DE1185868B

DE1185868B - Winkelbewegliche Wellenkupplung, insbesondere fuer Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE1185868B
Application number: DED35486A
Authority: DE
Inventors: Werner Altmann
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1961-02-24
Filing date: 1961-02-24
Publication date: 1965-01-21

Description

Winkelbewegliche Wellenkupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine winkelbewegliche Wellenkupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, wobei für die Übertragung von Umfangs- und Axialkräften dieselben Kugeln vorgesehen sind, die in radialen Bohrungen eines inneren Wellenteils angeordnet sind und die unmittelbar in Nuten des äußeren Wellenteils eingreifen, welche im Längsschnitt kreisförmig um den Gelenkmittelpunkt verlaufen.
Es ist eine Wellenkupplung bekannt, bei der zwei Kugeln in im Längsschnitt kreisförmigen Nuten eines inneren Wellenteils angeordnet sind. Die Nuten erweitern sich nach einer Öffnung hin, so daß bei einer Beugung der Kupplung stets nur eine Kugel trägt. Beide Kugeln greifen in radiale Bohrungen in einem äußeren Wellenteil ein, welches aus zwei Teilen zusammengesetzt ist, damit der innere Wellenteil eingeführt werden kann.
Die Drehmomentaufnahme einer solchen Kupplung ist gering. Ihr Raumbedarf dagegen wegen der außenliegenden Bohrungen mit Abschlüssen viel zu groß. Eine Nachstellung ist zwar vorgesehen, jedoch praktisch nicht zu gebrauchen, weil damit keine Zentrierung zu erreichen ist. Axialkräfte werden nicht durch die Kugeln, sondern durch die Wellenteile selbst übertragen. Die Montage kann nur dann erfolgen, wenn der äußere Wellenteil zweiteilig ausgeführt ist.
Weiterhin ist noch eine Wellenkupplung bekannt, bei der die Kugeln in pfannenartigen Vertiefungen des inneren Wellenteils liegen und in kreisförmige Nuten eines im äußeren Wellenteil verschieblich gehaltenen Bügels eingreifen. Entnimmt man dieser im übrigen nicht nachstellbaren und zur Übertragung von Axialkräften ungeeigneten Anordnung die Lehre zur Umkehrung der kreisförmigen Nuten und wendet man diese Lehre auf die zuerst genannte Anordnung an, so kommt man zu der eingangs angegebenen w in i kelbeweglichen Wellenkupplung. Diese weist zwar einen geringeren Raumbedarf als die angegebenen Anordnungen auf, und sie läßt auch eine Axialkraftübertragung durch die Kugeln zu, gibt jedoch hinsichtlich der fehlenden Nachstellbarkeit und hinsichtlich der Montage sowie Herstellung noch zu Beanstandungen Anlaß.
Durch die Erfindung soll eine winkelbewegliche Wellenkupplung mit der Möglichkeit zur Nachstellung geschaffen werden. Ferner soll die Kupplung einen einfachen Aufbau aufweisen und leicht montierbar sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei den eingangs genannten Kupplungen dadurch gelöst, daß zur Nachstellbarkeit im inneren Wellenteil für die Kugeln ein an sich bekanntes zentrales Riegelglied angeordnet ist, welches die Kugeln in ihrer äußeren Stellung festlegt, und daß in an sich bekannter Weise alle Nuten im Querschnitt zusammen einen sinusförmigen Verlauf aufweisen.
Die Nachstellung durch eine allen Kugeln gemeinsame Schraubhülse ist bereits bekanntgeworden. Diese wird axial in den äußeren Wellenteil eingesetzt. Sie läßt aber keine Übertragung von Axialkräften zu. Wollte man sie hierfür geeignet ausbilden, so müßten diese Axialkräfte in Zugrichtung von der Verschraubung der Nachstellhülse aufgenommen werden. Weiterhin ist ein zentral angeordnetes Glied zur Zentrierung einer Scheibe od, dgl. auf einer Welle bekannt. Doch handelt es sich hierbei nicht um eine winkelbewegliche Wellenkupplung, und außerdem übernehmen die dort vorgesehenen Kugeln kein Drehmoment. Schließlich ist ein zentrales Riegelglied für die Kugeln eines Kreuzgelenkes mit vier das Drehmoment übertragenden Kugeln bekannt, bei dem eine Nachstellung nicht vorgesehen ist.
Die erfindungsgemäße Wellenkupplung hat gegenüber allen bekannten Lösungen den Vorteil eines einfachen und leichten Aufbaus aus einer geringen Anzahl von Teilen. Die Montage geht sehr schnell, da nach Entfernen des Riegelgliedes der innere Wellenteil aus dem äußeren herausgezogen werden kann. Die Nachstellung ist einfach und betriebssicher. Hierfür ist besonders die vorgeschlagene Nutenform maßgebend. Wollte man die üblichen im Querschnitt kreisrunden Nuten verwenden, so könnte man ein Tangentialspiel durch die radiale Nachstellung nicht ausgleichen. Bei der erfindungsgemäßen Nut liegt aber die Kugel weder in der Tangentialebene noch radial, sondern vielmehr seitlich an, was eine einwandfreie Nachstellung bei vorteilhaften Keilwinkeln ergibt.
Nuten mit dieser seitlichen Anlage sind bei Gelenken mit einem andersartigen Aufbau an sich bekannt. Jedoch sind diese Nuten mit ellipsenförmigem Querschnitt ausgeführt. Zwar sind auch andere Querschnitte pauschal erwähnt, jedoch findet sich kein Hinweis auf eine sinusförmige Ausbildung. Vor allem aber wird nicht auf eine Ausbildung aller Nuten in Form einer in sich geschlossenen Sinuskurvenbahn hingewiesen, so wie es die Erfindung vorschlägt.
Die zwischen den Nuten nach innen ragenden Teile der Sinuskurvenbahn am äußeren Wellenteil sind vorzugsweise zylindrisch abgedreht. Der innere Wellenteil kann auf diese Weise bei gleichem äußerem Wellenteil stärker ausgebildet werden, oder aber es wird bei gleichbleibendem Innenteil der äußere Teil und damit die ganze Kupplung kleiner. Weiterhin ist es vorteilhaft, den Riegelbolzen im äußeren Wellenteil zu sichern.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann der Riegelbolzen eine federnde Vorspannung auf die Kugeln ausüben derart, daß diese stets radial nach außen in ihre Nuten gedrückt werden. Auf diese Weise kann eine Abnutzung im Betrieb selbsttätig ausgeglichen werden. Ferner ist die Herstellung mit größeren Toleranzen möglich. Zu diesem Zweck kann der Riegelbolzen in an sich bekannter Weise zumindest an seinem zwischen die Kugeln eingreifenden Teil kegelig ausgebildet sein, wobei die Kegelneigung unterhalb der Selbsthemmung liegt. Dabei ist dann eine Feder vorgesehen, welche den Riegelbolzen zwischen die Kugeln drückt.
Die kegelige Ausbildung ist zwar bei der vorstehend bereits einmal erwähnten Zentnervorrichtung bereits bekanntgeworden. Abgesehen von der völlig anderen Gesamtanordnung, ist dort keine selbsttätige Nachstellung in der hier vorgeschlagenen Weise möglich.
Die Erfindung kann außerhalb des Kraftfahrzeugbaus z. B. auch bei Winkelschlüsseln oder bei Werkzeugmaschinen angewendet werden.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele einer Wellenkupplung nach der Erfindung dargestellt. Es zeigen F i g. 1 und 2 die Ausführungsform einer Wellenkupplung im Längs- und Querschnitt und F i g. 3 und 4 andere Ausführungsformen im Längsschnitt.
Nach F i g. 1 und 2 wird die Kupplung 10 von einem inneren Wellenteil 11 und einem äußeren Wellenteil 12 gebildet. Ersteres ist an seinem Ende zu einer Faust 13 verstärkt, in der vier Bohrungen 14 angeordnet sind, die gegeneinander um 90° versetzt sind. In diesen Bohrungen 14 befinden sich Kugeln 15 für die Kraftübertragung.
Der äußere Wellenteil 12 ist zumindest an seinem Ende als Hohlwelle ausgebildet. Er hat vier Nuten 16, in welche die Kugeln 15 eingreifen. Die Nuten 16 sind nach F i g. 1 ballig, wobei der Kupplungsmittelpunkt 17 auch den Mittelpunkt dieser Nuten bildet. Die Nuten 16 werden nach F i g. 2 alle zusammett durch eine sinusförmig verlaufende, in sich geschlossene Kurvenbahn 1.8 im äußeren Wellenteil 12 gebildet.
Im faustartigen Ende 13 des inneren Wellenteils 11 ist eine zentrale Bohrung 19 angeordnet. In diese ist ein zylindrischer Riegelbolzen 20 eingesetzt, auf dem sich die Kugeln 15 innen abstützen. Damit der Riegelbolzen 20 sich nicht löst, ist im äußeren Wellenteil 12 als Sicherung ein Stift 21 angeordnet, der - wie es strichpunktiert angedeutet - selbstverständlich den Wellenteil 12 auch ganz durchsetzen kann.
Die Herstellung der Nuten 16 kann in einem Drehvorgang erfolgen, wobei der den Drehstahl tragende Support einschließlich des Mechanismus zur Erzeugung der Sinusbewegung um den Gelenkmittelpunkt geschwenkt wird, um die Balligkeit der Nuten zu erzielen. Versuche haben ergeben, daß Sinuskurven bis etwa 40° Neigung ohne weiteres auf diese Weise gedreht werden können. Der Drehvorgang hat eine genau zentrische Ausbildung zur Folge, so daß beim Zusammenbau eine besondere Zentrierung entfallen kann. Zur Montage der Kupplung werden die Kugeln ohne den Riegelbolzen 20 in die Bohrungen 14 des faustartigen Endes 13 eingelegt. Dann wird der Riegelbolzen 20 so weit in die Bohrung 19 eingeführt, daß er die Kugeln noch nicht nach außen drückt. Der so vorbereitete innere Wellenteil wird in lotrechter Haltung in den äußeren Wellenteil 12 eingeführt. Danach wird die Kupplung entweder so lange gedreht, bis die Kugeln durch die Fliehkraft nach außen rutschen und der Riegelbolzen 20 sich mit Hilfe des Stiftes 21 zentral zwischen sie schieben läßt, oder die Kupplungsachse wird um 180° gedreht, so daß der Riegelbolzen 20 durch sein Gewicht zwischen die Kugeln 15 fällt. In dieser Lage wird er dann durch Einsetzen des Querstiftes 21 gesichert. Die Kugeln 15 sind nun nach innen auf dem Riegelbolzen 20 abgestützt. Tritt im Betrieb ein Verschleiß auf, so kann dieser durch Einsetzen eines anderen Riegelbolzens wieder ausgeglichen werden.
Nach F i g. 3 ist zwischen die Kugeln 15 ein kegeliger Riegelbolzen 22 eingeschoben. Dieser ist an seinem auswärtigen Ende mit einer kugelkalottenförmigen Außenfläche 23 versehen. An dieser Außenfläche 23 liegt eine Scheibe 24 an, welche im äußeren Wellenteil 12 geführt ist. Auf diese Scheibe wirkt eine Feder, z. B. eine Tellerfeder 25, die in eine Nut 26 des äußeren Wellenteils eingedrückt ist. Die Kegelneigung des Riegelbolzens 22 liegt unterhalb der Selbsthemmung, und die Bohrung 19 im inneren Wellenteil Il weist ihm gegenüber ein entsprechendes Spiel auf.
Die Feder 25 drückt durch den Riegelbolzen 22 die Kugeln 15 stets fest mit Vorspannung gegen die Nuten 16. Infolge der selbsthemmenden Neigung am Riegelbolzen 22 kann dieser weder durch Axialkraftaufnahme noch durch das zu übertragende Drehmoment von den Kugeln 15 entgegen der Federwirkung herausgeschoben werden.
Um das Spiel des kegeligen Riegelbolzens in seiner Bohrung im inneren Wellenteil 11 zu vermeiden, kann nach F i g. 4 der Riegelbolzen 22' einen Zylinderabschnitt 27 aufweisen, welcher genau in die Bohrung 19 paßt.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die Feder im inneren Wellenteil anzuordnen.

Claims

Patentansprüche: 1. Winkelbewegliche Wellenkupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, wobei für die Übertragung von Umfangs- und Axialkräften dieselben Kugeln vorgesehen sind, die in radialen Bohrungen eines inneren Wellenteils angeordnet sind und die unmittelbar in Nuten des äußeren Wellenteils eingreifen, welche im Längsschnitt kreisförmig um den Gelenkmittelpunkt verlaufen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: daß zur Nachstellbarkeit im inneren Wellenteil (13) für die Kugeln (15) ein an sich bekanntes, gemeinsames zentrales Riegelglied (20, 22, 22') angeordnet ist, welches die Kugeln in ihrer äußeren Stellung festlegt, und daß in an sich bekannter Weise alle Nuten (16) im Querschnitt zusammen einen sinusförmigen Verlauf aufweisen. 3. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Riegelbolzen (20) im äußeren Wellenteil (12) gesichert ist. 4. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Riegelbolzen (22, 22') in an sich bekannter Weise zumindest an seinem zwischen die Kugeln eingreifenden Teil kegelig ausgebildet ist und daß die Kegelneigung unterhalb der Selbsthemmung liegt. 5. Wellenkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (25) vorgesehen ist, die den Riegelbolzen (22, 22') zwischen die Kugeln (15) drückt.
2. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Nuten (16) nach innen ragenden Teile der Sinuskurvenbahn (18) am äußeren Wellenteil (12) zylindrisch abgedreht sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 236 134; belgische Patentschrift Nr. 546 715; französische Patentschriften Nr. 794 101, 1166 6 284; USA.-Patentschriften Nr. 1022 909, 1118 518, 1245 379, 1287 778, 1358 221, 1431830, 1498 171, 1637 663, 1763 206, 1838 310.