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Gelenk zur Verbindung von Wellen, insbesondere bei Kraftfahrzeugen.
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Bei dem Gelenk gemäss der Erfindung ist die den Zwischenring zwangläufig mitnehmende Führungsstange so gelagert, dass bei der Verschwenkung der Wellen aus der Gradstellung heraus der Kugelwulst auf der Stange immer den gleichen Abstand von dem Mittelpunkt des ganzen Gelenksystems beibehält, während sich die beiden kugelförmigen Enden der Stange aus ihren Lagern herausbewegen, indem die in dem Gelenkkopf der einen Welle gelagerte Kugel der Stange sich von dem Systemmittelpunkt entfernt und die in der andern Welle gelagerte Kugel der Stange sich dem Systemmittelpunkt nähert.
Hiedurch wird erreicht, dass unter Vermeidung irgendwelcher Klemmwirkungen die Wellen bis zu Winkeln von 40 bis 45 zu beiden Seiten der Geradstellung verschwenkt werden können.
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schematischer Längsschnitt nach der Linie II von Fig. 3 durch ein mit Gleitsteinen als Mitnehmer arbeitendes Gelenk, wobei die beiden Wellen in unverschwenkter Lage, d. h. gleichachsig gezeigt sind.
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mit weiteren Einrichtungen in einer der Fig. 2 entsprechenden Stellung der Wellen im Schnitt nach der Linie V-V von Fig. 6. Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch dieses Gelenk nach der Linie VI-VI von Fig. 5. Fig. 7 ist eine schaubildliche Darstellung des Gelenkkopfes und einiger abgenommener Teile davon. Fig. 7a ist eine Draufsicht und Fig. 7b eine Vorderansicht eines Dreheinsatzes in dem
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Teile davon.
Fig. 9 ist eine sehaubildliche Darstellung der zur Gelenkpfanne gehörigen Teile.
Bai der Ausführungsform nach den schematischen Fig. 1-4 trägt die eine Welle 1 den kugelförmigen Gelenkkopf 2 und die andere Welle 3 die kugelschalenförmige Gelenkpfanne 4. In dem Gelenkkopf 2 (vgl. Fig. 3) sitzen gleichmässig verteilt fünf Einsätze 5, die sich in ihren Lagern drehen können und eine der Oberfläche des Gelenkkopfes 2 entsprechende kugelförmige Aussenfläche haben. Jeder drehbare Einsatz 5 weist an seiner Aussenseite eine Nut 6 mit geraden Seitenwänden und einem zylindrischen, konvex gewölbten Boden auf, in welcher als Mitnehmer wirkende Gleitsteine 7 geführt werden.
Mit dem Gelenkkopf 2 wirkt ein Zwischenring S zusammen, der eine konkave kugelschalenförmige
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nuten 10 aufweisen, so dass die Mitnehmergleitsteine 7 zur Hälfte in den Einsätzen 5 des Gelenkkopfes 2 und zur Hälfte in den zugehörigen Einsätzen 9 des Zwischenrings 8 liegen.
Der Zwischenring ist an seiner Aussenseite mit äusseren drehbaren Einsätzen 11 versehen, die derart verteilt sind, dass sie zwischen den inneren Einsätzen 9 liegen (vgl. Fig. 3). Mit diesen äusseren Einsätzen 11 wirken in ähnlicher Weise auf der Innenseite der Gelenkpfanne 4 befindliche drehbare Einsätze 12 über Mitnehmergleitsteine 13 zusammen.
B3wegt man den Gelenkkopf 2 oder die Gelenkpfanne 4 in irgendeiner Richtung, so verschiebt sich ein Teil der Gleitsteine 7 und 13 nach der einen Seite und ein anderer Teil nach der entgegengesetzten Seite. Ein weiterer Teil der Gleitsteine verschiebt sich weniger stark, während sich die zugehörigen Einsätze drehen. Ein weiterer Teil der Gleitsteine schliesslich verschiebt sich überhaupt
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also die Gleitsteine lediglich diese Drehbewegung mitmachen.
D ? r Zwischenring ist auf der einen Seite mit einem kappenförmigen Ansatz 14 versehen, der ein kugelschalenförmiges Lager 15 aufweist, in welchem ein auf der Führungsstange 16 vorgesehener
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kippen, sich aber nicht in ihrer Längsrichtung verschieben kann. Die Stange 16 steht an ihren Enden mit den Wellen 1 und 3 in beweglichem Eingriff. Das als Kugel ausgebildete Ende 18 der Stange iqt
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der Welle 3 sowohl drehbar als auch verschiebbar gelagert.
Wenn die beiden Wellen gegeneinander eine Verschwenkung erfahren, d. h. wenn die Welle 1 aus der in Fig. 1 wiedergegebenen Gradstellung in die in Fig. 2 dargestellte Winkellage gebracht wird,
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über einen Winkel mitgenommen, der einen Teil des Schwenkwinkels zwischen den Wellen ausmacht. Wie zu ersehen, ist die Stange 16 so gelagert, dass ihr Kippunkt, d. h. der Mittelpunkt des kugelförmigen Wulstes 17, bei der Verschwenkung der Wellen immer die gleiche Entfernung von dem Systemmittelpunkt M beibehält, während sich die Endkugeln 18 bzw. 20 in ihren Lagern 19 bzw. 21 unbehindert drehen und über den ganzen Wirikelbereieh gleichmässig verschieben können.
Die Abstandsverhältnisse der Mittelpunkte der Kugeln 17, 18 und 20 untereinander und in bezug auf den Mittelpunkt M des ganzen Gelenksystems können derart gewählt sein, dass bei der Verschwenkung der Wellen der Zwischenring etwa um die Hälfte des Winkels zwischen den Wellen mit-
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geführt wird und der Mittelpunkt der Kugel J ! ? auf einer Kugelfläche wandert, die angenähert durch die Mitte zwischen der Aussen-und Innenob ? rfläche des Zwischenrings hindurchgeht.
An Stelle von Gleitsteinen können für die Mitnehmer auch Wälzkörper, wie Rollen oder Kugeln, verwendet werden, die gegebenenfalls noch in besonderen Käfigen geführt werden.
In Fig. 4 ist eine Ausführungsform des Gelenks mit Mitnehmerkugeln dargestellt. Zwischen dem
Gelenkkopf 2 und dem Zwischenring 8 wird die Kraft durch die Kugeln 7'und zwischen dem Zwischenring 8 und der Gelenkpfanne 4 durch die Kugeln 1. 3' übertragen. Die in zwei Lagen übereinander angeordneten Kugeln 7'und M' werden, ähnlich wie die Gleitsteine ? bzw.- ! 3 bei der Ausführungsform nach den Fig. 1-3, in den drehbaren Einsätzen in entsprechend geformten Laufrillen geführt. Die Anzahl der Kugeln in jedem drehbaren Einsatz ist von der Grösse des Gelenks abhängig, und in dem dargestellten Beispiel ist angenommen, dass in jedem Einsatz drei Kugeln angeordnet sind.
In den Fig. 5-9 ist ein Ausführungsbeispiel des Gelenks wiedergegeben, das weitere Einrichtungen und die Ausbildung der einzelnen Teile erkennen lässt.
Der mit der einen Welle l'verbundene, im wesentlichen kugelförmige Gelenkkopf 2'weist fünf parallel zur Wellenachse verlaufende Einschnitte 22 auf, und in jedem Einschnitt ist ein drehbarer Einsatz 5'von besonderer Form gelagert. Wie insbesondere aus den Fig. 7, ? ? und 7b ersichtlich ist, haben diese Einsätze eine der Oberfläche des Gelenkkopfes entsprechende kugelförmige Oberfläche 23 und eine ebene Grundfläche 24, aus welcher ein Drehzapfen 25 hervorgeht, mittels dessen der Einsatz in eine Bohrung 26 eingreifen kann, die in dem Gelenkkopf 2'von der Mitte des Einschnittes 22 aus in Richtung auf den Mittelpunkt des Gelenkkopfes verläuft.
Jeder Einsatz 5'hat in seiner Oberseite eine Längsnut 6'mit zylindrisch gewölbter, konvexer Bodenfläche und geraden Seitenflächen, in welcher ein Gleitstein 7"von viereckigem Querschnitt und entsprechend geformten Oberflächen gleiten kann.
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hafter Weise vergrössert. Danach werden die inneren Einsätze 9'des Zwischenrings und schliesslich die äusseren Einsätze 11'in die Bohrungen. ! ? der mittels der Bolzen 30 miteinander vereinigten Hälften
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In der, Gelenkpfanne 4'befinden sich die Dreheinsätze 12', die in ihrer Ausgestaltung den inneren Einsätzen 9'des Zwischenrings gleichen und über entsprechend geformte Mitnehmergleitsteine 13" mit den äusseren Einsätzen 11'des Zwischenrings zusammenwirken. Die Einsätze 12'in der Gelenkpfanne 4'werden in zylindrische Bohrungen 41 in die Gelenkpfanne eingesetzt, und der verbleibende Raum über ihnen wird durch zylinderlinsenförmige runde Metallkörper 42 abgeschlossen.
Die Teile 4'a und 4'b der Gelenkpfanne werden aussen von einem Ring 4. 3 umhüllt. Zur Erleichterung der Zentrierung beim Zusammenbau sind die beiden Teile 4'a und 4'h der Gelenkpfanne und die beiden Teile 8'a und 8'b des Zwischenrings an ihren zusammenstossenden Rändern abgesetzt, so dass sie sich überlappen.
Da bei dem Gelenk gemäss der Erfindung die treibende Welle immer völlig gleichförmig mit der angetriebenen Welle umläuft, kann die Abdichtung der offenen Seite des Gelenks auf äusserst einfache und sichere Art erfolgen. Es kann nämlich eine Abdichtungskappe 44, die in üblicher Weise aus einem Kautschuk-oder Ledermaterial bestehen kann, mit ihren Rändern sowohl an der einen Welle als auch an der andern Welle, z. B. mittels Schellen 45, 46 od. dgl., starr befestigt werden.
Es ist auch möglich, an Stelle der in Fig. 5 wiedergegebenen biegsamen Abdichtungskappe 44 zwei starre kugelschalenförmige Metallkappen zu verwenden, von denen die eine eine zentrale Öffnung'mit einem Flansch besitzt, mittels dessen sie durch eine Schelle od. dgl. fest mit der einen Welle verbunden wird, während die andere Kappe eine zentrale Öffnung mit einem Flansch besitzt, mittels dessen sie durch eine Schelle od. dgl. mit der an dem Welle fest verbunden wird. Bei der Verschwenkung der Wellen wurden sich dann die beiden Kappen aufeinander verschieben.
Man könnte auch das offene Ende der ersteren Kappe sich unmittelbar aussen auf der Gelenkpfanne verschieben lassen, die in diesem Fall eine kugelförmige Aussenfläche erhalten würde, wie dies in den Fig. 1-4 angenommen ist.
Die Drehbarkeit der Einsätze 12'in der Gelenkpfanne 4'kann in geeigneter Weise begrenzt werden, z. B. dadurch, dass man in diesen Einsätzen 12'eine zylindrische Bohrung 48 von kleinerem
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Durchmesser demjenigen der kleineren Bohrung 48 entspricht. Die Kugeln 49 sitzen dann zum Teil in den Einsätzen 12'und zum Teil in den Ab, chlusskörprrn 42, so dass, da die Abschlusskörper in bezug auf die Gelenkpfanne 4'unbeweglich sind, die Einsätze 12'sich nur so weit um ihreAchse drehen können, als es die Kugel zulässt ; bei einem bestimmten Drehwinkel der Einsätze 12'stösst die Kugel an den Seitenwänden der grösseren Bohrung 47 in den Einsätzen 12'an und lässt dann eine Weiterdrehung der Einsätze nicht zu. Auf diese Weise kann z.
B. verhindert werden, dass, wenn sich das Gelenk ausser
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Weise kann gegebenenfalls auch die Drehbarkeit der Einsätze 9'und 11'in dem Zwischenring z. B. durch eine Kugel 50 begrenzt werden, die in übereinanderliegenden gleichgrossen Bohrungen der Ein- sätze sitzt. sitzt.
Die Zuführung des schmiermittels in das Innere des Gelenks kann durch die Gelenkpfanne oder die Abdichtungskappe oder, im Falle hohler Wellen, durch diese hindurch erfolgen. Ein besonderer Vorteil ist, dass dauernd eine einwandfreie Abdichtung des Gelenks gegen den Austritt von Schmiermitteln bzw. den Eintritt von Staub od. dgl. dadurch erzielt wird, dass die Abdichtungskappe mit den beiden Wellen fest verbunden werden kann, weil die Wellen vollkommen gleichmässig umlaufen.
Es ist zu beachten, dass die Mitnehmergleitsteine zwischen dem Gelenkkopf und dem Zwischenring und die Gleitsteine 13"zwischen dem Zwischenring und der Gelenkpfanne eine gewisse Länge nicht unterschreiten dürfen. So sollen die inneren Gleitsteine 7" im mittleren Längsschnitt so lang sein, dass ihre Enden immer über die Ebene, welche durch den Mittelpunkt des Gelenkkopfes und die Mitten der Einsätze 5'in dem Gelenkkopf hindurchgeht, hinausreichen. Ebenso sollen die äusseren Gleitsteine 13"im mittleren Längsschnitt so lang sein, dass ihre Enden über die Ebene, welche durch den Systemmittelpun1.'"t und die Mitten der Einsätze 11'in dem Zwischenring hindurchgeht, hinausreichen.
Entsprechendes würde auch zu beachten sein, wenn an Stelle von Gleitsteinen mehrere Kugeln verwendet werden ; dabei müsste dann der Mittelpunkt der äussersten Kugel jenseits der entsprechenden Ebene liegen.
Die Anzahl der drehbaren Einsätze hängt von der Grösse des Gelenks und der zu übertragenden Kraft ab ; die Anzahl fünf (wie in den Zeichnungen angenommen) oder sieben in jeder Reihe erweist sieh als besonders vorteilhaft.
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Joint for connecting shafts, in particular in motor vehicles.
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In the joint according to the invention, the guide rod which inevitably entrains the intermediate ring is mounted so that when the shafts are pivoted out of the angle position, the ball bead on the rod always maintains the same distance from the center of the entire joint system, while the two spherical ends of the Move the rod out of its bearings in that the ball of the rod mounted in the joint head of one shaft moves away from the system center and the ball of the rod mounted in the other shaft approaches the system center.
This ensures that the shafts can be pivoted up to angles of 40 to 45 on both sides of the straight position while avoiding any clamping effects.
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Schematic longitudinal section along the line II of FIG. 3 through a joint working with sliding blocks as a driver, the two shafts in the unswiveled position, d. H. are shown coaxially.
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with further devices in a position of the shafts corresponding to FIG. 2, in section along line VV of FIG. 6. FIG. 6 shows a cross section through this joint along line VI-VI of FIG. 5. FIG. 7 is a diagrammatic view Representation of the joint head and some removed parts of it. Fig. 7a is a top view and Fig. 7b is a front view of a rotating insert in the
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Parts of it.
Fig. 9 is a perspective view of the parts associated with the socket.
In the embodiment according to the schematic FIGS. 1-4, one shaft 1 carries the spherical joint head 2 and the other shaft 3 carries the spherical socket-shaped joint socket 4. In the joint head 2 (see FIG. 3) there are evenly distributed five inserts 5 which are located can rotate in their bearings and have a spherical outer surface corresponding to the surface of the joint head 2. Each rotatable insert 5 has on its outside a groove 6 with straight side walls and a cylindrical, convexly curved base, in which sliding blocks 7 acting as drivers are guided.
An intermediate ring S interacts with the joint head 2 and is concave in the shape of a spherical shell
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have grooves 10 so that half of the driver sliding blocks 7 lie in the inserts 5 of the joint head 2 and half in the associated inserts 9 of the intermediate ring 8.
The intermediate ring is provided on its outside with outer rotatable inserts 11, which are distributed in such a way that they lie between the inner inserts 9 (see FIG. 3). With these outer inserts 11, rotatable inserts 12 located on the inside of the joint socket 4 cooperate in a similar manner via driver sliding blocks 13.
If the joint head 2 or the joint socket 4 is moved in any direction, part of the sliding blocks 7 and 13 is displaced to one side and another part to the opposite side. Another part of the sliding blocks shifts less strongly while the associated inserts rotate. Finally, another part of the sliding blocks shifts at all
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so the sliding blocks only take part in this rotary movement.
D? r intermediate ring is provided on one side with a cap-shaped extension 14 which has a spherical shell-shaped bearing 15 in which a provided on the guide rod 16
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tilt, but cannot move in its longitudinal direction. The rod 16 is at its ends with the shafts 1 and 3 in movable engagement. The end 18 of the rod designed as a ball iqt
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the shaft 3 both rotatably and displaceably mounted.
When the two shafts are pivoted against each other, i. H. when the shaft 1 is brought from the degree position shown in Fig. 1 into the angular position shown in Fig. 2,
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taken over an angle which makes up part of the pivot angle between the shafts. As can be seen, the rod 16 is mounted so that its tipping point, i. H. the center of the spherical bead 17 always maintains the same distance from the system center M when the shafts pivot, while the end balls 18 and 20 rotate freely in their bearings 19 and 21 and can move evenly over the entire vertebral area.
The spacing ratios of the centers of the balls 17, 18 and 20 to one another and in relation to the center M of the entire joint system can be selected such that when the shafts are pivoted, the intermediate ring is approximately half the angle between the shafts.
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is guided and the center of the ball J! ? moves on a spherical surface, which approximates through the middle between the outer and inner ob? r surface of the intermediate ring passes through.
Instead of sliding blocks, rolling elements such as rollers or balls can also be used for the drivers, which are possibly also guided in special cages.
In Fig. 4, an embodiment of the joint with driving balls is shown. Between the
The joint head 2 and the intermediate ring 8, the force is transmitted through the balls 7 'and between the intermediate ring 8 and the joint socket 4 through the balls 1, 3'. The balls 7 'and M', which are arranged in two layers on top of each other, are similar to the sliding blocks? or.- ! 3 in the embodiment according to FIGS. 1-3, guided in the rotatable inserts in correspondingly shaped grooves. The number of balls in each rotatable insert depends on the size of the joint, and in the example shown it is assumed that three balls are arranged in each insert.
An embodiment of the joint is shown in FIGS. 5-9, which shows further devices and the design of the individual parts.
The essentially spherical joint head 2 'connected to one shaft 1' has five incisions 22 running parallel to the shaft axis, and a rotatable insert 5 'of special shape is mounted in each incision. As in particular from FIGS. 7,? ? 7b and 7b, these inserts have a spherical surface 23 corresponding to the surface of the joint head and a flat base surface 24 from which a pivot 25 emerges, by means of which the insert can engage in a bore 26 in the joint head 2 'from the center of the incision 22 extends in the direction of the center point of the joint head.
Each insert 5 'has in its upper side a longitudinal groove 6' with a cylindrically arched, convex bottom surface and straight side surfaces, in which a sliding block 7 "of square cross-section and correspondingly shaped surfaces can slide.
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magnified way. The inner inserts 9 'of the intermediate ring and finally the outer inserts 11' are then inserted into the bores. ! ? of the halves joined to one another by means of the bolts 30
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In the 'joint socket 4' are the rotating inserts 12 ', which are similar in their design to the inner inserts 9' of the intermediate ring and interact with the outer inserts 11 'of the intermediate ring via correspondingly shaped driver sliding blocks 13' ' 'are inserted into cylindrical bores 41 in the joint socket, and the remaining space above them is closed by round metal bodies 42 in the form of cylindrical lenses.
The parts 4'a and 4'b of the joint socket are encased on the outside by a ring 4.3. To facilitate centering during assembly, the two parts 4'a and 4'h of the joint socket and the two parts 8'a and 8'b of the intermediate ring are offset at their abutting edges so that they overlap.
Since in the joint according to the invention the driving shaft always rotates completely uniformly with the driven shaft, the sealing of the open side of the joint can be carried out in an extremely simple and safe manner. It can namely a sealing cap 44, which can consist of a rubber or leather material in the usual way, with its edges both on the one shaft and on the other shaft, for. B. by means of clamps 45, 46 or the like., Are rigidly attached.
It is also possible, instead of the flexible sealing cap 44 shown in FIG. 5, to use two rigid spherical-shell-shaped metal caps, one of which has a central opening with a flange, by means of which it is fixed to the one by means of a clamp or the like Shaft is connected, while the other cap has a central opening with a flange, by means of which it is fixedly connected to the shaft by a clamp or the like. When the shafts swiveled, the two caps would then shift towards one another.
The open end of the former cap could also be shifted directly on the outside of the joint socket, which in this case would have a spherical outer surface, as is assumed in FIGS. 1-4.
The rotatability of the inserts 12 ′ in the joint socket 4 ′ can be limited in a suitable manner, e.g. B. in that one in these inserts 12 'a cylindrical bore 48 of smaller
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The diameter corresponds to that of the smaller bore 48. The balls 49 then sit partly in the inserts 12 'and partly in the closure bodies 42, so that, since the closure bodies are immovable in relation to the joint socket 4', the inserts 12 'can only rotate so far about their axis than the ball allows; At a certain angle of rotation of the inserts 12 ', the ball hits the side walls of the larger bore 47 in the inserts 12' and then does not allow the inserts to continue to rotate. In this way, for.
B. prevent that when the joint is out
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In this way, the rotatability of the inserts 9 ′ and 11 ′ in the intermediate ring, for. B. be limited by a ball 50, which sits in superimposed holes of the same size in the inserts. sits.
The lubricant can be fed into the interior of the joint through the joint socket or the sealing cap or, in the case of hollow shafts, through these. A particular advantage is that the joint is permanently sealed against the leakage of lubricants or the ingress of dust or the like by virtue of the fact that the sealing cap can be firmly connected to the two shafts because the shafts rotate completely evenly.
It should be noted that the driving sliding blocks between the joint head and the intermediate ring and the sliding blocks 13 "between the intermediate ring and the joint socket must not be less than a certain length. The inner sliding blocks 7" should be long enough in the middle longitudinal section that their ends always beyond the plane which passes through the center point of the joint head and the centers of the inserts 5 'in the joint head. Likewise, the outer sliding blocks 13 ″ should be so long in the central longitudinal section that their ends extend beyond the plane which passes through the system center point and the centers of the inserts 11 ′ in the intermediate ring.
The same would also have to be considered if several balls are used instead of sliding blocks; the center of the outermost sphere would then have to be beyond the corresponding plane.
The number of rotatable inserts depends on the size of the joint and the force to be transmitted; the number five (as assumed in the drawings) or seven in each row proves to be particularly advantageous.
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