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Die Erfindung betrifft eine winkel- und längsbewegliche Gleichgangwellengelenkkupplung
mit einer auf dem einen Wellenende befestigten Kupplungshülse und einer auf dem
anderen Wellenende befestigten Kupplungsnabe und zwischen Hülse und Nabe in sich
kreuzenden geraden Laufrillen angeordneten Übertragungskugelpaaren.
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Bei einer bekannten derartigen Kupplung sind Hülse und Nabe als konzentrische
Rotationsteile ausgebildet, wobei die Laufrillen aus der erhabenen Zylinderfläche
der Nabe bzw. der Hohlzylinderfläche der Hülse ausgearbeitet sind. Die geometrischen
Achsen der beiden Rillen eines Rillenpaares der Nabe liegen in derselben Ebene wie
die geometrischen Achsen des zugehörigen Rillenpaares der Hülse. Die bekannte Kupplung
weist drei Kugelpaare mit drei zugehörigen Rillenpaaren auf, so daß die drei Ebenen
im Querschnitt ein gleichseitiges Dreieck bilden. Bei der übertragung eines Drehmomentes
im Betrieb wird durch je eine Kugel jedes Paares eine Kraft von der Nabe auf die
Hülse - oder umgekehrt - übertragen, welche durch den Mittelpunkt der Kugel verläuft
und senkrecht zu der entsprechenden Ebene verläuft. Jede dieser Kräfte wird über
die Berührungslinien der Rillen mit der Kugel übertragen. Zur übertragung eines
möglichst großen Drehmomentes sollen nun die Kraftübertragungsflächen, die sich
infolge der elastischen Verformung längs der Berührungslinien ausbilden, eine möglichst
gleichbleibende und genügend breite Auflage bieten. Bei der bekannten Kupplung belastet
jedoch die durch die Kugel übertragene Kraft nur den Rand der Rillen, so daß hier
eine besonders hohe Beanspruchung vorliegt, welche zu Verformungen, wenn nicht sogar
zu Brüchen, führt. Auf diese Weise bildet sich am Rillenrand jeweils eine Furche
aus, welche die Rille selbst erweitert, so daß die Führung der Kugeln mit der Zeit
immer schlechter wird. Dadurch wird jedoch auch die Belastung der Kugeln selbst
größer, so daß sie sich vorschnell abnutzen. Diese Belastungsfälle treten bereits
auf, wenn die beiden Wellenenden fluchten, d. h. wenn also die Achsen der Nabe und
der Hülse zusammenfallen. Arbeiten die Wellen jedoch unter einem Winkel, so sind
die Belastungsverhältnisse noch ungünstiger, da beim Abweichen der Wirklinie einer
Kraft vom Rand der Rille, der Nabe oder der Hülse die Kugel sogar die Führung in
den entsprechenden Rillen verliert.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Gelenkkupplung zu
schaffen, bei der die übertragenen Kräfte in den entsprechenden Rillen eine möglichst
gleichbleibende und genügend breite Abstützung finden, so daß eine gleichmäßige
Belastung der Rillen erreicht wird und damit vorzeitige Abnutzungen vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die äußere Fläche der Kupplungsnabe
und die innere Fläche der Kupplungshülse in einander entsprechender Weise prismatisch
ausgebildet sind.
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Bei dieser Ausbildung ist die Auflage jeder Kugel in den entsprechenden
Rillen gegenüber der Wirklinie der Kraft symmetrisch und hat die größtmögliche Breite
senkrecht zu dieser Wirklinie. Damit ist die Kupplung in der Lage, Drehmomente innerhalb
eines wesentlich größeren Bereiches von Längs- und Winkelbewegungen zu übertragen;
außerdem können diese Drehmomente wegen der besseren Aufnahme der Kräfte innerhalb
der Kupplung bei gleicher Beanspruchung der Elemente der Kupplung erheblich größer
sein als bei der bekannten Kupplung.
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Die Erfindung wird an Hand der Darstellungen von Ausführungsbeispielen
beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt durch eine Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Gelenkkupplung, F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der
F i g. 1 in Richtung des Pfeiles A gesehen, zur Veranschaulichung der inneren Ausbildung
der Kupplungshülse, F i g. 3 den Schnitt längs der Linie 2-2 der F i g. 1 in Richtung
des Pfeiles B gesehen, zur Veranschaulichung der Ausbildung der Nabe, F i g. 4 einen
Schnitt durch eine Rille der Hülse in Richtung des Pfeiles C gesehen mit einer übertragungskugel,
F i g. 5 einen Schnitt durch eine Rille der Nabe in Richtung des Pfeiles D gesehen
mit einer übertragungskugel, F i g. 6 einen Axialschnitt durch eine abgewandelte
Ausführungsform der Erfindung, F i g. 7 einen Schnitt längs der Linie 6 der F i
g. 6 in Richtung des Pfeiles E gesehen zur Veranschaulichung der inneren Ausbildung
der Hülse und F i g. 8 einen Schnitt längs der Linie 6 der F i g. 6 in Richtung
des Pfeiles F gesehen zur Veranschaulichung der Nabe.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 ist das Innere der Hülse 1 und
das Äußere der Nabe 3 etwa in Form eines gleichseitigen Dreikants mit den Flächen
2, 9 und 10 ausgebildet, die parallel zur Achse der fluchtend gedachten Wellen verlaufen.
Die geometrischen Achsen 11 und 12 der Rillen 4 bzw.13 der Hülse und die geometrischen
Achsen 14 und 15 der Rillen 5 bzw.16 der Nabe liegen in der Ebene 2. Ebenso liegen
die geometrischen Achsen der anderen Rillen in den entsprechenden Ebenen 9 bzw.
10.
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Die drei Ebenen 17, 18 und 19 der Oberfläche der Nabe 3 verlaufen
parallel zu den Ebenen 2, 9 bzw.10. Entsprechend weist die Innenseite der Hülse
1 drei Ebenen 20, 21 und 22 auf, die ihrerseits parallel zu den Nebenebenen 17,
18 und 19 verlaufen. Die Ebenen 17, 18 und 19 der Nabe schneiden die in der Nabe
vorgesehehenen Rillen in einer gleichbleibenden Höhe, so daß die Breite jeder Rille
über ihre gesamte Länge konstant ist und die übertragungskugel somit in jeder Lage
längs der Rille gleich gute Abstützungsverhältnisse findet. Das gleiche gilt für
die Rillen in der Innenfläche der Hülse 1.
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Diese in jeder gegenseitigen Lage von Hülse 1 und Nabe 3 konstant
bleibenden Verhältnisse sind in den F i g. 4 und 5 veranschaulicht, welche eine
übertragungskugel 33 in ihrer Lage in einer Hülsenrille bzw. in einer Nabenrille
zeigen. In F i g. 4 liegt die Kugel auf dem gesamten vom Punkt 23 bis zum Punkt
24 reichenden Bogen der Hülsenrille 4 auf; für F i g. 5 gilt das gleiche für die
Nabenrille 5, wobei die Endpunkte der Auflage mit 25 und 26 bezeichnet sind. In
der Praxis lassen sich auch bei ausreichendem Raum 30 zwischen Nabe 3 und Hülse
1 für relativ große Winkel zwischen den beiden durch die Kupplung verbundenen Wellen
Abstützungsbögen zwischen den Punkten 23 und 24 bzw. 25 und 26 von 120° und darüber
erreichen.
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Bei der abgewandelten Ausführungsform nach den F i g. 6 bis 8 sind
die Innenseite der Hülse 7 und die Außenseite der Nabe 8 vierkantig entsprechend
den Kantenflächen 6, 27, 28 und 29 ausgebildet. Benachbarte Rillen auf einer Kantenfläche
verlaufen hier
nicht wie die Rillen 4 und 13, bzw. 5 und 16 gemäß
den F i g. 2 und 3 des zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiels aufeinander zu,
sondern verlaufen parallel zueinander, wie es F i g. 7 für die Rillen 31 und
32 zeigt. Die Wirkung des Winkels zwischen zwei benachbarten Rillen bei der
Kupplung nach den F i g. 1 bis 3 wird bei dem Ausführungsbeispiel nach den F i g.
6 bis 8 dadurch erreicht, daß die Rillen in einander gegenüberliegenden Kantenflächen
in einander entgegengesetzter Richtung schräg verlaufen.
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Trotz der besseren Betriebseigenschaften der beschriebenen Gelenkkupplung
mit prismatischer Nabe und Hülse liegen ihre Herstellungskosten nicht über denen
bekannter Gelenkkupplungen mit zylindrischer Nabe und Hülse, bei denen die Zylinderflächen
auf der Drehbank hergestellt werden, da die Prismenprofile ohne weiteres durch Warmpressen
ausgebildet oder aus gewalztem, kaltgezogenem oder fließgepreßtem Profilmaterial
oder Rohrmaterial hergestellt werden können. Eine Bearbeitung der zwischen den Rillen
stehenbleibenden Kantenflächen ist nicht erforderlich.