DE3419456A1

DE3419456A1 - Kupplung

Info

Publication number: DE3419456A1
Application number: DE19843419456
Authority: DE
Inventors: Mark F. Braintree Mass. Peretti
Original assignee: Barry Wright Corp
Current assignee: Hutchinson Aerospace and Industry Inc
Priority date: 1983-06-08
Filing date: 1984-05-24
Publication date: 1984-12-13
Also published as: IT8448253A0; NL8401659A; GB2141208B; CH665690A5; IL71781A0; IL71781A; JPS59226717A; JPH034770B2; CA1216436A; IT1177748B; FR2547376B1; GB8413164D0; GB2141208A; US4518368A; FR2547376A1

Description

GRÜNECKER, KINKELDEY, STOCKMAIR & PARTNER \O * PATENTANWÄLTE

CNT AT7OR*CVS

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DR H KINKELDEV a~. «c DR VW STOCKMAIR cn ki.>ec ichtecmi DR K SCHUMANN on. ·>»»«. P H JAKOB WL «e, DR G BE2OLD. cm. o*u W MEISTER. Dm. »c H HILGERS. opl-i**! DR H MEYER-PLATH. bk. '~o

Barry Wright Corporation
One Newton Executive Park
Newton Lower Falls

M Λ Π 5 1 ft 5 ^βΟΟ° LUNCHEN 25

Massachusetts P 18 823-308/Wo

^ν· ^st· A. 2k. Mai 1984

Kupplung

Die Erfindung bezieht sich auf eine flexible mechanische Antriebskupplungseinrichtung und im einzelnen auf eine verbesserte Kupplung für konstante Geschwindigkeiten.

Es sind viele mechanische Antriebskupplungseinrichtung entworfen worden, um eine Drehbewegung mit einem konstanten Geschwindigkeitsverhältnis zwischen zwei Wellen zu übertragen, während sich die Relativpositicnen der Wellen verändern können. Einrichtungen, welche im Stande sind, diese Aufgabe zu erfüllen, si-nd allgemein als Gelenke ^O oder Kupplungen für konstante Geschwindigkeiten oder homokinetische Gelenke oder Kupplungen bekannt. Zu einer Analyse homokinetischer Kupplungen sei auf Gilmartin, M.J. et al.; "Versetzungsanalyse räumlicher 7R Einrichtungen zum Gebrauch für die Kraftübertragung bei konstanter Geschwindigkeit zwischer parallelen Wellen";

Bericht der ASME; Journal of Mechanical Design; Vol. 101; ■ i ■ .

Oktober 1979, Seiten 604 bis 613 verwies=:-,. In den vergangenen Jahren bestand wegen ihres weiten Anwer.dungsfeldes ein

zunehmender Bedarf an solchen Kupplungen. Sie werden zum Beispiel bei den verschiedensten Typen industrieller Maschinen, wei etwa "Robotern" ebenso verwendet; wie.

bei motorgetriebenen Fahrzeugen, wie etwa Autos, Wasser-5

fahrzeugen, Flugzeugen, wie etwa Helikoptern usw..

In jüngster Zeit ist ein großes Interesse nach derartigen Kupplungen zur Verwendung in vorderradgetriebenen Autos

entstanden, damit das Drehmoment von dem Motor zu den 10

Vorderrädern mit konstanter Geschwindigkeit übertragen werden kann.

Ein Typ derartiger Kupplungen, welcher viel Beachtung

gefunden hat, ist der Typ, der Kugeln benützt, um eine 15

Antriebswelle mit einer Abtriebswelle wirksam zu verbinden.

Derartige Kupplungen sind beschrieben in:

(1) Miller, Fred F.: "Allgemeine Kugelgelenke mit konstanter Geschwindigkeit - Ihre Anwendung in Radantrieben";

Society of Automotive Engineers, Technical Paper Series; 20

Nr. 650010, 1965, Seiten 63 bis 75;

(2) Girguis, S.L. et al.: "Gelenke mit konstanter Geschwindigkeit und ihre Anwendungen"; Society of Automotive Engineers, Technical Paper Series; Nr. 78009&, 1978;

Seiten 1 bis 17; und 25

(3) US-Patentanmeldung 185 028.

Kenn2eichnenderweise werden die Kugelgelenke in zwei Typen unterteilt, nämlich die nicht verstellbaren Kugelgelenke

(fixed ball joints), welche im einzelnen eine Winkelver-30

Setzung zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle anpassen und die kclbenartigen Kugelgelenke (plunging ball joints), welche üblicherweise eine axiale Versetzung und häufig eine gewisse Winkelversetzung der Wellen anpassen. Die

nicht verstellbaren Kugelgelenke fixieren häufig die Enden 35

der Wellen so, daß keine von beiden axial bewegbar ir.t.

Die kolbenartigen Kugelgelenke sind, auf der anderen Seite , typischerweise so entworfen, daß sie eine Relativbewegung

des Endes mindestens einer Welle entlang ihrer Achse vorsehen. Beide Typen können dazu verwendet werden, um eine Antriebswelle mit einer Last zu kuppeln. Zum Beispiel ist

der Motor bei front- oder heckgetriebenen Systemen mit 5

unabhängiger Aufhängung mit dem Antriebsrad mittels einer Zwischenwelle verbunder. Typischerweise ist ein nicht ver stellbares Gelenk an dem außenliegenden Ende der Zwischenwelie nahe dem Antriebsrad vorgesehen, um größere Winkelversetzungen anzupassen, während ein kolbenartiges Gelenk typischerweise an der nach innen weisenden Seite, näher derr Motor, vorgesehen ist, wo kleinere Winkelversetzungen auftreten, während sich die Länge der Zwischenwelle zwischen den Gelenken wegen teleskopischer Führungen, die

an den Kupplungen vorgesehen sind, verändern kann. 15

Die vorbekannten Kugelgelenke, welche bei Systemen mit Vorderrad- oder Hinterradantrieb verwendet werden, sind üblicherweise so entworfen, daß die Antriebs- und die Abtriebswellen sich immer um Achsen drehen, welche sich

überschneiden und daß die Kugeln, welche die Antriebsund die Afctriebswellen kuppeln, um den Schnittpunkt der Achsen kreisförmig angeordnet sind und einen radialen Abstand haben. Die Kugeln sind in kugelförmigen Nuten

bewegbar, so daß sich die Antriebs- und die Abtriebs-25

wellen drehbar zueinander um einen gemeinsamen Schnittpunkt der Achsen bewegen können. Um eine konstante Geschwindigkeit zwischen den Antriebs- und Abtriebswellen aufrechtzuerhalten, müsser· die Kugelnuten derart ausgebildet sein, daß die Mittelpunkte aller Antriebskugeln

in einer gemeinsamen Ebene liegen (manchmal als die "Yer. okinetische" Ebene bezeichnet), welche sich durch den gemeinsamen Schnittpunkt der Drehachsen erstreckt und "diesen immer halbiert.

Die Ausführung der Kugelnuten hängt davon ab, ob die Kupplung ein nicht verstellbares Kugelgelenk oder ein kolbenartiges Kugelgelenk ist. Nicht verstellbare Kugel-

gelenke fixieren üblicherweise die Enden der Antriebsund Abtriebswellen, so daß diese sich nicht merkbar in ihrer axialen Richtung bewegen, während sie sich im Winkel zueinander um einen Punkt bewegen können, der im Schnitt der zwei Drehachsen in der homokinetischen Ebene liegt. Eine Relativbewegung der Antriebs- und Abtriebselemente ist bei den kclbenartigen Kugelgelenken möglich. Die kclbenartigen Kugelgelenke sind üblicherweise auch in der Lage, eine gewisse Winkelversetzung aufzunehmen.

Wegen ihrer Ausgestaltung benötigen viele der Kugelgelenke relativ enge Fertigungstoleranzen und als Folge davon sim. die Fertigungskosten dieser Gelenke relativ hoch. Weiterhin erzeugt der Metall-zu-Metall Kontakt zwischen den 15

verschiedenen sich bewegenden Teilen Reibung und Hitze und daraus folgend Energieverluste, und überträgt Geräusche und Vibrationen. Oft tritt, als Reaktion auf niedrige, reversierende Drehmomente^ Spiel auf.

Die Haltbarkeit der vorbekannten Kugelgelenke hängt weitgehend ab von der Gelenkgröße, einer fehlerfreien Metallurgie engen Fertigungstoleranz-Kontrollen, korrekter Schmierung und der Unversehrtheit der Dichtungshauben, welche eine

ausreichende Schmierung der Gelenke aufrechterhält. 25

Eine ausreichende Schmierung ist bei den nach dem Stand der Technik bekannten Kupplungen kritisch. Bei der Anwendung der Kupplungen wie etwa bei frontgetriebenen

Aufhängungssystemen, wo bei normalen Betriebsbedingungen 30

eine kleine Winkelversetzung vorgesehen ist, wird das Gelenk bei einem Fehler der Dichtungshauben nicht sofort ausfallen ,solange es relativ schnell ersetzt wir:5. Wie auch immer, das Schmiermittel kann relativ leicht eintrocknen und/oder verunreinigt werden, was zu einem vor-

zeitigen Ausfall des Gelenks führt.

Die US-Patentanmeldung Nr. 185 028 offenbart eine ver-

besserte Kugelgelenkkupplung, welche im folgenden vorteilhafter Weise als die "Peterson Kugelgelenkkupplung" bezeichnet wird, welche alle Anforderungen an die Schmierung p- beseitigt, welche im wesentlichen jede Reibung und Erwärmung zwischen den verschiedenen Lageroberflächen vermeidet, welche größtenteils die Kraftverluste reduziert, welche im wesentlichen die Erzeugung oder Weiterleitung von Geräusch und Vibrationen verhindert, welche die An-.„ forderungen an die Herstellungstoleranzen lockert und welche wirtschaftlicher herzustellen ist und welche im wesentlichen das Spiel bei niedrigen reversierenden Drehmomenten beseitigt.

, r- Die bevorzugte Ausführungsforir. der Peterson Kugelgelenk-ο

kupplung umfaßt ein Antriebsbauteil, welches um eine erste Achse drehbar ist und ein Abtriebsbauteil, welches um eine zweite Achse drehbar ist.

Ein übertragungsteil dreht sich mit dem Anfariebsteil um die erste Achse und umfaßt eine erste Vielzahl von Nuten, welche einen radialen Abstand von der ersten Achse aufweisen und auf einem Kreis um die erste Achse angeordnet sind. Ein zweites Übertragungsteil dreht sich mit dem Abtriebsteil um die zweite Achse und umfaßt eine zweite > gleiche Vielzahl von Nuten, von denen jede radial entgegengesetzt zu einer korrespondierenden Nut der ersten Vielzahl von Nuten in einer gegenseitig entgegengesetzten Art angeordnet ist . Eine gleiche Vielzahl von Kugeln sind jeweils in einer korrespondierenden Nut der ersten'

Vie2zahl von Nuten und in der gegenüberliegenden der 30

zweiten Vielzahl von Nuten angeordnet. Eine geschichtete Lagereinrichtung, welche abwechselnd Lagen von elastischem und nicht dehnbarem Material umfaßt, ist zwischen dem Antriebsteil und dem ersten Übertragungsteil angeordnet.

Die geschichtete Lagereinrichtung überträgt, unter Druck, 35

ein Drehmoment, welches von dem Antriebsteil zu dem Abtriebsteil übertragen wird, und überträgt, unter Schub, eine Schubbewegung zwischen dem Antriebsteil und dem

ersten Übertragungsteil. Eine zweite geschichtete Lagereinrichtung umfaßt abwechselnd Schichten von elastischem und nicht dehnbarem Material, und ist zwischen dem Ab- _ triebsteil und dem zweiten übertragungsteil angeordnet. Die zweite geschichtete Lagereinrichtung überträgt, unter Druck,eine Drehmomentbelastung, welche von dem Antriebsteil zu dem Abtriebsteil übertragen wird, und über·trägt, unter Schub, eine Schubbewegung zwischen dem Abtriebsteil und dem zweiten Übertragungsteil. In der bevorzugten nicht verstellbaren Gelenkausführung der Kupplungseinrichtung sind die ersten und zweiten geschichteten Lagereinrichtungen so ausgestaltet, daß sie, als Reaktion zu einer relativen Winkelversetzung zwischen den Antriebs- und Abtriebsteilen

von ihren jeweiligen Drehachsen unter Schub stehen. 15

Es ist ein allgemeines Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Verbesserung der Peterson Kugelgelenkkupplung vorzusehen.

Ein besonderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kupplungsgelenkanordnung zu schaffen, welche viele Vorteile gegenüber der Peterson Kugelgelenkkupplung aufweist.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Kuppiungsgelenkanordnung zu schaffen, welche, im Vergleich mit einer Peterson Kugelgelenkkupplung eine größere Drehmomentbelastbarkeit aufweist.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Kuppiungsgelenkanordnung zu schaffen, welche weniger be-

wegliche Teile benötigt, als die Peterron KuF-.elgelenk-. kupplung, um das selbe Drehmoment zu übertragen.

Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine

verbesserte Kuppiungsgelenkanordnung derart zu schaffen, 35

welche elastomer! f.che Lager verwendet, welche bei einer vorgegebenen Drehmomentbelastung einen geringeren elastomerischen Querschnitt aufweisen, als bei der Peterson. Kug-1-

gelenkkupplung.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es,

eine verbesserte Kupplungsgelenkanordnung zu schaffen, 5

welche eine einfachere Ausgestaltung als die Peterson Kugelgelenkkupplung aufweist.

Diese und andere Ziele werden mit einer Kupplungseinrichtung erreicht, welche ein Antriebsteil umfaßt, das drehbar um eine erste Achse gelagert ist, ein Abtriebsteil, das drehbar um eine zweite Achse gelagert ist, und eine Mehrzahl von dazwischenliegenden beweglichen Bauteilen, welche kreisförmig mit einem Abstand um die

erste und die zweite Achse angeordnet sind und welche 15

die Antriebs- und die Abtriebsteile so kuppeln, daß sich die erste und die zweite Achse in einem gemeinsamen Punkt schneiden. Jedes der beweglichen Bauteile ist in einer Richtung verlängert und hat

(1) eine verlängerte zentrale Achse, welche sich radial 20

zu der ersten und zweiten Achse durch den gemeinsamen Punkt erstreckt und in einer gemeinsamen Ebene mit den verlängerten zentralen Achsen der anderen beweglichen Bauteile liegt,

(2) ein äußeres radiales Ende, welches durch eine konvexe 25

sphärische Endfläche definiert wird, deren Krümmungsmittelpunkt; mit dem gemeinsamen Punkt zusammenfällt, und

(3) ein inneres radiales Ende, welches durch eine konkave sphärische Endfläche definiert wird, deren Krümmungsmittelpunkt mit dem gemeinsamen Punkt zusammenfällt.

Die Kupplungsvorrichtung umfaßt ferner eine erste Einrichtung zum Kuppeln des inneren radialen Endes jedes der beweglichen Bauteile mit einem der Antriebs- und Abtrier. steile, wobei die erste Einrichtung eine Lagereinrichtung umfaßt, welche zwischen jedem beweglichen Bauteil

und dem anderen Bauteil angeordnet ist.

Weiterhin sind zweite Einrichtungen vorgesehen, um das äußere radiale Ende jedes der beweglichen Bauteile mit

dem Antriebsteil und dem Abtriebsteil zu kuppeln, wobei

die zweiten Einrichtungen Lagereinrichtungen umfassen, welche zwischen jedem beweglichen Bauteil und dem anderen g des Antriebs- und des Abtriebsteils angeordnet sind. Die Lagereinrichtung der ersten und zweiten Einrichtung überträgt, unter Druck, ein Drehmoment, das von dem Antriebsteil zu dem Abtriebsteil übertragen wird, und ermöglicht, unter Schub, eine relative Drehbewegung zwischen dem -Q Antriebsteil und dem Abtriebsteil um den gemeinsamen Punkt, wenn eine Winkelversetzung auftritt.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der

.,_ Zeichnung beschrieben.
ι ο

Dabei zeigt:

Fig. 1 den Radialschnitt einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 von Fig. 1;

Fig. 3 einen Teilschnitt entlang der Linie 3-3 von Fig. 1;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des beweglichen

Bauteils der Kupplungseinrichtung von Fig. 1;

Fig. 5 einen axialen Teilschnitt ähnlich dem in Fig. 2, wobei die Verformung der kugelförmigen Lager

als eine Reaktion auf eine Winkelversetzung zwischen den Antriebs- und Abtriebsbauteilen dargestellt ist;

Fig. 6 ein anderes Ausführungsbeispiel des beweglichen Bauteils;

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel des bewegli-

chen Bauteils ; und

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform des beweglichen

Bauteils.
5

Wie in den Fig. 1 bis 4 dargestellt, umfaßt die bevorzugte Ausführungsform der Kupplungseinrichtung ein Antriebsteil 10, das üblicherweise mit einer Welle 12 versehen ist, die in bekannter Weise so gelagert ist, daß eine Drehung um die Achse 14 möglich ist. Das Antriebsteil 10 weist einen Endabschnitt 16 auf, welcher mit der Welle 12 integriert ist, der Endabschnitt kann aber auch einzeln aus einem oder mehreren Teilen hergestellt sein, welche in geeigneter Weise mit der Welle 12 verbunden sind, so daß der Endab-

schnitt sich mit der Welle koaxial um die Drehachse 14 dreht. Der Endabschnitt 16 umfaßt mehrere Jochabschnitte 18, welche bevorzugterweise mit gleichem Abstand und im gleichen Winkel um die Achse 14 angeordnet sind, so daß sie eine symmetrische Anordnung bilden, wie in Fig. 2 dar-

gestellt. In dem Ausführungsbeispiel sind drei derartige Jochabschnitte 18 dargestellt, es kann aber auch jede andere Anzahl mit gleichem Abstand und gleichem Winkel um die Achse 14 angeordnet werden, wie später offsichtlich werden wird. Jeder Jochabschnitt 18 weist bevorzugterweise einen Schlitz 19 auf," welcher durch eine radiale, innere Oberfläche definiert wird, welche einen konvexen, kugelförmigen Sitz 20 umfaßt und zwei parallele, im Abstand voneinander angeordnete Arme 22, die sich von der inneren Sitzoberfläche in radialer Richtung nach außen erstrecken. Die kugelförmige Oberfläche des Sitzes 20 hat ihren Krümmungsmittelpunkt in dem Punkt 24 und ist zentriert zu einer radialen Achse 26. Die Arme 22 jedes Jochabschnitts sind mit gegenseitig gegenüberliegenden,parallelen, ebenen Oberflächen 28 versehen, welche bevorzugt einen gleichen Abstand von den gegenüberliegenden Seiten der jeweiligen radialen Achse 26 haben, wobei jede der ebenen Oberflächen in einer Ebene liegt, welche parallel zu der Ebene ist, welche durch die Achse 14 und die radiale Linie 26 im Zu-

sammenhang mit dem jeweiligen Jochabschnitt definiert wird.

Das Abtriebsteil 30 umfaßt eine Welle 32, welche in an sich bekannter Weise zur Drehung um die Achse 3¹I gelagert ist, so daß die Achse 34 bevorzugterweise koaxial mit der Drehachse 14 des Antriebsteils 10 ist, wenn das Antriebs- und das Abtriebsteil miteinander fluchten. Obwohl die bevorzugte Ausführungsform so dargestellt ist, daß die Achsen des Antriebsteils und des Abtriebsteils koaxial miteinander fluchten, arbeitet die Einrichtung ebenso gut, wenn die Achsen von 0 bis wenigstens 30 ° im Winkel versetzt sind. Das Abtriebsteil 30 umfaßt einen zylindrischen, napfförmigen Endabschnitt 36, welcher mit der Welle 32 integriert ist, wobei der zylindrische, napfförmige Endabschnitt 36 auch getrennt aus einem oder mehreren Teilen hergestellt sein kann, welche in geeigneter Weise mit der Welle 32 verbunden sind, so daß der Endabschnitt sich mit der Welle dreht. Der Endabschnitt 36 ist an seinem Ende 38, gegenüber der Welle 32, offen, um in einer betriebgemäßen Weise den Endabschnitt 16 des Antriebsteils 10 aufzunehmen. Das offene Ende 38 des Abschnitts 36 weist einen radial nach innen gerichteten Rand 40 auf, welcher koaxial zur Achse 34 ist und mit einer Vielzahl von Nuten oder Schlitzen 42 versehen ist, die im gleichen Winkel um die Achse 34 angeordnet sind, wobei jeder mit einem Schlitz 19 eines Jochabschnitts des Antriebsteils 10 korrespondiert. Jeder Schlitz 42 ist an seiner tiefsten radial außenliegenden Oberfläche mit einem kugelförmigen Sitz 44 versehen und mit ebenen, parallelen, sich gegenseitig gegenüberliegenden Seiten Der Sitz 44 ist zu der korrespondierenden, radialen Linie ,26 zentriert und hat seinen Krümmungsmittelpunkt in dem Punkt 24, wenn sich die Kupplung in einem unbelasteten Zustand befindet. Die parallelen ebenen Seiten 46 weisen von der korrespondierenden, radialen Linie 26 einen gleichen Abstand auf und sind in Ebenen angeordnet, die parallel zu der Ebene sind, die durch die Achse 34 und die jeweilige

radiale Linie 26 gebildet wird.

Eine Anzahl von beweglichen Bauteilen 50, korrespondierend zu der Zahl der Jochabschnitte 18 und der Schlitze 42, kuppeln das Antriebs- und Abtriebsbauteil 10 und 30. Jedes bewegliche Bauteil ist in einer Richtung verlängert, um eine verlängerte,zentrale Achse zu definieren, die koaxial zu der jeweiligen radialen Linie 26 und koplanar mit den zentralen Achsen der anderen Bauteile 50 ist, wenn die Drehachsen 14 und 3^ miteinander fluchten. Das radial äußere Ende 52 jedes beweglichen Bauteils 50 ist durch eine konvexe, kugelförmige Oberfläche definiert, welche ihren Krümmungsmittelpunkt in dem Punkt 24 hat, so daß sie im wesentlichen mit dem kugelförmigen Sitz 44 in dem jeweiligen Schlitz 42 zusammenpaßt. Das radial innere Ende 54 jedes beweglichen Bauteils ist durch eine konkave, kugelförmige Endfläche definiert, die ebenfalls ihren Krümmungsmittelpunkt in dem Punkt 24 hat, so daß sie mit dem kugelförmigen Sitz 20 des jeweiligen Jochabschnitts 18 zusammenpaßt. Jedes bewegliche Bauteil 50 umfaßt, wie in Fig. 1 bis 4 dargestellt, ein Paar zylindrischer Oberflächen 56, die sich diametral gegenüberliegen und wenigstens an jedem Ende des Bauteils vorgesehen sind und sich bevorzugterweise über die gesamte Länge des Bauteils erstrecken. Die Krümmungsachse jeder zylindrischen Oberfläche ist koaxial mit der verlängerten Zentralachse des Bauteils 50 und damit koaxial mit der jeweiligen radialen Linie 26. Die Seitenflächen 58, welche zwischen den zylindrischen Oberflächen 56 angeordnet sind, sind nichtzylindrisch und bevorzugterweise eben, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt.

Wie im Schnitt in Fig. 3 gezeigt, ist zwischen jeder zylindrischen Oberfläche 56 jedes beweglichen Bauteils 50 und der ebenen Seite 46 jedes Schlitzes 42 an dem radial äußeren Ende jedes beweglichen Bauteils 50, und zwischen jeder zylindrischen Oberfläche 56 und der gegenüberliegenden Seite 28 jedes Jochabschnitts 22 an dem inneren, ra-

πι dialen Ende jedes beweglichen Bauteils 50 ein Übergangsteil 60 angeordnet. Jedes Übergangsteil 60 umfaßt eine konkave, zylindrische Sitzoberfläche 62, welche annähernd den gleichen, wenn auch etwas größeren Krümmungsradius als die zylindrische Oberfläche 56 aufweist (da die Oberfläche 62 mit einem größeren Abstand von der Linie 26 angeordnet ist^, so daß die erstere mit der zweiten zusammenpaßt und um die radiale Linie 26 drehbar ist. Jedes Übergangsteil 60 umfaßt auf seiner Seite auch eine ebene Oberfläche 64, die der zylindrischen Sitzoberfläche 62 gegenüberliegt und gegenüberliegend zu der flachen Seite 28 jedes Jochabschnitts 22 oder der flachen Seite ¹Io jedes Schlitzes 42 angeordnet ist.

Weiterhin sind Lagereinrichtungen vorgesehen, um, unter Druck, ein Drehmoment, das zwischen dem Antriebsteil und dem Abtriebsteil übertragen wird, zu übertragen und eine relative Drehbewegung des Antriebsteils und des Abtriebsteils um den Punkt 24 anzupassen. Im einzelnen ist ein kugelförmig geschichtetes Lager 70 vorgesehen (Fig. 1 und 2), das zwischen jeder konvexen Kugel-Endoberfläche 52 jedes beweglichen Bauteils 50 und dem korrespondierenden, konkaven, kugelförmigen Sitz 44 jedes Schlitzes 42 und zwischen der konkaven, kugelförmigen Endoberfläche 54 jedes beweglichen Bauteils 50 und dem kugelförmigen Sitz 20 jedes Jochabschnitts 18 angeordnet ist. Ein zylindrisches, geschichtetes Lager 72 ist zwischen jeder konkaven, zylindrischen Oberfläche 62 des Übergangsteils 60 und der gegenüberliegenden, konvexen, zylindrischen Oberfläche 56 des beweglichen Bauteils 50 vorgesehen (siehe Fig. 1 und 3)· Schließlich ist ein ebenes, geschichtetes Lager 74 zwischen der ebenen Oberfläche 64 jedes Übergangsteils 60 und der gegenüberliegenden, ebenen Seite 28 jedes Jochabschnitts 22, oder der gegenüberliegenden, flachen Seite 46 jedes Schlitzes 42 vorgesehen. Jedes geschichtete Lager umfaßt vorzugsweise abwechselnde Schichten von federndem, elastomerischem Material und nichtdehnbarem Material.

Jedes Lager ist vorzugsweise eine geschichtete Lagereinheit für hohen Druck ("high compression laminate" bearing unit) und ist mit den gegenüberliegenden Lageroberflächen befestigt, vorzugsweise durch eine unlösbare Verbindung, und nimmt demgemäß im allgemeinen die Form dieser Oberflächen an · Vorzugsweise sind die federnden Lagen jeder Schicht aus einem elastomerischen Material,wie etwa Gummi oder bestimmten Plastiksorten, hergestellt, während die nichtdehnbaren Lagen,z.B. aus einem versteiften Plastik, Metall oder einer Metallegierung, wie etwa nichtrostendem Stahl, hergestellt sind. Die abwechselnden Lagen jeder Schicht sind miteinander und gegenüber den gegenüberliegenden Lagerflächen in einer geeigneten Weise befestigt, wie etwa mit einem geeigneten Klebstoff. 15

Die einzelne Ausgestaltung jedes geschichteten Lagers hängt weitgehend von der beabsichtigten Verwendung ab. Die Gestalt, Dicke und Anzahl der Lagen jedes Lagers und der Schubmodul jeder Lage von elastomerischem Material hängt, z.B.,im einzelnen von den voraussichtlichen Druckbelastungen und der Höhe der zu tolerierenden Winkelversetzung zwischen dem Teil 10 und dem Teil 30 ab. Die Vorteile derartiger Lager sind in dem US Patent 4 208 889 beschrieben. Im allgemeinen kann bei der Verwendung derartiger Lagereinheiten eine unerwünschte Schwingung wenigstens teilweise gedämpft und ein Geräusch, ebenso wie vibrationsbedingter Verschleiß reduziert werden. Weiterhin sieht jedes Lager, wegen der Federung des elastomerischen Materials, ungleichmäßigen Druck-und Schubbeanspruchungen entgegenwirkende Rückstellkräfte vor. Es ist wichtig, daß der Gebrauch derartiger geschichteter Lager die teure Notwendigkeit einer Schmierung zwischen den verschiedenen Lageroberflächen ausschließt. Ferner reduziert der Gebrauch elastomerischer Lager die Chancen von Ausfällen mit risikoreichen Folgen.

Beim Betrieb wird eine Drehmomentbelastung von dem Antrie.bsteil 10 auf das Abtriebsteil 30 übertragen, so daß

das Teil 10 sich um die Drehachse 14 dreht. Diese Drehmomentbelastung wird unter Druck durch die flachen Lager 74 und die zylindrischen Lager 72, die der Drehrichtung des Teils 10 entgegengesetzt sind, übertragen. Jede Winkelversetzung, die zwischen den Teilen 10 und 30 auftritt, bewirkt eine Drehung der beiden Teile um den gemeinsamen Punkt 24. Diese Bewegung wird, in Fig. 5 gezeigt, unter Schub durch die kugelförmigen Lager 70 und die flachen Lager 74 übertragen. Diese Drehbewegung wird durch die kugelförmigen, geschichteten Lager 70 und die flachen Lager 74 unter Schub übertragen, wenn die Wellen 12 und 32 sich um ihre Achse drehen. In dieser Beziehung sind alle kugelförmigen-Lager (d.h. beide·von denen, die gegenüberliegend den beiden inneren und äußeren radialen Enden der beweglichen Bauteile angeordnet sind) vorzugsweise so ausgebildet, daß sie ausgeglichene, winkelmäßige Federkonstanten um den gemeinsamen Punkt 24 in jeder Ebene, die durch die Drehachsen 14 und 34 und die jeweilige radiale Linie 26 ( wie in Fig. 2 gezeigt) gebildet wird, aufweisen. In ähnlicher Weise sind alle flachen Lager 74 vorzugsweise mit ausgeglichenen,winkelmäßigen Federkonstanten um den gemeinsamen Punkt 24 in jeder Ebene, die durch die Drehachsen 14 und 34 und die jeweilige radiale Linie 26 gebildet wird, ausgestattet, so daß eine Kupplung mit konstanter Geschwindigkeit vorgesehen ist, bei welcher die verlängerten Achsen jedes beweglichen Bauteils in der homokinetischen Ebene verbleiben, wenn eine Winkelversetzung auftritt. Die winkelmäßigen Federkonstanten des jeweiligen Sets von kugelförmigen oder flachen Lagern sind im wesentlichen ausgeglichen, wobei die einzelne Federkonstante jedes Lagers als eine Funktion des Abstands des Lagers von dem gemeinsamen Punkt 24 bestimmt ist, so daß das bewegliche Bauteil ohne Rücksicht auf eine Winkel-Versetzung der Kupplung in der homokinetischen Ebene verbleibt. Im allgemeinen ist das Produkt der Federkonstante und des Abstands von dem Mittelpunkt 24 ungefähr gleich bei allen kugelförmigen Lagern und ungefähr gleich bei

allen flachen Lagern. Wegen der Natur der geschichteten Lagereinrichtungen (Rückstellkräfte vorzusehen, wenn sie mit Belastungen dieser Art beaufschlagt sind) streben die Wellen danach, sich in eine axial fluchtende Lage zurückzubewegen. Die axiale Lage der Wellen wird so durch die Rückstellkräfte wiederhergestellt, welche in jedem der flachen Lager 74 und der kugelförmigen Lager 70 als eine Reaktion auf eine Schubbeanspruchung auftreten.

Weiterhin wird jeder axiale Versetzung von dem Punkt 24 von einem der Teile 10 oder 30, wobei die Achsen 14 oder 34 danach streben, sich relativ zueinander zu verschieben, durch den Druck der kugelförmigen Lager 70 entgegengewirkt. Es soll erwähnt werden, daß, obwohl ein Teil des Gebildes in Fig. 1 bis 5 als Teil des Antriebsbauteils und ein anderer Teil des Gebildes als Abtriebsbauteil beschrieben ist, die Kupplung genauso arbeitet, wenn diese umgekehrt werden. Weiterhin können im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungen an dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 5 vorgenommen werden.

Z.B. kann das bewegliche Bauteil eine andere Form aufweisen als die, welche unter Bezug auf die Fig. 1 bis 4 gezeigt und beschrieben ist. Z.B. ist Fig. 6 das bewegliche Bauteil 50A in Form eines rechtwinkeligen Zylir.rii-rs dargestellt, dessen eines Ende eine kugelförmige, konvexe Oberfläche 52A und dessen anderes Ende eine konkave, kugelföriTjige Oberfläche 52B aufweist, wobei jede der Endoberflächen zentrisch zur verlängerten Drehachse des Bauteils 50A find. Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich die zylindrische Seitenfläche 56A des Bauteil:? um dieses herum in einem Winkelbereich von 360 °.

In Fig. 7 ist ein bewegliches Bauteil 50B dargestellt, welches einen ersten zylindrischen Teil 90 aufweist, welcher an dem äußeren, radialen Ende des Bauteils angejrdr.et ist und mit einer konvexen, kugelförmigen Endoberfläche 52B versehen ist, und einen zweiten zylindrischen

Abschnitt 92, welcher an dem inneren radialen Ende des Bauteils angeordnet ist und mit einer konkaven, kugelförmigen Endfläche 54B versehen ist, wobei jede kugelförmige Oberfläche zentrisch zur langgestreckten Drehachse des Bauteils ist. Der erste zylindrische Abschnitt 90 weist einen geringeren Querschnittsdurchmesser auf als der zweite zylindrische Endabschnitt 92, so daß die zylindrischen und flachen Lager an dem äußeren radialen Ende kleiner als die entsprechenden zylindrischen und flachen Lager an dem inneren radialen Ende sind, so daß sie größe Belastungen aufnehmen. Es soll angemerkt werden, daß Veränderungen in den Dimensionen der Lager, Übergangs teile und Jochabschnitte des Antriebsteils relativ zu den korrespondierenden Teilen des Abtriebsteils vorgenommen werden, um das bewegliche Bauteil 50B anzupassen.

Eine andere alternative Form des beweglichen Bauteils ist in Fig. 8 dargestellt. Das Bauteil 50B ist frustokonisch ausgebildet, wobei es an seinem radial inneren Ende einen größeren Querschnittsdurchmesser aufweist (gebildet mit einer konkaven Kugeloberfläche 5*iC) als an seinem radial äußeren Ende (gebildet mit einer konvexen, kugelförmigen Oberfläche 52C),so daß ein größerer Lastbereich an dem radial inneren Ende vorgesehen ist. Es soll vermerkt werden, daß nur die Form des Übergangsteils verändert werden muß, um das Bauteil 50C anzupassen. Z.B. kann die konkave, zylindrische Oberfläche 62 des Übergangsteils 60 von Fig. 3 durch eine konkave, frustokonische Oberfläche ersetzt werden. In diesem Fall nimmt die Dicke des Übergangsteils von seinem inneren, radialen Ende zu seinem äußeren, radialen Ende ab, so daß die ebene Oberfläche 64, die mit dem jeweiligen flachen Lager 7^ befestigt ist, weiterhin vorgesehen ist.

Die Erfindung weist vielfältige Vorteile auf. Durch den Gebrauch der verlängerten, beweglichen Bauteile können größere Drehmomentbelastungen übertragen werden, im Vergleich zu einer Petersen Kugelgelenkkupplung,

welche die gleiche Anzahl von Kugeln wie bei der vorliegenden Erfindung bewegliche Bauteile aufweist. Weiterhin sind bei der vorliegenden Gestaltung weniger bewegliche Bauteile nötig als bei der Petersen Kugelgelenkkupplung, um das gleiche Drehmoment zu übertragen.

Schließlich sind bei einer vorgegebenen Drehmomentbelastung bei der vorliegenden, platzsparenden Ausgestaltung weniger elastomerische Abschnitte nötig, als ursprünglich bei der Petersen Kugelgelenkkupplung.

Weiterhin kann, während das bevorzugte Ausführungsbeispiel, das in den Figuren gezeigt.ist, eine nicht verstellbare Gelenkkupplung darstellt, eine kolbenartige Kupplung leicht vorgesehen werden. Zum Beispiel kann eine Vielzahl von flachen Lagern, wobei jeweils eines mit einem beweglichen Bauteil verbunden ist, in die gezeigte Anordnung mit hineingebracht werden, um eine Bewegung einer der Wellen in Richtung ihrer Drehachse zu ermöglichen. Im einzelnen kann der kugelförmige Sitz 44 eine ebene Oberfläche am äußeren Radialende jedes Schlitzes ersetzt werden. Es kann ein zusätzliches Übergangsteil hinzugefügt werden, welches eine ebene Oberfläche aufweist, die der radialen äußeren Oberfläche jedes Schlitzes gegenüberliegt und ein ebenes geschichtetes Lager kann zwischen diesen beiden ebenen Oberflächen angeordnet werden. Das zusätzliche Übergangsteil, das mit jedem Schlitz 42 verbunden ist, kann mit einer kugelförmigen Oberfläche versehen sein, die entgegengesetzt zu seiner ebenen Oberfläche und identisch zu deir, kugelförmigen Sitz 44 ist, so daß es mit dem kugelförmigen Lager 70 zusammenpaßt. Bei einer solchen Anordnung wäre jedes zu-'sätzliche flache Lager, das an dem radialen äußeren Ende jedes Schlitzes vorgesehen ist, in einer Ebene senkrecht zu den zwei flachen Lagern 74, die an den Seiten de? korrespondierenden Schlitzes angeordnet sind, ausgerichtet, und parallel zu der Achse 34 der Welle 32 des Teils 30, so daß die Wellen 12 und 32 in Richtung der

ICb.

1 Achse 3^ relativ bewegbar sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Kupplungseinrichtung mit einem Antriebsteil, das drehbar um eine erste Achse gelagert ist, mit einem Abtriebsteil, das drehbar um eine zweite Achse gelagert ist, mit einer Vielzahl von beweglichen Bauteilen, die kreisförmig mit einem Abstand um die erste und die zweite Achse angeordnet sind und das Antriebsteil und das Abtriebsteil kuppeln, so daß die erste und die zweite Achse dazu neigen, sich in einem gemeinsamen Punkt zu schneiden, wenn sie axial versetzt sind, wobei jedes der beweglichen Bauteile in einer Richtung verlängert ist und eine verlängerte Zentralachse aufweist, welche sich radial zu der ersten und zu der zweiten Achse durch einen gemeinsamen Punkt erstreckt und in einer gemeinsamen Ebene mit der verlängerten Zentralachse der anderen beweglichen . Bauteile liegt, und ein radialäußeres Ende aufweist, welches durch eine konvexe Kugelendfläche gebildet wird, deren Krümmungsmittelpunkt mit dem gemeinsamen Punkt zusammenfällt, und ein radialinneres Ende aufweist, welches durch eine konkave Kugelendfläche definiert wird, deren Krümmungsmittelpunkt mit dem gemeinsamen Punkt zusammenfällt; mit einer ersten Einrichtung zum Kuppeln des radialinneren Endes jedes der beweglichen Bauteile mit einem der Antriebs- und Abtriebsteile, wobei die erste Einrichtung Lagereinrichtungen umfaßt, welche zwischen dem beweglichen Bauteil und dem einen Teil angeordnet sind; mit einer zweiten Einrichtung zum Kuppeln des radialäußeren Endes jedes der beweglichen Bauteile mit dem anderen Antriebs- und Abtriebsteil wobei die zweite Einrichtung eine Lagereinrichtung umfaßt, die zwischen jedem der beweglichen Bauteile und dem anderen Antriebs- und Abtriebsteil angeordnet ist; und bei welcher die Lagereinrichtung der ersten und der zweiten Einrichtung unter Druck ein Drehmoment übertragen, welches

zwischen dem Antriebsteil und dem Abtriebsteil übertragen

wird und eine relative Drehbewegung zwischen dem Antriebs* teil und dem Abtriebsteil um den gemeinsamen Punkt erc möglicht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Lagereinrichtung ein erstes geschichtetes Lager, ein zweites geschichtetes -₀ Lager und ein drittes geschichtetes Lager umfaßt, wobei das erste und das zweite geschichtete Lager unter Schub eine relative Drehbewegung zwischen jedem der beweglichen Bauteile und dem Antriebsteil um die korrespondierende verlängerte Zentralachse und zwischen jedem der beweglichen p. Bauteile und dem Abtriebsteil um die korrespondierende verlängerte Zentralachse übertragen können, wobei das zweite und das dritte geschichtete Lager unter Schub eine relative Drehbewegung des Antriebsteils und des Abtriebsteils um den gemeinsamen Punkt übertragen können _ und das erste und das dritte geschichtete Lager unter Druck ein Drehmoment übertragen können, das zwischen dem Antriebsteil und dem Abtriebsteil übertragen wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste geschichtete Lager 2b

zylindrische geschichtete Lager umfaßt, welche jeweils eine Krümmungsachse aufweisen, die koaxial mit der verlängerten Achse des jeweiligen beweglichen Bauteils ist, und daß das zweite Lager kugelförmige geschichtete Lager

umfaßt, welche jeweils gegenüberliegend der kugelförmigen 30

Endoberfläche des inneren und äußeren radialen Endes jedes beweglichen Bauteils angeordnet sind, und deren Kr'jmmungsmj ttelpunkt mit dem gemeinsamen Punkt zusammenfällt, und daß das dritte Lager flache geschichtete Lager

umfaßt, die zwischen jedem der beweglichen Bauteile und 35

dem Antriebsteil und jedem der beweglichen Bauteile und dem Abtriebsteil angeordnet sind und in einer Ebene liegen, die im wesentlichen parallel der Ebene ist, die

durch die verlängerte Achse des korrespondierenden beweglichen Bauteils und die erste und zweite Achse gebildet wird.

M. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Einrichtung ein Übergangsteil umfaßt, welches zwischen jedem der zylindrischen geschichteten Lager und einem der korrespondierenden •j^q ebenen geschichteten Lager angeordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß jedes der beweglichen Bauteile zylindrisch ist und jedes der zylindrischen geschichteten

,κ Lager zwischen einem Übergangsteil und einem beweglichen Bauteil angeordnet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß jedes der zylindrischen beweglichen

2Q Bauteile einen ersten zylindrischen Abschnitt umfaßt, der an dem radialinneren Ende angeordnet ist, und einen zweiten zylindrischen Abschnitt, der an dem radialäußeren Ende angeordnet ist, wobei der erste und der zweite zylindrische Abschnitt verschiedene Durchmesser aufweisen.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Durchmesser des ersten zylindrischen Abschnitts größer ist als der Durchmesser des zweiten zylindrischen Abschnitts.

8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß jedes der zylindrischen bewegliehen Bauteile ein paar zylindrischer Oberflächen aufweist, welche einander diametral gegenüberliegen und in Kontakt

„r stehen mit einem gesonderten zylindrischen geschichteten Lager, und nicht zylindrische Oberflächen, welche zwischen dem Paar zylindrischer Oberflächen angeordnet sind.

^ 3 A 1 9 4 5

9. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der zylindrischen beweglichen Bauteile eine zylindrische Oberfläche aufweist, welche um

_c das Bauteil herum angeordnet ist und in Kontakt steht ο

mit diametral gegenüberliegenden zylindrischen geschichteten Lagern.

10. Einrichtung nach Anspruch H, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beweglichen Bauteile frustokonisch ist und jedes der zylindrischen geschichteten Lager zwischen einem Übergangsteil und einem beweglichen Bauteil angeordnet ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ο

zeichnet , daß die gemeinsame Ebene die homokinetische Ebene ist, so daß die Einrichtung eine Kupplung für konstante Geschwindigkeit ist.

12. Kupplungseinrichtung für konstante Geschwindigkeit, 20

mit einem Antriebsteil, das

drehbar um eine erste Achse gelagert ist, einem Abtriebsteil, das drehbar um eine zweite Achse gelagert ist, eine Viel-Zahl von dazwischenliegenden Bauteilen, die relativ zu dem

Antriebsteil und dem Abtriebsteil bewegbar sind, und 25

kreisförmig mit einem Abstand um die erste Achse und um die zweite Achse angeordnet sind und das Antriebsteil und das Abtriebsteil kuppeln, so daß die erste Achs-e und die zweite Achse dazu neigen, sich in einem gemeinsamen

Punkt zu schneiden, wenn sie axial versetzt sind, wobei 30

jedes der beweglichen Bauteile in eine Richtung verlängert ist und eine verlängerte Zentralachse aufweist,- die sich radial zu der ersten Achse und zu der zweiten Achse durch .den gemeinsamen Punkt erstreckt und in einer gemeinsamen

Ebene mit der verlängerten Zentralachse der anderen beef ο

weglichen Bauteile liegt, und mit einer Einrichtung zurr. Kuppeln von jedem der beweglichen Bauteile mit dem Antriebsteil und dem Abtriebsteil, wobei die Einrichtung

Lager umfaßt, welche zwischen jedem Bauteil und dem Antriebs- und dem Abtriebsteil angeordnet sind, und wobei die Lager unter Druck ein Drehmoment übertragen, welches zwischen dem Antriebsteil und dem Abtriebsteil übertragen wird und eine relative Drehbewegung zwischen dem Antriebsteil und dem Abtriebsteil um den gemeinsamen Punkt ermöglichen.