CH665690A5 - Gelenkige mechanische kupplung. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung bezieht sich auf gelenkige mechanische Kupplungen, insbesondere zur Drehmomentübertragung mit gleichförmiger Drehgeschwindigkeit zwischen einem treibenden und einem angetriebenen Element.

Es gibt viele mechanische Übertragungseinrichtungen, mit denen eine Drehbewegung unter Einhaltung eines gleichförmigen Drehgeschwindigkeitsverhältnisses von einer ersten Welle auf eine zweite Welle übertragbar ist, auch wenn die relative Lage beider Wellen zueinander verändert wird. Derartige Übertragungseinrichtungen sind unter den Bezeichnungen Doppelgelenkkupplungen oder homokinetische

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Gelenke oder Kupplungen bekannt. Zur Fachliteratur über homokinetische Kupplungen wird auf einen Aufsatz von M. J. Gilmartin et al. hingewiesen, der unter dem Titel «Displacement Analysis of Spatial 7R Mechanisms Suitable for Constant Velocity Transmission Between Parallel Shafts» im englischsprachigen «Journal of Mechanical Design» (Berichte der ASME), Band 101 vom Oktober 1979 auf den Seiten 604-613 veröffentlicht wurde. Als Folge wachsender Anwendungsbreite hat sich in den zurückliegenden Jahren ein zunehmender Bedarf für derartige Kupplungen entwickelt. Sie werden in zahlreichen Maschinen für industrielle Fertigungszwecke einschliesslich Industrierobotern etc. und ausserdem in verschiedenen Motor- und Strassenfahrzeugen, Schiffen, Flugzeugen, Hubschraubern u. dgl. verwendet. In neuerer Zeit ist ein besonders hoher Bedarf an homokinetischen Gelenken bei frontgetriebenen Kraftfahrzeugen zu verzeichnen, wo das Drehmoment des Motors möglichst gleichförmig auf die Vorderräder zu übertragen ist.

In diesem Zusammenhang hat eine Kupplungsart besondere Beachtung gefunden, bei der Kugeln als Koppelelement zwischen treibender und angetriebener Welle benutzt werden. Zur einschlägigen Fachliteratur gehören die in der technischen Aufsatzreihe der «Society of Automotive Engi-neers» veröffentlichten Beiträge mit den Titeln «Constant Velocity Universal Ball Joints - Their Applications in Wheel Drives» (No. 650010/1965, Seiten 63-75 von Fred F. Miller) und «Constant Velocity Joints and Their Applications» (No. 780098/1978, Seiten 1-17 von S. L. Girguis et al.) und eine unter dem Namen Robert R. Peterson von dem federführenden Anmelder eingereichte US-Patentanmeldung No. 185 028 (Anwaltsaktenzeichen BAR-72, B-254).

Grundsätzlich wird zwischen zwei Arten von Kugelgelenken unterschieden: Es gibt nicht-verschiebbare Kugelgelenke, die lediglich eine Fluchtwinkeldifferenz zwischen der treibenden und der angetriebenen Welle ausgleichen sollen und die Enden beider Wellen meist axial nicht-verschiebbar zueinander fixieren, und verschiebbare Kugelgelenke, die ausser einer gewissen Fluchtwinkeldifferenz auch noch Axialverschiebungen zwischen den beiden Wellen ausgleichen können, wobei konstruktiv die relative Axialver-schiebbarkeit des Endes von zumindest einer der beiden Wellen vorgesehen ist. Beide Gelenkarten sind als Kupplungselemente zwischen einer Antriebswelle und einer Last verwendbar, zum Beispiel in Fahrzeugen mit Front- und/ oder Hinterradantrieb und unabhängiger Radaufhängung, wo die Antriebskräfte des Motors über je eine Zwischenwelle auf jedes angetriebene Rad übertragen werden. In einem solchen Fall ist es üblich, am äusseren Ende der Zwischenwelle nahe dem angetriebenen Rad, wo die grösseren Fluchtwinkelabweichungen angeglichen werden müssen, jeweils ein nicht-verschiebbares Kugelgelenk einzusetzen und am inneren dem Motor zugekehrten Wellenende ein verschiebbares Kugelgelenk zu verwenden, das Längsverschiebungen des Zwischenwellenendes mittels teleskopartiger Führungen und zusätzlich auch noch gewisse Fluchtwinkelabweichungen ausgleichen kann.

Es gehört zu den typischen Merkmalen herkömmlicher Kugelgelenke für Vorder- oder Hinterradaufhängungen, dass die Rotationsachsen ihrer treibenden und angetriebenen Wellen ich immer schneiden, und dass die als Koppelelemente zwischen der treibenden und der angetriebenen Welle verwendeten Kugeln in einem Radialabstand von dem Achsenschnittpunkt umfangsverteilt angeordnet sind. Die Kugeln können sich in sphärisch gekrümmten Nuten bewegen und erlauben so eine Schwenkbewegung zwischen treibender und angetriebener Welle um ihren gemeinsamen Achsenschnittpunkt. Zur Aufrechterhaltung einer gleichförmigen Drehgeschwindigkeit beider Wellen müssen die Nuten

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für die Kugeln so gestaltet sein, dass die Mittelpunkte aller am Antrieb beteiligten Kugeln in einer gemeinsamen Ebene liegen, die ständig durch den gemeinsamen Schnittpunkt der Rotationsachsen verläuft und auch gelegentlich als «homokinetische Ebene» bezeichnet wird.

Es werden unterschiedlich ausgebildete Kugelnuten für nichtverschiebbare und für verschiebbare Kugelgelenke benutzt. Bei den nicht-verschiebbaren Gelenken sind die Enden der treibenden und der angetriebenen Wellen oft so fixiert, dass sie sich in ihren Axialrichtungen nicht wesentlich verschieben aber um den in die homokinetische Ebene fallenden Schnittpunkt ihrer Rotationsachsen ausschwenken können. Bei den verschiebbaren Gelenken ist dagegen eine axiale Relativbewegung zwischen den treibenden und angetriebenen Elementen und ausserdem ein gewisser Ausgleich von Fluchtwinkelabweichungen zwischen den beiden Elementen möglich.

Viele bekannte Kugelgelenke müssen aus konstruktiven Gründen mit relativ engen Fertigungstoleranzen hergestellt werden und sind demgemäss relativ teuer. Bei allen diesen Gelenken gibt es enge Kontakte zwischen verschiedenen beweglichen Metallteilen, und dabei entstehen durch Reibung und Wärmeerzeugung Energieverluste sowie Störgeräusche und Vibrationen. Wegen geringer Steifigkeit bei Drehrichtungsumkehr entsteht oft ein toter Gang.

Die Lebensdauer der herkömmlichen Kugelgelenkausführungen ist stark abhängig von deren Abmessungen, von einwandfreien metallurgischen Verhältnissen, der Einhaltung und Kontrolle enger Herstelltoleranzen, richtiger Schmierung und der Qualität der das Gelenk umhüllenden Topfdichtung.

Herkömmliche Kupplungen der zuvor erläuterten Art sind stark abhängig von einer angemessenen Schmierung. Derartige Kugelgelenke werden in Vorderradantrieben unter normaler Belastung bei geringem Fluchtwinkelausgleich zwar nicht sofort versagen, wenn die Topfdichtung ausfällt und relativ schnell ersetzt wird, aber das Schmiermittel kann dabei austrocknen und/oder verschmutzt werden.

Besser ist schon eine in der oben erwähnten US-Patentan-meldung No. 185 028 des federführenden Anmelders vorgeschlagene Kupplung, die nachstehend als «Peterson-Kugelge-lenkkupplung» bezeichnet ist und keinerlei Schmierung benötigt und zwischen deren Lageroberflächen fast keine Reibung und Wärmeerzeugung auftritt. Diese Kupplung zeichnet sich ferner durch geringe Leistungsverluste, einfacher einzuhaltende Fertigungstoleranzen, geringere Produktionskosten und weitgehende Spielfreiheit bei Lastwechsel aus.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Peterson-Kugelge-lenkkupplung drehen sich ein treibendes Element und ein erstes Übergangsteil gemeinsam um eine erste Achse und ein angetriebenes Element mit einem zweiten Übergangsteil gemeinsam um eine zweite Achse. Beide Übergangsteile enthalten jeweils eine gleich grosse Anzahl von Nuten, die in einem Radialabstand von der zugeordneten ersten bzw. zweiten Achse, über den Umfang verteilt sowie sich gegenüberliegend angeordnet sind und in denen eine gleiche Anzahl von Kugeln aufgenommen ist. Zwischen dem treibenden Element und dem ersten Übergangsteil befindet sich eine erste Mehrschicht-Lageranordnung und zwischen dem angetriebenen Element und dem zweiten Übergangsteil eine ähnliche zweite Mehrschicht-Lageranordnung. Jede dieser Mehrschicht-Lageranordnungen umfasst jeweils ein zwischen dem treibenden Element und ersten Übergangsteil bzw. zwischen dem angetriebenen Element und dem zweiten Übergangsteil angeordnetes, aus abwechselnden elastischen und nicht dehnbaren Materialschichten zusammengesetztes Laminat und wird durch ein von dem treibenden Element

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auf das angetriebene Element übertragenes Drehmoment auf Druck, und ausserdem durch Scherbewegungen zwischen dem treibenden oder angetriebenen Element einerseits und dem ersten bzw. zweiten Übergangsteil andererseits auf Scherung beansprucht. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Kupplung sind die Mehrschicht-Lageranordnungen so ausgelegt, dass die Scherbebeanspruchung von der Fluchtwinkeldifferenz zwischen den Rotationsachsen des treibenden und des angetriebenen Elements abhängig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, die auch der Peterson-Kugelgelenkkupplung noch überlegen ist.

Die erfindungsgemässe Lösung der gestellten Aufgabe ist kurz gefasst in dem Patentanspruch 1 angegeben. Weiterbildungen des Erfindungskonzepts sind u. a. in abhängigen Ansprüchen wiedergegeben.

Der Grundgedanke der Erfindung zielt dahin, das Drehmoment von dem um eine Achse drehbaren treibenden Element auf das um eine zweite Achse drehbare angetriebene Element der Kupplung über Zwischenelemente zu übertragen, zu denen mehrere «schwimmende» Körper gehören, die so am Umfang und in Abständen um die erste und zweite Achse verteilt angeordnet sind, dass die erste und zweite Achse bestrebt sind, sich in einem gemeinsamen Punkt zu schneiden. Alle schwimmenden Körper haben eine längliche Gestalt, ihre Mittelachsen verlaufen radial zu den ersten und zweiten Achsen und liegen an einer gemeinsamen Ebene, jeder schwimmende Körper hat am radial äusseren Ende eine konvex-sphärische und am radial inneren Ende eine konkav-sphärische Endfläche, und die Krümmungsmittelpunkte der sphärischen Endflächen fallen mit dem gemeinsamen Punkt zusammen. Ferner ist jeweils das radial innere Ende jedes schwimmenden Körpers über eine Lagerelemente umfassende erste Koppeleinrichtung mit dem treibenden (oder ggf. angetriebenen) und das radial äussere Ende jedes Körpers über eine ähnliche Lagerelemente umfassende zweite Koppeleinrichtung mit dem angetriebenen (bzw. treibenden) Element gekoppelt. Die Lagerelemente der ersten und zweiten Koppeleinrichtungen tragen das vom treibenden und angetriebene Element übertragene Drehmoment als Drucklast und nehmen die relative Verdrehung zwischen dem treibenden und angetriebenen Element unter Scherbeanspruchung auf.

Die erfindungsgemässe gelenkige Kupplung bietet gegenüber der eingangs mit dem Stand der Technik gewürdigten Peterson-Kugelgelenkkupplung insbesondere folgende Vorteile: Die erfindungsgemässe Kupplung kann bei vergleichbarer Dimensionierung ein grösseres Drehmoment übertragen und benötigt demgemäss zur Übertragung eines gleich grossen Drehmoments weniger schwimmende Körper als vergleichbare Elemente bei der Peterson-Kupplung vorhanden sind.

Ferner benötigt die erfindungsgemässe Kupplung für eine gegebene Drehmoment-Last weniger elastische Lagerabschnitte als die Peterson-Kupplung, und sie zeichnet sich ausserdem durch einen einfacheren Aufbau und einen geringeren Kostenaufwand bei ihrer Herstellung aus.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachstehend unter Bezug auf eine Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfin-dungsgemässen Kupplung in radialer Schnittansicht,

Fig. 2 und 3 je einen Schnitt im Verlauf einer Linie 2-2 bzw. 3-3 von Fig. 1,

Fig. 4 eine Perspektiv-Einzelansicht eines schwimmenden Körpers der Kupplung von Fig. 1,

Fig. 5 eine dem Schnitt in Fig. 2 entsprechende Schnittansicht zur Darstellung der Auslenkbewegungen sphärisch gekrümmter Lagerelemente beim Ausgleichen einer Fluchtwinkelabweichung zwischen einem treibenden und einem angetriebenen Element, und

Fig. 6 bis 8 Perspektivansichten einiger gegenüber Fig. 4 abgewandelter schwimmender Körper.

Ein treibendes Element 10 des in Fig. 1 bis 4 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Kupplung umfasst eine in an sich bekannter Weise um eine Achse 14 drehbare Welle 12 und einen vorzugsweise integral an die Welle 12 angeformten Endabschnitt 16, der aber, falls gewünscht, auch ein- oder mehrteilig ausgebildet und an der Welle befestigt sein kann, so dass er koaxial mit der Welle 12 um die Achse 14 rotiert. Der Endabschnitt 16 enthält mehrere vorzugsweise symmetrisch (s. Fig. 2) in gleichen Abständen von und in gleichen Umfangswinkeln um die Achse 14 verteilte Jochabschnitte 18, deren Anzahl beliebig wählbar sein kann. Vorzugsweise hat jeder Jochabschnitt 18 einen Schlitz 19, dessen radiale Innenfläche einen konvexsphärischen Sitz 20 aufweist und durch die sich gegenüberliegenden ebenen Innenflächen 28 von zwei parallelen radial nach aussen gerichteten Seitenwänden 22 eingegrenzt ist. Ein Krümmungsmittelpunkt 24 des sphärischen Sitzes 20 liegt auf einer vorzugsweise in der Mitte zwischen den beiden Innenflächen 28 verlaufenden Radialachse 26. Alle ebenen Innenflächen 28 liegen in Ebenen, die parallel zu einer durch die Achse 14 und die Radialachse 26 des betreffenden Jochabschnitts 18 definierten Ebene verlaufen.

Ein angetriebenes Element 30 der Kupplung umfasst eine in an sich bekannter Weise um die Achse 34 drehbare Welle 32 und einen vorzugsweise integral an die Welle 32 angeformten Mantelabschnitt 36, der aber, falls gewünscht, auch ein- oder mehrteilig hergestellt und an der Welle 32 befestigt sein kann, so dass er mit ihr gemeinsam um die Achse 34 rotiert. Wenn das treibende Element 10 und das angetriebene Element 30 miteinander fluchten, dann verläuft die Achse 34 vorzugsweise koaxial zu der Achse 14 des treibenden Elements 10. Das hier vorgestellte bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung überträgt die Drehbewegung noch genau so gut, wenn beide Achsen 14 und 34 eine relative Winkeldifferenz oder Fluchtabweichung von 0° bis zu mindestens 30° zueinander aufweisen. In einer im Betrieb den Endabschnitt 16 des treibenden Elements 10 umgebenden und koaxial zur Achse 34 verlaufenden Randzone 40 eines offenen und von der Welle 32 abgekehrten Endabschnitts 38 des Abschnitts 36 sind, in gleichen Winkelabständen um die Achse 34 verteilt, mehrere Schlitze 42 angearbeitet, von denen jeweils einer einem entsprechenden Jochabschnitt 18 des treibenden Elements 10 zugeordnet ist. Jeder Schlitz 42 wird durch zwei ebene parallele und gleiche Abstände von der Radialachse 26 aufweisende Seitenwände 46 begrenzt und besitzt an seinem nach aussen gerichteten Boden einen sphärischen Sitz 44, der im unbelasteten Zustand zentrisch zur Radialachse 26 liegt und dessen Krümmungsmittelpunkt dann mit dem Krümmungsmittelpunkt 24 zusammenfällt. Durch die ebenen Seitenwände 46 verlaufende Ebenen liegen parallel und in gleichen Abständen zu einer durch die Achse 34 und die betreffende Radialachse 26 verlaufenden Ebene.

Eine der Anzahl der vorhandenen Jochabschnitte 18 und Schlitze 42 entsprechende Anzahl «schwimmender» Körper 50 sind als Mitnehmer zwischen den treibenden und angetriebenen Elementen 10 und 30 so angeordnet, dass ihre verlängerten Längsachsen bei miteinander fluchtenden Achsen 14 und 34 koaxial zu der betreffenden Radialachse 26 und in gleicher Ebene mit den Längsachsen der übrigen Körper 50 verlaufen. Ein radial äusseres Ende 52 und inneres Ende 54 jedes Körpers 50 sind sphärisch konvex bzw. sphärisch

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konkav und dabei so gestaltet, dass die Krümmungsmittelpunkte jeweils mit dem Krümmungsmittelpunkt 24 des zugeordneten sphärischen Sitzes 44 von Schlitz 42 bzw. Sitz 20 von Jochabschnitt 18 zusammenfallen; folglich stimmen .die Krümmungen der Enden 52 bzw. 54 jedes Körpers 50 im wesentlichen mit den komplementären Krümmungen der ihnen gegenüberliegenden sphärischen Sitze 44 bzw. 20 überein.

Ferner besitzt bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 4 jeder schwimmende Körper 50 zwei sich diametral gegenüberliegende, koaxial zur Längsachse des Körpers 50 und somit auch koaxial zu der Radialachse 26 verlaufende Zylinderflächen 56, die sich zumindest über beide Enden und vorzugsweise über seine Gesamtlänge erstrecken, und dazwischen zwei nicht-zylindrische, vorzugsweise ebene Seitenflächen 58.

Zwischen jeder Zylinderfläche 56 jedes schwimmenden Körpers 50 und der gegenüberliegenden Seitenwand 46 des zugeordneten Schlitzes 42 und der gegenüberliegenden Innenfläche 28 des zugeordneten Jochabschnitts 18 befindet sich je ein Übergangselement 60 (s. Schnittansicht Fig. 3) mit einer konkav-zylindrischen Sitzfläche 62 auf der dem Körper 50 zugekehrten Seite, deren Krümmungsmittelachse mit der von der Zylinderfläche 56 in der Radialachse 26 zusammenfällt, so dass beide Krümmungen etwa komplementär sind und das Element 60 um die Radialachse 26 drehbar ist. Die der Fläche 28 des Jochabschnitts 18 bzw. der ebenen Seitenwand des Schlitzes 42 zugekehrte andere Seite jedes Übergangselements 60 ist als ebene Fläche 64 ausgebildet.

Bei der Drehmomentübertragung von dem treibenden zum angetriebenen Element auftretende Druckbelastungen und eine bei der relativen Verdrehung beider Elemente zueinander auftretende Drehbewegung um den Mittelpunkt 24 werden von mehreren Lagerelementen in Gestalt von sphärischen, zylindrischen und ebenen Mehrschichtlagern 70,72,74 aufgenommen, siehe Fig. 1 bis 3. Je ein sphärisches Mehrschichtlager 70 ist zwischen jedem konvexen äusseren Ende 52 und dem konkaven inneren Ende 54 jedes schwimmenden Körpers 50 einerseits und dem gegenüberliegenden sphärischen Sitz 44 bzw. 20 eines Schlitzes 42 bzw. Jochabschnitts 18, je ein zylindrisches Mehrschichtlager 72 zwischen der konkav-zylindrischen Sitzfläche 62 jedes Übergangselements 60 und der ihr zugekehrten konvexen Zylinderfläche 52 eines der schwimmenden Körper 50, und je ein ebenes Mehrschichtlager 74 zwischen der ebenen Fläche 64 jedes Übergangselements 60 und der gegenüberliegenden ebenen Innenfläche 28 bzw. ebenen Seitenwand 46 eines Jochabschnitts 18 bzw. eines Schlitzes 42 angeordnet.

Jedes dieser Mehschichtlager 70,72,74 ist vorzugsweise als «hochverdichtete Mehrschichtlagereinheit» hergestellt, vorzugsweise aus miteinander abwechselnden Lagen eines elastischen Materials und eines nicht-dehnbaren anderen Materials zusammengesetzt und vorzugsweise mittels eines geeigneten Klebemittels o.dgl. an der jeweils benachbarten festen Oberfläche befestigt, so dass sich das Schichtlagermaterial der festen Oberflächenform angleicht. Die vorzugsweise aus Gummi, einem Polymer o.dgl. hergestellten elastischen Lagen sind abwechselnd mit z.B. aus einem verstärkten Kunststoff, einem Metall oder einer Legierung wie Edelstahl bestehenden nicht-dehnbaren Schichten fest zu einem Laminat zusammengefügt.

Die konstruktiven Merkmale der einzelnen Mehrschichtlager sind weitgehend von den vorgesehenen Nutzungsbedingungen abhängig. Die Abmessungen, Dicke und Schichtanzahl jedes Lagers sowie die Wahl des Schermoduls für jede elastische Lage sind beispielsweise von den jeweiligen Druckbelastungen und der Beanspruchung beim Ausgleich von Fluchtwinkelabweichungen zwischen den Elementen 10 und

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30 abhängig. Die Verwendung derartiger Mehrschichtlager bietet viele Vorteile. Sie dämpfen unerwünschte Vibrationen und Geräusche zumindest teilweise und schützen vor Überlastung und vibrationsbedingtem Verschleiss. Dank der Flexibilität des elastischen Materials stehen Rückstellkräfte gegen ungleiche Druck- und Scherkräfte zur Verfügung. Ausserdem ist bei Verwendung von Mehrschichtlagern jegliche Schmierung zwischen den diversen Lagerstellen überflüssig, was Kosten einspart, und im Zusammenhang damit schwindet auch die Gefahr katastrophaler Ausfälle. Im übrigen sind die Vorteile solcher Lagerelemente bereits in der US-PS 4 208 889 (Robert R. Peterson, 24.06.1980) erläutert worden.

Wenn bei Betrieb von dem um die Achse 14 rotierenden treibenden Element 10 ein Drehmoment auf das angetriebene Element 30 übertragen wird, entsteht in den der Drehung entgegenstehenden ebenen und zylindrischen Mehrschichtlagern 74 und 72 eine entsprechende Druckbelastung, und jede Winkel-Fluchtdifferenz zwischen den Elementen 10 und 30 bewirkt eine entsprechende Verdrehung um den gemeinsamen Punkt 24. Während der Rotation der beiden Wellen 12 und 32 um ihre Achsen 14 und 34 führen die sphärischen Lager 70 und ebenen Lager 74 entsprechende Scherbewegungen aus (s. Fig. 5). Im Zusammenhang damit sind alle sphärischen Mehrschichtlager (d.h. sowohl an den radial inneren als auch äusseren Enden der schwimmenden Körper) vorzugsweise so dimensioniert, dass in jeder durch die Rotationsachsen 14,34 und die betreffende Radialachse 26 definierten Ebene ausgeglichene Winkelfederkennwerte um den gemeinsamen Drehpunkt 24 gegeben sind. Da ähnlich auch alle ebenen Lager 74 in jeder durch die Achsen 14, 34 und die betreffende Radialachse 26 definierten Ebene vorzugsweise ausgeglichene Winkelfederkennwerte um den gemeinsamen Punkt 24 haben, wirken sie im Sinne einer ein konstantes Drehmoment übertragenden gelenkigen Kupplung, indem sie die Längsmittelachsen der schwimmenden Körper 50 auch bei Winkel-Fluchtdifferenzen der Elemente 10 und 30 in der homokinetischen Ebene halten. Die Winkel-Federkennwerte einer bestimmten Gruppe sphärischer oder ebener Mehrschichtlager gelten als ausgeglichen, wenn der einzelne Winkel-Federkennwert jedes Lagers als Funktion des Abstands dieses Lagers von dem gemeinsamen Punkt 24 festgelegt ist. Der schwimmende Körper bleibt dann ohne Rücksicht auf Kupplungsauslenkungen in der homokinetischen Ebene. Grundsätzlich ist das Produkt aus der Federkonstante und dem Abstand vom Mittelpunkt 24 für alle sphärischen und ebenen Mehrschichtlager annähernd gleich. Die untere Last wie insbesondere Scherbelastung in allen ebenen Lagern 74 und sphärischen Lagern 70 vorhandenen natürlichen Rückstellkräfte der Mehrschichtlager erteilen den Wellen 12 und 32 eine Tendenz zur Rückkehr in die axiale Flucht bzw. Strecklage.

Jeder gegenseitigen Axialverschiebung der Elemente 10 und 30 in Richtung der Achsen 14,34 widersetzen sich die sphärischen Mehrschichtlager 70 durch Aufbringen entsprechender Druckkräfte.

Es wird darauf hingewiesen, dass bei dem in Verbindung mit den Fig. 1 bis 5 erläuterten Ausführungsbeispiel verwendete Begriffe wie «treibendes» und «angetriebenes» Element 10,30 lediglich beispielhaften Charakter haben. Die Kupplung arbeitet genau so gut bei Umkehr der Drehmomentübertragungsrichtung.

Im Rahmen der Erfindung sind auch andere Abweichungen von dem erläuterten Ausführungsbeispiel denkbar, zum Beispiel in Bezug auf abweichend gestaltete schwimmende Körper. So hat als Beispiel ein in Fig. 6 dargestellter schwimmender Körper 50A eine sich über den gesamten Umfang erstreckende zylindrische Aussenoberfläche 56A, an

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dem einen Ende eine konvex-sphärische Oberfläche 52A und am anderen Ende eine konkav-sphärische Oberfläche 54A. Beide Endflächen liegen zentrisch zu der Längsmittelachse des Körpers 50A.

Eine andere Variante ist der in Fig. 7 dargestellte schwimmende Körper 50B mit einem dünneren zylindrischen Aus-senabschnitt 90 an seinem die konvex-sphärische Oberfläche 52B aufweisenden radial äusseren Ende und mit einem dik-keren zylindrischen Innenabschnitt 92 an seinem die konkav-sphärischen Oberfläche 54B aufweisenden inneren Ende. Beide sphärischen End-Oberflächen 52B, 54B liegen konzentrisch zur Körperlängsachse. Bedingt durch den Durchmesser- und Oberflächenunterschied zwischen den Aussen- und Innenabschnitten 90 und 92 der Körpers 50B sind auch die innen liegenden zylindrischen und ebenen Mehrschichtlager grösser als die am radial äusseren Ende ; folglich können die inneren Lager höhere Kräfte aufnehmen. Selbstverständlich sind die Lager, Übergangselemente und Jochabschnitte beim treibenden sowie die Schlitze beim angetriebenen Element den Dimensionen des schwimmenden Körpers 50B angepasst.

Eine andere Alternative bildet der in Fig. 8 dargestellte als Kegelstumpf ausgebildete schwimmende Körper 50C, dessen radial inneres Ende die breitere Kegelbasis mit der konkavsphärischen Oberfläche 54C bildet und dessen nach aussen weisendes dünneres Ende mit der konvex-sphärischen Oberfläche 52 abschliesst. Auch bei dieser Ausführung liegt die grössere Lastübertragungsfläche radial innen. Zur Aufnahme dieses Körpers 50C ist lediglich die Form der Übergangselemente zu verändern ; zum Beispiel könnten denen aus der Fig. 3 ähnliche Übergangselemente verwendet werden, die an Stelle der konkav-zylindrischen Sitzfläche 62 eine konkav-kegelstumpfförmige Sitzfläche haben. Die Dicke dieses Übergangselements nimmt von radial innen nach aussen ab, damit die am ebenen Lager 74 befestigte ebene Fläche 64 zur Verfügung steht.

Gegenüber einer Peterson-Kugelgelenkkupplung bietet die erfindungsgemässe gelenkige Kupplung mehrere Vorteile: Die erfindungsgemässe Kupplung kann - bei gleicher Anzahl von schwimmenden Körpern wie Kugeln beim Stand s der Technik - höhere Drehmomentlasten übertragen. Bei gleich grosser Drehmomentübertragung bedeutet das weniger schwimmende Körper als sonst notwendige Kugeln, weniger elastische Lagerabschnitte und weniger Raumbedarf gegenüber einer vergleichbaren Peterson-Kugelgelenkkupp-10 lung.

Das oben erläuterte bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine nicht-verschiebbare Gelenkkupplung. Sie kann leicht zu einem verschiebbaren Gelenk abgewandelt werden, wenn z.B. mehrere flache Lager (eines für jeden 15 schwimmenden Körper) so in der Kupplung angeordnet werden, dass eine Welle in Richtung ihrer Rotationsachse verschiebbar aufgenommen ist, wobei insbesondere der sphärische Sitz 44 am radial äusseren Ende jedes Schlitzes 42 durch eine ebene Fläche zu ersetzen wäre. Ferner kann ein 20 zusätzliches Übergangselement vorhanden sein, das gegenüber der ebenen Schlitzfläche ebenfalls eben ausgebildet, gegen die Schlitzfläche durch ein ebenes Mehrschichtlager abgestützt ist, auf der anderen Seite eine mit dem sphärischen Sitz 44 identische sphärische Oberfläche hat und 25 somit dem sphärischen Mehrschichtlager 70 angepasst ist. Sämtliche zusätzlichen Lager am radial äusseren Ende jedes Schlitzes wären in dieser Anordnung in einer Ebene ausgerichtet, die senkrecht zu den beiden seitlichen ebenen Lagern desselben Schlitzes und parallel zur Achse 34 der Welle 32 30 von Element 30 verläuft, und damit ist die Relativbeweglichkeit der Wellen 12 und 32 in Richtung der Achse 34 gegeben.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel und die Zeichnung geben lediglich einige von vielen Möglichkeiten der Erfin-35 dung wieder und haben so keinerlei beschränkende Wirkung.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Kupplung zum Übertragen eines Drehmoments von einem um eine erste Achse drehbaren treibenden Element über Zwischenelemente auf ein um eine zweite Achse drehbares angetriebenes Element, dadurch gekennzeichnet, dass

   - die Zwischenelemente eine Anzahl schwimmender Körper (50) umfassen, welche so zwischen dem treibenden und dem angetriebenen Element (10,30) angeordnet sind, dass sich die erste und die zweite Achse (14,34) bei voneinander abweichenden Fluchtrichtungen in einem gemeinsamen Punkt (24) schneiden, in einer Richtung länglich ausgebildet und so positioniert sind, dass die Mittelachsen sämtlicher schwimmender Körper radial zu den ersten und zweiten Achsen verlaufen und alle in einer gemeinsamen Ebene liegen und jeweils an ihrem radial äusseren Ende eine konvex-sphärische und an ihrem radial inneren Ende eine konkav-sphärische Endfläche (52; 54) aufweisen, deren Krümmungsmittelpunkte mit dem gemeinsamen Punkt (24) zusammenfallen,

   - das radial innere Ende jedes schwimmenden Körpers (50) über eine Lagerelemente umfassende erste Koppeleinrichtung (60,70) mit dem treibenden oder angeriebenen Element ( 10,30) gekoppelt,

   - das radial äussere Ende jedes schwimmenden Körpers (50) über eine Lagerelemente umfassende zweite Koppeleinrichtung (60,70) mit dem angetriebenen oder treibenden Element (30, 10) gekoppelt ist und

   - die Lagerelemente der beiden Koppeleinrichtungen (60, 70) so ausgebildet und angeordnet sind, dass sie das zwischen dem treibenden und dem angetriebenen Element (30,10) übertragene Drehmoment als Drucklast tragen und eine relative Drehbewegung zwischen treibendem und angetriebenem Element um den gemeinsamen Punkt aufnehmen.
2. 2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerelemente erste Mehrschichtlager (70), zweite Mehrschichtlager (72) und dritte Mehrschichtlager (74) umfassen, von denen

   - die ersten und zweiten Mehrschichtlager zur Aufnahme einer Relativdrehbewegung zwischen dem zugeordneten schwimmenden Körper (50) und dem treibenden Element

   ( 10) einerseits sowie dem angetriebenen Element (30) andrerseits um die Körpermittelachse (26) unter Scherbeanspruchung,

   - die zweiten und dritten Mehrschichtlager (72,74) zur Aufnahme der Relativdrehbewegung zwischen dem treibenden und dem angetriebenen Element um den gemeinsamen Punkt (24) unter Scherbeanspruchung und

   - die ersten und dritten Mehrschichtlager (70,74) zum Aufnehmen des zwischen treibendem und angetriebenem Element (10, 30) übertragenen Drehmoments als Drucklast eingerichtet sind.
3. 3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

   dass

   - die ersten Mehrschichtlager (70) eine zylindrische Formgebung mit koaxial zur Mittelachse (26) des zugeordneten schwimmenden Körpers verlaufender Krümmungsachse aufweisen,

   - die zweiten Mehrschichtlager (72) eine sphärische Formgebung mit in den gemeinsamen Punkt (24) fallendem Krümmungsmittelpunkt haben und so angeordnet sind, dass je eines dieser Lager sich nahe der sphärischen Endfläche (54, 52) des radial inneren und des radial äusseren Endes jedes schwimmenden Körpers (50) befindet und

   - die dritten Mehrschichtlager (74) eine ebene Formgebung aufweisen, Positionen zwischen einem zugeordneten schwimmenden Körper (50) und gegenüberliegenden Konturen des treibenden oder des angetriebenen Elements ( 10, 30) einnehmen sowie dabei in einer Ebene ausgerichtet sind,

   welche im wesentlichen parallel zu einer durch die Mittelachse des betreffenden schwimmenden Körpers und die ersten und zweiten Achsen (14,34) definierten Ebene verläuft.
4. 4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Koppeleinrichtung jeweils zwischen einem zweiten Mehrschichtlager (72) und einem dritten Mehrschichtlager (74) ein Übergangselement (60) aufweist.
5. 5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die schwimmenden Körper (50) zylindrisch sind und jedes der zylindrischen Mehrschichtlager jeweils zwischen einem Übergangselement (60) und einem zugeordneten schwimmenden Körper (50) angeordnet ist.
6. 6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder schwimmende Körper (50B) nahe dem radial inneren Ende einen ersten zylindrischen Abschnitt (92) mit einem Durchmesser und nahe dem radial äusseren Ende einen zweiten zylindrischen Abschnitt (90) mit einem anderen Durchmesser aufweist.
7. 7. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des ersten zylindrischen Abschnitts (92) grösser als der des zweiten zylindrischen Abschnitts (90) ist.
8. 8. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der schwimmenden Körper (50) ein Paar diametral entgegengesetzt verlaufender und im Kontakt mit je einem separaten zylindrischen Mehrschichtlager (72) befindlicher zylindrischer Oberflächen (56) und zwischen ihnen nichtzylindrische Oberflächen (58) aufweist.
9. 9. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrischen schwimmenden Körper eine zylindrische Umfangsoberfläche haben und sich im Kontakt mit diametral entgegengesetzten zylindrischen Mehrschichtlagern (72) befinden.
10. 10. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der schwimmenden Körper (50C) kegelstumpf-artig ausgebildet ist und jeweils zwischen einem schwimmenden Körper und dem zugeordneten zylindrischen Mehrschichtlager ein Übergangselement (60) angeordnet ist.
11. 11. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Ebene die homokinetische Ebene ist, so dass die Kupplung das Drehmoment jeweils mit gleichförmiger Drehgeschwindigkeit überträgt.
12. 12. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

    dadurch gekennzeichnet, dass die schwimmenden Körper (50; 50A-C) durch die Koppeleinrichtungen (60,70) in Umfangsabständen um die erste und zweite Achse (14,34) verteilt und so relativ zu dem treibenden und dem angetriebenen Element (10,30) geführt sind, dass die Drehmomentübertragung zwischen dem treibenden und dem angetriebenen Element mit gleichförmiger Drehgeschwindigkeit erfolgt.