DE3017314A1

DE3017314A1 - Universalgelenk

Info

Publication number: DE3017314A1
Application number: DE19803017314
Authority: DE
Inventors: Minoru Kataoka; Haruo Mochida; Yoshiyuki Tanaka; Yoshio Yamamoto; Kanagawa Yokohama
Original assignee: Fuji Kiko Co Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Jtekt Column Systems Corp
Priority date: 1979-05-11
Filing date: 1980-05-06
Publication date: 1980-11-13
Also published as: US4365488A; GB2049104B; FR2456254A1; DE3017314C2; GB2049104A; JPS55163536U

Description

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Patentanwalt Dr.-Ing. R. Liesegang

zugelassen beim Europäischen Palentamt — admitted to the European Patent Office — Mandalaire agree aupres Γ Office EuropSen des Brevets

Universalgelenk

Die Erfindung betrifft ein Universalgelenk der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art, das beispielsweise für die Einschaltung in ein Lenkgestänge eines Fahrzeuges zwischen ein Lenkrad und die lenkbaren Straßenrädern oder in einen Getriebeschaltstrang des Fahrzeuges zwischen einen Schalthebel und das Getriebe einschaltbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Universalgelenk zu schaffen, mit dem eine Drehbewegung von einer Antriebswelle auf eine getriebene Welle ohne merkliche Nachteile übertragen werden kann.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

' Mit der Erfindung ist ein verbessertes Universalgelenk geschaffen, das niedriges Gewicht und hohe Drehsteifigkeit im Ver-

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gleich zu üblichen Universalgelenken aufweist.

Ferner ist mit der Erfindung ein verbessertes Universalgelenk geschaffen, das verglichen mit üblichen Universalgelenken einfach im Aufbau und billig in der Herstellung ist.

Das Universalgelenk gemäß der Erfindung verwendet ein zentrales Gelenkkreuz mit einem Stützkörper, wobei eine an einer treibenden Welle angeordnete Gabel mit einer an einer getriebenen Welle angeordneten zweiten Gabel über das Gelenkkreuz verbunden ist, welches den Stützkörper in Gestalt eines hohlen rechteckigen Parallelepipeds aufweist.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Gelenkkreuzes

eines üblichen Universalgelenks; 20

Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines Gelenkkreuzes eines anderen bekannten Universalgelenks;

Figur 3 eine Explosionsdarstellung, aus der der allgemeine Aufbau eines Universalgelenks gemäß der Erfindung

ersichtlich ist;

Figur 4 eine perspektivische Ansicht, aus der der allgemeine Aufbau eines Gelenkkreuzes eines Universalgelenks gemäß der Erfindung ersichtlich ist;

Figur 5 einen Querschnitt einer Ausführung des Universalgelenks gemäß der Erfindung;

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Figur 6 einen Querschnitt ähnlich Figur 5, der eine andere Ausführung eines Liniversalgelenks gemäß der Erfindung zeigt und

Figur 7 einen Figur 5 ähnlichen Querschnitt, der eine

weitere Ausführung eines Universalgelenkes nach der Erfindung zeigt.

Für Universalgelenke, die gewöhnlich zwischen zwei Wellen angeordnet sind, deren Achsen gewöhnlich koplarer sind jedoch nicht miteinander fluchten, um wirksam eine Drehbewegung von der einen Welle auf die andere Welle zu übertragen, wurden verschiedene Konstruktionen vorgeschlagen und benutzt. Häufig werden Universalgelenke mit Zapfen oder Stiften aufgrund ihrer einfachen Konstruktion und ihrer niedrigen Kosten im Vergleich zu anderen Typen von Universal gelenken verwendet. Zwei Beispiele solcher bekannter Universalgelenke sind in den Figuren 1 und 2 dargestellt, in welchen ein zentrales Gelenkkreuz 1 bzw. 1A verwendet ist.

Das zentrale Gelenkkreuz 1 gemäß Figur 1 umfaßt einen vollen Block 2 in Gestalt eines rechteckigen Parallelepipeds(Würfels), das an vier ebenen Flächen mit vier Zapfen oder Stiften 3,4,5 und versehen ist. Die eine Gabel wird auf den beiden gegenüberliegenden Stiften-3 und 5 beispielsweise mittels Lagern (nicht gezeigt) drehbar angebracht. In ähnlicher Weise wird die andere Gabel auf den beiden anderen gegenüberliegenden Zapfen 4 und 6 drehbar angebracht. .

Das zentrale Gelenkkreuz IA gemäß Figur 2 umfaßt einen Stützkörper S in Gestalt eines hohlen rechteckigen Parallelepipeds, welches durch Biegen einer flachen Metallplatte in die Gestalt

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eines Kreuzstückes gebracht ist. Zwei Zapfen bzw. Stifte 7 und 8 werden durch zwei entgegengesetzte Löcher in zwei gegenüberliegenden Plattenabschnitten eingesetzt. Ein langer Stift 9 wird durch die beiden übrigen Löcher getrieben. Die eine Gabel wird drehbar auf den beiden Stiften 7 und 8 montiert, während die andere Gabel drehbar auf den beiden Endabschnitten des langen Stiftes 9 montiert wird.

Solche Universalgelenke mit dem zentralen Gelenkkreuz 1 bzw. 1A haben die folgenden Nachteile:

Das Universalgelenk gemäß Figur 1 ist merklich schwerer aufgrund des vollen Blockes 2. Das Universalgelenk gemäß Figur 2 hat Schlitze 10,11,12 und 13 an seinen vier Kanten, die zu einer geringen Drehsteifigkeit führen.

Demgegenüber strebt die Erfindung an, die eventuellen Schwierigkeiten bei Gelenkkreuzen gemäß Figur 1 und 2 durch Einsetzen eines verbesserten Stützkörpers für die Zapfen oder die Stifte zu schaffen, wobei dieser Stützkörper Teil eines zentralen Gelenkkreuzes bildet, an dem die mit der antreibenden Welle und getriebenen Welle verbundenen Gabeln angeordnet sind, wobei der verbesserte Stützkörper die Gestalt eines hohlen rechteckigen Parallelepipeds haben soll.

In den Figuren 3,4 und 5 ist eine Ausführung eines Universalgelenkes A gemäß der Erfindung gezeigt, wobei die Anordnung nach den Figuren 3 und 4 allen übrigen beschriebenen Ausführungen der Erfindung gemeinsam· ist. Das Universalgelenk A hat gegenüberliegende erste und zweite Gabeln bzw, "U"-förmige Glieder 21 und 22. Die erste Gabel 21 hat an ihrem zentralen Abschnitt eine Welle 23 und gegenüberliegende

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Gabelschenkel 21a,21b mit Durchgangslöchern 25 und 26. In gleicher Weise hat die zweite Gabel 22 an ihrem zentralen Abschnitt eine Welle 24 und an ihren gegenüberliegenden Gabel schenkel η 22a und 22b zwei runde Durchgangslöcher 27 und 28.

Von den Gabel schenkel η 21a,21b der ersten Gabel 21 und den langgestreckten Gabel abschnitten 22a und 22b der zweiten Gabel 22 ist ein Stützkörper 29 umgeben, der Teil eines zentralen Gelenkkreuzes gemäß Figur 4 bildet. Der Stützkörper 29 ist durch Pressen einer Stahlplatte in Kastenform oder durch Press- oder Spritz- Formen eines Kunststoffs in Kastenform gebildet. Der Stützkörper 29 hat die Gestalt eines hohlen rechteckigen Parallelepipeds mit fünf flachen rechteckigen Seitenwänden und einer rechteckigen Öffnung 30. Zwei gegenüberliegende parallele Plattenabschnitte des Stützkörpers 29 sind jeweils mit runden Durchgangslöchern 35 und 37 versehen, während die beiden anderen gegenüberliegenden Plattenabschnitte mit runden Durchgangslöchern 36 und 38 versehen sind, wobei die Achsen dieser Durchgangslöcher eine gemeinsame Ebene definieren. Ein plattenförmiger Bodenabschnitt B gemäß Figur 5 ist an allen vorher erwähnten parallelen Plattenabschnitten einstückig anae-

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formt, so daß/solider einteiliger Stützkörper ohne Schlitze wie beim Stützkörper nach Figur 2 gebildet ist, dessen Schlitze die Drehsteifigkeit des Stützkörpers reduzieren.

In die Durchgangslöcher 35,36,37 und 38 sind vier metallene Hülsen 31,32,33,34 von außen nach innen in Richtung zur Mitte des Stützkörpers 29 hin eingesetzt. Jede Hülse ist mit einem Ringflansch 31a,32a,33a oder 34a und mit einem zylindrischen Durchgangsloch 31b,32b,33b und 34b gemäß- Figur 3 versehen. Der Ringflansch jeder Hülse hat einen größeren Durchmesser als die Durchgangslöcher 35,36,37 oder 38.

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Zwei kurze Zapfen oder Stifte 39 und 40 oder andere zweckmäßi gestaltete Stiftmittel sind in entsprechende zyl indri sehe Löcher 32b und 34b der Hülse 32 und 34 und ferner in die Löcher 27 und 28 der entsprechenden Gabel schenkel 22a und 22b eingesetzt. Die Stifte 39 und 40 sind mit Flanschen 39a und 40a versehen, die beide größeren Durchmesser als die runden Durchgangslöcher 38 und 36 haben. An zu dem betreffenden Flansch entgegengesetzten Ende jedes kurzen Stiftes ist dieser zu einem im Durcnmesser vergrößerten Kopf E verformt (Figur 5), um den eingesetzten Stift 39 oder 40 an einem Herausfallen aus der runden Durchgangsloch 27 oder 28 der Gabel 22 zu hindern. Der vergrößerte Kopf E kann durch Pressen oder Verstemmen des betreffenden Endes des Stiftes 39 oder 40 erzeugt sein. Auch kann eine Sicherung gegen Herausfallen des eingesetzten Stiftes durch Vorsehen eines Halte^ringes in einer Ringnut (nicht gezeigt) am Umfang des Stiftendes geschaffen sein.

Ein langer Stift 41 durchsetzt die runden Durchgangslöcher 25 und 26 der Gabel 21, wobei er auch die runden Löcher 31b und 33b der Hülsen 31 und 33 durchsetzt, die in die runden Durchgangslöcher 35 und 37 des Stützkörpers eingesetzt sind. Der lange Stift 41 hat einen Flansch 41a größeren Durchmessers als die Durchgangslöcher 35 und 37. Ein Ende des langen Stiftes 41, das dem Ende mit dem Flansch gegenüberliegt, ist mit Mitteln zum Zurückhalten des Stiftes in dem Durchgangsloch 25 der Gabel 21 versehen, die identisch mit den bei den kurzen Stiften 39 und 40 vorgesehenen Mitteln sind.

Das Universalgelenk A nach der Erfindung wird wie folgt montiert: Die Hülsen 31,32,33,34 werden in die Durchgangslöcher 35,36, 37 und 38 des Stützkörpers 29 von außen eingepresst. Dann wird der Stützkörper 29 zwischen den Gabel schenkein 22a und 22b der

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Gabel 22 angeordnet. Für das Einsetzen des Stiftes 39 ist vorteilhaft, wenn die rechteckige öffnung 30 des Stützkörpers von der Gabelwelle 24 wegweist, um leichten .Zugang zum Inneren des Stützkörpers 29 zu schaffen. Die Gabel 22 wird so angeordnet, daß die Durchgangslöcher 27 und 28 mit den gegenüberliegenden zwei zylindrischen Durchgangslöchern 34b und 32b der Hülsen 34 und 32 fluchten. Danach werden die kurzen Stifte 39 und 40 in die öffnungen 34b und 32b von der Innenseite des Stützkörpers 29 her eingeschoben, worauf die Stiftenden mit Mitteln zum Zurückhalten der Stifte in ihrer montierten Lage versehen werden.

Die Gabel 21 wird so angeordnet, daß der Stützkörper 29 zwischen den Gabel schenkein 21a und 21b zu liegen kommt, und so, daß die Durchgangslöcher 25 und 26 der Gabel 21 mit den beiden Durchgangslöchern 31b und 33b der Hülsen 31 und 33 fluchten. Darauf wird der lange Stift 41 in die Durchgangslöcher 26 und 25 der Gabel 21 eingeführt, so daß er die beiden runden Durchgangslöcher 33b und 31b der Hülsen 33 und 31 durchsetzt. Der Endabschnitt des langen Stiftes 41, der aus den Durchgangsloch 25 schließlich herausragt, wird dann mit den Mitteln zum Zurückhalten des Stiftes in seiner montierten Stellung versehen wie vorher die kurzen Stifte 39 und 40 auch.

Aus dem Vorhergehenden ist ersichtlich, daß bei der Ausführung nach den Figuren 3,4 und 5 die Hülsen 31,32,33 und 34 in die Durchgangslöcher 35,36,37 und 38 des Stützkörpers 29 mit Pressitz montiert sind, so daß die Stifte 39,40 und 41 in den zylindrischen Durchgangslöchern der Hülsen aufgenommen sind. Aufgrund dieser Anordnung werden die Stifte 39 und 40 beim Bilden der im Durchmesser vergrößerten Köpfe E gemäß Figur verformt, so daß ihre Durchmesser zunehmen und sie auch gegen-

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über den Gabeln festgelegt werden, was die Wirksamkeit im Betrieb und in der Herstellung des Universalgelenks verbessert.

Figur 6 zeigt eine andere Ausführung eines Universalgelenks A¹ gemäß der Erfindung, das im Aufbau ähnlich dem Universalgelenk nach Figur 5 mit Ausnahme der Anordnung der Hülsen ist. Dies sei im einzelnen auch anhandder Figuren 3 und 4 erläutert, die auch zu dieser Ausführung gehören. Die Hülsen 31,33,34 und 32 sind in den Durchgangslöchern 25,26,27 und 28 der beiden Gabeln 21 und 22 eingepresst. Die Stifte 39 und 40 sind durch die Durchgangslöcher 38 und 36 des Stützkörpers 29 in die zylindrischen Durchgangslöcher 34b und 32b der Hülsen 34 und 32 eingesetzt. Der Stift 41 wird in die runden Durchgangslöcher 33b und 31b der Hülsen 33 und 31 eingeschoben und durchsetzt die Durchgangslöcher 37 und 35 des Stützkörpers 29. Natürlich sind bei dieser besonderen Ausführung die relativen Abmessungen der Löcher 35,36,37 und 38 im Stützkörper und die Löcher 25,26,27 und 28 an den Gabeln umgekehrt wie bei dem Beispiel nach Figur 5.

In diesem Fall ist jeder Stift 39,40 und 41 an seinem kleineren Ende mit einem Abschnitt versehen, der noch kleineren Durchmesser als der Haupabschnitt des Stiftes aufweist. Die Stifte 39,40 und 41 sind an ihren Enden mit kleinerem Durchmesser mit Scheiben 44,45 und 46 versehen (Figur 6). Wenn diese Scheiben 44,45 und 46 auf die Stiftenden aufgeschoben sind, werden diese Stiftenden verschweißt, verstemmt oder in anderer üblichen Weise so behandelt, daß die Stifte in montiertem Zustand bleiben. Es ist zu bemerken, daß nicht notwendig eine Scheibe zwischen dem Flansch 41a des langen Stiftes 41 und der Oberfläche des Gabel schenkels 21b der ersten Gabel 21 vorgesehen zu sein braucht.

Bei dem so aufgebauten Universalgelenk A' sind die Hülsen 31,

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32,33 und 34 radial außerhalb des. Gelenkkreuzes bzw: der Wellenverbindung 23/24im Vergleich zu einem Universalgelenk angeordnet, bei welchem die Hülsen innerhalb diesem Gelenkkreuz zu dessen Mitte hin angeordnet sind. Dies verbessert die Drehsteifigkeit des Universalgelenkes A¹, weil eine höhere Torsionsbeanspruchung an einer von der " Gelenkmitte . . . des Universalgelenks weiter entfernten Stelle auftritt.

Figur 7 zeigt eine weitere Ausführung des Universalgelenks A¹¹ gemäß der Erfindung, das ähnlich der Ausführung nach Figur 5 ausgenommen den Einsatz nachgiebiger elastischer Ringglieder 42 und 43 aus Gummi oder Kunststoff ist, die in mindestens zwei gegenüberliegende Durchgangslöcher 36 und 38 des -Stützkörpers 29 eingepresst sind. Natürlich kann jedes nachgiebige zylindrische Ringglied an die Oberfläche des Durchgangsloches angeklebt oder in anderer Weise daran angeformt werden. Wie gezeigt ist jedes nachgiebige Ringglied 42,43 sicher im betreffendem Durchgangsloch des Stützkörpers 29 zwischen dem Flansch der HüTse und dem Flansch- des entsprechenden Stiftes gehalten. Diese Anordnung absorbiert Getriebe geräusche

und
und -schwingungen / verbessert die sanfte übertragung einer Drehung von der treibenden Welle zur angetriebenen Welle. Bei dieser Ausführung ist bevorzugt,wennjeder Flansch 31a,32a,33a und 34a der Hülsen 31,32,33 und 34 zwischen der äußeren Oberfläche des Stützkörpers 29 und den Plattenabschnitten 21a,21b, 22a,22b der beiden Gabeln 21 und 22 angeordnet ist. Diese Anordnung verhindert die Erzeugung von Geräusch, das sonst durch den Kontakt zwischen dem Stützkörper 29 und den Gabeln 21,22 erzeugt würde, und vermindert ferner die reibenden Oberflächenbereiche, um eine sanfte bzw. glatte Drehung des Universal gelenkes zu gewährleisten.

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Während metallene Hülsen 31,32,33 und 34 bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen angewendet sind, können die Hülsen auch aus Kunststoff, Hartgummi oder anderem ähnlichen Werkstoff bestehen. Ferner können die Hülsen durch Wälzlager ersetzt sein. Wenngleich ein . langer Stift 41 und zwei kurze Stifte 39 und 40 bei der oben beschriebenen Ausführungen verwendet sind, können auch vier kurze Stifte bzw. Zapfen vorgesehen sein.

Die oben anhand der Figuren 3 bis 7 beschriebenen Universalgelenke zeitigen die folgenden bemerkenswerten Wirkungen:

(1) Weil der Stützkörper, der Teil eines zentralen Gelenkkreuzes bildet, von einem einstückigen, hohlen, rechteckigen Parallelepiped ohne Schlitze an den aneinanderangrenzenden Kanten gebildet ist, weist er verbesserte Drehsteif igkeit auf, wobei jedoch gleichzeitig das angestrebte geringe Gewicht beibehalten ist.

(2) Weil die Hülsen (mit oder ohne nachgiebige. Ringglieder) in den Durchgangslöchern zur Aufnahme der Stifte vorgesehen sind,kann die Geräuscherzeugung und die Übertragung von Schwingungen verringert werden, wodurch eine sanfte Drehübertragung über das Universalgelenk erzielt ist.

(3) Der Aufbau der beschriebenen Universalgelenks ist verhältnismäßig einfach, wodurch die Kosten verringert werden.

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• AH-

L e e r s e i t e .

Claims

Patentansprüche

../Universalgelenk mit zwei Gabeln (21,22) deren beide Gabelschenkel (21a,21b;22a,22b) mit fluchtenden Löchern (25,26;27,28) versehen sind, dadurch gekennzeichnet,

daß ein parallelepipedischer Stützkörper (29) zwischen den Gabel schenkel η (21a,21b) der beiden Gabeln (21,22) aufgenommen ist und daß dieser Stlitzkörper (29) fünf rechteckige Plattenabschnitte aufweist, von denen vier je mit einem Loch (35,36,37,38) versehen und jeweils einstückig mit benachbarten Plattenabschnitten an den aneinander angrenzenden Kanten verbunden sind, und

daß Zapfen bzw. Stifte (39,40,41) zum Einstecken in die Löcher bzw. Bohrungen benachbarter Plattenabschnitte und Gabeln zum schwenkbaren Kuppeln der Gabeln mit den Plattenabschnitten des Stützkörpers vorgesehen sind.
2. Universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Loch (35,36,37,38) des Stützkörpers je

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eine Hülse (31,32,33,34) vorgesehen ist, die ein zylindrisches Durchgangsloch (31b,32b,33b,34b) aufweist (Figur 5).
3. Universalgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hülse (31,32,33,34) an einem Ende einen Ringflansch (31a,32a,33a,34a) hat, und daß dieser Ringflansch zwischen dem zugehörigen Plattenabschnitt des Stützkörpers (29) und dem zugehörigen Gabel schenkel angeordnet ist.
4. Universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß in jedem Loch (25,26;27,28) der Gabelschenkel (21a, 21b;22a,22b) je eine Hülse (31,32,33,34) vorgesehen ist, die ein zylindrisches Durchgangsloch (31b,32b,33b,34b)aufweist. (Fig. 6).
5. Universalgelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hülse an einem Ende einen Ringflansch (31a, 32a, 33a,34a) aufweist, der zwischen der rechteckigen Platte des Stützkörpers und dem entsprechenden Gabel schenkel der betreffenden Gabel angeordnet ist.
6. Universalgelenk nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß je ein nachgiebiges Ringglied (42,43) um die zugehörige Hülse in dem entsprechenden Loch

im Stützkörper angeordnet ist. (Figur 7). 25
7. Universalgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (29) durch Pressen einer Metallplatte in die Form eines rechteckigen Parallelepi-

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peds gebracht ist.
8. Universalgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (29) durch Formen eines Kunststoffes in die Gestalt eines rechteckigen Parallelepipeds gebracht ist.
9. Universalgelenk nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hülse (31,32,33,34) in das entsprechende Loch im Stützkörper eingepresst ist.

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