DE3203174C2

DE3203174C2 - Kugelschalen-Gleichlaufgelenk

Info

Publication number: DE3203174C2
Application number: DE19823203174
Authority: DE
Inventors: Jochen Dr.-Ing. 5206 Neunkirchen-Seelscheid Balken; Klaus Prof. Dr.-Ing. Ehrlenspiel; Josef Dipl.-Ing. 8000 München Hafner
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1982-01-30
Filing date: 1982-01-30
Publication date: 1984-10-04
Also published as: DE3203174A1

Abstract

Kugelschalen-Gleichlaufgelenk mit einander umfassenden Kugelschalen und gemeinsamem Kugelmittelpunkt, wobei die paarweise über Stege fest miteinander verbundenen Kegelschalen in Richtung des zu übertragenden Drehmoments über Übertragungselemente miteinander gekoppelt sind. Um die Zahl der Einzelteile zu verringern und ihre Fertigung sowie ihren Zusammenbau zu erleichtern sowie ein Gleichlaufgelenk mit großem Beugewinkel zu schaffen, wird nach der Erfindung vorgeschlagen, die Kugelschalen (3 bis 6) annähernd als Kugelhalbschalen auszubilden, die Stege (8, 9) zur Verbindung jeweils zweier benachbarter Kugelschalen (3 und 5, 4 und 6) unter einem Winkel zur Wellenachse anzuordnen, die einzelnen Paare fest verbundener Kugelschalen (3 und 5, 4 und 6) über in in den benachbarten Kugelschalen (3 und 4, 5 und 6) eingearbeiteten Laufbahnen (12, 13 und 18, 19) angeordneten Wälzkörpern (15, 21) in Umfangsrichtung drehfest aber in einer Querebene gegeneinander schwenkbar zu verbinden und die Wälzkörper (15, 21) drehbeweglich und axial verschiebbar auf einem gemeinsamen Stab (24) anzuordnen, der im gemeinsamen Kugelmittelpunkt (7) festgelegt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelschalen-Gleichlaufgeienk nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es ist ein Gleichlaufgelenk mit einander umfassenden Kugelschalen und gemeinsamem Kugelmittelpunkt bekannt, bei dem die Kugelschalen in Richtung des zu übertragenden Drehmoments über Übertragungselemente miteinander gekoppelt sind (DE-PS 12 10 264). Als Übertragungselemente dienen hier zylindrische, drehbar angeordnete Stifte, welche Schlitze der Kugeischalen durchgreifen, die in zur jeweiligen Wellenachse verschiedenen Richtungen verlaufen. Die Schlitze sind abwechselnd in derßbene der zugehörigen Weilenachse und in einem Winkel da2u angeordnet, wobei die Übertragungselemente in den geraden Schlitzen zur

Übertragung des Drehmoments und die in den schrägen Schlitzen mit Spief geführten Übertragungselemente zur Einstellung in die Winkelhalbierende des Gelenkes vorgesehen sind.

Bei dieser bekannten Ausführung liegen die Verbindungsstege jeweils zweier nicht benachbarter Kugelschalen in der Wellenachse. Ferner sind in jeder Kugelschale mehrere Schlitze und im Gelenk den Schlitzen entsprechend viele Übertragungselemente vorgesehen. Die einzelnen Kugelschalen sind we,'ferhin den Äquator übergreifend mit vorstehenden Teilen ausgebildet. Alles das bedingt eine aufwendige Fertigung und Montage, ganz davon abgesehen, daß nur relativ geringe Beugungswinkel möglich sind.

Die gleichen Nachteile — insbesondere eine aufwendige Steuerungseinrichtung — weist ein weiteres bekanntes homokinetisches Wellengelenk mit einander umfassenden Kugelschalen und gemeinsamem Kugelmittelpunkt auf, bei dem die Kugelschalen in Richtung des zu übertragenden Drehmoments über Wälzkörper miteinander gekoppelt sind, wobei die als Stifte oder dgl. ausgebildeten Wälzkörper Schlitze der Kugelschalen durchgreifen und mit ihren freien Enden in einer zu den Kugelschalen konzentrisch angeordneten Kugel oder Kugelzone geführt oder gehalten sind und das Gelenk insgesamt drei oder mehr ineinander geschachtelte Kugelschalen aufweist, die abwechselnd mit der An- bzw. Abtriebswelle verbunden sind (DE-GM 18 41 202). Schließlich ist noch eine Gleichlaufdrehgelenkkupplung zwischen zwei Wellen mit einander umfassenden, kugelförmigen Kupplungshälften bekanntgeworden, bei der die Kupplungshälften durch in Nuten durch einen Käfig geführte Wälzkörper zum Übertragen eines Drehmoments miteinander verbunden sind, wobei die Mittelpunkte der Nutenbahnen im gleichen Abstand, jedoch in einander entgegengesetzter Richtung vom Gelenkmittelpunkt angeordnet sind (DE-AS 12 13 176). Bei dieser bekannten Gleicihlaufdrehgelenkkupplung sind die Nuten in der äußeren Kupplungshilftc als

durchgehende Ausnehmungen mit zueinander parallelen Wänden ausgebildet und die äußere Kupplungshälfte ist durch einen ihr angepaßten Stützkörper umfaßt, an dessen kugelförmiger Innenwand Wälzkörper abrollen, welche zwei ebene, zueinander parallele Seiten aufweisen.

Diese bekannte Ausführung kann nur einen relativ kleinen Beugungswinkel ausführen und weist darüber hinaus eine Vielzahl von einzelteilen mit einer relativ großen Drehmasse auf. Die Wälzkörper sind als Kugeln mit zwei ebenen, parallel zueinander verlaufenden Seitenflächen ausgebildet und erfordern deshalb zusätzliche Arbeitsgänge bei der Fertigung. Auch der Käfig erfordert fertigungs- und mohtagetechnisch einen hohen Aufwand.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kugelschalen-Gleichlaufgelenk zu schaffen, das kompakt ausgebildet ist, dessen Teile in der Zahl und damit auch in der Drekrnasse reduziert und einfach zu bearbeiten sowie zusammenzusetzen sind und das größte Beugungswinkel bei gutem mechanischen Wirkungsgrad ermöglicht.

Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden "Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Maßnahmen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird einerseits die Zahl der Teile, insbesondere der Übertragungselemente reduziert. Andererseits entfallen damit weitgehend die in die Kugelschalen unter verschiedenen Winkeln eingearbeiteten Schlitze, so daß zusammen mit der Ausbildung der Kugelschalen annähernd als Kugelhalbschalen mit reinen Kugelflächen die Bearbeitung der Teile vereinfacht und das Kugelschalen ■Gleichlaufgelenk kompakter ausgebildet wird. Schließlich sind durch die besondere Anordnung der Verbindungsstege der Kugelhalbschalen im Bezug auf die Wellenachse(n) größere Beugungswinkel erzielbar.

Mit der trompetenförmig ausgebildeten öffnung der Laufbahn urd insbesondere durch die sich gegensinnig öffnenden Laufbahnen nach Anspruch 2 wird ein Zwangslauf des Kugelschalen-Gleichlaufgelenkes ermöglicht und dabei die Lage der Wälzkörper als Übertragungselemente festgelegt.

Als Wälzkörper können nach Anspruch 3 oder 4 Kugeln oder Pollen mit kugeligen Endabschnitten vorgesehen werden. Die Laufbahnabschnitte der Rollen können zylindrisch, ballig oder in anderer Form ausgebildet sein. Die Ausbildung der Wälzkörper als Rollen ergibt den Vorteil einer größeren B?rührungslänge bzw. -fläche, so daß höhere Drehmomente übertragen werden können. Dem gleichen Ziel dient auch die Maßnahme nach Anspruch 5, durch Anpassung der Laufbahnen an die Profilform der Wälzkörper.

Wenn eine purrlitförmige Berührung erwünscht ist, dann können nach Anspruch 6 die Laufbahnen im Querschnitt abweichend von der Profilform der Wälzkörper ausgebildet sein. So sind beispielsweise V-förmige, ellipsenförmige, kreisförmige mit verändeilichem Radius oder Krümmungsmittelpunkt ausgeführte Laufbahnen möglich. Sollen je nach Radiallage unterschiedliche Kräfte übertragen werden, so ist es nach Anspruch 7 möglich, die Wälzkörper mit unterschiedlichen Durchmessern auszubilden.

Der die Wälzkörper als Übertragungselemente tragende Stab kann nach Anspruch 8 durch sine fest mit ihm verbundene Kugel im Zentrum der Kugelschalen festgelegt werden. Diese Kugel dient zur Zentrierung der Teile des Gleichlaufgelenkes.

Die Mittenabstützung kann dadurch verändert werden, daß nach Anspruch 9 die innerste Kugelschale a.s Kugel mit Ausnehmungen ausgebildet und der Stab über ein Drehgelenk mit dieser Kugel verbunden wird. Damit übernimmt die innerste Kugelschaie die Zentrierfunktion.

Bei größeren Gelenken ist es zur Vermeidung von Gleitreibung möglich, nach Anspruch 10 die als Übertragungselemente dienenden Wälzkörper über Wälzlager auf dem Stab zu lagern.

Um den Beugungswinkel des Kugelschalen-Gelenkes noch weiter zu vergrößern, ist es nach Anspruch 11 oder 12 möglich, mindestens eine mit einer Kugelschale verbundene Welle entweder abzukröpfen oder unsymmetrisch zur Kugelschale anzuordnen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Kugelschalen-Gleichlaufgelenk und

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht ces Kugelschalen-Gleichlaufgelenkes nach Fig. 1.

Das dargestellte Kugelschalen-Gleichlaufgelenk zur Verbindung der beiden Wellen 1 und 2 ist aus vier konzentrisi.ii ineinander und asymmetrisch zueinander angeordneten Kugelschalen 3, 4,5 und 6 mit dem gemeinsamen Kugelmittelpunkt 7, der gleichzeitig den Gelenkmittelpunkt bildet, Zusammengesetz). Je zwei nicht benachbarte Kugelschalen 3, 5 bzw. 4, 6 sind paarweise über Stege 8 und 9. die unter einem Winkel zur Achse der Wellen 1 und 2 angeordnet sind, fest miteinander verbunden, in die Bohrung 10 der Kugelschale 3 und in die Mantelfläche 11 der Kugelschale 4 sind je eine geradlinig verlaufende, jedoch sich in der Tiefe verändernde Laufbahn 12 und 13 so eingearbeitet, daß eine trompetenartig sich erweiternde Öffnung 14 entsteht, in der eine Kugel 15 angeordnet ist. Diese trornpetenartig sich

erweiternde Öffnung 14 kann dadurch erzeugt werden, daß die Krümmungsmittelpunkte für den Grund der jewe'ligen Laufbahn 12 bzw. 13 in axialer Richtung um den gleichen Betrag »,«< gegenüber dem Kugelmittelpunkt 7 versetzt sind.

Ebenso sind in die Bohrung 16 der Kugelschale 5 und in die Mantelfläche 17 der Kugelschale 6 je eine feradlinig verlaufende, jedoch in der Tiefe sich verändernde Laufbahn 18 und 19 so eingearbeitet, daß eine trompetenartig sich erweiternde Öffnung 20 entsteht, in der eine weitere Kugel 21 angeordnet ist. Diese Öffnung 20 erweitert sich dabei gegensinnig zur Öffnung 14.

Sowohl die Kugel 15 als auch die Kugel 21 ist mit einer zentralen Bohrung 22, 23 versehen, über die d>e beiden Kugeln 15, 21 auf einem gemeinsamen Stab 24 drehbeweglich und längs des Stabes 24 verschiebbar aufgesetzt sind. Der Stab 24 ist ferner fest mit einer weiteren Kugel 25 verbunden, die in einer entsprechenden hohlkugeligen Ausnehmung 26 der inneren Kugelschaie 6 so angeordnet ist, daß ihr Mittelpunkt mit dem gemeinsamen KufHmittelpunkt 7 der Kugelschalen 3 bis 6 zusammenfällt. Auf diese Weise ist das Gelenk zentriert. Die Kugeln 15 und 21 dienen dabei ebenso wie die Stange 8 und 9 der Kraftübertragung, wobei die Kugeln 15 und 21 den beiden Paaren fest miteinander verbundenen Kugelschalen 3 und 5 bzw. 4 und 6 die Möglichkeit einräumen, sich in der Ebene längs der Laufbahnen 12 und 13 bzw. 18 und 19 um den Kugelmittelpunkt 7 zu verschwenken. Aufgrund der Tatsache.

daß sich die beiden Öffnungen 14 und 20 gegensinnig öffnen, wird einerseits ein Zwangskiul des Gelenkes bewirkt und andererseits werden die Kugeln 15 und 21 in ihrer Lage festgelegt. Um den Stab 24 montieren zu können, ist in der Kugelschale 5 ein nicht naher darge- ί stelltes Montageloch vorgesehen, durch das die Einführung des Stabes im ausgestreckten Zustand des Gelenkes ermöglicht wird.

Die Welle 1 ist über eine Abkröpfung 27 mit der Kugelschale 4 fest verbunden, während die Welle 2 un- in symmetrisch mit der Kugelschale 3 fest verbunden ist. Unsymmetrisch heißt hier, daß die Welle 2 an einem Punkt 28 niit der Kugelschale 3 befestigt ist, der nicht in der äquatorialen Randebene oder in der Miltelebene liegt.

Durch diese Maßnahmen, zusammen mit der Ineinanderschachtelung der Kugelschalen und der asymmetrischen Anordnung kann das Gelenk große Beugewinkel bis ca. 80° erreichen.

Die Kugeln 15 und 21 sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel gleich groß ausgebildet. Dies ist nicht unbedingt notwendig. So ist es für eine unterschiedliche Übertragungskraft je nach Radiallage des Gleichlaufgelenkes möglich, die Kugeln 15 und 21 unterschiedlich groß auszubilden.

Insbesondere bei größeren Gleichlaufgelenken können die Kugeln 15 und 21 auch über Wälzlager auf dem Stab 24 gelagert werden, wodurch die Reibungsverluste verringert werden.

Statt der Kugeln 15, 21 als Wälzkörper können auch jo Rollen oder dgl. vorgesehen werden, die vorzugsweise im Bereich der Bohrung zur Aufnahme des Stabes 24 kugelige Endabschnitte aufweisen. Bei Verwendung von Rollen ergibt sich der Vorteil, daß eine größere Berührungsfläche mit den Laufbahnen entsteht, wodurch die ;i5 zu übertragenden Momente erhöht werden. Die Laufbahnabschnitte der Rollen können zylindrisch, baiiig oder in anderer Form ausgebildet sein.

Die Laufbahnen 12 und 13 bzw. 18 und 19 können im Querschnitt der Form der Wälzkörper angepaßt sein, wodurch eine linienförmige Berührung entsteht. Andererseits können aber neben kreisbogenförmigen, auch elliptische. V-förmig oder ähnlich ausgebildete Laufbahnen vorgesehen werden. Ganz generell kann durch geeignete Wahl der Wälzkörper und der Form der Laufbahnen jede gewünschte Berührung, z. B. eine punkt- oder linienförmige Berührung erzielt werden.

Es ist weiterhin möglich, die innere Kugelschale 6 als Kugel auszubilden und über ein Drehgelenk mit dem Stab 24 zu verbinden. Damit übernimmt diese Kugel die Zentrierfunktion, so daß die zusätzliche Kugel 25 entfallen kann.

Schließlich ist noch zu erwähnen, daß ohne weiteres statt der vier Kugelschalen sechs oder immer paarweise weitere Kugelschalen vorgesehen werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Kugelschalen-Gleichlaufgelenk mit mindestens vier einander umfassenden Kugc-Ischalen und gemeinsamem Kugelmittelpunkt, wobei die Kugelschalen paarweise über Stege fest miteinander verbunden und in Richtung des zu übertragenden Drehmoments über Übertragungselemente miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelschalen (3 bis 6) annähernd als Kugelhalbschalen ausgebildet sind, daß die Stege (8,9) zur Verbindung jeweils zweier nicht benachbarter Kugelschalen (3 und 5,4 und 6) unter einem Winkel zur Wellenachse angeordnet sind, daß die einzelnen Paare fest miteinander verbundener Kugelschalen (3 und 5,4 und 6) über in in benachbarten Kugelschalen (3 und 4, 5 und 6) eingearbeiteten und je eine sich trompetenartig erweiternde Öffnung (14,20) bildenden Laufbahnen (12, 13 und 18, 19) angeordneten Wälzkörper·«. (15, 21) in Umfangsrichtung drehfest aber in einer Querebene gegeneinander schwenkbar verbunden sind und daß mindestens zwei Wälzkörper (15, 21) drehbeweglich und axial verschiebbar auf einem gemeinsamen Stab (24) angeordnet sind, der im gemeinsamen Kugelmittelpunkt (7) festgelegt ist.

2. Kugelschalen-Gleichlaufgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich trompetenartig erweiternden Öffnungen (14, 20) eines Gleichlaufgelenkes sich gegensinnig öffnend angeordnet sind.

3. Kugelschalen-Gle.chlauffcvlenk nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadincb gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (15,21) als Kugeln ausgebildet sind.

4. Kugelschalen-Gleichlaufgeienk nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (15,21) als Rollen mit kugeligen Endabschnitten ausgebildet sind.

5. Kugelschalen-Gleichlaufgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahnen (12,13 bzw. 18, 19) für die Wälzkörper (15, 21) zur Erzielung einer linienförmigen Berührung im Querschnitt der Profilform der Wälzkörper (15,21) angepaßt sind.

6. Kugelschalen-Gleichlaufgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahnen (12, 13 bzw. 18, 19) für die Wälzkörper (15, 21) zur Erzielung einer punktförmigen Berührung im Querschnitt abweichend von der Profilform der Wälzkörper (15,21) ausgebildet sind.

7. Kugelschalen-Gleichlaufgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Stab (24) angeordneten Wälzkörper (15,21) unterschiedliche Durchmesser aufweisen.

8. Kugelschalen-Gleichlaufgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (24) zu seiner Festlegung im Zentrum der Kugelschalen (3 bis 6) mit einer weiteren Kugel (25) verbunden ist.

9. Kugelschalen-Gleichlaufgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die innerste Kugelschale (6) als Kugel mit Ausnehmungen ausgebildet und der Stab (24) über ein Drehgelenk mit dieser Kugel verbunden ist.

10. Kugelschalen-Gleichlaufgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (15, 21) über Wälzlager auf dem

Stab (24) gelagert sind.

11. Kugelschalen-Gleichlaufgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine mit einer Kugelschale (4) verbundene WeIIe(I) abgekröpft ist.

12. Kugelschalen-Gleichlaufgeienk nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine mit einer Kugelschale (3) verbundene Welle (2) unsymmetrisch zur Kugjlschale (4) angeordnet ist.