DE1298785B

DE1298785B - Homokinetische Wellengelenkkupplung

Info

Publication number: DE1298785B
Application number: DED51151A
Authority: DE
Inventors: Bendler Otto Arthur
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1965-09-24
Filing date: 1966-09-22
Publication date: 1969-07-03
Also published as: BR6682965D0; GB1104307A; JPS4427085B1; US3324682A

Description

Die Erfindung betrifft eine homokinetische Wellen-gel mit einer äußeren und einer inneren Kupplungshälfte, in deren Axialnuten von einem Käfig in einer Ebene gehaltene Kugeln zum übertragen des Drehmoments geführt werden, wobei mindestens eine Käfigöffnung zur Aufnahme eines zugehörigen Stegs der inneren Kupplungshälfte beim Zusammenbau ausgebildet ist.
Bei derartigen Wellengelenkkupplungen wurde bisher zur Ermöglichung eines Zusammenbaus vorgeschlagen, die Öffnung des Käfigs, der ja im zusammengebauten Zustand mit nur geringem Spiel mit seiner Außenseite an der Innenseite der äußeren Kupplungshälfte und mit seiner Innenseite an der Außenseite der inneren Kupplungshälfte anliegt, in Umfangsrichtung so zu verlängern, daß der Steg der inneren Kupplungshälfte in diese Öffnung eingeführt und damit die innere Kupplungshälfte in den Käfig »eingefädelt« werden kann. Diese Konstruktion hat indessen erhebliche Nachteile. Insbesondere wird der Käfig durch die Vergrößerung der Öffnung geschwächt und werden die Betriebssicherheit und die Lebensdauer solcher Wellengelenkkupplungen durch diese Ausbildung des Käfigs verringert, da die Kugeln und die diese aufnehmenden Nuten normalerweise in einem solchen Verhältnis zueinander stehen, daß die Nuten, wenn sie sich schneiden, eine merkliche Tendenz besitzen, die Kugeln in axialer Richtung zu verdrängen, wodurch eine hohe Schubbelastung auf den Käfig und zwischen den sich berührenden kugelförmigen Flächen des Käfigs und der inneren und äußeren Kupplungshälfte ausgeübt wird. Neben diesem Effekt wirken die durch die Drehung erzeugten Zentrifugalkräfte auf die Kugeln ein und üben eine weitere Schubbelastung auf den Käfig aus. Die Wirkung dieser Zentrifugalkräfte läßt die Kugeln sich radial auswärts und somit längs der Nuten in Berührung mit dem Käfig verlagern, so daß die Kugeln eine Axialbelastung auf den Käfig ausüben. Da eine Komponente dieser Belastung, ebenso wie die vorher genannte Belastung, in Axialrichtung wirkt, vergrößert sie diese vorher genannte axiale Schubbelastung. Diese auf den Käfig derartiger Vorrichtungen einwirkenden Axialbelastungen sind der Betriebslebensdauer abträglich und. zwar insbesondere im Bereich des verringerten Querschnitts an den erweiterten Öffnungen des Käfigs.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Wellengelenkkupplung der eingangs definierten Art zu schaffen, welche einen festen, einfach aufgebauten ; Käfig besitzt und bei welcher der Käfig stärkeren Belastungen standzuhalten vermag und die Kugeln dennoch in einer Ebene hält.-Diese Aufgabe läßt sich erfindungsgemäß bei einer Wellengelenkkupplung--der eingangs `definierten Art dadurch lösen, daß mindestens einer der Stege axial kürzer ist als die restlichen Stege und als die Länge der zugehörigen Käfigöffnung in Umfangsrichtung.
Die Worte ».in Umfangsrichtung«, »axial« und »radial« sind dabei stets auf die Achse des betreffenden Werkstücks bezogen, und in Umfangsrichtung bedeutet auf einem Kreisbogen in einer Ebene senkrecht zur Drehachse, radial bedeutet senkrecht auf die Drehachse zu, und axial bedeutet in einer Richtung parallel zu dieser Drehachse des betreffenden Werkstücks (innere oder äußere Kupplungshälfte bzw. Käfig). Auf diese Weise ist erfindungsgemäß eine Wellengelenkkupplung geschaffen worden, bei welcher der Käfig insbesondere wesentlich stärker als bei bekannten Wellengelenkkupplungen belastet werden kann und welche dennoch billig hergestellt werden kann und sich leicht zusammenbauen läßt. Die Längen der Käfigöffnungen in Umfangsrichtung sind kleiner als die axiale Länge der nicht verkürzten Stege und bewirken so eine erhöhte Festigkeit und Steifigkeit des Käfigs. Durch zumindest einen axial verkürzten Steg bleibt aber dennoch der Zusammenbau einfach und preiswert. Die axiale Länge der Öffnungen im Käfig kann den Kugelabmessungen angepaßt bleiben, so daß der Käfig die Kugeln in einer Ebene zu halten vermag. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Wellengelenkkupplung besteht darin, daß die kugelabschnittsförmigen Berührungsflächen des Käfigs größer sind, so daß die bei der Wellenkupplung auftretenden Wärme- und Reibungsprobleme erheblich vermindert sind. Die Belastung pro Flächeneinheit ist verhältnismäßig niedrig. Außerdem ist der Käfig in vorteilhafter Weise symmetrischer aufgebaut als bisher bekannte Käfige.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt längs der Linie 1-1 in F i g. 2 durch eine homokinetische Wellengelenkkupplung, F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in F i g. 1 mit unter einem Winkel gegeneinander versetzten Kupplungshälften, F i g. 4 eine Ansicht des Käfigs und der oberen Kupplungshälfte der Wellengelenkkupplung gemäß den F s g. 1 bis 3, in welcher der Käfig im Schnitt in seiner Stellung gemäß F i g. 2 dargestellt und die innere Kupplungshälfte um 90° um seine lotrechte Achse verdreht und teilweise in den Käfig eingesetzt ist, um die Art und Weise des Zusammenbaus dieser Teile zu veranschaulichen, F i g. 5 eine F i g. 4 ähnelnde Ansicht, bei welcher die innere Kupplungshälfte jedoch weiter in den Käfig eingesetzt ist als in F i g. 4, F i g. 6 eine Ansicht in Richtung des Pfeils 6 in F i g. 5 gesehen, nachdem die innere Kupplungshälfte ;vollständig in den Käfig eingesetzt worden ist, F i g. 7 eine F i g. 6 ähnelnde Ansicht, in Richtung des Pfeils 7 in F i g. 5 gesehen, F i g. 8 eine Schnittansicht, welche das Verfahren zum Einbauen der aus dem Käfig und der inneren Kupplunghälfte bestehenden Unterbaugruppe in die äußere Kupplungshälfte veranschaulicht, und F i g. 9 eine Ansicht in Richtung des Pfeils 9 in F i g. 8 gesehen.
Gemäß F i g. 1 bis 3 ist eine ringförmige äußere Kupplungshälfte 10 einer homokinetischen Wellengelenkkupplung 12 mittels in der äußeren Kupplungshälfte 10 vorgesehener, über deren Umfang auf Abstände verteilter Öffnungen 14 und Befestigungselementen mit einem nicht dargestellten Antrieb verbindbar, so daß der Antrieb an der gemäß F i g. 2 linken Stirnfläche 16 der äußeren Kupplungshälfte 10 anliegt.
Die äußere Kupplungshälfte 10 ist mit einer kugel-bzw. kalottenförmigen Innenfläche 18 versehen, deren Mittelpunkt C auf der Längs-Drehachse der äußeren Kupplungshälfte 10 liegt. Die linke Stirnfläche 16 und die rechte Stirnfläche 22 der äußeren Kupplungshälfte liegen parallel zueinander und gleich weit vom Mittelpunkt C entfernt.
In die äußere Kupplungshälfte 10 ist eine ringförmige innere Kupplungshälfte 24 eingesetzt, die eine um den Mittelpunkt C herum ausgebildete kugelförmige Außenfläche 26 aufweist, welche in Radialrichtung Abstand von der inneren Kugelfläche 18 besitzt. Die innere Kupplungshälfte 24 weist radiale, parallele, jeweils gleich weit vom Mittelpunkt C entfernte Stirnflächen 28 und 30 auf und ist außerdem mit einer keilverzahnten Zentralbohrung 32 zum bequemen Anschließen an ein nicht dargestelltes weiteres Glied der Antriebsverbindung versehen.
Die äußere Kupplungshälfte 10 weist im wesentlichen axial verlaufende, über den Umfang verteilte Nuten 34 auf, die sämtlich um einen auf der Drehachse der äußeren Kupplungshälfte 10 liegenden und gemäß F i g. 2 in Axialrichtung nach rechts gegenüber dem Mittelpunkt C versetzten Mittelpunkt C herum ausgebildet sind. Bei der dargestellten Ausführungsform sind sechs derartige Nuten 34 vorgesehen, die zwischen sich sechs Innenstege 35 festlegen, welche den die kugelförmige Innenfläche 18 ausweisenden Abschnitt des Außenglieds 10 bilden. Die innere Kupplungshälfte 24 ist ebenfalls mit im wesentlichen axial verlaufenden, über den Umfang verteilten, um einen Mittelpunkt C" herum ausgebildeten Nuten versehen. Alle drei Mittelpunkte C, C und C" liegen im nicht verschwenkten Zustand auf einer gemeinsamen Achse, und der Mittelpunkt C" ist um den gleichen Betrag, um welchen der Mittelpunkt C axial vom Mittelpunkt C versetzt ist, gemäß F i g. 2 nach links vom Mittelpunkt C versetzt. Bei der dargestellten Ausführungsform sind gleichfalls sechs Nuten 36 vorgesehen, die zwischen sich ebenfalls sechs Stege 37 festlegen; diese Stege 37 stellen den die kugelförmige Umfangsfläche 26 tragenden Teil der inneren Kupplungshälfte 24 dar. Alle Nuten 34 und alle Innenstege 35 der äußeren Kupplungshälfte 10 liegen diametral einer anderen Nut 34 bzw. einem anderen Innensteg 35 gegenüber; ebenso liegen die Nuten 36 und Stege 37 des Innenglieds 24 einander diametral gegenüber. Obgleich die Nuten 34 und 36 in Axialrichtung verlaufen, sind sie gegenüber der Achse der sie enthaltenden Kupplungshälfte gekrümmt, wobei das Krümmungsverhältnis der Nuten 34 gegenüber der Längsachse der Wellengelenkkupplung 12 dem Krümmungsverhältnis der Nuten 36 zu dieser Achse entgegengesetzt ist.
In zusammengesetztem Zustand sind die Kupp- ; lungshälften 10 und 24 so angeordnet, daß die Nuten 34 und 36 paarweise aufeinander ausgerichtet sind und jeweils eine Kugel 38 zur Drehmomentübertragung zwischen sich aufnehmen.
Zwischen der äußeren Kupplungshälfte 10 und der inneren Kupplungshälfte 24 ist ein ringförmiger Käfig 40 eingefügt, der um den Mittelpunkt C herum ausgebildete kugelförmige Außen- und Innenflächen 42 bzw. 44 aufweist, welche ihrerseits in Gleitberührung mit der kugeligen Innenfläche 18 der äußeren Kupplungshälfte bzw. mit der kugeligen Außenfläche 26 der. inneren Kupplungshälfte stehen. Gemäß F i g. 2 schneidet der Käfig 40 bei axial miteinander fluchtender, äußerer und innerer Kupplungshälfte in Axialrichtung mit der äußeren Kupplungshälfte 10 ab und endet in einander parallelen linken und rechten Stirnflächen 46 bzw. 48. Der Käfig 40 ist mit einer Anzahl von über den Umfang verteilten Öffnungen 50 versehen, von denen jede jeweils einer Kugel 38 zugeordnet ist.
Die in Umfangsrichtung zwischen diesen Öffnungen 50 befindlichen Abschnitte des Käfigs 40 bilden Querwände 51, die gemäß den F i g. 1 und 2 die kugeligen Flächen 18 und 26 berühren. Gemäß F i g. 2 besitzen die Öffnungen 50 in Axialrichtung engen Abstand von den in sie eingesetzten Kugeln 38, so daß letztere, während sie sich bei ihrer Bewegung in den Nuten 34 und 36 in Radialrichtung relativ zum Käfig 40 bewegen können, durch den engen Abstand an einer Axialbewegung gegenüber dem Käfig gehindert werden. Der Käfig 40 hält die Kugeln 38 in einer Ebene. Wenn jedoch gemäß F i g. 3 eine Winkelbewegung zwischen der inneren Kupplungshälfte 24 und der äußeren Kupplungshälfte 10 auftritt, bewegen sich die Kugeln 38 in Umfangsrichtung relativ zueinander. Die im Käfig 40 vorgesehenen Öffnungen 50 sind daher in Umfangsrichtung länglich ausgebildet, wobei die einander gegenüberliegenden Seiten jeder Öffnung 50 parallel zueinander verlaufen.
Wegen der eng zusammengepaßten kugeligen Konfiguration der Teile können weder die innere Kupplungshälfte 24 unmittelbar axial in den Käfig 40 noch der Käfig 40 unmittelbar axial in die äußere Kupplungshälfte 10 eingesetzt werden. Aus diesem Grund hat es sich als zweckmäßig erwiesen, zunächst die innere Kupplungshälfte 24 in den Käfig 40 einzubauen und anschließend diese aus dem Käfig und der inneren Kupplungshälfte bestehende Unterbaugruppe in die äußere Kupplungshälfte 10 einzusetzen. Beim Einbau einer herkömmlichen inneren Kupplungshälfte in einen Käfig hat es sich als zweckmäßig erwiesen, diese gegenüber dem Käfig um 90° zu verdrehen, so daß ihre Längs-Drehachsen um 90° zueinander verdreht sind; daraufhin wird einer der Stege der inneren Kupplungshälfte in eine der länglichen Öffnungen im Käfig eingeführt, so daß die innere Kupplungshälfte in den Käfig eingeschoben werden kann. Nach dem Einführen der inneren Kupplungshälfte wird diese gegenüber dem Käfig zentriert und dann derart verdreht, daß ihre Drehachse koaxial zur Drehachse des Käfigs liegt. Diese Einbauart machte es erforderlich, daß eine Käfigöffnung eine so große Umfangslänge aufweisen mußte, daß sie den Steg der inneren Kupplungshälfte aufzunehmen vermochte, wodurch die Querwände des Käfigs zwischen der länglichen Öffnung und den benachbarten Öffnungen in Umfangsrichtung um einen solchen Betrag verringert wurden, daß diese Stelle des Käfigs äußerst schwach war.
Zur Vermeidung dieses Nachteils ist gemäß Fig.2 der eine Steg 37A der inneren Kupplungshälfte 24 durch Wegnahme von Material von beiden axialen Enden .in Axialrichtung um einen solchen Betrag verkürzt, daß die Berührung der Seiten des Stegs 37 A mit der von ihm berührten Kugel 38 nicht beeinträchtigt wird, wenn die äußere Kupplungshälfte 10 und die innere Kupplungshälfte 24 im gewünschten maximalen Winkelverhältnis zueinander angeordnet sind, während die übrigen Stege 37 der inneren Kupplungshälfte 24 gemäß F i g. 2 in axial praktisch mit dem Käfig 40 zusammenfallender Lage verbleiben. Die in Axialrichtung linken und rechten Stirnflächen 52 bzw. 54 des Stegs 37A sind somit in Axialrichtung einwärts von den Stirnflächen 28 und 30 der inneren Kupplungshälfte 24 entfernt. Ersichtlicherweise kann es für Betrieb mit hohen Drehzahlen, wobei die Auswuchtung kritisch ist, wünschenswert sein, den dem Steg 37A gegenüberliegenden Steg 37B ebenfalls axial zu verkürzen, um die Wellengelenkkupplung 12 auszuwuchten.
Gemäß den F i g. 4 und 5 wird der in Axialrichtung verkürzte Steg 37 A in eine Öffnung 50 A im Käfig 40 derart eingesetzt, daß die innere Kupplungshälfte 24 auf herkömmliche Weise in den Käfig 40 eingebaut werden kann, d. h., durch das Einführen des Stegs 37 A kommt der Steg 37 B von dem der Öffnung 50 A gegenüberliegenden Käfigabschnitt frei, wenn dieser Steg 37 B in den Käfig eingeführt wird. Die Öffnung 50 A und die dieser diametral gegenüberliegende Öffnung 50 B können vorzugsweise in Umfangsrichtung etwas weiter verlängert sein als die anderen Öffnungen 50; wie jedoch aus den F i g. 6 und 7 hervorgeht, ist die Öffnung 50 A dann nicht in dem Ausmaß erweitert, wie dies zur Aufnahme des Stegs 37 B und der anderen, nicht axial verkürzten Stege 37 (F i g. 7) erforderlich wäre. Die Querwände 51 A zwischen der etwas erweiterten Öffnung 50 A und den unmittelbar daneben befindlichen öffnungen sowie zwischen der Öffnung 50 B und den unmittelbar neben dieser befindlichen Öffnungen sind somit in ihrer Umfangsausdehnung weniger stark verkleinert, als dies der Fall wäre, wenn der Steg der inneren Kupplungshälfte, welchen sie aufnehmen sollen, wie bei den herkömmlichen Konstruktionen nicht verkürzt wäre.
Wenn die innere Kupplungshälfte 24 gemäß den F i g. 8 und 9 in den Käfig 40 eingesetzt und so verdreht worden ist, daß sie koaxial zum Käfig steht, wird die aus dem Käfig und der inneren Kupplungshälfte bestehende Unterbaugruppe so verdreht, daß ihre Drehachse um 90° gegenüber der Drehachse der äußeren Kupplungshälfte 10 versetzt ist, worauf die Unterbaugruppe in die äußere Kupplungshälfte 10 eingesetzt wird. Während dieses Einsetzvorgangs wird einer der Innenstege 35 der äußeren Kupplungshälfte 10 in eine der länglichen Öffnungen 50 A oder 50 B des Käfigs 40 eingeführt, während ein diesem Innensteg diametral gegenüberliegender anderer Innensteg 35 der äußeren Kupplungshälfte in die andere im Käfig 40 ausgebildete längliche Öffnung eingesetzt wird. Wenn die aus dem Käfig und der inneren Kupplungshälfte bestehende Unterbaugruppe konzentrisch zur äußeren Kupplungshälfte 10 angeordnet worden ist, werden diese Teile verdreht, bis die Drehachsen aller Kupplungshälften wiederum gemäß den F i g.1 und 2 zusammenfallen. Wenn der Käfig nicht mit einer Kugelfläche mit der äußeren Kupplungshälfte in Berührung steht, d. h., wenn die äußere Kupplungshälfte beispielsweise eine zylindrische Öffnung aufweist, kann die Unterbaugruppe unmittelbar in die äußere Kupplungshälfte eingesetzt werden.
Anschließend werden die Kugeln auf bekannte Weise in die aus der äußeren und inneren Kupplungshälfte sowie dem Käfig bestehende zusammengesetzte Anordnung eingesetzt. Die äußere und die innere Kupplungshälfte sowie der Käfig werden derart ausgerichtet, daß die Nuten 34 und 36 sowie die öffnungen 50 aufeinander ausgerichtet sind, worauf die Kupplungshälften und der Käfig um einen solchen Winkel relativ zueinander verdreht werden, daß die Kugeln jeweils einzeln durch die freigelegten öffnungen 50 im Käfig in die miteinander fluchtenden Nuten 34 und 36 eingebracht werden können.

Claims

Patentanspruch: Homokinetische Wellengelenkkupplung mit einer äußeren und einer inneren Kupplungshälfte, in deren Axialnuten von einem Käfig in einer Ebene gehaltene Kugeln zum übertragen des Drehmoments geführt werden, wobei mindestens eine Käfigöffnung zur Aufnahme eines zugehörigen Stegs der inneren Kupplungshälfte beim Zusammenbau ausgebildet ist, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß mindestens einer der Stege (37A) axial kürzer ist als die restlichen Stege (37) und als die Länge der zugehörigen Käfigöffnung (50 A) in Umfangsrichtung.