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Universalgelenk mit konstanter Winkelgeschwindigkeit Die Erfindung
bezieht sich auf eine Universalgelenkkupplung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit
in Doppelkardangelenkbauart, bei der die einander zugekehrten Wellenenden durch
ein Kugelgelenk verbunden sind.
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Bei einem einfachen Kardangelenk wird sich die momentane Winkelgeschwindigkeit
des Ausgangsgliedes, wenn das Ausgangs- und Eingangsglied nicht in einer Linie liegen,
bei jeder Umdrehung ändern, selbst wenn das Eingangsglied mit gleichmäßiger Winkelgeschwindigkeit
rotiert und wenn die mittleren Geschwindigkeiten der beiden Glieder gleich sind.
Es ist bekannt, daß in Abhängigkeit von bestimmten Bedingungen eine konstante Winkelgeschwindigkeit
dadurch erzeugt werden kann, daß zwei Kardangelenke in Reihe gelegt und miteinander
verbunden werden, wobei der Ausgang des einen Gelenkes starr mit dem Eingang des
anderen Gelenks verbunden ist, um ein zentrales Kupplungselement zu schaffen, welches
universal mit den Eingangs- und Ausgangsgliedern des zusammengesetzten Gelenkes
durch zwischengeschaltete Kupplungselemente verbunden ist. Das zusammengesetzte
Gelenk besteht daher aus fünf Elementen, nämlich dem Eingangs-und dem Ausgangsglied,
dem zentralen Kupplungselement und zwei zwischengeschalteten Kupplungselementen.
Die erforderlichen Bedingungen für die Erzielung einer konstanten Winkelgeschwindigkeit
sind folgende: 1 . Die Drehungen des Eingangs- und des Ausgangsgliedes müssen
in derselben Ebene liegen. 2. Die zwischengeschalteten Kupplungselemente müssen
in einer gemeinsamen Ebene gegenüber dem zentralen Kupplungselement schwingen können,
und die Eingangs- und die Ausgangsglieder müssen gegenüber dem zentralen Kupplungselement
in Ebenen schwingen können, die senkrecht zu der vorgenannten gemeinsamen Ebene
liegen.
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3. Die Drehachsen des Eingangs- und des Ausgangsgliedes und
die Drehachse des zentralen Kupplungselementes sollen zusammen ein gleichschenkliges
Dreieck bilden, d. h., die Drehachse des zentralen Kupplungselementes soll
rechtwinklig zur Symmetrieebene zwischen den Drehachsen des Eingangs- und des Ausgangsgliedes
stehen.
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Es sind bereits homokinetisch arbeitende Universalgelenkkupplungen
bekannt, bei denen die Drehachsen der Eingangs- und Ausgangsglieder in derselben
Ebene liegen, wobei die zwischengeschalteten Kupplungselemente in einer gemeinsamen
Ebene ,gegenüber dem zentralen Kupplungselement schwin-(y Cen und die Eingangs-
und Ausgangsglieder in einer Ebene senkrecht zur vorgenannten gemeinsamen Ebene
schwingen können. Dabei bilden die Drehachsen des jeweiligen Eingangs- und Ausgangsgliedes
mit der Drehachse des zentralen Kupplungselementes vorteilhafterweise ein gleichschenkliges
Dreieck. Hierzu geht man so vor, daß man die Ab-
stände zwischen der Mitte
der Kupplung und den Drehachsen der Eingangs- und Ausgangsglieder gleich groß macht
und mindestens eines der zwischengeschalteten Kupplungselemente gegenüber dem zentralen
Kupplungselement in axialer Richtung gleitbar anordnet.
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Die Mitte des Gelenkes kann dabei durch den Mittelpunkt der Kugel
eines Kugelgelenkes gebildet werden -, welches zwischen den Enden von axialen Verlängerungen
der aneinander angrenzenden Enden der Eingangs- und Ausgangsglieder bzw. der Antriebs-
und Abtriebswelle angeordnet ist.
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Um die bei Neigungsänderungen der Eingangs-C und Ausgangsglieder auftretenden
Abstandsänderungen zwischen diesen Gliedern auszugleichen, ist es schon bekannt,
die Kugel des Kugelgelenkes federnd zu lagern oder auf beliebige Weise eine Axialbewegung
der Wellenenden der Antriebs- oder Abtriebswellen zu gestatten.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine verbesserte Universalgelenkkupplung
zu schaffen, welche die vorgenannten Bedingungen auf einfache
Weise
erfüllt und vor allem den Wellen gestattet, in einem größeren Neigungswinkel schwingen
zu können, als es bei bisher bekannten derartigen Kupplungen möglich ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich durch die Kombination
folgender für sich bekannter Merkmale, daß das eine Wellenende ein Kreuzgelenk aufweist,
daß im anderen Wellenende ein Zapfen in Führungen des zentralen Kupplungselementes
gleitend und schwingend gelagert ist und daß das zentrale Kupplungselement an zwei
Zapfen des Kreuzgelenkes schwingend angeordnet ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn
der in Führungen des zentralen Kupplungselementes gleitend und schwingend gelagerte
Zapfen beidendig mit quaderförmigen Gleitsteinen versehen ist, die kugelkalottenförnüge
Kappen aufweisen.
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Um die Erfindung verständlicher zu machen, wird sie nun an Hand eines
Ausführungsbeispiels gemäß der Zeichnungen erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine
auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Universalgelenkes nach einer Ausführungsform
der Erfindung, F i g. 2 einen Längsschnitt durch das Universalgelenk nach
F ig.1 in zusammengesetzter Form, F i g. 3 einen Längsschnitt durch das Universalgelenk
nach F i g. %'jedoch nach Verdrehung des Gelenkes um einen Winkel von
90',
F i g. 4 einen Querschnitt nach Linie IV-IV der F i
g. 3.
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In bezug auf die F i g. 1 bis 4 besteht das gezeichnete Gelenk
aus Eingangs- und Ausgangswellen 1
und 2 sowie aus einem zentralen Kupplungselement
3.
Am Ende der Welle 1 befindet sich eine Gabel 4 mit koaxialen Lagerbohrungen
5 und 6 für ein Paar koaxiale Zapfen, die im vorliegenden Fall die
Zapfen 7 und 8 eines Kreuzes 9 sind, das ein zwischengeschaltetes
Kupplungselement bildet. Das zweite Paar koaxialer Zapfen 10 und
11 dreht in Lagerbohrungen 12 und 13, die in im Abstand angeordnete
Arme 14 und 15 des zentralen Kupplungselementes 3 gebohrt sind. Die
Zapfen 7, 8, 10 und 11
können drehbar in ihren entsprechenden Lagerbohrungen
durch Nadellager 16 gelagert sein, wie in F i g. 2 gezeigt ist.
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Das zentrale Kupplungselement 3 besitzt zwei gegenüberliegende
Führungen 17 und 18 für Gleitsteine 19 und 20, die drehbar
auf einem Zapfen 21 montiert sind. Die Führungen verlaufen in Längsrichtung des
zentralen Kupplungselementes, so daß die Achse des Zapfens 21 in derselben Ebene
wie die Achse der Zapfen 7 und 8 liegt Der Zapfen 21 und die Gleitsteine
19, 20 bilden zusammen das zweite zwischengeschaltete Kupplungselement.
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Die Welle 2 ist mit einer teilkugeligen Erweiterung 22 versehen, die
gegenüberliegende ebene Flächen 23
besitzt. Die Erweiterung besitzt auch eine
von einer bis zur anderen ebenen Fläche durchgehende Bohrung 24, deren Achse senkrecht
zu der Achse der Welle 2 liegt. Der Zapfen 21 ist in der Bohrung 24 befestigt.
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Die Gleitsteine 19 und 20 haben Durchbohrungen 25 und
26 zur Aufnahme des Zapfens 21 und außerdem ebene Flächen 27 und
28, die gegen die Flächen 23 nach der Montage der Gleitsteine liegen.
Die Außenseiten 29 und 30 der Gleitsteine, den Flächen 27 und
28 gegenüberliegend, sind an den Bodenflächen der Führungen geführt und sind
zylindrisch gestaltet, so daß die Welle 2 gegenüber dem zentralen Kupplungselement
3 um eine Achse 31, die parallel zur Achse der Wellenstümpfe
10 und 11
liegt, schwingen kann. Die Längen der sich nach außen erstreckenden
Teile des Zapfens 21 auf jeder Seite der Erweiterung 22 sind so bemessen und beide
Zapfenenden sind so geformt, daß sie nicht die Bogenlinie _der Fläche
29 und 30 stören. Die Gleitsteine können auf dem Zapfen 21 mittels
Nadellager 32 gelagert sein.
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Der zwischen den Führungen bestehende Raum 33
ist quer zum Kupplungselement
3 zur Aufnahme der Erweiterung oder des Buckels 22 vergrößert und läßt es
zu, daß die Welle 2 um die Achse des Zapfens 21 schwenken kann, wie in F i
g. 3 gezeigt.
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Die Wellen 1 und 2 sind durch ein Kugelgelenk 34 zwischen den
Enden der axialen Verlängerungen 35
und 36 gekuppelt. Die Gelenkpfanne
37 ist am Ende der Verlängerung 36 gebildet, die ein Teil der Welle
2 ist, während die Kugel 38 durch das Ende eines Zapfens 35 gebildet
wird. Der Zapfen 35 besitzt einen Ansatz 39, der in einer zu der Welle
1 koaxialen Bohrung 40 befestigt ist. Der Zapfen 35 ist durch eine
Öffnung 41 des Kreuzes 9 hindurchgeführt.
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Die Abstände zwischen der Mitte des Kugelgelenkes 34 und den Achsen,
um welche die Wellen 1 und 2 gegenüber dem zentralen Kupplungselement
3 schwingen, d. h. der Achse der Zapfen 7
und 8 und der
Achse des Zapfens 21, sind gleichmäßig.
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Die Antriebskraft wird von der Eingangswelle 1
zur Ausgangswelle
2 durch die Zapfen 7, 8, 10 und 11, durch das zentrale Kupplungselement
3 und die Gleitsteine 19 und 20 bzw. durch den Zapfen 21 übertragen.
Die Gleitsteine haben tragende Flächen 42 und 43, welche gegen die Seitenflächen
der Gleitbahnen 17, 18 drücken, um die Antriebskraft von dem zentralen Kupplungselement
3 auf die Welle 2 zu übertragen.
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Wie man in F i g. 2 und 3 sehen kann, können die zwischengeschalteten
Kupplungselemente 9 und 19,
20 und 21 in einer gemeinsamen Ebene gegenüber
dem zentralen Kupplungselement, nämlich um die Achse der Zapfen 10, 11 bzw.
um die Achse 31
schwingen. Die Wellen 1 und 2 können gegenüber dem
zentralen Kupplungselement 3 in einer Ebene schwingen, die senkrecht zu der
vorgenannten gemeinsamen Ebene steht, d. h., um die Achse der Zapfen
8, 7 und die Achse des Zapfens 21. Außerdem kann das zwischengeschaltete
Kupplungselement 19,
20, 21 gegenüber dem zentralen Kupplungselement
3
in Richtung seiner Längsachse in den Führungen 17,
19 gleiten.
Also wird sich die Achse 31 von der Achse der Zapfen 10, 11 entfernen
oder nähern, wenn sich die Winkelneigung zwischen den Wellen 1
und 2 ändert.
Da die Längen der Zapfen 35 und 36
gleich sind, werden die Drehachsen
der Eingangs-und Ausgangswelle 1 und 2 mit der Drehachse des zentralen Kupplungselementes
3 immer ein gleichschenkliges Dreieck bilden.