichen kegelstumpfförmigen Übergangsabschnitt 36 besitzt, während der eigentliche Ansatz 20 zumindest zwischen den Aussparungen 23 eine im wesentlichen sphärische Außenform zeigt.

Bei Winkelbelastung dieses Gelenks wird die UmIaufbewegung, die die mit dem Dreizapfenstern verbundene Welle normalerweise erfahren würde, durch die winkelförmigen Verlagerungen zwischen dem Körper 25 des Dreizapfensterns und der Welle 2 absorbiert. Dadurch tritt das als Taumelbewegung bekannte Phänomen gar nicht auf, was einen wesentlichen Vorteil, insbesondere für mit hohen Drehzahlen arbeitende Geleike bringt.

Da die UmIaufbewegung entfällt, ergibt sich eine vollkommen konzentrische, gegenüber dem übertragenen Drehmoment unempfind* liehe Verbindung der zwei Wellen 1 und 2. Zu diesem Zweck werden äußerst einfache Bauteile eingesetzt. Außerdem wird die Leistung des Gelenks durch die vorgenommenen Änderungen in keiner Weise beeinträchtigt. In der Mehrzahl aller Anwendungsfälle arbeitet die Verzahnungskupplung mit einem sehr kleinen Winkel, derz.B. bei Arbeit des Gelenks mit einem Gesavtwinkel von 10° weniger als 30' beträgt. Polglich wird durch diese Zwischenkupplung kein empfindliches mechanisches Element in das Gelenk eingebracht, noch läuft sie Gefahr, vorzeitig zu verschleißen, da,; die relative Verlagerung zwischen den kämmenden Verzahnungen sehr gering ist.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 zeigt ein Gleitgelenk mit einer fest mit der Welle 131 mit der Achse X-X verbundenen zylindrischen Hülse 102, die auf ihrer Innenseite mit Rillen 103 versehen ist. Diese zylindrische Hülse 102 nimmt den Drei-

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zapfenstern. 104 auf, der an seinem einen Ende einen Plansch mit einem in die Rillen der Hülse eingreifenden Zahnkranz 106 besitzt und an seinem anderen Ende drei Zapfen 107 aufweist, welche sphärische Rollkörper 108 tragen. Diese Rollkörper werden von Wälzbahnen 109 mit kreisbogenförmigem Profil aufgenommen, deren Mittellinie hier einen Kreisbogen beschreibt, dessen Mittelpunkt auf der Achse Y-Y der zweiten Welle 110 liegt. Die Wälzbahnen sind in einer kapseiförmigen Hülse 111 mit balliger Außenform vorgesehen, deren freie Kante 112 so ausgebildet ist, daß sie den sich zwischen dem Flansch 105 und Zapfen 107 erstreckenden Wellenstumpf des Dreizapfensterns nicht behindert. Die sphärische Innenseite 113 der Hülse 111 dient zur Zentrierung des Dreizapfensterns in der Hülse. Zu diesem Zweck ist ein Anschiagelement 114 vorgesehen, das mit einer Fläche 115 in Form einer balligen Kalotte die Innenfläche 113 und mit einer planen Fläche 116 die Stirnfläche 117 des Dreizapfensterns beaufschlagt. Außerdem ist auch hier ein Druckring 118 vorgesehen, der über eine ballige Sitzfläche 119 mit der Innenfläche der Hülse zusammenwirkt.

Die Funktion dieses Gelenks ist folgende: Der Eingriff zwischen den Zahnkranz 106 und den Rillen 103 der zylindrischen Hülse 102 gestattet eine Längsverschiebung des Gelenks. Bei Winkelbelastung des Gelenks ergibt sich wieder der gleiche Vorteil wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, d.h. die Umlauf- bzw. Taumelbewegung der mit dem Dreizapfenstern verbundenen Welle 101 entfällt bzw. wird durch WinkelVerlagerungen kleiner Amplitude zwischen dem Körper 104 des Dreizapfensterns und der zugehörigen Welle 101 absorbiert.

Fig. 3, 4 und 5 zeigen eine weiter verbesserte Ausführungsforra des Gelenks, die einen sehr großen Beugungswinkel gestattet. Bei diesem Gelenk ist an der einen Welle 130 ein Ansatz 131 mit einer Innenverzahnung 132 vorgesehen, der sich in eine glockenförmige Hülse 133 mit einer sphärischen Innenfläche 133a fortsetzt. Der eigentliche Dreizapfenstern 134 ist getrennt von der Welle ausgebildet und besteht aus einem Wellenstumpf 136,

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der an seinem einen Ende eine mit der Verzahnung 132 der Welle 130 kämmende Gegenverzahnung 136 besitzt und am andasn Ende drei Zapfen 137 aufweist, die sphärische Rollkörper 138 tragen.

Die Verzahnungen 132 und 136 sind, wie an sich bekannt, leicht hinterschnitten, um eine Drehmomentübertragung bei kleinen Winkeln zwischen den Achsen X-X der Hauptwelle 130 und Z-Z des Wellenstumpfs 135 des Dreizapfensterns zu ermöglichen. Der Dreizapfenstern ist gegenüber der zugehörigen Welle über einen Druckring 139 abgestützt, der durch einen elastischen Seeger-Ring 140 gesichert ist, und den Hülsenboden über eine im wesentlichen sphärische Fläche 141 {beaufschlagtet Der Ring 139 und der Dreizapfenstern wirken über vorzugsweise ebenfalls sphärische und zur Anlagefläche 141 konzentrische Flächen 139a und 142 zusammen.

Eine Hülse 151 mit drei torischen Wälzbahnen 152, die die Rollkörper 138 aufnehmen, ist mit der zweiten, hohlen Welle

150 verbunden. Diese Hülse ist über eine sphärische Außenfläche 151a in die andere Hülse 133 eingreifbar, so daß eine vollkommene Zentrierung des Gelenks erzielt wird.

Längs der fäen Kante 153 der Hülse 151 erstrecken sich zwischen zwei benachbarten Wälzbahnen Schrägflanken 154 mit einer Neigung von ca. 45° zur Achse Y-Y der Welle 150.

Der den Dreizapfenstern tragende Wellenstumpf dient mit seinem Abschnitt 143 zwischen den Zapfen und der Verzahnung bei Arbeit des Gelenks unter Winkelbelastung als Begrenzung für die Hülse

151 und weist in diesem Bereich zu diesem Zweck einen im wesentlichen Dreieckförmigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken auf. Dieser Querschnitt ist in Fig. 4 gestrichelt eingezeichnet. Im übrigen verändert sich der Querschnitt längs des Wellenstumpfs, wie aus Fig. 3 und 5 ersichtlich, wobei die die Dreieckseiten ergebenden Abflachungen ebenfalls einen im wesentlichen Dreieckförmigen Umriß aufweisen.

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Diese Ausführungsform arbeitet wie folgt: Bei einem maximalen Beugungswinkel schließt die Achse Y-Y der Welle 15Ο zur Achse Z-Z des Wellenstumpfs 135 des Dreizapfensterns einen Winkel A in der Größenordnung von 41 bis 42 und die Achse Z-Z mit der Achse X-X der Welle 130 einen Winkel B in der Größenordnung von 5 ein. Somit entspricht der maximale Arbeitswinkel C des Gelenks der Summe der Winkel A und B und kann bis zu 46° und mehr betragen. Zusätzlich zu dem vorteilhaften Wegfall der Umlaufbewegung der Achse der Welle 150 um ihre Mittelstellung ist damit ein Arbeitsvermögen unider großem Winkel gegeben. Im übrigen besitzt dieses Gelenk bei verhältnismäßig kleinen Außenabmessungen eine erhöhte Leistung. Die Zwischenkupplung in Form der kämmenden Verzahnungen läßt sich natürlich auch durch Kupplungen anderer Art ersetzen, die die erforderliche Beweglichkeit unter kleinem Winkel gestatten. Hierfür eignen sich insbesondere verschiedene Arten drehfedernder Kupplungen, wie z.B. Gummifeder- oder Pederstift-Kupplungen, und Gelenke mit Elementarpaaren, wie z.B. Kardangelenke oder Bolzenkupplungen.

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Claims

Patentansprüche :

1. Homokinetisches Dreizapfengelenk mit einem in Form eines Dreizapfensterns ausgebildeten Glied, das mit einer der zwei zu kuppelnden Wellen verbunden ist und auf seinen drei Zapfen sphärische Rollkörper·trägt, und mit einem mit der anderen Welle verbundenen, die Rollkörper aufnehmende Wäl«bahnen einschließenden zweiten Glied,dadurch gekennzeichnet, daß der Dreizapfenstern (25; 104; 134) getrennt ausgebildet und mit der zugehörigen Welle (2; 101; 130) über eine homokinetische, mit einem gegenüber dem maximalen Beugungswinkel des Gelenks kleinen Winkel arbeitende Zwischonkupplung (22, 26; 103, 106; 132, 136) verbunden ist.

2. Homokinetisches Dreiznpfongelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenkupplung aus zwei komplementären Verzahnungen (22, 26; 103, 106; 132, 136) besteht, die an dem als Dreizapfenstern ausgebildeten Gelenkglied und einem fest mitder zugehörigen Welle verbundenen Element ausgebildet sind.

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3. Homokinetisches DreJ.zapfengelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Dreizapfenstern und einer der zwei zu kuppolndon Wellen eine Anschlagvorrichtung und eine axiale Abstütz- und Zentriervorrichtung vorgesehen sind.

4. Homokinetisches Dreizapfongolonk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Dreizapfenstern zugeordnete Wolle (2; 101; 130) an ihrem dem Gelenk zugewandten Ende einen einstückig ausgebildeten oder fest verbundenen Ansatz (20; 102; 131) aufweist, der eine den Dreizapfenstern zumindest teilweise aufnehmende Ausnehmung einschließt.

5. Homokinetisches Dreizapfengelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz an seinem der Welle zugewandten Ende mit einer Innenverzahnung (22; 132) ausgebildet ist.

6. Homokinetisches Dreizapfengelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (102) zylindrisch und mit Innenrillen (103) ausgebildet ist, die unter Zentrierung und axialer Abstützung des Dmlzapfensterns gegenüber dem mit der zweiten Welle (110) verbundenen, die Wälzbahnen (107) einschließenden Gelenkglied (111) mit einer komplementären Gegenverzahnung am Dreizapfenstern(104) kämmen.

7. Homokinetisches Dreizapfengelenk nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (20) Aussparungen (23) auf v/eist, durch welche sich die vom Dreizapfenstern getragenen Rollkörper (24) erstrecken.

8. Homokinetisches Dreizapfengolenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagvorrichtung zwischen dem Dreizapfenstern und der zugehörigen Welle mindestens eine ballige Sitzfläche einschließt.

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9. Homokinetisches Dreizapfengelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützvorrichtung aas einem gegenüber dor Viol Ie ;u:rciiorl.cn Ring (3?; 139) und einer bnlliijcn ;ii.l/.ll"icho bfj.st.dit, die mit einer (.'riLMpreehuiiden Gegen-.1 lache des Drei/,aprensierns /.unomrnenwirkt.

10. Ilomokinetisches Dreix.npfengelenk nach einem der Ansprüche

3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützvorrichtung zwischen dem Dreizapfenstern und der zugehörigen Welle zwischen dem der Welle zugewandten Ende des Dreizapfensterns und den Zapfen angeordnet ist.

11. Iloinokinet-ischon Dreirinpfongelenk nach einem der Ansprüche

3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abatü Lz vor richtung zwischen dem Dreizapfenstern und der zugehörigen Welle an dem der Welle abgewandten Ende des Dreizapfensterns angeordnet ist.

12. Hornokinetisches Dreizapfengelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wellen komplementäre Zentrierelemente aufweisen, die z.B. aus zwei sphärischen Anlageflächen (133a, 151a) zwischen den Wellen (130, 150) bestehen.

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