DE1960247A1

DE1960247A1 - Homokinetisches Wellengelenk

Info

Publication number: DE1960247A1
Application number: DE19691960247
Authority: DE
Inventors: Miller Jun Fred Frank
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1968-12-06
Filing date: 1969-12-01
Publication date: 1970-06-18
Also published as: US3550396A; GB1282909A; FR2025521A1; JPS4821731B1

Description

Dana Corporation ~ 1 DEZ ISßf Toledo, Ohio, V.St.A.

Homokinetisches Wellengelenk

Die Erfindung "betrifft ein homokinetisches Kugel-Wellengelenk, das keinen Käfig für die Ausrichtung der Mitnehmerkugeln benötigt.

Es ist bekannt, daß·es zur Gewährleistung einer homokinetischen Drehmomentübertragung durch ein homokinetdsches Kugel-Wellengelenk von besonderer Wichtigkeit ist, daß die Mitnehmerkugeln eine einzige Ebene festlegen und in diesem in einer einzigen Ebene liegenden Verhältnis zueinander gehalten werden, wobei diese Ebene jeden durch die betreffenden Achsen der Gelenkglieder im Betrieb eingenommenen Arbeitswinkel praktisch halbiert» Die Aufrecht erhaltung dieses auf eine einzige Ebene beschränkten Verhältnisses der Wälzkörper war bisher schwierig, da im Betrieb des Gelenks Kräfte auf die Kugeln bzw_e Wälzkörper ausgeübt werden, welche dieses Verhältnis zu stören bestrebt sind«,

Es sind bereits zahlreiche Anordnungen und Vorrichtungen zur Aufrechterhaltung dieses Lagenverhältnisses der Wälzkörper vorgeschlagen worden» Ein herkömmlicher Vorschlag besteht in der Anwendung eines ringförmigen Kugelkäfigs zwischen dem Innen- und dem Außen-Gelenkglied, um dergestalt im wesentlichen die zwischengefügten Wälzkörper in der gewünschten uniplanaren Lage zu halten. Die mit dieser Vorrichtung verbundenen Schwierigkeiten liegen in den

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damit verbundenen erhöhten Fertigungskosten sowie darin, daß der Käfig, der "bei beschränkter Größe große Schub- und Reibungsbelastungen aufnehmen muß, eine Störunge-⁵· quelle darstellt. Zudem besitzen derartige Kugelkäfige die Tendenz, wegen ihrer relativen Größe und ihres. Lagenverhältnisses die Abbiegungsfähigkeit des Gelenks zu mindern. ■ ■ ' · ■ - .... - : ■·..-..·.■ ■■: ',;.-· ■···..,

Ein herkömmliches Verfahren zur Auf recht erhaltung der- --,; erforderlichen Ausrichtung der Wälzkörper in einer einzigen Ebene bei einem käfiglosen Wellengelenk besteht in der Anwendung gewisser, verhältnismäßig komplizierter Nut-Konstruktionen sowohl im Innen- als auch im Außen-Gelenkglied. Ein derartiges Wellengelenk weist miteinander zusammenwirkende, längsverlaufende Nuten im Innen- . und im Außenglied auf, die umfangsmäßig unter zueinander entgegengesetzt verlaufenden Winkellagen angeordnet und außerdem in Radialrichtung entgegengesetzt geneigt sind,. so daß die Achsen dieser Nuten Quer-, Axial- und Radialkomponenten besitzen* Infolge dieser Konstruktionsmerk- ;; male können die Mitnehmerkugeln bzw» Wälzkörper in den durch die einander schneidenden, einander gegenüberliegenden Nuten festgelegten Räumen gehalten werden, so daß. sie, wie gewünscht, stets in einer gemeinsamen Ebene gehalten werden, ohne daß zu diesem Zweck ein ringförmiger Kugelkäfig angewandt zu werden brauchte* Der Nachteil dieser komplexen Nut-Konstruktion bestehtjedoch, in den vergleichsweise hohen Fertigungskosten bei der Ausbildung der Nuten sowie darin, daß die Wälzkörper durch Schwerkräfte belastet werden welche sie Ihhöherem Maß bean-Sprüchen und bewirken, daß sie bei der Drehmomentübertragung vom einen Gelenkglied auf das andere Scherbelastungen anstatt Druckbelastungen unterworfen sein würden/ falls

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sie keine kugelförmige Gestalt besitzen würden.

Bei einer anderen Ausführungsform eines käfiglosen homokinetischen Wellengelenks besteht die Einrichtung zur Verhinderung einer Relatiwerschiebung der Gelenkglieder in Querrichtung aus einem Führungsmittel, dessen Größe derart begrenzt sein muß, daß es die in den Gelenkgliedern ausgebildeten Nuten nicht beeinträchtigt, und das getrennt angefertigt werden muß·

Aufgabe der Erfindung ist mithin in erster Linie die Schaffung eines homokinetischen Kugel-Wellengelenks, welches unter Verwendung von vergleichsweise einfach ausgebildeten Gelenkgliedern die Notwendigkeit sowohl für einen ringförmigen Kugelkäfig «ils auch für die komplexe Nut-Anordnung der Gelenkglieder ausschaltet. Dieses Wellengelenk soll beträchtliche Axialverschiebungen zwischen den Gelenkgliedern aufzunehmen vermögen und seine Antriebs kugeln bzw. Wälzkörper sollen Druckkräften und keinen Scherkräften ausgesetzt sein, wodurch die auf die Wälzkörper einwirkenden Verformungskräfte herabgesetzt und mithin Betriebslebensdauer und Wirksamkeit des Gelenks erhöht werden·

Das erfindungsgemäße homokinetische Kugel-Wellengelenk soll darüberhinaus wirtschaftlicher und wirkungsvoller im Betrieb sein als die bisher bekannten Wellengelenke dieser Art,«eine vergleichsweise einfache Konstruktion besitzen, so daß die in den einzelnen Gelenkgliedern vorgesehenen Nuten gleichzeitig durch maschinelle Bearbeitung ausgebildet werden können, and außerdem eine starke und zwangsläufige Führung zwischen den Gelenkgliedern aufweisen·

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Diese Aufgaben werden bei einem homokinetischen Wellengelenk mit einem drehbaren Außenglied, das von einem praktisch parallel zu seiner Drehachse verlaufenden Lang— loch durchsetzt wird, einem im Langloch axial verschiebbar angeordneten Innenglied mit Krümmungsflächen, welche eine Schwenkbewegung des Innenglieds relativ zum Außenglied zulassen, sowie zwischen Innen- und Außenglied ein« gesetzten und in entgegengesetzt geneigte, paarweise angeordnete, längsverlaufende Nuten in Innen- und Außenglied eingreifenden drehmomentübertragenden Wälzkörpern, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Abschnitte der Umfangsflache an den einander gegenüberliegenden Enden des Innenglieds, die sich in einer ersten Richtung quer gegenüberliegen, unter Ermöglichung einer relativen Schwenkbewegung in Gleitberührung mit Wandabschnitten des Außenglieds stehen, welche sich in der ersten Richtung quer gegenüberliegen, daß die einander quer gegenüberliegenden zweiten Abschnitte der Umfangsflache des Innenglieds, welche in Timfangsrichtung zwischen den erstgenannten Abschnitten' des Innenglieds liegt, sowie die einander quer gegenüberliegenden, zweiten Abschnitte der Innenwand, die sich in Umfangsrichtung zwischen den einander gegenüberliegenden erstgenannten Abschnitten des Außenglieds befinden, jeweils Abstand voneinander besitzen und mit mehreren der langsverlaufenden Nuten versehen sind, und daß die Achsen der einzelnen Nuten im Winkel zur Längsachse des sie enthaltenden" Glieds verlaufen.

Im folgenden ist die Erfindung in einem Ausführung«beispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines homokinetischen Kugel-Wellengelenks mit den Merkmalen der Erfindung, in welcher das Außenglied im Längsschnitt und das Innenglied ungeschnitten dargestellt ist,

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Pig. 2 eine perspektivische Darstellung des Außenglieds des Wellengelenks, in Richtung auf das in Mg₈ 1 rechte Ende gesehen,

Pig. 3 eine perspektivische Darstellung des Innenglieds des Wellengelenks, in Richtung auf das in Pig« 1 rechte Ende gesehen, und

Pig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in Pig. 1.

Die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen homokinetischen Kugel-Wellengelenks bzw. —kupplung weist ein inneres und ein äußeres Gelenkglied auf, die relativ zueinander teleskopartig verschiebbar sind. Das Innenglied und eine im Außenglied vorgesehene Öffnung zur Aufnahme des Innenglieds besitzen langgestreckten Querschnitt» Die Schmalseiten des Innenglieds stehen jeweils in Gleitberührung mit der benachbarten Innenwand der im Außenglied vorgesehenen öffnung, wodurch eine relative Winkel- und Axialverschiebung ermöglicht wird.

Die Langseiten des Innenglieds besitzen Abstand von den benachbarten Langwänden des Außenglieds. In Langseiten und langwänden sind jeweils zwei Nuten ausgebildet, wobei jede Nut des Innenglieds in mit einer Nut des Außenglieds zusammenwirkender Lage angeordnet ist. In jedes Nutpaar ;

ist jeweils eine drehmomentübertragende Kugel bzw. Wälz-· körper eingesetzt, wodurch Innen— und Aüßenglied antriebsmäßig miteinander verbunden sind.

Diese bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wellengelenks 10 ist in den Piguren dargestellt. Das Wellengelenk 10 weist ein Innenglied 12 und ein Außenglied 14 auf, von denen letzteres mit einem dieses durch»·

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setzenden, zur Aufnahme des Innenglieds 12 vorgesehenen langloch 16 versehen ist. Das Außenglie'd 14 kann bei-" spielsweise mit Hilfe mehrerer nicht dargestellter, in im Außenglied vorgesehene Bohrungen 18 eingreifender Schraubbolzen an einem Antriebs- oder einem Abtriebsglied befestigt werden, während das Innenglied 12 mit einer keilverzahnten Bohrung 20 versehen ist, mit deren Hilfe es mit einem keilverzahnten Antriebs- oder Abtriebsglied verbunden werden kann,

Gemäß den Pig. 1 und 4 besitzen Innenglied 12 und Außenglied 14» wenn sie miteinander ausgefluchtet sind, eine gemeinsame Längsachse W sowie zwei Querachsen in Form einer Hauptachse X und einer Nebenachse Y, von denen die Hauptachse X in lotrechter und die Nebenachse Y in waagerephter Lage eingezeichnet ist. Die beiden Querachsen X und Y stehen senkrecht zueinander sowie zur Längsachse W und schneiden einander an einem gemeinsamen Punkt T, der auf der Längsachse W liegt.

Das Innenglied 12 und das im Außenglied 14 ausgebildete Langloch 16 sind in Richtung der Hauptachse X langgestreckt. Genauer gesagt, wird das Langloch 16 von zwei einander gegenüberliegenden Stirnwänden 22 und 24 begrenzt, welche die Hauptachse X schneiden und weiter voneinander entfernt sind als zwei einander gegenüberliegende Seitenwände 26 und 28, welche das Langloch 16 begrenzen, die Nebenachse Y schneiden und die Stirnwände 22 und 24 miteinander verbinden. Das Innenglied 12 weist zwei einander gegenüberliegende Stirnflächen 30 und 32 auf, welche die Hauptachse X schneiden und weiter voneinander entfernt sind als zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen 34 und 36 des Innenglieds 12, welche ihrerseits die Nebenachse Y schneiden und die Stirnflächen 30 und 32 miteinander verbinden.

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Zur Verhinderung einer Relativverschiebung zwischen Innenglied 12 und Außenglied 14 in Richtung der Hauptachse X unter Ermöglichung einer Winkel- und Axialbewegung der beiden Glieder relativ zueinander sind Führungsmittel in Form der Stirnflächen 30 und 32 sowie der Stirnwände und 24 vorgesehen. Genauer gesagt, sind die Stirnwände und 24 des Außenglieds 14» wie aus Fig. 1 deutlich ersichtlich ist, in Längsrichtung gerade und achsparallel ausgebildet, während die Stirnflächen 30 und 32 des Innenglieds 12 um einen am Punkt T liegenden Bogenmittelpunkt herum gekrümmt sind. Die Stirnflächen 30 und 32 stehen hierbei in Gleitberührung mit den Stirnwänden 22 bzw. Bei einer relativen Schwenkbewegung der Glieder 12 und um die Nebenachse Y stehen mithin die Stirnflächen 30 und 32 in Gleitberührung mit den Stirnwänden 22 bzw. 24» so daß sich das Innenglied 12 um den Punkt T herum verschwenken kann. Wahlweise können die Stirnwände 22 und 24 in Längsrichtung vom Punkt T aus bogenförmig und den Stirnwänden 22 und 24 komplementär ausgebildet sein, so daß sich die Glieder 12 und 14 zwar relativ zueinander verschwenken können, an einer relativen Axialverschiebung aber gehindert werden.

Die Glieder 12 und 14 vermögen sich auch um die X-Achse relativ zueinander zu verschwenken, was durch eine entsprechende Querschnittsform der Stirnwände 22 und 24 sowie der Stirnflächen 30 und 32 und zudem dadurch ermöglicht wird,, daß die Seitenflächen 34 und 36 des Innenglieds 12 von den Seitenwänden 26 und 28 des Außenglieds 14 Abstand besitzen. Obgleich auch andere Querschnittsformen von Innen- und Außenglied.die relative Schwenkbewegung um die Hauptachse X ermöglichen würden, sind bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Wände 22, 24, 26 und 28 sowie die Seitenflächen 34 und 36 als

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flache Planflächen ausgebildet, während die Stirnflächen 30 und 32, wie aus dem Querschnitt in Fig, 4 deutlich ersichtlich ist, mit auf dem Punkt T liegendem Bogenmittelpunkt quergekrümmt ausgebildet sind, so daß die Stirnflächen 30 und 32 tatsächlich Kugelsegmente bilden.

Die Seitenwände 26 und 28 sind jeweils mit zwei längsyerlaufenden, halbzylindrischen Nuten 38, 40 bzwy 42, 44 versehen, deren Achsen sämtlich im Winkel gegenüber der Längsachse W des Außenglieds 14 angeordnet sind. Genauer gesagt, sind bei der dargestellten Ausführungsform die Seitenwände 26 und 28 im wesentlichen flache Planflächen, die in Ebenen ausgebildet sind, welche parallel zu der durch die Achsen X und W verlaufenden lotrechten Längsebene liegen. Die Nuten 38, 40, 42 und 44 sind halbzylindrisch und besitzen gerade Achsen, die parallel zueinander, aber unter einem Winkel zu der durch die Achsen W und Ϊ verlaufenden waagerechten Längsebene und parallel zu der durch die" Achsen W und X gehenden Ebene angeordnet sind. Die Nuten 38, 40, 42 und 44 können folglich gleichzeitig durch Räu- ■ men o.dgl. ausgebildet werden.

Die Seitenflächen 34 und 36 des Innenglieds 12 sind mit ähnlichen Nuten 46, 48 bzw. 50, 52 versehen, wobei die Nuten 38 und 46, 40 und 48, 42 und 50 bzw. 44 und 52 jeweils ein sich überkreuzend gegenüberliegendes Paar bilden. In jedem dieser Nutenpaare ist jeweils ein drehmomentübertragendes Glied in Form einer Mitnehmerkugel bzw. eines Wälzkörpers 54 angeordnet, das sich in dem durch die Schnittstelle"der Nuten gebildeten Raum befindet. Da die beiden Nuten 38, 46; 40, 48; 42, 50 bzw. 44, 52 jedes Paars einander schneiden, können sich die Wälzkörper 54 beim Fehlen einer Relativbewegung zwischen Innenglied 12 und Außenglied 14 in den Nuten nicht in Längsrichtung

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verschieben, während sie "bei einer relativen Winkel- und Axialbewegung zwischen Innenglied 12 und Außenglied 14 infolge der einander schneidenden Anordnung der Nuten stets in einer gemeinsamen Ebene und auf bekannte Weise in der Winkelhalbierenden Ebene gehalten werden.

Keine der Nuten 38, 40, 42 und 44 des Außenglieds 14 und der Nuten 46, 48, 50 und 52 des Innenglieds 12 kreuzt

W/ mit ihrer Achse die durch die Achsen/und Y verlaufende waagerechte längsebene über die gesamte Nutlänge hinweg. Gemäß Fig. 4 legt mithin eine gedachte Sehne C, die an irgend einem Punkt der Längserstreckung der Nut 44 gezogen wird, die einander gegenüberliegenden Kanten der Nut miteinander verbindet und in einer senkrecht zur längs- " achse W verlaufenden Ebene liegt, einen spitzen Einschlußwinkel D mit einer radialen linie R fest, die senkrecht von der Längsachse W ausgeht und die Sehne 0 in ihrem Mittelpunkt schneidet. Das Verhältnis zwischen Sehne 0, Längsachse W sowie Linie R und Nut 44 gilt gleichermaßen auch für die Nuten 38, 40, 42, 46, 48, 50 und 52. Falls die Form der Seitenwände 26 und 28 sowie der Seitenflächen 34 und 36 gegenüber der dargestellten Konfigura>tion abgewandelt wird, sollte das vorstehend beschriebene Sehnen-Verhältnis der Nuten und der Längsachse W sowie der diese verbindenden Linie R aufrechterhalten bleiben.

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Claims

Pat ent ans ρ rü c he

Homokinetisches Wellengelenk mit einem drehbaren Außenglied, das von einem praktisch parallel zu seiner Drehachse verlaufenden Langloch durchsetzt wird, einem im Langloch axial verschiebbar angeordneten Innenglied mit Krümmungsflächen, welche eine Schwenkbewegung des Innenglieds relativ zum Außenglied zulassen, sowie zwischen Innen- und Außenglied eingesetzten und in entgegengesetzt geneigte, paar·* weise angeordnete, längsverlaufende Nuten in Innen- und Außenglied eingreifenden drehmomentübertragenden

™ Wälzkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß Abschnitte (30, 32) der Umfangsflache an den einander gegenüberliegenden Enden des Innenglieds (12), die sich in einer ersten Richtung quer gegenüberliegen, unter Ermöglichung einer relativen Schwenkbewegung in Gleitberührung mit Wandabschnitten (22, 24) des Außenglieds (14-) stehen, welche sich in der ersten Richtung quer gegenüberliegen-, daß die einander quer gegenüberliegenden zweiten Abschnitte (34, 36) der TJmfangsfläche des Innenglieds (12), welche in ümfangsrichtung zwischen den erstgenannten Abschnitten (30, 32) des Innenglieds liegt, sowie die einander quer gegenüber—

^ liegenden zweiten Abschnitte (26, 28) der Innenwand,

die sich in Ümfangsrichtung zwischen den einander gegenüberliegenden erstgenannten Abschnitten (22, 24) des Außenglieds (14) befinden, jeweils Abstand voneinander besitzen und mit mehreren der längsverlaufenden Kuten (38, 46 bzw, 4P, 48 bzw. 42, 50 bzw» 44, 52) versehen sind, und daß die Achsen der einzelnen Nuten im Winkel zur Längsachse (W) des sie enthaltenden G-lieds verlaufen.

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2. Wellengelenk nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erstgenannten Wandabschnitte (22, 24) des Außenglieds (H), im Längsschnitt gesehen, in Längsrichtung plan sind und daß die erstgenannten Flächenabschnitte (30, 32) des Innenglieds (12) von einem gemeinsamen Mittelpunkt (T) aus in Längsrichtung gekrümmt sind.
3. Wellengelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweitgenannten Wandabschnitte (26, 28) gegenüber dem benachbarten zweiten ilächenabschnitt (34-, 36) jeweils praktisch parallel liegen·
4. Wellengelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erstgenannten Abschnitte (22, 24) der Innenwand Zylindersegmente und die erstgenannten Flächenabschnitte (30, 32) Kugelsegmente sind«
5· Wellengelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch, gekennzeichnet, daß eine umfangsmäßig verlaufende Sehne (O) über der Öffnung einer der Nuten (z.B. 44) in einer beliebigen Längsposition derselben einen spitzen Einschlußwinkel (D) mit einer Radiallinie (R) festlegt, welche senkrecht von der Längsachse (W) des die Nut enthaltenden GFlieds ausgeht ( und die Sehne in ihrem Mittelpunkt schneidet.
6. Wellengelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gelenkglied eine in eine erste Querrichtung verlaufende Hauptachse (X) und eine in eine dazu senkrecht liegende Richtung verlaufende Nebenachse (Y) aufweist, die beide

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die Längsachse (W) des betreffenden Glieds schneiden» daß die Achsen der Hüten (38 — 52) zueinander paral— IeI liegen und daß die Achsen der einsähen Nuten parallel zu der durch die Hauptachse (X) und die ' Längsachse (W) verlauf enden Ebene liegen und unter einem Winkel zu einer durch die Hebenachse (X) und die Längsachse (W) verlaufenden Ebene angeordnet sind.

Ί* .Wellengelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das im Außenglied (14) vorgesehene Langloch (16) in Gelenk-Querrichtung langgestreckt ist und die ersten Abschnitten (22, 24) der Innenwand weiter voneinander entfernt sind als die zweiten Abschnitte (26, 28) der Wand, welche in Umfangsrichtung zwischen den erstgenannten Abschnitten liegen, und daß das Innenglied (12) in (Jelenk-Querrichtung langgestreckt ist und die ersten Abschnitte (50» 32) seiner Umfangsfläche weiter voneinander entfernt sind als die in Umfangsrichtung zwischen den ersten Abschnitten liegenden zweiten Abschnitte (34, 36) seiner Umfangsfläche.

8» Wellengelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweitgenannten Wandabschnitte (26, 28) radialen Abstand voneinander besitzen und praktisch parallel zu den betreffenden zweitgenannten KLächenabschnitten (34» 36) angeordnet sind. .

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