DE69033391T2

DE69033391T2 - Kreuzgelenk mit äusserer Schmierung

Info

Publication number: DE69033391T2
Application number: DE69033391T
Authority: DE
Inventors: Paul J. Cornay
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-06-28
Filing date: 1990-06-28
Publication date: 2000-06-29
Anticipated expiration: 2010-06-29
Also published as: ES2077683T3; CA2062800A1; ATE127575T1; EP0670433A1; EP0493388A1; ES2142416T3; CA2062800C; ATE187529T1; DK0493388T3; JPH04506396A; DE69022241D1; JP3061638B2; DK0670433T3; DE69022241T2; WO1991000438A1; DE69033391D1; EP0670433B1; EP0493388A4; EP0493388B1; AU5969690A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Universalgelenke.
Universalgelenke werden in einer Vielzahl von Industriezweigen verwendet, einschließlich der Luft- und Raumfahrt-, der Kraftfahrzeug- und der Schiffbauindustrie. Die luft- und Raumfahrtindustrie verwendet Universalgelenke zum Beispiel, um Leistung auf Steuerflächen zu übertragen. Universalgelenke werden in Lenksäulen von Kraftfahrzeugen zur Übertragung von Leistung verwendet. Universalgelenke werden in Bootsmotoren verwendet. Zusätzlich können Universalgelenke von Traktoren bis zu Robotern überall gefunden werden.
Herkömmliche kardanische Universalgelenke verwenden zwei Joche und ein inneres Drehkreuz. Eine Alternative ist eine Gelenkart mit äußerem Ring, Ausgestaltung sind in FR-1044902 und US-1381599 offenbart, die zwei Joche aufweisen, welche an jeweiligen Wellen befestigt sind, wobei die Joche drehbar, auf jeweils ersten und zweiten Achsen, an einem Ring befestigt sind, der die Ösen der Joche umgibt. Der äußere Ring der US-1381599 erleichtert die Einrichtung einer Schmierung. Die Schmierung ist auch ein Gegenstand in der GB 2014276, die jedoch die Verwendung von Rahmen offenbart anstelle der Joche sowie eine Reihe von Schmiermitteldurchgängen, die durch die verschiedenen Bauteile gehen, einschließlich der Rahmen, und die das Schmiermittel der Reihe nach zu den Lagern fördern, die hiervon getragen werden.
Erfindungsgemäß wird ein Universalgelenk bereitgestellt, umfassend einen Ring, der einen Schmiermitteldurchgang mit Schmiermittelöffnungen umfasst, eine erste und eine zweite Welle, ein Joch, verbunden mit der zweiten Welle und angeordnet innerhalb des Rings, eine erste Stiftvorrichtung, die das Joch und den Ring schwenkbar verbindet, weitere Stiftvorrichtungen, die schwenkbar die erste Welle und den Ring verbindet sowie eine Anzahl Lagervorrichtungen in dem Ring, die in Fluidkontakt mit dem Schmiermitteldurchgang stehen und die ersten und die weitere Stiftvorrichtung aufnehmen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermitteldurchgang ein einzelner Kanal ist, welcher sich in dem Ring befindet und sich erstreckt weniger als 360º um den Ring zwischen zwei Endbereichen des Durchgangs, wobei die Endbereiche jeweils Schmiermittelöffnungen besitzen, die sich jeweils zum Durchgang hin an beanstandeten Abschnitten öffnen, so dass Schmiermittel, das in einer Schmiermittelöffnung eintritt im Wesentlichen durch die gesamte Länge des Schmiermittelsdurchgangs hindurchgehen muss, bevor es durch die zweite Schmiermittelöffnung austreten kann. Die Erfindung stellt ein Universalgelenk bereit, das für die Anwendung bei hohen Betriebswinkeln und hohen Drehzahlen ausgelegt ist.
Eine erste Ausführungsform des Gelenks weist eine Kugel auf, einen halbkugelförmigen, wie ein Teil einer Schale geformten Bügel und einen Ring, wobei die Kugel innerhalb des Bügels angeordnet ist, der sich innerhalb des Rings befindet. Zapfen verbinden den Ring mit dem Joch und mit der Kugel. Eine erste Welle ist mit der Kugel verbunden und eine zweite Welle ist an das Joch angeschlossen. Das Joch ist innen schalenförmig, um die beste Anpassung an die Kugel zu erreichen. Die Schalenform des Jochs befähigt das Joch zentrifugalen und tordierenden Lasten besser zu widerstehen als herkömmliche Y-förmige Joche.
Der Ring, die Welle, die Kugel und das Joch sind jeweils aus Komponenten geformt, die kreisförmig symmetrisch zu ihrer eigenen Längsachse sind. Diese Form der Komponenten erlaubt es, das Gelenk auf computergesteuerten Drehbänken herzustellen und ermöglicht es, das Gelenk bei größeren Winkeln und höheren Drehzahlen mit geringeren Schwingungen zu betreiben als andere herkömmliche Universalgelenke.
Eine zweite, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist ein Universalgelenk auf mit einem Kreuz-Drehzapfen, einem halbkugeligen, wie ein Teil einer Schale geformten Jochs und einem Ring, wobei der Kreuz-Drehzapfen innerhalb des Jochs angeordnet ist, der sich innerhalb des Rings befindet. Zapfen verbinden den Ring mit dem Joch und mit dem Kreuz-Drehzapfen. Eine erste Welle ist mit dem Kreuz-Drehzapfen verbunden und eine zweite Welle ist an den Jochen angeschlossen.
Das Joch ist innen so geformt, dass eine enge Anpassung an den Kreuz-Drehzapfen erfolgt, wobei der Kreuz-Drehzapfen sich bei den gewünschten Betriebswinkeln des Gelenks ohne Berührung zwischen den zwei Teilen frei darin bewegen kann. Das Joch ist außen schalenförmig, um die beste Anpassung an den Ring zu erzielen, während der Ring darum schwingen kann, ohne dass sich die zwei Teile berühren. Die Schalenform des Jochs ermöglicht es, den zentrifugalen und tordierenden Lasten besser zu widerstehen als herkömmliche Y-förmige Joche. Der Ring und das Joch sind jeweils aus Komponenten geformt, die kreisförmig symmetrisch zu ihrer eigenen Längsachse sind. Diese Form der Komponenten erlaubt es, das Gelenk auf computergesteuerten Drehbänken herzustellen und ermöglicht es, das Gelenk bei größeren Winkeln und höheren Drehzahlen mit geringeren Schwingungen zu betreiben als andere herkömmliche Universalgelenke.
Mit der Kugel oder dem Kreuz-Drehzapfen innerhalb des Jochs und dem Joch innerhalb des Rings ist der Großteil der Masse des Universalgelenks näher bei der Drehachse des Universalgelenks, als es möglich wäre, wenn der Ring zwischen dem Kreuz-Drehzapfen und dem Joch wäre. Dadurch wird die Wirkung der Zentrifugalkraft verringert, so dass eine größere dynamische Stabilität des Gelenks möglich wird. Das Joch kann innen kegelig sein, um ihn so klein wie möglich zu machen und seine Festigkeit zu maximieren, wobei der Betriebswinkel des Gelenks größtmöglich ist.
Mit der Kugel oder dem Kreuz-Drehzapfen innerhalb des Jochs kann das Gelenk bis zu Winkeln von 45º und darüber mit weniger seitlichem Abstand (das ist der Abstand entlang der Längsachse des Gelenks) versetzt sein als in herkömmlichen kardanischen Gelenken.
Alle Schwenkbewegung des Gelenks findet im Ring statt, wo die Zapfen, die den Ring mit der Kugel oder den Kreuz-Drehzapfen mit dem Joch verbinden, von Nadellagern umgeben sind.
In der zweiten Ausführungsform wird die Schmierung der Zapfen und der Lager auch mit Hilfe des nicht fortlaufenden, ringförmigen, mit Schmiermittel gefüllten Kanals im Ring erreicht. Schmiernippel sind vorgesehen, um den Kanal mit Schmiermittel füllen zu können. Lagereinheiten mit zwei Schmiernippeln, die in der äußeren Gleitbahn und um 180º versetzt angeordnet sind, stehen in Verbindung mit dem ringförmigen Schmiermittelkanal im Ring, so dass das Schmiermittel durch den Ring und durch alle vier Lagereinheiten gepumpt werden kann. Die zwei nächstgelegenen Schmiernippel im Ring sind nur durch den nicht fortlaufenden, ringförmigen Kanal verbunden, wobei zwischen den beiden Nippeln im Ring auf kürzestem Wege keine Verbindung besteht. Dies ist vorteilhaft gegenüber anderen Ringausgestaltungen, da die Möglichkeit einer Blockierung im schmiermittelgefüllten Kanal vermieden wird, die das Schmiermittel veranlasst, dem Weg des geringsten Widerstands zu folgen und dabei nicht alle vier Lagereinheiten zu schmieren. Zusätzlich ermöglicht es der nicht fortlaufende Schmiermittelkanal mit einem Eingangs- und einem Ausgangsnippel, das System zu leeren, so dass altes Schmiermittel durch Neues ersetzt werden kann.
Die Gelenke sind dafür ausgelegt, einen Betriebswinkel von 45º zwischen der antreibenden Welle und der angetriebenen Welle abzudecken.
Es können einige Vorteile verbunden sein mit dem Gebrauch von Eingangs-, Ausgangs- und Zentrumswellen, die ihre Masse nahe den Drehachsen konzentriert haben, und von Ringen, die ein größeres Trägheitsmoment aufweisen, das Änderungen in der Betriebsgeschwindigkeit widersteht, anstelle des Trägheitsmoments, das Schwingungen widersteht. Das kann die Übertragung von Vibrationen verringern, die durch die nicht gleichförmige Bewegung dieses Elements in einer Doppel-Gelenkanordnung verursacht ist. Vergleichende Tests gegenüber typischen Doppel-Kardanauslegungen zeigten, dass ein Gelenk gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung bis zu 75% weniger Vibrationen aufweisen kann, wenn es bei großen Winkeln und hohen Geschwindigkeiten betrieben wird. Zusätzlich können die halbkugeligen Schalen und die Ringe das Auswuchten der Einheit erleichtern, und das kann ebenfalls zur Beherrschung von Vibrationen beitragen.
Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie diese umgesetzt werden kann, wird jetzt beispielhaft Bezug genommen auf die beigefügten Figuren. Es zeigt:
Fig. 1 eine Explosionsansicht eines Universalgelenks gemäß EP-049338;
Fig. 2 eine Seitenansicht der Ausführungsform des in Fig. 1 gezeigten Gelenks;
Fig. 3 eine Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform nach EP-049338;
Fig. 4 eine Schnittansicht des schwenkbaren Rings der ersten und zweiten Ausführungsform nach EP-049338;
Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linien 5-5 in Fig. 6;
Fig. 6 eine teilweise ausgeschnittene Ansicht einer dritten Ausführungsform des Universalgelenks nach EP-049338;
Fig. 7 eine Explosionsansicht der bevorzugten Ausführungsform des Universalgelenks gemäß der Erfindung;
Fig. 8 eine seitliche Ansicht der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9 eine Schnittansicht der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 10 eine Schnittansicht des drehbaren Rings der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 11 eine Schnittansicht entlang der Linien 11-11 in Fig. 12; und
Fig. 12 eine teilweise ausgeschnittene Ansicht einer fünften Ausführungsform des Universalgelenks gemäß der Erfindung.
Es folgt eine Liste der geeigneten Teile und Materialien für die verschiedenen Elemente der Erfindung.
10 Universalgelenk
11 halbkugelig, teilschalenförmiges Joch (AISI 4340 Metallegierung)
12 Kugel (AISI 4340)
13 Welle (AISI 4340)
14 Welle (AISI 4340)
15 Ring (AISI 4340)
16 Nuten im Joch 11
17 inneres Ringelement (AISI 4340)
18 äußeres Ringelement (AISI 4340)
19 Kanal in Ring 15
20 Schmiernippel in Ring 15
21 langer Zapfen (AISI 1060 mit einer Härte von 60-65 Rockwell C)
22 kurzer Zapfen (AISI 1060 mit einer Härte von 60-65 Rockwell C)
23 Kegel im Joch 11
31 Nadellager
32 Lagerschalen
33 Öffnungen in Ring 15
34 Öffnungen in Lagerschalen 32
35 Materialband, vorzugsweise Metall mit einer inneren, bis auf eine Tiefe von 0,075 cm mit einer Härte von Rockwell C 60 induktionsgehärteten Oberfläche
41 Öffnung in Kugel 12
42 Öffnung des Jochs 11
100 Universalgelenk
113 Welle (AISI 4340)
134 Kanal in Lagerschalen 32
200 Universalgelenk
213 Welle (AISI 4340)
300 Universalgelenk
310 Universalgelenk
311 halbkugelförmig, teilschalenförmiges Joch (AISI 4340 Metallegierung)
312 Kreuz-Drehzapfen (AISI 4340)
313 Welle (AISI 4340)
314 Welle (AISI 4340)
315 Ring (AISI 4340)
316 Nuten im Joch 311
317 inneres Ringelement (AISI 4340)
318 äußeres Ringelement (AISI 4340)
319 Kanal in Ring 315
320 Schmiernippel in Ring 315
321 langer Zapfen (AISI 1060 mit einer Härte von 60-65 Rockwell C)
322 kurzer Zapfen (AISI 1060 mit einer Härte von 60-65 Rockwell C) 342 Öffnung im Joch 311
323 kegelförmige innere Radialoberfläche des Jochs 311
324 kegelförmige innere Oberfläche des Jochs 311
325 kegelförmige flache Oberfläche des Jochs 311
326 Schmiernippel in Ring 315
327 Senkpassung NPT Innensechskantbolzen
328 Senkpassung NPT Innensechskantbolzen
330 Abschluss-Nadellagereinheit (modifiziertes Torrington-Lager Nr. M-1081-20H)
332 Lagerschalen
333 Öffnungen in Ring 315
334 Öffnungen in Lagerschalen 332
336 innere Sprengringe
337 Sprengring-Nuten in Öffnungen 333
338 Polytetrafluorethylen (PTFE) Abstandsringe
339 Gummi O-Ring (Brung-N 90 Durometer, wie z. B. Parker Nr. 2-016)
340 Welle (AISI 4340)
341 Öffnung in Kreuz-Drehzapfen 312
513 Welle (AISI 4340)
Es wird nun Bezug auf die Figuren genommen. Das Universalgelenk 10 umfasst (Fig. 5 und 6) ein halbkugeliges, teilschalenförmiges Joch 11, eine Kugel 12, eine Welle 13, eine Welle 14 und einen Ring 15.
Das Joch 11 weist eine im wesentlichen halbkugelige äußere Oberfläche und eine konzentrische, im wesentlichen halbkugelförmige innere Oberfläche auf.
Ein relativ langer Zapfen 21 erstreckt sich durch eine Öffnung 41 (s. Fig. 1) in der Kugel 12 in den Ring 15. Relativ kurze Zapfen 22 verbinden das Joch 11 mit dem Ring 15. Die ersten und zweiten Enden des Zapfens 21 sind drehbar aufgenommen in dem Ring 15 und sind von den Nadellagern 31 umgeben. Ein erstes Ende von jedem Zapfen 22 ist in den Öffnungen 42 des Jochs 11 aufgenommen und ein zweites Ende von jedem Zapfen 22 ist drehbar im Ring 15 aufgenommen. Das zweite Ende von jedem Zapfen 22 ist von Nadellagern 31 umgeben. Ein Materialband 35, vorzugsweise aus Metall, umgibt den Ring 15, und hindert die Nadellager 31 und die Zapfen 21 und 22, aus dem Ring 15 heraus zu treten. Das Band 35 wirkt auch als Dichtung, um das Schmiermittel zurückzuhalten. Die Nadellager 31 sind in Lagerschalen 32 enthalten, die mit Druck in Öffnungen 33 im Ring 15 gepasst sind (s. Fig. 1). Die Druckpassung der Lagerschalen 32 in den Öffnungen 33 hindert die Nadellager 31 daran, sich nach innen auf das Zentrum des Universalgelenks 10 zuzubewegen. Die Lagerschalen 32 weisen einen Kanal 134 auf, so dass das Schmiermittel hindurchströmen kann, und zwei Öffnungen 34 darin, die den Durchgang des Schmiermittels gestatten. Die Öffnungen 34 in den Lagerschalen 32 fluchten mit einem Kanal 19 im Ring 15. Die Lagereinheit, die Lagerschalen 32 und Nadellager 31 umfasst, kann vorteilhafterweise aus einer modifizierten Torrington Lagereinheit Nr. BH-108-20H gefertigt sein.
Wenn eine abgedichtete Abschluss-Nadellagereinheit ähnlich dem Torrington Lagerteil Nr. M-11101-0H anstelle der offenen Lagereinheit verwendet wird, die Lagerschalen 32 und Nadellager 31 umfasst, kann das Band 35 weggelassen werden.
Joch 11 weist Nuten 16 auf, so dass der Zapfen 21 sich darin bewegen kann.
Die Welle 14 ist fest an der Kugel 12 befestigt; die Welle 14 und die Kugel 12 können einteilig sein. Die Welle 13 und das Joch 11 sind fest miteinander verbunden; sie können einteilig sein.
Ring 15 umfasst ein inneres Ringelement 17 und ein äußeres Ringelement 18 (s. Fig. 4). Ein Teil von Kanal 19 hat die Form eines ringförmigen Ausschnitts in jedem Ringelement. Die Ringelemente 17 und 18 weisen solche Abmessungen auf, dass das innere Ringelement 17 mit Druck in das äußere Ringelement 18 gepasst werden kann, um einen Kanal 19 als schmiermitteldichten Kanal zu bilden. Die Lagerschalen 32 tragen dazu bei, den Ring 15 zusammenzuhalten, indem eine Bewegung des inneren Ringelements 17 mit Bezug auf das äußere Ringelement 18 verhindert wird.
Der Ring 15 weist eine Anzahl Schmiernippel 20 auf, die mit dem Kanal 19 in Verbindung stehen. Die Schmiernippel 20 können abgedichtet sein, z. B. mit lösbaren Schraubpfropfen (nicht dargestellt). Die Schmiernippel 20 ermöglichen es, dem Kanal 19 Schmiermittel zuzuführen, das Schmiermittel in dem Kanal 19 zu wechseln, oder Schmiermittel aus dem Kanal 19 zu entfernen.
Die Kante des Jochs 11 weist eine Abschrägung 23 auf, so dass die Welle 14 bis zu einem vollen Winkel A (vorzugsweise 45º - s. Fig. 6) versetzt sein kann bezüglich der Längsachse von Welle 14. Wenn die Betriebsbedingungen nicht erfordern, dass der Winkel A so groß ist, kann die Abschrägung 23 weggelassen werden.
Bevor die Öffnungen 33, 41 und 42 und die Nuten 16 gebildet werden, sind der Ring 15, die Kugel 12, das Joch 11 und die Wellen 13 und 14 jeweils kreisförmig symmetrisch zu ihren Längsachsen.
Das Universalgelenk 100 (Fig. 1 und 2) ist dem Universalgelenk 10 ähnlich. Das Universalgelenk 100 weist zwei halbkugelige, teilschalenförmige Joche 11 auf, die von einer Welle 113 verbunden sind, die fest an den Jochen befestigt ist. Die zwei Joche 11 und die Welle 113 können einteilig sein. Die Wellen 14 des Universalgelenks 100 können bis zu einem Winkel B relativ zueinander gedreht werden. Der Winkel B beträgt vorzugsweise 90º. Der Durchmesser der Welle 113 begrenzt die Größe des Winkels B, wenn sich das Universalgelenk in der in Fig. 2 gezeigten Stellung befindet. Wenn die gewünschte Anwendung es nicht erfordert, dass die Wellen 14 um einen Winkel gedreht werden, der so groß ist wie der Winkel B aus Fig. 2, kann der Durchmesser der Welle, die die Joche 11 verbindet, größer sein als der von Welle 113. Fig. 3 zeigt ein Universalgelenk 200 mit einer derartigen Welle 213. Die Welle 213 hat gegenüber der Welle 113 Vorteile, da deren größerer Durchmesser eine höhere Festigkeit und größere dynamische Stabilität ergibt.
Das Universalgelenk 10 wird zusammengesetzt und zum Betrieb fertiggemacht, indem das innere Ringelement 17 mit Druck in das äußere Ringelement 18 eingepasst wird; Lagerschalen 32, die Nadellager 31 aufweisen, in Öffnungen 33 in Ring 15 mit Druck eingepasst werden; der Ring 15 plaziert wird, so dass zwei Öffnungen 33 mit Öffnungen 42 in Joche 11 fluchten, und die Zapfen 22 durch Lagerschalen 32 eingesetzt werden, und indem der Zapfen 22 in Öffnungen 42 mit Druck eingepasst wird; die Kugel 12 in Joch 11 eingesetzt und ausgerichtet wird, so dass Öffnung 41 mit zwei Öffnungen 33 im Ring 15 fluchtet, und indem der Zapfen 22 durch die Öffnungen in den Ring 15 eingesetzt und in Öffnung 41 in der Kugel 12 mit Druck eingepasst werden, so dass ein gleicher Betrag des Zapfens 21 aus jeder Seite der Kugel 12 heraus tritt; indem das Band 35 über den Ring 15 mit Druck gepresst wird; und Schmiermittel in den Kanal 19 durch einen der Schmiernippel 20 hinein und aus einem anderen Schmiernippel 20 gepumpt wird. Das Schmiermittel geht durch die Kanäle 134 und die Öffnungen 34 in den Lagerschalen 32, um die Nadellager 31 zu schmieren. Wie aus Fig. 5 ersehen werden kann, teilen sich alle Nadellager 31 das Schmiermittel im Kanal 19.
Obwohl die Schmiernippel 20 im Ring 15 im oberen Teil der Fig. 1 gezeigt sind, als ob diese auf der Fläche gegenüber dem zweiten Ring 15 wären, ist es für die Nippel 20 vorzuziehen, wenn diese auf der gegenüberliegenden Fläche des Rings 15 (wie in dem unteren Ring 15 in Fig. 1 gezeigt) wären, so dass der Zugang zu den Nippeln 20 einfacher ist, wenn die Verbindung 100 installiert ist.
Entweder die Welle 13 oder die Welle 14 kann mit einer antreibenden Welle verbunden werden; die andere ist mit der angetriebenen Welle verbunden. Diese Verbindungen können mit jedweden herkömmlichen Einrichtungen hergestellt werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, das Universalgelenk 310, umfasst (Fig. 11 und 12) ein halbkugeliges, teilschalenförmiges Joch 311, einen Kreuz-Drehzapfen 312, eine Welle 513, eine Welle 340 und einen Ring 315.
Das Joch 311 weist eine im wesentlichen halbkugelige äußere Fläche und eine konzentrische, im wesentlichen halbkugelförmige innere Fläche auf.
Ein relativ langer Zapfen 321 erstreckt sich durch eine Öffnung 341 (s. Fig. 7) im Kreuz-Drehzapfen 312 in den Ring 315. Relativ kurze Zapfen 322 verbinden das Joch 311 mit dem Ring 315. Die ersten und zweiten Enden von Zapfen 321 sind drehbar aufgenommen in Abschluss-Nadellagereinheiten 330 im Ring 315. Ein ertes Ende des jeweiligen Zapfens 322 ist mit einer Schrumpfpassung oder einer Presspassung in Öffnungen 342 in Joch 311 und ein zweites Ende eines jeden Zapfens 322 ist drehbar aufgenommen im Ring 315. Das zweite Ende eines jeden Zapfen 322 ist aufgenommen in Abschluss-Nadellagereinheiten 330. Die Abschluss-Nadellagereinheiten 330 umfassen Nadellager 31, die in Lagerschalen 332 enthalten sind, die mit Druck in die Öffnungen 333 (s. Fig. 7) in Ring 315 eingepasst sind. Die Lagerschalen 332 weisen zwei Öffnungen 334 auf, die um 180º versetzt sind, so dass Schmiermittel hindurch strömen kann. Die Öffnungen 334 in den Lagerschalen 332 fluchten mit einem Kanal 319 im Ring 315. Die Abschluss-Nadellagereinheiten 330 sind durch innere Sprengringe 336 gesichert, die in Sprengringnuten 337 in den Öffnungen 333 passen.
Das Joch 311 weist Nuten 316 auf, in denen sich der Zapfen 321 bewegen kann.
Die Welle 340 ist fest mit dem Drehzapfen 312 verbunden, wobei die Welle 340 und der Drehzapfen 312 ein Teilbilden können. Die Welle 513 und das Joch 311 sind fest miteinander verbunden. Sie können ein einziges Teil bilden.
Der Ring 315 umfasst ein inneres Ringelement 317 und ein äußeres Ringelement 318 (s. Fig. 11). Der Kanal 319 ist in dem Ringelement 317 und hat die Form eines nicht fortlaufenden, ringförmigen Ausschnitts, dessen Querschnitt halbkreisförmig ist (s. Fig. 10). Der Kanal 319 wird vorzugsweise hergestellt, indem eine Nut gefertigt wird im äußeren Durchmesser des Ringelements 317 bevor der Ring 315 zusammengesetzt wird. Die Ringelemente 317 und 318 weisen Abmessungen auf, so dass das innere Ringelement 317 mit Druck in das äußere Ringelement 318 eingepasst werden kann, um den Kanal 319 als einen schmiermitteldichten Kanal auszubilden. Die Lagerschalen 332 tragen dazu bei, den Ring 315 zusammenzuhalten, indem eine Bewegung des inneren Ringelements 317 bezüglich des äußeren Ringelements 318 verhindert wird.
Der Ring 315 weist zwei Schmiernippel 320,326 auf, die mit dem nicht fortlaufenden, ringförmigen Kanal 319 in Verbindung stehen. Die Schmiernippel 320, 326 sind auf dem Ring 315 angeordnet und über dem Kanal 319 zentriert. Die Nippel 320 und 326 liegen einander gegenüber und jeder Nippel steht mit einem Ende des Kanals 319 in Verbindung. Der Kanal 319 erstreckt sich nicht vollständig um den Ring 315 herum, sondern der Kanal 319 erstreckt sich im Ring 315 um beinahe 360º von Nippel 320 zu Nippel 326. Die Schmiernippel 320 und 326 können z. B. mit lösbaren Senkpassungs-NPT-Allen-Kopfnieten 327, 328 abgedichtet sein. Die Lagerbaugruppen 330 werden geschmiert, indem die Allen-Kopfnieten 327, 328 gelöst werden, und eine Schmiermittel-Presse (nicht dargestellt) in einen der Schmiernippel 320, 326 geschraubt wird, und mit herkömmlichen Einrichtungen geschmiert wird. Mit den Schmiernippeln 320, 326 ist es möglich, dem Kanal 319 Schmiermittel zuzuführen, das Schmiermittel im Kanal 319 zu wechseln, oder Schmiermittel aus dem Kanal 319 auszulassen, indem das Schmiermittel durch alle vier Lagerbaugruppen 330 (über Öffnungen 334 in den Lagerschalen 332) gedrückt wird, bevor es den Ring 315 verlässt. Schmiermittel kann in den Kanal 319 von jedem der Nippel 320 oder 326 gepumpt werden, so dass das System aus jeder Richtung geleert werden kann. Da sich der Kanal 319 nicht vollständig um den Ring 315 erstreckt, kann sich in den Nippel 320 gepumptes Schmiermittel nur in eine Richtung bewegen, bevor das Schmiermittel aus dem Nippel 326 tritt, so dass das Schmiermittel mit allen Lagereinheiten 330 in Berührung kommen muss, bevor es den Kanal 319 verlässt. Mit zwei um 180º versetzten Öffnungen 334 in jeder Gleitbahn 332 ist das Schmiermittel gezwungen, durch alle Lagerbaugruppen 330 zu wandern (über die Öffnungen 334) bevor es aus dem Kanal 319 tritt. So wird sicher gestellt, dass die Schmierung alle Nadellager 31 erreicht. Weiterhin ist aus Fig. 11 ersichtlich, dass die Öffnungen 334 nahe dem inneren Ende der Lagerbaupruppe 330 angeordnet sind. Diese Anordnung trägt dazu bei, sicherzustellen, dass die zentrifugale Kraft mithilft, das Schmiermittel in die Baugruppen 330 zu füllen.
Das Innere des Jochs 311 weist einen konischen Kegel 324 auf und einen flachen Kegel 325, so dass die Welle 340 sich bei maximaler Festigkeit des Jochs 311 bis zu einem vollen Winkel A (vorzugsweise von 45º) mit Bezug zu der Längsachse der Welle 513 versetzen kann.
Bevor die Öffnungen 333, 341 und 342 und die Nuten 316 gebildet werden, sind Ring 315 und Joch 311 jeweils kreisförmig symmetrisch zu ihren Längsachsen.
Das Joch 311 weist vorzugsweise eine flache, äußere Fläche nahe den Öffnungen 342 (s. Fig. 7) auf zur Unterbringung eines Abstandsrings 338. Die Abstandsringe 338 drücken den O-Ring 339, so dass sichergestellt ist, dass der O-Ring 339 auf drei Seiten gedrückt wird: der innere Durchmesser von den Zapfen 321, 322, die Vorderseite von den Lagerschalen 332 und die Rückseite von den Abstandsringen 338. Die O-Ringe 339 dichten die Lagereinheiten 330 ab, so dass das Schmiermittel gehindert wird, zwischen den Zapfen 321, 322 und den Lagerschalen 332 auszutreten. Die Ringe 338 und 339 und die flache äußere Fläche nahe den Öffnungen 342 können weggelassen werden, wenn Abschluss-Lager mit eingebauten Dichtungen verwendet werden.
Das Universalgelenk 300 (Fig. 7-9) entspricht dem Universalgelenk 310. Das Universalgelenk 300 weist zwei kugelförmige, teilschalenförmige Joche 311 auf, die von einer Welle 313 verbunden werden, die fest an den Jochen befestigt ist. Die Welle 313 geht in die Joche 311 mit einer sanften Krümmung über, so dass eine wie eine Sanduhr geformte Komponente gebildet wird. Die beiden Joche 311 und die Welle 313 können einteilig sein (und sind es vorzugsweise auch). Die Wellen 314 und 340 des Universalgelenks 300 können bis zu einem Winkel B relativ zu einander geneigt sein. Winkel B beträgt vorzugsweise 90º. Das Universalgelenk 300 kann bei 90º betrieben werden mit weniger seitlichem Abstand als andere dem Erfinder bekannte Universalgelenke. Die Größe des Winkels B ist begrenzt durch den Kontakt der Wellen 314 und 340 mit dem Joch 311, wenn das Universalgelenk 300 in der in Fig. 8 gezeigten Stellung ist. Wenn die gewünschte Anwendung nicht erfordert, dass die Wellen 314 und 340 um einen Winkel versetzt sind, der so groß ist wie in Fig. 8 gezeigt, kann der Durchmesser der Joche 311, die die Welle verbinden, größer sein als der der Welle 313. Mit zunehmendem Durchmesser einer Welle, wie der Welle 313, ergibt sich zunehmende Festigkeit und größere dynamische Stabilität.
Das Universalgelenk 310 wird zusammengesetzt und zum Gebrauch fertig gemacht durch: Einsetzen der Joche 311 in den Ring 315, wobei die Schmiernippel 320 und 326 nach außen gerichtet sind, so dass zwei Öffnungen 333 mit Öffnungen 342 im Joch 311 fluchten; Einsetzen der Zapfen 322 in Öffnungen 333 und Drücken der Zapfen 322 in Öffnungen 342 des Jochs 311; Setzen der PTFE Abstandsringe 338 über Zapfen 322 in Öffnungen 333; Setzen der O-Ringe 339 über Zapfen 322 in Öffnungen 333; und dann Pressen der Abschluss-Lagereinheiten 330 in Öffnungen 333 und über Zapfen 322, bis die Enden der Lagereinheiten 330 über den Spannringnuten 337 liegen; Sichern der Lagereinheiten 330 in den Öffnungen 333, indem Spannringe 336 in die Sprengringnuten 337 eingesetzt werden; Einsetzen des Kreuz-Drehzapfens 312 in da Joch 311 und Ausrichten des Kreuzdrehzapfens, so dass die Öffnung 341 mit den Öffnungen 333 in Ring 315 fluchtet; Einsetzen eines langen Zapfens 321 in die Öffnungen 333 und Drücken des langen Zapfens 321 in die Öffnung 341, bis gleiche Beträge des Zapfens 321 an beiden Enden der Öffnung 341 in dem Kreuz-Drehzapfen 312 überstehen; Einsetzen von PTFE-Abstandsringen 338 über beide Enden des Zapfens 321 in den Öffnungen 333; Einsetzen von O-Ringen 330 über beide Enden des Zapfens 321 in Öffnungen 333 und Pressen der Abschluss-Lagereinheiten 330 in die Öffnungen 333 und über beide Enden von Zapfen 321, bis die Enden der Lagereinheiten 330 über den Spannringnuten 337 liegen; Sichern der Lagereinheiten 330 in den Öffnungen 333, indem die Spannringe 336 in die Sprengringnuten 337 eingesetzt werden; und Pumpen von Schmiermittel in den Kanal 319 durch einen der Schmiernippel 320, 326 und aus dem anderen Schmiernippel hinaus. Das Schmiermittel fließt durch die Öffnungen 334 in den Lagerschalen 332, um die Nadellager 31 zu schmieren. Wie aus Fig. 11 ersehen werden kann, teilen sich alle Nadellager 31 das Schmiermittel in Kanal 319.
Jede Welle 513 oder 340 kann an eine antreibende Welle angeschlossen werden; die andere ist an die angetriebene Welle angeschlossen. Diese Verbindungen können mit herkömmlichen Einrichtungen hergestellt werden.
Die Abschluss-Lagereinheiten 330 und die Lagereinheiten, die Lagerschalen 32 aufweisen, können ausgetauscht werden, obwohl Einheiten 330 bevorzugt werden. Der Ring 35 wird verwendet, um Schublast zu tragen und um eine Dichtung bereit zu stellen, wenn Lagereinheiten mit Lagerschalen 32 verwendet werden.
Die Zapfen 21, 22, 321 und 322 weisen vorzugsweise die gleiche Oberflächenhärte auf wie die Nadellager 31. Dies ist vorzugsweise eine Oberflächenhärte von 60-65 Rockwell C.
Die Öffnungen 33, 333, 341,42 und 342 sind vorzugsweise durch Bohren in einer Aufspannung gefertigt. Durch Bohren in einer Aufspannung kann eine genaue Ausrichtung der Zapfen erreicht werden. Genaues Ausrichten der Zapfen trägt dazu bei, die Lebensdauer des Gelenks zu verlängern, indem die Lebensdauer der Lager verlängert wird.
Die glatte äußere Oberfläche des Jochs 311 trägt dazu bei, dass die Spannungen gleichmäßig darüber verteilt werden können, statt an scharfen Kanten konzentriert zu sein.
Überall wo "Presspassung" verwendet wurde, kann auch "Schrumpfpassung" verwendet werden. Presspassung bedeutet beispielsweise das Eindrücken eines Zapfens in eine Öffnung mit einem etwas kleineren Durchmesser als der Zapfen, einfach durch mechanische Kraft. Schrumpfpassung beinhaltet das Erwärmen des Teils mit der Öffnung und das Kühlen des Zapfens, so dass der Durchmesser der Öffnung verglichen mit dem Zapfendurchmesser sogar kleiner sein kann, als dies bei Presspassung möglich ist, wodurch sich eine engere Passung der Teile ergibt.

Claims

1. Universalgelenk, umfassend: einen Ring (315), der einen Schmiermitteldurchgang (319) enthält, der Schmiermittelöffnungen (320, 326) aufweist; eine erste und eine zweite Welle (313 oder 513); ein Joch (311), das mit der zweiten Welle verbunden und innerhalb des Rings angeordnet ist; eine erste Stiftvorrichtung (322), die das Joch und den Ring schwenkbar verbindet, eine weitere Stiftvorrichtung (321), die die erste Welle und den Ring schwenkbar verbindet; und eine Anzahl Lagervorrichtungen (321, 332) im Ring, die in Fluidkontakt mit dem Schmiermitteldurchgang stehen und die erste und die weitere Stiftvorrichtung aufnehmen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermitteldurchgang ein einzelner Kanal ist, der sich im Ring befindet und sich zwischen zwei Endbereichen des Durchgangs über weniger als 360 Grad um den Ring herum erstreckt, wobei die Endbereiche jeweils Schmiermittelöffnungen (320, 326) haben, die sich an jeweiligen beabstandeten Abschnitten in den Durchgang öffnen, so dass Schmiermittel, das in eine Schmiermittelöffnung eintritt, im wesentlichen die gesamte Länge des Schmiermitteldurchgangs durchlaufen muss, bevor es durch die zweite Schmiermittelöffnung austritt.

2. Universalgelenk nach Anspruch 1, zudem umfassend:

einen zweiten Ring (315, Fig. 7);

ein zweites Joch (311)1 das mit der zweiten Welle verbunden und innerhalb des zweiten Rings angeordnet ist;

eine dritte Lagervorrichtung (322, 332), die das zweite Joch und den zweiten Ring schwenkbar verbindet;

eine dritte Welle; und

vierte Lagervorrichtungen (321, 332), die die dritte Welle und den zweiten Ring schwenkbar verbinden, wobei ein zweiter, nicht durchgehender Schmiermitteldurchgang (319) in Fluidkontakt mit der dritten und vierten Lagervorrichtung vorhanden ist, der zwei Endbereiche hat, die jeweils mit Schmiermittelöffnungen (320, 326) verbunden sind, so dass Schmiermittel, das in eine dieser Schmiermittelöffnungen eintritt, im wesentlichen die gesamte Länge des zweiten Schmiermitteldurchgangs durchlaufen muss, bevor es durch die andere Schmiermittelöffnung austritt, und der zweite Ring die dritte und die vierte Lagervorrichtung bildet, und der zweite Schmiermitteldurchgang durch einen einzelnen Kanal bereitgestellt wird, der sich im zweiten Ring befindet und sich um diesen herum um weniger als 360 Grad erstreckt.

3. Universalgelenk nach Anspruch 2, zudem umfassend eine dritte Stiftvorrichtung (322), die das zweite Joch und den zweiten Ring schwenkbar verbindet, und eine vierte Stiftvorrichtung, die die zweite Welle und den zweiten Ring verbindet, wobei die dritte und die vierte Lagervorrichtung jeweils die dritte und vierte Stiftvorrichtung aufnehmen.

4. Universalgelenk nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lagervorrichtungen Löcher (334) enthalten, durch die Schmiermittel fließen muss, wenn es sich von der ersten Öffnung zur zweiten Öffnung bewegt.

5. Universalgelenk nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der oder jeder Ring ein inneres Ringglied (317) und ein äußeres Ringglied (318) umfasst.

6. Universalgelenk nach Anspruch 5, wobei das innere Ringglied so bemessen ist, dass es in das äußere Ringglied passt.

7. Universalgelenk nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Lagervorrichtungen Laufringe umfassen, die Lager enthalten und sich über das innere Ringglied und das äußere Ringglied erstrecken und mithelfen, den Ring zusammenzuhalten, indem sie eine Bewegung des inneren Ringglieds bezüglich des äußeren Ringglieds verhindern.

8. Universalgelenk nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, zudem umfassend eine Vorrichtung, die es der zweiten Welle erlaubt, sich bis zu 45 Grad relativ zur ersten Welle zu bewegen.

9. Universalgelenk nach Anspruch 8 wenn abhängig von Anspruch 2, wobei sich die zweite Welle bis zu 90 Grad relativ zur dritten Welle bewegen kann.

10. Universalgelenk nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das oder jedes Joch und der oder jeder Ring aus Komponenten hergestellt sind, die Längsachsen haben, und die jeweils kreissymmetrisch zu ihren Längsachsen sind.

11. Universalgelenk nach Anspruch 1 oder 3 oder irgendeinem der Ansprüche 2 und 4 bis 10 wenn abhängig von Anspruch 1 oder 3, wobei in dem oder in jedem Joch (311) Kerben (316) angeordnet sind, damit sich die Stiftvorrichtungen (321), die mit der Welle oder den Wellen verbunden sind, relativ zum Joch bewegen können.