DE3239136A1

DE3239136A1 - Kardanische gelenkkupplung

Info

Publication number: DE3239136A1
Application number: DE19823239136
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 5200 Siegburg Krude
Original assignee: Uni Cardan AG
Current assignee: KRUDE, WERNER, DIPL.-ING., 5200 SIEGBURG, DE
Priority date: 1982-10-22
Filing date: 1982-10-22
Publication date: 1984-05-03
Also published as: IT8305185A0; DE3239136C2; ES273868U; IT1172048B; ES273868Y; JPH0151688B2; BR8305267A; JPS5977129A; GB2129095B; IT8305185A1; GB8324375D0; FR2534993A1; GB2129095A; US4511344A

Description

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KARDANISCHES GELENK

Die Erfindung betrifft ein kardanisches Gelenk zur Übertragung von Drehmomenten mit einem großen Beugewinkelbereich, bestehend aus zwei miteinander gekoppelten Gelenkteilen.

Ein das Drehmoment über Kugeln übertragendes kardanisches Gelenk ist bekannt (US-PS 3,564,867). Von Nachteil bei dem beschriebenen Gelenk ist jedoch, daß auf die Gabelschenkel hohe Spreizkräfte einwirken, die das übertragbare Drehmoment wesentlich einschränken.

Darüber hinaus ist es von Nachteil, daß in den Führungsbahnen der Gabelschenkel die Kugeln nicht frei abrollen können, so daß sich bei einer Beugung des Gelenkes zunehmende Gleitreibung ergibt. Hierdurch wird der Wirkungsgrad des beschriebenen Gelenkes erheblich beeinträchtigt und dessen Dauereinsatz durch hohe Wärmeentwicklung begrenzt.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Gelenk für große Beugewinkel zu schaffen, das einen guten Wirkungsgrad aufweist und bei dem außer den Verbindungsgliedern für die beiden Gelenkteile keine Lagerungen erforderlich sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

a) 'die beiden Gelenkteile als Hohlzylinder unterschiedlicher

Größe ausgebildet sind,

b) das kleiner ausgebildete Gelenkteil im Inneren des anderen größer ausgebildeten Gelenkteils angeordnet ist,

c) die beiden Gelenkteile ausgehend von einer in der Gelenkmitte angeordneten Zentrierkugel über weitere sich direkt oder indirekt an den inneren Zylinderwandungen des äußeren Gelenkteils und des inneren Gelenkteils abgestützten, zum Quartett angeordneten, Stützkugeln zueinander zentriert sind.

d) das innen angeordnete Gelenkteil mit an beiden Längsseiten angeordneten kugeligen Teilflächen an der zylindrischen Innenwandung des äußeren Gelenkteils abgestützt ist.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Gelenkes ist es von Vorteil, daß die Verbindung der beiden Gelenkteile durch die aufeinander abrollenden bzw. an den Zylinderwandungen abrollenden Kugeln hergestellt wird. Dadurch, daß sich sehr gute Abrollverhaltnise ergeben, erreicht das Gelenk einen

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sehr günstigen Wirkungsgrad. Hohe Genauigkeitsanforderungen werden dabei nur an die Innenbohrungen der beiden zusammenwirkenden Hohlzylinder gestellt, wobei die Kugeln in ausreichender Genauigkeit handelsüblich erhältlich sind.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Gelenkes gegenüber einem herkömmlichen kardanischen Gelenk ist darin zu sehen, daß beide Gelenkteile bei einer bestimmten Abbeugung bei Stillstand des jeweils anderen Gelenkteiles um die Mittelachse des äußeren Gelenkteils um 360° schwenkbar sind.

Hieraus ergibt sich ein weites Anwendungsfeld für z.B. Manipulatoren- bzw. Roboterarme, wie sie bekannten Gelenken nicht gegeben ist.

Da das Drehmoment von jeweils der Hälfte der an einer Seite zum Quartett angeordneten Stützkugeln über die Zentrierkugel auf eine Hälfte der an der andern Seite zum Quartett angeordneten Stützkugeln übertragen wird, verlaufen die inneren Gelenkkräfte stets durch die Gelenkmitte, so daß sich eine einwandfreie Selbstzentrierung des Gelenkes in allen Belastungsfällen ergibt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die zu Quartetten zusammengefaßten Stützkugeln jeweils über in einer an der zylindrischen Innenwandung des äußeren Gelenkteils vorgesehenen umlaufenden Führungsbahn abrollende Führungskugeln gegen das äußere Gelenkteil abgestützt sind.

Durch die zusätzliche in einer Führungsbahn des äußeren Gelenkteils gehaltenen Führungskugeln wird eine einwandfreie Axialsicherung der beiden Gelenkteile zueinander bewirkt.

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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung laufen die Stützkugeln in einer oder paarweise an der zylinderischen Innenwandung des äußeren Gelenkteils vorgesehenen Führungsbahn(en) um.

Durch diese Ausführung wird ein höheres übertragbares Drehmoment erreicht, da die Kugeln im Gegensatz zu der in den vorliegenden Ausführungsformen auftretenden Punktberührung in den Führungsbahnen mit Linienberührung gehalten sind.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in dem inneren Gelenkteil ein ebenfalls hohlzylindrisch ausgebildeter Einsatz angeordnet, in dessen Innenbohrung· mehrere in einer Reihe angeordnete Zentrierkugeln vorgesehen sind.

Eine derartige Ausführung empfiehlt sich insbesondere bei großen Gelenken zur Übertragung hoher Momente, da die Zentrierkugel anderenfalls Dimensionen annehmen würde, durch die das ganze Gelenk erheblich verteuert werden würde.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind beide Gelenkteile nach außen durch eine Abdeckung abgedeckt.

Diese Ausführung ermöglicht es, daß Gelenk falls notwendig gegen eindringenden Schmutz von außen zu-schützen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 Eine Draufsicht auf ein Gelenk im Teil

schnitt,

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Fig. 2 eine Seitenansicht eines Gelenkes im

Teilschnitt,

Fig. 3 ein Gelenk wie in Fig. 2, jedoch im ab

gewinkelten Zustand,

Fig. 4 bis Prinzipdarstellungen verschiedener Ge-Fig. 9 lenkvarianten im Schnitt,

Fig. 10 und ein Gelenk, bei dem die Stützkugeln teil-Fig. 11 weise in Führungsbahnen gehalten sind,

Fig. 12 und ein Gelenk, bei dem die Stützkugeln über Fig, 13 Führungskugeln in Führungsbahnen gehalten

sind,

Fig. 14 und ein Gelenk mit einer doppelseitigen Ver-Fig.' 15 bindung der Welle mit dem inneren Ge

lenkteil,

Fig. 16 und ein mit einer Abdeckung versehenes Ge-Fig. 17 lenk,

Fig. 18 den Schwenkbereich der beiden Gelenktei

le um die Mittelachse des äußeren Gelenkteils.

Das Gelenk nach Fig. 1 besteht im wesentlichen aus dem hohlzylindrisch ausgebildeten äußeren Gelenkteil 1 und dem ebenfalls hohlzylindrisch ausgebildeten inneren Gelenkteil 2. Zur

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Weiterleitung des Drehmomentes ist das äußere Gelenkteil 1 mit einer Welle 3 und das innere Gelenkteil 2 mit einer Welle 4 fest verbunden. Im Innenraum 10 des inneren Gelenkteils 2 ist mittig eine Zentrierkugel 5 angeordnet, die hier den gleichen Durchmesser aufweist, wie der Innenzylinder des inneren Gelenkteils 2.

An den beiden offenen Zylinderseiten des inneren Gelenkteils 2 sind beidseitig der Zentrierkugel 5 je vier zu einen Quartett zusammengefaßte Stützkugeln 6 angeordnet. Die Stützkugeln 6 stützen sich sowohl an der inneren Zylinderwandung 9 des äußeren Gelenkteils 1 als auch an der inneren Zylinderwandung 11 des inneren Gelenkte ils 2 sowie.· an der Zentrier kugel 5 ab.

Zur Zentrierung der beiden Gelenkteile 1, 2 zueinander stützt sich das innere Gelenkteil 2 mit beidseitig an seinen Längsseiten angeordneten kugeligen Teilflächen 7 an der inneren Zylinderwandung 9 des äußeren Gelenkteils 1 ab.

Der Innenraum 8 des äußeren Gelenkteils 1 und der Innenraum 10 des inneren Gelenkteils 2 können zur Dauerschmierung mit einer Fettfüllung versehen sein.

In der Fig. 2 ist eine Seitenansicht des.Gelenkes nach Fig. im Teilschnitt dargestellt. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß die Welle 4, die mit dem inneren Gelenkteil 2 fest verbunden ist, mit einer Abkröpfung 12 versehen ist, die das äußere Gelenkteil 1 umgreift.

Die Fig. 3 zeigt das Gelenk nach Fig. 2 in einem um den Winkel abgewinkelten Zustand.

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Fig. 4 zeigt die Prinzipdarstellung eines Gelenkes im Schnitt/ bei dem die Zentrierkugel 5 den gleichen Durchmesser aufweist, wie die Innenbohrung des inneren Gelenkteils 2 und bei dem die Stützkugeln 6 sich am inneren Gelenkteil 2, am äußeren Gelenkteil 1 und an der Zentrierkugel 5 abstützen.

In Fig. 5 ist ein Gelenk im Schnitt dargestellt, bei dem sich die Stützkugeln 6 über in einer Umlaufbahn 14 im äußeren Gelenkteil 1 angeordnete Führungskugeln 13 abstützen.

Die Fig. 6 zeigt eine-Schnittdarstellung eines Gelenkprinzips, bei dem die Stützkugeln 6 in zwei im Abstand voneinander angeordneten Umlaufbahnen 14 an der inneren Zylinderwandung 9 des äußeren Gelenkteils 1 gehalten sind, um die Flächenpressung zu verbessern.

In Fig. 7 ist ein Gelenk im Schnitt dargestellt, bei dem innerhalb des inneren Gelenkteils 2 ein hohlzylindrischer Einsatz· 15 vorgesehen ist, innerhalb dessen, drei in Reihe angeordnete Zentrierkugeln 5 angeordnet sind, die wiederum gegen die Stützkugeln 6 abgestützt sind. Die hier beschriebene Anordnung empfiehlt sich insbesondere bei der Erstellung großer Gelenke, da die Kosten für eine einzige Zentrierkugel wegen ihrer Größe in diesem Fall zu hoch würden.

In Fig. 8 ist ein Gelenkprinzip im Schnitt dargestellt, bei der jeweils zwei der beidseitig als Quartett angeordneten vier Stützkugeln 6, die an einer einzigen Zentrierkugel 5 abgestützt sind, in Umlaufbahnen 14 des äußeren Gelenkteils 1 gehalten sind. Die Anordnung der vier Stützkugeln 6 ist dabei gegenüber den bisher dargestellten Ausführungen um 45° versetzt.

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In Fig. 9 ist dasselbe Grundprinzip eines Gelenkes wie in Fig. 8, jedoch mit dem drei Zentrierkugeln 5 aufnehmenden hohlzylindrischen Einsatz 15, dargestellt.

In den Fig. 10 und 11 ist die Ausführung eines Gelenkes gemäß Fig. 8 dargestellt, mit dem Unterschied, daß die Zentrierkugel 5 einen kleineren Durchmesser aufweist, als die Innenbohrung des inneren Gelenkteils 2. Jeweils zwei der beidseitig angeordneten vier Stützkugeln 6 sind in der Führungsbahn 14 des äußeren Gelenkteiles gehalten.

In den Fig. 12 und 13 ist ein Gelenk dargestellt, bei dem jedes Quartett der Stützkugeln 6 über Führungskugeln 13 abgestützt ist, die ihrerseits in Führungsbahnen 14 des äußeren Gelenkteiles 1 gehalten sind.

In den Fig. 14 und 15 ist ein Gelenk in zwei Ansichten dargestellt, bei dem das innere Gelenkteil 2 über zwei Abkröpfungen 12 mit der Anschlußwelle 4 verbunden sind. Zur Montage des Gelenkes ist es notwendig, daß der Schlitz 18 des Anschlußteiles an den beiden Abkröpfungen 12 breiter ist als die Wandungsdicke des äußeren Gelenkteiles 1, damit dieses durch den Schlitz 18 eingefädelt werden kann.

Fig. 16 und 17 zeigt ein gegen Eindringen von Schmutz abgedichtet Gelenk. Der Innenraum 8 des äußeren Gelenkteils 1 ist durch z.B. eine Kunststoffabdeckung 19 geschlossen. Zur Abwinkelung des inneren Gelenkteiles 2 ist ein Schwenkfreiraum 20 vorgesehen, wobei sich das äußere Gelenkteil 1 gegenüber der Abdeckung 19 verdrehen läßt.

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In Fig. 18 ist die Schwenkfreiheit z.B. des inneren Gelenkteiles 2 um die Zylinderachse des äußeren Gelenkteiles 1 dargestellt. Wie aus Fig. 18 ersichtlich, kann das innere Gelenkteil 2 bei einer bestimmten Abwinkelung einen Rotationswinkel von 360° durchführen.

Genauso könnte bei Festlegung des inneren Gelenkteiles 2 das äußere Gelenkteil 1 bzw. die mit diesem fest verbundene Welle 3 bei einer gewissen Abwinkelung einen Rotationswinkel von 360° überstreichen.

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BEZUGS ZEICHENLISTE

1 äußeres Gelenkteil

2 inneres Gelenkteil

3 Welle (dem äußeren Gelenkteil zugeordnet)

4 Welle (dem inneren Gelenkteil zugeordnet)

5 Zentrierkugel

6 Stützkugel

7 kugelige Teilfläche

8 Innenraum des äußeren Geleakteils

9 innere Zylinderwandung des äußeren Gelenteils

10 Innenraum des inneren Gelenkteils

11 innere Zylinderwandung des inneren Gelenkteils

12 Abkröpfung

13 Führungskugel

14 · im äußeren Gelenkteil umlaufende Führungsbahn

15 hohlzylindrischer Einsatz

16 Durchbruch im äußeren Gelenkteil

17 Verschlußschraube

18 Schlitz

19 Abdeckung

20 Schwenkfreiraum

Claims

Uni-Cardan Aktiengesellschaft 21. Oktober 1982

Alte Lohmarer Str. 59 Wi/He

Siegburg U0084.000

PATENTANSPRÜCHE

Kardanisches Gelenk zur Übertragung von Drehmomenten mit einem großen Beugewinkelbereich, bestehend aus zwei gegeneinander gekoppelten Gelenkteilen,

dadurch gekennzeichnet, daß

ä) die beiden Gelenkteile (1, 2) als Hohlzylinder unterschiedlicher Größe ausgebildet sind,

b) das kleiner ausgebildete Gelenkteil (2) im Inneren des anderen größer ausgebildeten Gelenkteils (1) angeordnet ist,

c) die beiden Gelenkteile (1, 2) ausgehend von einer in der Gelenkmitte angeordneten Zentrierkugel (5) über weitere sich direkt oder indirekt an den inneren Zylinderwandungen des äußeren Gelenkteils (1) und des inneren Gelenkteils (2) abgestützten, zum Quartett angeordneten, Stützkugeln (6) zueinander zentriert sind.

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d) das innen angeordnete Gelenkteil (2) mit an beiden Längsseiten angeordneten kugeligen Teilflächen (7) an der zylindrischen Innenwandung (9) des äußeren Gelenkteils (1) abgestützt ist.

Kardanisches Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

e) die zu Quartetten zusammengefaßten Stützkugeln (6) jeweils über, in einer an der zylindrischen Innenwandung (9) des äußeren Gelenkteils (1) vorgesehenen umlaufenden Führungsbahn (14), abrollende Führungskugeln (13) gegen das äußere Gelenkteil (1) abgestützt sind.

3. Kardanisches Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

■f) die Stützkugeln (6) wenigstens teilweise in einer oder mehreren an der zylindrischen Innenwandung (9) des äußeren Gelenkteils (1) vorgesehenen Führungsbahn(en) (14) umlaufen:

4. Kardanisches Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

g) in dem inneren Gelenkteil (2) ein ebenfalls hohlzylindrisch ausgebildeter Einsatz (15) angeordnet ist, in dessen Innenbohrung mehrere in einer Reihe angeordnete Zentrierkugeln (5) vorgesehen sind.

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5. Kardanisches Gelenk nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß

h) beide Gelenkteile (1, 2) durch eine Abdeckung (19) nach außen abgedeckt sind.