DE3239136C2

DE3239136C2 - Kardanische Gelenkkupplung

Info

Publication number: DE3239136C2
Application number: DE3239136A
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: 1984-08-16
Also published as: IT1172048B; ES273868Y; US4511344A; IT8305185A1; BR8305267A; JPS5977129A; GB8324375D0; JPH0151688B2; ES273868U; FR2534993A1; IT8305185A0; DE3239136A1; GB2129095B; GB2129095A

Description

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

5. Kardanische Gelenkkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

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

a) die beiden Kupplungshälften ab in Umfangsrichlung geschlossene Hohlzylindcr unterschiedlicher

Größe ausgebildet sind,

b) die kleiner ausgebildete Kupplungshälfte im Inneren der anderen größer ausgebildeten Kupplungshälfte angeordnet ist,

c) die beiden Kupplungshälften ausgehend von mindestens einer in der Gelenkmitte angeordneten

Zentrierkugel über die sich direkt oder indirekt an den inneren Zylinderwandungen der äußeren Kupplungshälfte und der inneren Kupplungshälfte abstützenden, im Bereich der Stirnöffnungen der so inneren Kupplungshälfte angeordneten Stützkugeln zueinander zentriert sind,

d) die innen angeordnete Kupplungshälfte mit an beiden Längsseiten angeordneten kugeligen Teilflächen an der zylindrischen Innenwandung der äuße- ren Kupplungshälfte abgestützt ist

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Gelenkkupplung ist es von Vorteil, daß die Verbindung der beiden Kupplungshälften durch die aufeinander abrol lenden bzw. an den Zylinderwandungen abrollenden Kugeln hergestellt wird. Dadurch, daß sich sehr gute Abrollverhältnisse ergeben, erreicht die Gelenkkupplung einen sehr günstigen Wirkungsgrad. Hohe Genauigkeitsanforderungen werden dabei nur an die Innen- bohrungen der beiden zusammenwirkenden Hohlzylinder gestellt, wobei die Kugeln in ausreichender Genauigkeit handelsüblich erhältlich sind. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Ge-

Ienkkupplung gegenüber einem herkömmlichen kardanischen Gelenk ist darin zu sehen, daß beide Kupplungshälften bei einer bestimmten Abbeugung bei Stillstand der jeweils anderen Kupplungshälfte um die Mittelachse der äußeren Kupplungshälfte um 360° schwenkbar sind.

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

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

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die zu Yierergruppen zusammengefaßten Stützkugeln jeweils über in einer an der zylindrischen innenwandung der äußeren Kuppiungshälfte vorgesehenen umlaufenden Führungsbahn abrollende Führungskugeln gegen die äußere Kupplungshäifte abgestützt sind.

Durch die zusätzliche in einer Führungsbahn der äußeren Kupplungshälfte gehaltenen Führungskugeln wird eine einwandfreie Axialsicherung der beiden Kupplungshälften zueinander bewirkt

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung laufen die Stützkugeln in einer oder paarweise an der zylindrischen Innenwandung der äußeren Kuppiungshälfte 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 mil Linienberührung gehalten sind.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in der inneren Kuppiungshälfte 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 Gelenkkupplungen zur Übertragung hoher Momente, da die Zentrierkugel anderenfalls Dimensionen annehmen würde, durch die die ganze Gelenkkupplung erheblich verteuert werden würde.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind beide Kupplungshälften nach außen durch eine Abdekkung abgedeckt.

Diese Ausführung ermöglicht es, die Gelenkkupplung, 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 eine Gelenkkupplung im Teilschnitl,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Gelenkkupplung im Teilschnitt,

F i g. 3 eine Gelenkkupplung wie in F i g. 2, jedoch im abgewinkelten Zustand,

F i g. 4 bis F i g. 9 Prinzipdarstellungen verschiedener Varianten im Schnitt,

F i g. 10 und F i g.! 1 eine Gelenkkupplung, bei der die Stützkugeln teilweise in Führungsbahnen gehalten sind,

Fig. 12 und Fig. 13 eisie Gelenkkupplung, bei der die Stützkugeln über Führungskugeln in Führungsbahnen gehalten sind,

Fig. 14 und Fig. 15 eine Gelenkkupplung mit einer doppelseitigen Verbindung der Welle mit der inneren Kuppiungshälfte,

F i g. 16 und F i g. 17 eine mit einer Abdeckung versehene Gelenkkupplung,

Fig. 18 den Schwenkbereich der beiden Kupplungshälften um die Mittelachse der äußeren Kuppiungshälfte.

Die Gelenkkupplung nach F i g. 1 besteht im wesentlichen aus der hohlzylindrisch ausgebildeten äußeren Kuppiungshälfte 1 und der ebenfalls hohlzylindrisch ausgebildeten inneren Kuppiungshälfte 2. Zur Weiterleitung des Drehmomentes ist die äußere Kupplungshälfte 1 mit einer Welle 3 und die innere Kuppiungshälfte 2 mit einer Welle 4 fest verbunden. Im Innenraum 10 der inneren Kuppiungshälfte 2 ist mittig eine Zentrierkugel 5 angeordnet, die hier den gleichen Durchmesser aufweist, wie der Innenzylinder der inneren Kupplungshälfte Z

An den beiden offenen Zylindersciten der inneren Kuppiungshälfte 2 sind beidseitig der Zentrierkugel 5 je vier zu einer Vierergruppe zusammengefaßte Stützkugeln 6 angeordnet Die Stützkugeln 6 stützen sich sowohl an der inneren Zylinderwandung 9 der äußeren Kuppiungshälfte 1 als auch an der inneren Zylinderwandung 11 der inneren Kupplungshäifte 2 sowie an der Zentrierkugei 5 ab.
Zur Zentrierung der beiden Kuppkjngshälften 1, 2 zueinander stützt sich die innere Kupplungshäifte 2 mit beidseitig an ihren Längsseiten angeordneten kugeligen Teilflächen 7 an der inneren Zylinderwandung 9 der äußeren Kuppiungshälfte 1 ab.

Der Innenraum 8 der äußeren Kuppiungshälfte 1 und

der Innenraum 10 der inneren Kuppiungshälfte 2 können zur Dauerschmierung mit einer Fettfüllung versehen sein.

In der F i g. 2 ist eine Seitenansicht der GelenJikupplung nach F i g. 1 im Tcilschnitt dargestellt. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß die Welle 4, die mit der inneren Kuppiungshälfte 2 fest verbunden ist, mit einer Abkröpiung 12 versehen ist, die die äußere Kuppiungshälfte 1 umgreift.

Die F i g. 3 zeigt die Gelenkkupplung nach F i g. 2 in einem um den Winkel/?abgewinkelten Zustand.

Fig.4 zeigt die Prinzipdarstellung einer Gelenkkupplung im Schnitt, bei dem die Zentrierkugei 5 den gleichen Durchmesser aufweist, wie die Innenbohrung der inneren Kuppiungshälfte 2 und bei dem die Stützkugeln 6 sich an der inneren Kuppiungshälfte 2, an der äußeren Kupplungshäifte 1 und an der Zentrierkugel 5 abstützen.

In ⁿig. 5 ist eine Gelenkkupplung im Schnitt dargestellt, bei der sich die Stützkugeln 6 über einer Umlaufbahn 14 in der äußeren Kuppiungshälfte 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

bo der innereii Zylinderwandung 9 der äußeren Kuppiungshälfte 1 gehalten sind, um die Flächenprersung zu verbessern.

In Fig. 7 ist eine Gelenkkupplung im Schnitt dargestellt, bei der innerhalb der inneren Kuppiungshälfte 2 ein hohlzylindrischer Einsatz 15 vorgesehen ist, innerhalb dessen drei in Reihe angeordnete Zentrierkugeln 5 vorgesehen sind, die wiederum gegen die Stützkugeln 6 abgestützt sind. Die hier beschriebene Anordnung emp-

fiehlt sich insbesondere bei der Erstellung großer Ge- !enkkupplungen, ds die Kosten für eine einzige Zentrierkugel wegen ihrer Größe in diesem Fall zu hoch würden.

In F i g. 8 ist ein Gelenkprinzip im Schnitt dargestellt, bei dem jeweils zwei der beidseitig als Vierergruppen angeordneten vier Stützkugeln 6, die an einer einzigen Zentrierkugel 5 abgestützt sind, in Umlaufbahnen 14 der äußeren Kupplungshälfte 1 gehalten sind. Die Anordnung der vier Stützkugeln 6 ist dabei gegenüber den bisher dargestellten Ausführungen um 45" versetzt.

In Fig.9 ist dasselbe Grundprinzip einer Gelenkkupplung wie in F i g. 8, jedoch mil dem drei /.cntrierkugeln 5 aufnehmenden hohlzylindrischen liinsalz 15. dargestellt. r>

In den Fig. 10 und 11 ist die Ausführung einer Gelenkkupplung gemäß F i g. 8 dargestellt, mit dem Unterschied dsß die Zenirisrku^fi! 5 einen kleineren Ourchmesser aufweist, als die Innenbohrung der inneren Kupplungshälfte 2. Jeweils zwei der beidseitig angeordneten vier Stützkugeln 6 sind in der Führungsbahn 14 der äußeren Kupplungshälfte 1 gehalten.

In den F i g. 12 und 13 ist eine Gelenkkupplung dargestellt, bei der jede Vierergruppe der Stützkugeln 6 über Führungskugeln 13 abgestützt ist, die ihrerseits in Führungsbahnen 14 der äußeren Kupplungshälfte 1 gehalten sind.

In den Fig. 14 und 15 ist eine Gelenkkupplung in zwei Ansichten dargestellt, bei der die innere Kupplungshälfte 2 über zwei Abkröpfungen 12 mit der An- schlußwelle 4 verbunden sind. Zur Montage der Gelenkkupplung ist es notwendig, daß der Schlitz 18 des Anschlußteiles an den beiden Abkröpfungen 12 breiter ist als die Wandungsdicke der äußeren Kupplungshälfte 1, damit diese durch den Schlitz 18 eingefädelt werden η kann.

Fig. 16 und 17 zeigt eine gegen Eindringen von Schmutz abgedichtete Gelenkkupplung. Der Innenraum 8 der äußeren Kupplungshälfte 1 ist durch z. ß. eine Kunststoffabdeckung 19 geschlossen. Zur Abwinkelung der inneren Kupplungshälfte 2 ist ein Schwenkfreiraum 20 vorgesehen, wobei sich die äußere Kupplungshälfte 1 gegenüber der Abdeckung 19 verdrehen läßt.

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

Genauso könnte bei Festlegung der inneren Kupplungshälfte 2 die äußere Kupplungshälfte 1 bzw. die mit dieser fest verbundene Welle 3 bei einer gewissen Abwinkeiung einen Rotationswinkel von 360° überstreichen.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kardanische Gelenkkupplung mit einem großen Beugewinkelbereich, bestehend aus zwei ineinandergeschobenen Kupplungshälften, die über zwei diametral gegenüberliegende Vierergruppen von in parallelen Ebenen jeweils im Quadrat angeordneten Stützkugeln gegeneinander abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die beiden Kupplungshälften (1, 2) als in Umfangsrichtung geschlossene Hohlzylindcr unterschiedlicher Größe ausgebildet sind,

b) die kleiner ausgebildete Kupplungshälfte (2) im Inneren der anderen größer ausgebildeten Kupplungshälfte (1) angeordnet ist,

c) die beiden Kupplungshälften (1, 2) ausgehend von mindestens einer in der Gelenkmitte angeordneten Zentricrkugel (5) über die sich direkt oder indirekt an den inneren Zylinderwandungen der äußeren Kupplungshälfte (1) und der inneren Kupplungshälfte (2) abstützenden, im Bereich der Stirnöffnungen der inneren Kupplungshälfte (2) angeordneten.Stützkugeln (6) zueinander zentriert sind,

d) die innen angeordnete Kupplungshälfte (2) mit an beiden Längsseiten angeordneten kugeligen Teilflächen (7) an der zylindrischen Innenwandung (9) ci-τ äußeren Kupplungshälfte (1) abgestützt ist

2. Kardanische Gelenkkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

e) die zu Vierergruppen zusammengefaßten Stützkugeln (6) jeweils über in einer an der zylindrischen Innenwandung (9) der äußeren Kupplungshälfte (1) vorgesehenen umlaufenden Führungsbahn (14) abrollende Führungskugeln (13) gegen die äußere Kupplungshälfte (1) abgestützt sind.

3. Kardanische Gelenkkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

f) die Stützkugeln (6) wenigstens teilweise in einer oder mehreren an der zylindrischen Innenwand (9) der äußeren Kupplungshälfte (1) vorgesehenen Führungsbahn(en) (14) umlaufen.

4. Kardanische Gelenkkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

Die Erfindung betrifft eine kardanische Gelenkkupplung mit einem großen Beugewinkelbereich, bestehend aus zwei ineinandergeschobenen Kupplungshälften, die über zwei diametral gegenüberliegende Vierergruppen von in parallelen Ebenen jeweils im Quadrat angeordneten Stützkugeln gegeneinander abgestützt sind.

Eine das Drehmoment über Kugeln übertragende kardanische Gelenkkupplung ist bekannt (US-PS 35 64 867). Von Nachteil bei der beschriebenen Kupp lung ist jedoch, daß auf die Gabelschenkel hohe Spreiz kräfte einwirken, die das übertragbare Drehmoment wesentlich beschränken.

Darüber hinaus ist es von Nachteil, daß in den Führungsbahnen der Gabelschenkel die Kugeln nicht frei

Η abrollen können, so daß sich bei einer Beugung der Gelenkkupplung zunehmende Gleitreibung ergibt Hierdurch wird der Wirkungsgrad erheblich beeinträchtigt und der Dauereinsatz durch hohe Wärmeentwicklung begrenzt

Des weiteren ist eine Gelenkkupplung bekannt, bei der zwei Vierergruppen von Stützkugeln in zwei parallel zueinander liegenden Ebenen angeordnet sind (DE-AS 25 42 733).

Bei dieser Ausführung ist es jedoch von Nachteil, daß

die Stützkugeln in der inneren und in der äußeren Kupplungshälfte in Führungsbahnen aufgenommen sind, wodurch sich eine aufwendige Bearbeitung der Kupplungshälften ergibt Darüber hinaus ist der Beugewinkel der beschriebenen Gelenkkupplung begrenzt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Gelenkkupplung für große Beugewinkel zu schaffen, die einen guten Wirkungsgrad aufweist und bei der außer den Verbindungsgliedern für die beiden Kupplungshälften keine Lagerungen erforderlich sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß