DE2654990A1

DE2654990A1 - Universalgelenk

Info

Publication number: DE2654990A1
Application number: DE19762654990
Authority: DE
Inventors: Metin Mustafa Durum
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1975-12-05
Filing date: 1976-12-03
Publication date: 1977-06-08
Also published as: ES453967A1; AU1995176A; CA1054387A; IT1065531B; AU506811B2; US4036032A; GB1524399A; BR7608140A; SE433112B; FR2334005B1; FR2334005A1; DE2654990C2; JPS6027849B2; SE7613564L; JPS5289744A

Description

265A9ÜU

Borg-Warner Corporation ; ■ .'."' '·>'■■ >.i

200 South Michigan Ave. 25. November 1976

Chicago, I11.6o6o4, USA. Anwaltsakte M-4119

Universalgelenk _:

Die Erfindung betrifft ein Universalgelenk, insbesondere für konstante Geschwindigkeit.

Es ist bekannt, beispielsweise aus der US-PS 3 125 870, daß ein ; Universalgelenk drei Zapfen besitzt, die unter spitzem Winkel an einer Antriebswelle befestigt sind. An den Zapfen sind Teilkugeln drehbar und gleitend montiert, die von entsprechenden Nuten am angetriebenen Schaft aufgenommen werden. Auch die Nuten verlaufen unter einem spitzen Winkel, bezogen auf die Wellen, wodurch ein ; Universalgelenk für konstante Geschwindigkeit geschaffen wird. Bei dieser Art Universalgelenk wurde festgestellt, daß die Zapfen, wellche die Teilkugeln halten, unter Drehmomentenbelastung einer Ver- ■ !formung ausgesetzt sind, da deren äußere Enden ungestützt sind und! das Drehmoment auf diese nur am inneren Ende ausgeübt wird, wo sie mit der Antriebswelle verbunden sind.

i '

!Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Universalgelenk der eingangs beschriebenen Art für konstante Geschwindigkeit zu schaf-

709823/0364

!fen, bei der für die Zapfen eine geeignete Halterung vorgesehen ist,

welche die Verformung verhindert. Eine inhärente Schwäche des be- ; 'kannten, beschriebenen Gelenks im Mittelteil des mit Nuten versehenen Teils in der Nähe der Welle beruht darauf, daß ein verhältnismäßig dünner Abschnitt aus Metall am inneren Ende der Nuten vor⁴-liegt. Auch dies soll durch die vorliegende Erfindung vermieden
werden. Schließlich soll durch die vorliegende Erfindung ein Universalgelenk der beschriebenen Art geschaffen werden, bei dem größere Winkelverschiebungen zwischen der Antriebs- und der Abtriebs-•welle möglich sind, wobei die volle Drehmomentenkapazität des Ge- : lenks erhalten werden soll. j

Die vorliegende Erfindung löst die oben geschilderte Aufgabe da- , durch, daß eine Trommel vorgesehen wird, die mit einer Welle ver- j 'bunden ist und die Zapfen trägt, die ihrerseits so angebracht sind|

daß sie von der Trommel auf die Achse der einen Welle und auf die
andere Welle zu verlaufen.Zusätzlich laufen die inneren Enden der
Zapfen zusammen und sind miteinander verschweißt oder aneinander
befestigt. Auf diese Weise werden die Zapfen richtig gehaltert, , wodurch deren Verformung vermieden wird. Da außerdem die Nuten, j

' I

■welche die Teilkugeln, die an den Zapfen montiert sind, aufnehmen,j j ι

!in einem an der anderen Welle montierten Teil ausgebildet sind und; jsich nach innen auf die andere Welle zu erstrecken, liegt ein ver-J jhältnismäßig dicker Metallabschnitt zwischen den Nuten vor. Dies

jerhöht und fördert die Drehmomentenkapazität des Universalgelenks.

Da weiter die Zapfen nach innen verlaufen und mit ihren äußeren

Enden an der Trommel befestigt sind, ergibt sich eine größere Freiheit der Winkelbewegung zwischen der Antriebswelle und der Abtriebs i-

Welle, als sie bei bekannten Universalgelenken mit Zapfen und sich

709823/0364

drehenden, gleitenden Kugeln in entsprechenden Nuten im angetriebenen Teil vorliegt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen jmit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen

JFig. 1 perspektivisch ein Universalgelenk der hier be-

^! schriebenen Art;

Fig. 2 einen Teilschnitt durch das in Fig. 1 dargestellte

j Gelenk, welches entsprechend den Prinzipien der

j Erfindung gestaltet ist;

;Fig. 3 die Endansicht des antreibenden Teils nach der vor-

^: liegenden Erfindung, wobei die Zapfen an ihrer

' Stelle gezeigt sind;

'Fig. 4 eine Ansicht gemäß Linie 4-4 von Fig. 3;

JFig. 5 eine Endansicht des angetriebenen Teils, welche

I die Bauweise der darin befindlichen Nuten zeigt;

•Fig. 6 einen Querschnitt gemäß Linie 6-6 von Fig. 5;

;Fig. 7 einen Querschnitt gemäß Linie 7-7 von Fig. 6; ,Fig. 8 einen Querschnitt durch eine gegenüber dem Gelenk ; nach den Fig. 1 und 2 abgewandelte Ausführungsform.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Universalgelenk 10 dargestellt, welches

i zwischen einer Welle 12 und einer Welle 14 einen Antrieb mit kon- i stanter Geschwindigkeit besorgt. Wie hiernach ausführlicher beschrieben wird, verbindet das Universalgelenk antriebsmäßig die ' Wellen 12 und 14 so, daß die Winkelgeschwindigkeit der beiden WeI-; len immer genau die gleiche ist, unabhängig von der Stellung im Rotationszyklus von 360°, wenn sie mit ihren Achsen unter einem bej-

70982 3/0364

265A990

'liebigen Winkel bis zum maximal zulässigen Gelenkwinkel gedreht werden. Das Universalgelenk 10 liefert also das, was man allgemein ^:als Antrieb mit konstanter Geschwindigkeit bezeichnet, im Gegensatz zu solchen Antriebsarten, die von Universalgelenken mit nicht .konstanter Geschwindigkeit erzeugt werden. Hiervon gibt es viele Arten, die dem Fachmann wohlbekannt sind. Wenn also das vorliegende Universalgelenk 10 als Gelenk für konstante Geschwindigkeit bezeichnet wird, so ist damit die obige Definition gemeint. Es sollte festgehalten werden, daß die Wellen 12 und 14 nicht eigens als Antriebs- bzw. Abtriebswelle bezeichnet werden. Es versteht sich, daß die Wellen alternativ die Antriebs- bzw. die Abtriebswelle während des Betriebs des Gelenks 10 sein können, je nach der Richtung der Drehmomentenübertragung.

Mit der Welle 12 ist eine Trommel 16 als Träger für die Zapfen verbunden. Mit der Welle 14 ist ein Laufflächen- oder Nutenteil 18 verbunden. Das Teil 16 besitzt einen Nabenabschnitt 20, einen Flanschabschnitt 22, der unter einem Winkel gegenüber den Wellen 12 und 14 verläuft, sowie einen axial verlaufenden Deckabschnitt 24. Das Teil 16 besitzt eine Mehrzahl von Bohrungen 26 im Flanschabschnitt 22, die jeweils einen Zapfen 30 aufnehmen. Die Zapfen verlaufen unter rechtem Winkel gegenüber dem Flansch 22. Sie besitzen jeweils eine mittlere Längsachse 32, die unter einem spitizen Winkel "a" gegenüber der Längsachse 34 der Welle 12 verläuft. Die Zapfen 30 besitzen einen inneren Endabschnitt 36 sowie einen äußeren, entfernten Endabschnitt 38.

j ^!

Das Teil 18 besitzt einen Flanschabschnitt 40, der mit der Welle 14 verbunden ist, sowie einen im wesentlichen konischen, nach innen

709823/0364

verlaufenden Abschnitt 42. In dem Abschnitt 42 sind mehrere Laufflächen oder Nuten 48 vorgesehen, die eine teilzylindrische Form '. aufweisen. Die Zahl der Nuten 48 entspricht der Zahl der verwendeten Zapfen 30. Die Nuten 48 besitzen auf beiden Seiten zylindrische Flächen 50. Sie weisen eine Längsmittelachse 52 auf, die unter spitzem Winkel "b" gegenüber der mittleren Längsachse 54 der Welle 14 verläuft.

Eine Kupplungs- oder Teilkugel 60 ist an jedem Zapfen 30 vorgesehen. Die Kupplungsteile 60, können - was nicht dargestellt ist Lager in der Mitte besitzen, beispielsweise Nadellager oder rei- : bungsarme Materialien, mit denen sie auf den Zapfen 30 angebracht sind. Die Kupplungsteile 60 können sich gegenüber den Zapfen 30 verdrehen und außerdem entlang der Längsachse 32 gegenüber den Zapfen 30 verschieben. Die Kupplungsteile 60 besitzen eine im we- ' sentlichen kugelförmige Oberfläche 62, deren Radius im wesentlichen gleich dem Radius der Flächen 50 an den Nuten 48 ist. Auf diese Weise wird ein geeignetes Zusammenwirken erzielt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die spit-: zen Winkel "a" und "b" gleich. Dadurch wird ein nicht-orbitales, ■selbsttragendes, homokinetisches Gelenk für konstante Geschwindig-; keit mit axialer Freiheit erzielt; außerdem können mehr als drei

i ι

,Zapfen und Kupplungsteile erforderlichenfalls verwendet werden. j

ι j

Wenn das Drehmoment zwischen den Wellen übertragen wird, .erfolgt '

der Antrieb durch die Kugelteile 60 und die Nuten 48 zwischen der ! !Welle 12 und der Welle 14. In Fig. 2 sind die Wellen 12 und 14 aus-j-■gerichtet, mit zusammenfallenden Achsen 34 und 54 dargestellt. iWenn sich jedoch die Achsen unter einem Winkel schneiden und die

7 0982 3/036 4

Wellen sich drehen, wird der Antrieb über die Kugelteile 60 über- |

tragen, die durch Rollen und Gleiten auf den Zapfen 30 für die Unit Versalwirkung sorgen. j

:Die Zapfen 30 sind an ihren inneren Enden 36 mit Flächen 70 ver- ' sehen. Wenn sie sich in den Bohrungen 26 befinden, berühren sich !die Flächen 70 an den inneren Enden. Die inneren Enden können so ; !durch Elektronenstrahlschweißen oder durch andere Schweißverfahren; !miteinander verbunden werden. Die inneren Enden 36 können auch in einem Nabenteil aufgenommen werden, um sie miteinander zu verbinden. Schließlich können sie auch in jeder anderen geeigneten Art, beispielsweise durch Widerstandsschweißen oder nach anderen Verfahj· ren aneinander befestigt werden.

■Eine flexible Gummimanschette 72 kann, wie in Fig. 2 gezeigt, vorigesehen sein, welche das Gelenk gegen Schmutz und andere Verunreinigungen im Betrieb abdichtet. Die Manschette 72 biegt aus, wenn ^; das Gelenk mit einem Winkel zwischen den Wellen 12 und 14 betrie- ^: ben wird. Die Manschette 72 kann durch ein Band 73 an der Trommel , 16 befestigt werden. I

Bei der durch die vorliegende Erfindung geschaffenen Bauweise, jwo die inneren Enden der Zapfen 30 miteinander verbunden und ohne !Verlängerung der Welle zuverlässig unterstützt sind, wird die Ver-

• formung der Zapfen unter Last verhindert; die Drehmomentenkapazität

!des Gelenks 10 wird vergrößert.

Zusätzlich zu den oben genannten Vorteilen wird verhindert, daß ein schmaler Metallabschnitt zwischen den Nuten vorliegt und daß

70 9 823/0364

sich die Nabe und die Kugelteile gegenseitig stören. Dies geschieht dadurch, daß sich die Nuten 48 nach innen auf die Welle zu erstrekken und in einem offenen Raum im Inneren des Gelenks enden, im [Gegensatz zu US-PS 3 125 870, wo die Nuten von der Welle nach außen verlaufen. Hierdurch werden eine höhere Drehmomenten- und Winkel- !kapazität des Gelenks erzielt.

■ In Fig. 8 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Hier ist für einen axialen Rückhalt Sorge getragen. Daidurch wird ein Gelenk geschaffen, das für Anwendungsfälle geeignet ist, in denen ein solcher axialer Rückhalt erforderlich ist. EIe-

mente aus Fig. 8, die mit solchen aus Fig..2 übereinstimmen, tragen dieselbe Bezugszahl mit einer zugefügten Suffix a.

j Ein Schubring 86 ist innerhalb eines axial verlaufenden Abschnitts

ι 24a der Trommel 16a angebracht. Der Schubring 86 ist im Abschnitt !24a durch einen Schnappring 88 befestigt. Das Nutenteil 18a besitzt eine äußere gekrümmte Kugelfläche 90, die in Berührung mit !der Fläche 87 ist. Das Teil 18a enthält außerdem eine Mittelbohrung 92 mit einem Pilotteil 94, das eine konkave Fläche 96 auf- . [weist. Diese konkave Fläche 96 ist konzentrisch mit der Fläche 90, j steht den Enden der Zapfen 30a gegenüber und berührt diese. _:

Im Betrieb entspricht das in Fig. 8 dargestellte Gelenk demjenigen von Fig. 2. Es wird jedoch so zusammengebaut, daß sich die Fläche j 96 in Berührung mit dem Ende der Zapfen 30a und die Flächen 87 und; 90 in Berührung miteinander befinden. Dadurch wird ein axialer ,; Rückhalt für das Gelenk geschaffen. Anstelle des Schubrings 86 und anstelle der Berührung zwischen der Kugelfläche 90 und der

709823/0364

265*990

'Fläche 87 kann zur Erzeugung eines axialen Rückhalts eine Feder verwendet werden, welche die Wellen 12a und 14a zusaitimendrückt. Alternativ hierzu können auch die Oberflächen der Kugeln 60a geringfügig toroidförmig anstelle von kugelförmig sein. Dadurch wird eine axiale Kraft zwischen den Kugeln und den Nuten erzeugt, welche die Wellen zusammendrückt.

Aus dem obigen folgt, daß durch die vorliegende Erfindung ein Universalgelenk für konstante Geschwindigkeit geschaffen wird, bei dem an drei oder mehr Zapfen rollende, gleitende Kugeln angebracht sind und die Verformung der Zapfen verhindert ist, indem eine Verbindung zwischen den Enden der Zapfen geschaffen wird. Auf diese Weise werden die Zapfen richtig gestützt; es wird verhindert, daß sie ihren Winkel, bezogen auf die Welle, verändern.

709823/0364

Claims

iBorg-Warner Corporation

j 200 South Michigan Ave. 25. November 1976

;Chicago, I11.6o6o4, USA. Anwaltsakte M-4119

Patentansprüche

( 1 .) Universalgelenk zur Drehmomentenübertragung zwischen zwei WeI- ; len, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt: eine Trommel (16), ' die an eine Welle (12) gekoppelt ist; ein Nutenteil (18), das mit der anderen Welle (14) verbunden ist; mindestens drei Zap- ^! fen (30), die mit der Trommel (16) verbunden sind und sich von ! dieser unter einem spitzen Winkel gegenüber der Welle nach innen erstrecken und ein Ende aufweisen, das von der Trommel (16) entfernt ist; jeweils ein Kupplungsteil (60), das drehbar ι und gleitend auf jedem Zapfen (30) angebracht ist, wobei das Nutenteil (18) mindestens drei Nuten (48) aufweist, die nach innen unter einem spitzen Winkel gegenüber der anderen Welle verlaufen und die Kupplungsteile (60) aufnehmen, wodurch ein Drehmoment zwischen den Wellen (12,14) übertragen werden kann, wenn sich diese Wellen unter einem Winkel zueinander befinden, und wobei die Zapfen (30) an ihren von der Trommel (16) entfernten Enden aneinander befestigt sind.

709823/0364

265^990
2. Universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsteile (60) Teilkugeln umfassen, die eine im wesentlichen kugelförmige Außenfläche in Berührung mit den Nuten (48) aufweisen.
3. Universalgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (48) teilzylindrische Flächen (50) bilden, deren Radius gleich demjenigen der im wesentlichen kugelförmigen Flächen ist, wodurch zwischen diesen ein Zusammenwirken unter Berührung ermöglicht wird.
4. Universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden spitzen Winkel gleich sind.
5. Universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (30) an den von der Trommel (16) entfernten Enden durch Schweißen miteinander verbunden sind.
6. Universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Nutenteil (18a) ein zentral angeordnetes Pilotteil (94) enthält, auf dem sich eine Haltefläche (96) befindet, daß die entfernten Enden der Zapfen (30a) diese Fläche (96) berühren und von dieser gehaltert werden, daß die Trommel (16a) ein Trageteil aufweist, das sich in Berührung mit dem Nutenteil (18a) befindet, wodurch ein Schublager (86) an dem Nutenteil (18a) gebildet wird.

709823/0364