DE19613462C2 - Gelenkverbindung zur Drehübertragung - Google Patents
Gelenkverbindung zur DrehübertragungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Gelenkverbindung zur Drehübertragung zwi
schen einem Teil mit einem Außenprofil und einem Teil mit einem Innen
profil, wobei diese Profile miteinander in Eingriff stehen und ihre Drehach
sen gegeneinander schwenkbar sind.
Eine solche Gelenkverbindung ist aus der DE-AS 12 96 894 bekannt. Die
dort vorgeschlagene flexible Zahnkupplung weist eine innenverzahnte
Muffe aus Stahl auf, die eine Nabe umgibt, die mit einer der Innenverzah
nung entsprechenden Anzahl von Zähnen versehen ist, deren Flanken
durch eine hyperbolische Kurve bestimmt sind, wobei die Teilungslinie der
Zähne durch eine weitere hyperbolische Kurve bestimmt ist, die zusam
men mit der ersten hyperbolischen Kurve die Zahnkopf- und Fußhöhe so
festlegt, dass der Schnittpunkt der beiden Kurven außerhalb der Verzah
nung liegt, und dass zumindest die Muffe der Kupplung, wie an sich be
kannt, einen ihr Durchbiegen innerhalb der Elastizitätsgrenze gestatten
den Querschnitt hat, so dass sie beim Zahneingriff unter Last entlang des
Umfangs eine sich kontinuierlich ändernde ovale Form einnehmen kann.
Hier tritt allerdings der Effekt auf, dass bei einer Winkelbewegung ein
Auswandern des Mittelpunktes der Berührung zwischen Muffe und Nabe
erfolgt.
Aus der EP 0 235 183 B1 ist eine Gelenkverbindung zwischen zwei Wel
len bekannt, die aus einem ersten
Treib-Element am Ende einer ersten drehbaren Welle und
einem zweiten Treibelement am Ende einer zweiten
drehbaren Welle besteht, welche Treib-Elemente
verschwenkbar miteinander in Eingriff stehen derart, daß
die Achsen der Wellen gegeneinander bis zu einem
bestimmten Winkel schwenkbar sind, wobei das erste
Treib-Element etwa die Form eines Hohlzylinders aufweist
und an der Innenfläche parallel zur Achse verlaufende,
gleichmäßig am Umfang verteilte, abwechselnd konvexe und
konkave, ineinander übergehende Vertiefungen und
Erhöhungen aufweist, und daß das zweite Treib-Element
etwa kugelförmig ausgebildet ist und an seiner
Oberfläche abwechselnd Vertiefungen und Erhöhungen
aufweist, die in Längsrichtung entsprechend einer, die
Achse der zweiten Welle enthaltenen Ebene verlaufen und
die in Umfangsrichtung, insbesondere in der Äquatorebene
des kugelförmigen zweiten Treib-Elementes, einen zur
Innenfläche des ersten Treib-Elementes etwa komplemen
tären Verlauf aufweisen, wobei erfindungsgemäß
vorgesehen ist, daß die Übergänge zwischen Vertiefungen
und Erhöhungen stetig verlaufen, daß auf dem
kugelförmigen zweiten Treib-Element die Vertiefungen im
Vergleich zu den Erhöhungen des ersten Treib-Elementes
gleich breit oder wenigstens zum Teil breiter bzw. die
Erhöhungen gegenüber den Vertiefungen auf dem ersten
Treib-Element wenigstens zum Teil schmäler ausgebildet
sind, daß auf dem kugelförmigen Treib-Element die
Vertiefungen und die Erhöhungen in der Äquatorzone in
ihrer Breite den zugeordneten Erhöhungen bzw.
Vertiefungen des ersten Treib-Elementes etwa entsprechen
und mit zunehmender Entfernung von der Äquatorzone die
Vertiefungen gleich breit oder breiter und die
Erhöhungen schmäler sind, und daß der Mittelpunkt des
Innenkreises, der mit dem Minimum der konkaven
Vertiefung tangiert, je nach Halbkugel um einen
bestimmten Betrag unterhalb bzw. oberhalb des
Kugelmittelpunktes gestellt werden können. Die
Treibelemente besitzen je sechs Vertiefungen zwischen
sechs Erhöhungen.
Bekannt sind auch Gelenkverbindungen, die aus einem
ersten Treib-Element am Ende einer ersten drehbaren
Welle und einem zweiten Treib-Element am Ende einer
zweiten drehbaren Welle bestehen, welche Treib-Elemente
verschwenkbar miteinander im Eingriff stehen derart, daß
die Achsen der Wellen gegeneinander bis zu einem
bestimmten Winkel schwenkbar sind. Derartige
Gelenkverbindungen werden als Kardangelenk bezeichnet.
Hierbei handelt es sich jedoch nicht um ein Gleichlauf
gelenk.
Zur Ausbildung einer Gelenkverbindung ist bereits
vorgeschlagen worden, das erste Treibelement in etwa in
Form eines Hohlzylinders auszubilden und an der
Innenfläche mit parallel zur Achse verlaufenden
gleichmäßig am Umfang verteilten, abwechselnd im
wesentlichen konvexen und konkaven, ineinander
übergehenden Vertiefungen und Erhöhungen zu versehen.
Das zweite Treibelement ist dabei kugelähnlich
ausgebildet und an seiner Oberfläche sind abwechselnd
Vertiefungen und Erhöhungen vorgesehen, die in
Längsrichtung entsprechend einer, die Achse der Welle
des zweiten Treibelements enthaltene Ebene verlaufen und
wobei die Zähne beider Teile an beiden Enden zugespitzt
sind. In Umfangsrichtung betrachtet weisen die
Erhöhungen und Vertiefungen des zweiten Treibelements im
wesentlichen einen zur Innenfläche des ersten
Treibelements komplementären Verlauf auf (DE-PS-20 665).
Es ist dabei bekannt, für eine spielfreie Drehbewegungs
übertragung in der Äquatorialebene der Gelenkverbindung
einen komplementären Verlauf der Erhöhungen und
Vertiefungen der beiden Treibelemente vorzusehen (FR-PS-1
410 767), wobei auch bereits jeweils sechs Erhöhungen
und Vertiefungen vorgesehen worden sind (GB-A-2 138
104).
Bei anderen Gelenkverbindungen ist es dabei schon
vorgesehen worden, die Zahnbreite der zahnförmig
ineinandergreifenden Elemente in Äquatorialrichtung
zuzuspitzen (DE-AS-12 96 894, DE-AS 11 72 488), während es
bei den anderen Gelenkverbindungen schon vorgesehen
worden ist, durch mit zunehmendem Abstand von der
Äquatorialzone schmaler werdende Zahnbreite eine
Verschwenkung zu gewährleisten (DE PS 20 665).
Bei der Wellenverbindung nach der EP 0 235 183 B1 sind
die beiden Wellen aus einer Lage, in der sich die Achsen
in Flucht befinden, in beliebiger Richtung in einem
bestimmten Maße schwenkbar. Dabei ist das erste Treib-
Element auf seiner Innenseite und das zweite
kugelförmige Treib-Element auf seiner Außenseite mit je
einem wellenlinienförmigen Profil versehen, das somit,
etwa in Achsrichtung betrachtet, aus rillenartigen
Vertiefungen und stegartigen Erhöhungen besteht. Diese
Rillen und Stege greifen ähnlich wie die Zähne und
Lücken bei einem Zahnantrieb, in bestimmten Bereichen
der Kugeloberfläche ineinander, so daß die gewünschte
Mitnahme erfolgt. Dabei ist es prinzipiell ohne
Bedeutung, welches Treibelement von der antreibenden
Welle gedreht wird und welches Treibelement die
abgehende Welle antreibt.
Bei Schraubwerkzeugen ist eine derartige Kraftüber
tragung, bei der beide Treib-Elemente Zylinderform
aufweisen, aus der DE-PS 17 28 574 bekannt und unter dem
Warenzeichen TORX auch im Handel erhältlich. Dabei wird
durch die zylindrische Ausbildung beider Elemente
sichergestellt, daß ein Schräghalten des Werkzeugs
ausgeschlossen ist, so daß die Achse der Schraube und
des zugeordneten Werkzeugs (Schraubenschlüssel)
ausschließlich in Flucht zueinander gehalten werden. Aus
der EP 0 235 183 B1 sind Schraubwerkzeuge bekannt, die
ein Treibelement aufweisen, das kugelförmig ausgebildet
und mit dem Hohlzylinder des zweiten Treibelementes
(Schraubenkopf) verschwenkbar ist.
Die DE 88 06 631 U1 betrifft eine flexible Kupplung für intermittierenden
Betrieb, wie Schalterantrieb. Dabei weist eine erste Welle eine Radial
durchgangsbohrung mit einem darin befindlichen Stift und eine zweite
Wille eine Axialeinsenkung für den Eingriff des Stiftes auf. Die Axialein
senkung hat einen trichterförmigen inneren Querschnitt und zwei um 180
Grad versetzte Nuten konstanter Breite und konstanter Tiefe, welche die
Stiftenden axial verschieblich aufnehmen.
Aus der GB-A-548 614 ist ein Sechskant-Antrieb für einen Schraubenkopf
bekannt.
Es ist ausgehend von diesem Stand der Technik Aufgabe der vorliegen
den Erfindung, eine Gelenkverbindung zwischen einer Welle und einer auf
dieser zur formschlüssigen Kraftübertragung angeordneten Nabe zu
schaffen, bei der die Welle und/oder die Nabe aus einer Lage, in der sich
die Drehachsen von der Welle und Nabe in Flucht befinden, in beliebiger
Richtung in einem bestimmten Maße, d. h. um einen bestimmten sphäri
schen Winkel schwenkbar sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Gelenkverbindung vorgeschlagen,
wie sie im Anspruch 1 angegeben ist.
Hierbei kann vorgesehen werden, dass eine Welle als ein erstes Treib-
Element eine zylindrische Grundform mit einem kraftübertragenden Profil
aufweist und eine Nabe als zweites Treib-Element ein Innenprofil aufweist,
dessen Grundfläche ein einschaliges Hyperboloid ist, die ein entspre
chendes kraftübertragendes Profil trägt. Mit einer solchen Gestaltung wird
ein verschwenkbares Gleichlaufgelenk geschaffen.
Die Welle weist eine zylindrische Grundform auf, auf der ein kraftübertra
gendes Außenprofil ausgebildet ist, das bei einer bevorzugten Ausfüh
rungsform aus gleichmäßig am Umfang verteilten Erhöhungen und Ver
tiefungen besteht, die durch abwechselnd konkave und konvexe sowie
glatt tangential ineinander übergehende Zylinderteilflächen gebildet sind,
so dass z. B. je sechs konkave und konvexe Zylinderteilflächen vorgese
hen sind und dass die konvexen Zylinderteilflächen der Erhöhungen einen
doppelt so kleinen Krümmungsradius wie die konkaven Zylinderteilflächen
aufweisen. Erfindungsgemäß verläuft das
kraftübertragende Innenprofil des Hohlzylinders der Nabe
in einer speziellen Ebene etwa komplementär zum
Außenprofil der Welle. Die spezielle Ebene besteht in
der Taillenebene des Hyperboloids, das die Grundform der
Innenfläche der Nabe vorgibt. Hierauf ist dann das zum
Außenprofil der Welle komplementäre Innenprofil der Nabe
ausgebildet. Dieses ist jedoch ausgehend von der
Taillenebene sich in beide Richtungen verändernd
gestaltet, so daß sich folgende Situation ergibt:
Ausgehend von z. B. einer gleichseitigen Hyperbel ist
beim Innen-Profil-Hohlzylinder eine Kongruenz gegeben in
der Taille des einschaligen Hyperboloids (Torus) mit der
Profilform des Zylinders. Im Querschnitt gegeben z. B.
unter 45° des 0-Punktes des Koordinatendiagramms der
gleichseitigen Hyperbel. Dabei liegt die Asymptote der
Hyperbel parallel zur X-/Y-Achse.
Im Taillenquerschnitt - Torus - liegt der Geradenverbund
der beiden Brennpunkte.
Ausgehend vom Taillenquerschnitt des Hyperboloids -
Torus - zu den beidseitig offenen Mantelflächen
(Einführungsöffnungen) und z. B. einem TORX-Innen-Profil
(6-Lobe-Innenprofil) bleibt der konvexe Radius
unverändert über die innere Mantelfläche vom Torus zu
den beidseitigen Öffnungen des Hyperboloids, wobei hier
eine Betrachtungsweise vom Profil-Hohl vorausgesetzt wird.
Der konkave Radius des Profils hingegen wird breiter,
ausgehend von der Taille - Torus - über die Mantel-
Innenprofilfläche zu den beiden Hyperboloidöffnungen
(wobei auch hier eine Betrachtungsweise vom Profil-Hohl
vorgenommen wird).
Dieser Öffnungswinkel im Radius wird erzeugt durch die
Größe der Kreise, deren Mittelpunkte auf der Fokus-Achse
des Taillenquerschnitts - Torus - liegen. Die
Außenkreise bzw. Nordpole der TORX-KUGELN bilden quasi
einen Ring-Profil-Torus um die Hyperboloidmantelfläche,
die wiederum parallel zur Asymptote einer gleichseitigen
Hyperbel liegen. Der Profil-Abschnitt der Außenkreise
bzw. der TORX-KUGELN, der einen Teil der Hyperbel im
Torus bildet, ist der Nordpol der TORX-KUGELN, deren
konkaver Radius in der Nabe (obgleich konvexer Radius
auf der Außenkugel) zum Äquator breiter wird. Der
konvexe Radius in der Nabe (gleich konkaver Radius auf
der Außenkugel) bleibt auf der TORX-Kugel vom Nordpol
zum Äquator konstant.
Die Gelenkverbindung der beiden Treibelemente Welle mit
zylindrischer Außenprofilfläche und Nabe mit einer Ring-
Innenprofilfläche, z. B. einer Hyperboloid-Profil-
Innenfläche erhält ihre Winkelrotation (sphärischen
Winkel) durch die unterschiedliche Ausgestaltung der
beiden Profilflächen. Hierbei kann z. B. vorgesehen
sein, daß die Welle ein Außenprofil von sechs konkaven
und konvexen Zylinderteilflächen aufweist, wobei der
Konkav-Radius der konkaven Zylinderteilflächen und der
Konvex-Radius der konvexen Zylinderteilflächen über die
Länge des zylindrischen Profils gleich bzw. konstant
bleibt. Die Nabe weist eine Hyperboloid-Profil-
Innenfläche auf, wobei hier ein kongruentes Innenprofil
vorgesehen ist, z. B. ein TORX-Innenprofil kongruent zum
TORX-Außenprofil der Welle im Taillenquerschnitt -
Fokus-Querschnitt, wobei das Innenprofil ebenfalls aus
je sechs konkaven und konvexen Zylinderteilflächen
besteht und der Konvex-Radius der Innenfläche der Nabe
entlang der Profil-Innenfläche bzw. der Hyperboloid-
Innenfläche konstant bleibt, während der Konkav-Radius
der Innenfläche der Nabe ausgehend von der Taillenebene
sich zu den beiden Öffnungsseiten des Hyperboloids hin
vergrößert, so daß sich ein breiter werdender Konkav-
Radius vom Fokus-Querschnitt (Torus) zu den beiden
Öffnungsseiten des Hyperboloids hin ergibt.
Die Größe der Winkelrotation, d. h. des sphärischen
Winkels der Gelenkverbindung zwischen der Welle und der
Nabe ergibt sich aus der Größe der Radien der
Außenkreise bzw. der Außenkugeln, deren Mittelpunkte auf
der Ebene des Fokus-Querschnitts-Torus (Taillenquer
schnitt) liegen und einen Kreis bilden, von dem ein
Kreisbogen ein Teil der Hyperboloidfläche ist.
Eine weitere erfindungsgemäße Gelenkverbindung zwischen
einem Schraubendreher bzw. einem Steckschlüssel und
einer Schraube ist in Anspruch 14 angegeben.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
erfindungsgemäßen Gelenkverbindungen sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend
anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 in einer graphischen Darstellung eine gleich
seitige Hyperbel,
Fig. 2 in einer schaubildlichen Ansicht ein
einschaliges Umdrehungshyperboloid als
Prismatoid mit windschiefer Mantelfläche,
Fig. 3 in einer graphischen Darstellung ein
einschaliges Hyperboloid mit symmetrischer
Mantelfläche,
Fig. 4 in einer graphischen Darstellung ein
hyperbolisches Paraboloid,
Fig. 5 in einer schaubildlichen Ansicht die innere
6-Lobe-Ball-Profilfläche einer Nabe in
einer schematischen Darstellung mit ent
sprechenden Teilansichten,
Fig. 6 in einer Seitenansicht eine Welle mit einem
Keilprofil,
Fig. 7 in einer senkrechten Schnittdarstellung das
Keilwellenprofil gemäß Fig. 6,
Fig. 8 in einer Vorderansicht einer ersten
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Nabengestaltung in einer rein schematischen
Darstellung,
Fig. 9 in einer senkrechten Schnittdarstellung die
Nabe gemäß Fig. 8,
Fig. 10 in einer waagerechten Schnittdarstellung die
Nabe gemäß Fig. 8,
Fig. 11 in einer Seitenansicht eine Welle mit einem
6-Lobe-Profil,
Fig. 12 in einer senkrechten Schnittdarstellung das
6-Lobe-Profil gemäß Fig. 11, in einer
senkrechten Schnittdarstellung,
Fig. 13 in einer Vorderansicht einer zweiten
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Nabengestaltung in einer rein schematischen
Darstellung,
Fig. 14 und 15 in senkrechten Schnittdarstellungen die
Nabe gemäß Fig. 13,
Fig. 16 in einer waagerechten Schnittdarstellung die
Nabe gemäß Fig. 13,
Fig. 17 in einer Prinzipdarstellung einer Welle
mit einem 6-Lobe-Profil,
Fig. 18 in einer senkrechten Schnittdarstellung das
6-Lobe-Profil der Welle gemäß Fig. 10,
Fig. 19 in einer Prinzipdarstellung eine Nabe
in einer senkrechten Schnittdarstellung mit
einem erfindungsgemäßen 6-Lobe-Innenprofil
mit herausgezogenen Schnitten A-A und B-B,
Fig. 20 in einer Prinzipdarstellung eine erfindungs
gemäße Nabe in einer senkrechten
Schnittdarstellung mit 6-Lobe-Innenprofil
mit einer schematischen Darstellung der
Profilentwicklung,
Fig. 21 in einer Prinzipdarstellung eine erfindungs
gemäße Nabe in einer senkrechten
Schnittdarstellung mit 6-Lobe-Innenprofil mit
einer weiteren Darstellung der Profilent
wicklung,
Fig. 22 in einer schaubildlichen Ansicht ein Schraub
werkzeug mit einem erfindungsgemäßen Antriebs
kopf und einer entsprechend gestalteten
Schraube in einer Draufsicht, und
Fig. 23 in einer schaubildlichen Ansicht eine
erfindungsgemäße Gelenkverbindung zwischen
zwei Wellen.
In den Fig. 1 bis 4 ist dargestellt, wie die Grundform
des Innenprofils einer erfindungsgemäßen Nabe entwickelt
wird. Ausgangspunkt ist die in Fig. 1 dargestellte
gleichseitige Hyperbel bei der der Abstand a vom
Nullpunkt des karthesischen Koordinatensystems dem
Abstand b entspricht, wobei die durch den Nullpunkt des
Koordinatensystems verlaufende Bezugslinie B1 der
Drehachse einer entsprechenden Nabe entspricht. Diese
Bezugslinie B1 verläuft unter 45° zur Waagerechten im
Koordinatensystem. Die weitere Bezugslinie B2, die unter
90° schneidet und ebenfalls durch den Nullpunkt
verläuft, schneidet die Scheitelpunkte F1 und F2. Die
Scheitelradien p entsprechen dabei der Größe von a.
Hieraus entwickelt sich als Rotationskörper ein
einschaliges Umdrehungshyperboloid, wobei bei dem in
Fig. 2 dargestellten Umdrehungshyperboloid ein
Prismatoid mit windschiefer Mantelfläche dargestellt
ist, was darauf beruht, daß die Radien r0 und r2 von
unterschiedlicher Größe sind.
Erfindungsgemäß wird jedoch für die Gestaltung der
Innenfläche ein einschaliges Umdrehungs-Hyperboloid
gewählt, bei dem die entsprechenden, beispielsweise im
Abstand h/2 festgelegten Radien r0 und r2 (Fig. 2)
gleich sind, so daß sich eine symmetrische Mantelfläche
ergibt. Dieses einschalige symmetrisch aufgebaute
Hyperboloid bildet erfindungsgemäß die Grundform des
Innenprofils einer erfindungsgemäßen Nabe, das sich als
Fläche auch als hyperbolisches Paraboloid beschreiben
läßt, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, wobei dort ein
Ausschnitt der erfindungsgemäßen Innenfläche zur
Veranschaulichung vorgehoben ist und zusätzlich
angedeutet ist, daß die Grundform des eingreifenden
Wellenprofils sich beispielsweise als Abschnitt einer
Kugelfläche darstellen läßt.
Gemäß der erfinderischen Gestaltung ist die Nabe mit
einem in Fig. 5 schematisch dargestellten Innenprofil
versehen, das die Grundform der Mantelfläche eines
einschaligen, symmetrischen Hyperboloids aufweist, wobei
auf dieser Grundform bzw. auf deren Oberfläche ein
spezielles Innenprofil zur formschlüssigen Kraftüber
tragung ausgebildet ist. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung ist dabei ein 6-Lobe-
Innenprofil, das allgemein auch als TORX-Profil bekannt
ist, vorgesehen. Diese Innen-TORX-Ball-Profilfläche
zeigt im Taillenquerschnitt-Torus die an sich bekannte
6-Lobe-Gestaltung mit dem Hüllkreis A und dem
Innenkreis B, wobei der Konkavradius FR1 kleiner ist als
der Konvexradius FR2.
Dieses 6-Lobe-Innenprofil im Taillenquerschnitt
(Torus) mit dem Hüllkreis A und dem Innenkreis B
verändert sich ausgehend vom Taillenquerschnitt aufgrund
der Grundform der Hyperboloid-Profilinnenfläche unter
dem in der Zeichnung angedeuteten Winkel Alpha. So daß
sich insgesamt das erfindungsgemäße Innenprofil der Nabe
ergibt, das aus der Grundform eines einschaligen
Hyperboloids mit auf der Oberfläche aufgebrachtem 6-
Lobe-Profil besteht.
In den Fig. 6 bis 10 ist eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Gelenkverbindung dargestellt,
die aus einer Welle 10 (Fig. 6) mit einer zylindrischen
Grundform mit einem Außenprofil in Form eines
Keilprofils 11 (Fig. 7) und einer Nabe 12 (Fig. 8) mit
einem Innenprofil 13 besteht, das aus der Grundform 14
eines einschaligen Hyperboloids mit auf der Oberfläche
aufgebrachtem, sich erfindungsgemäß veränderndem
Keilprofil 15 (Fig. 8 bis 10) besteht. Hier ist
erkennbar, daß in der Taillenebene T des einschaligen
Hyperboloids (Torus) eine Kongruenz bzw. ein
komplementärer Profilverlauf zwischen dem Keilprofil 11
der Welle 10 (Fig. 6 und 7) und dem erfindungsgemäßen
Keilprofil 15 der Nabe 12 (Fig. 8 bis 10) besteht. Dabei
ist erkennbar, daß sich beim Innenprofil 13 der Nabe 12
die Breite B1 der Erhöhungen des Keilprofils 15 sich
ausgehend von der Taillenebene T mit wachsendem Abstand
zur Taillenebene T konstant bleibt und daß die Breite B2
der Vertiefungen des Keilprofils 15 sich kontinuierlich
vergrößert. Hierdurch ist erreichbar, daß sich trotz
einer Verschwenkung der Drehachsen D1 und D2 zueinander
die Welle 10 und die Nabe 12 im Gleichlauf miteinander
drehen.
In den Fig. 11 bis 16 ist eine zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Gelenkverbindung dargestellt,
die aus einer Welle 16 (Fig. 11) mit einer zylindrischen
Grundform mit einem Außenprofil in Form eines 6-Lobe-
Profils (Torx-Profils) 17 (Fig. 11) und einer Nabe 18
(Fig. 13) mit einem Innenprofil 19 besteht, das aus der
Grundform 20 eines einschaligen Hyperboloids mit auf der
Oberfläche aufgebrachtem, sich erfindungsgemäß
veränderndem 6-Lobe-Profils 21 (Fig. 14, 15 u. 16)
besteht. Hier ist erkennbar, daß in der Taillenebene T
des einschaligen Hyperboloids (Torus) eine Kongruenz
bzw. ein komplementärer Profilverlauf zwischen dem 6-
Lobe-Profils (Torx-Profils) 17 der Welle 16 (Fig. 11
und 12) und dem erfindungsgemäßen 6-Lobe-Profils 21 der
Nabe 18 (Fig. 13 bis 16) besteht. Dabei ist erkennbar,
daß sich beim Innenprofil 19 der Nabe 18 der Radius r1
der Erhöhungen des 6-Lobe-Profils 21 sich ausgehend von
der Taillenebene T mit wachsendem Abstand zur
Taillenebene kontinuierlich vergrößert und daß der
Radius r2 der Vertiefungen des 6-Lobe-Profils 21
konstant bleibt. Hierdurch ist erreichbar, daß sich
trotz einer Verschwenkung der Drehachsen D1 und D2
zueinander die Welle 10 und die Nabe 12 im Gleichlauf
miteinander drehen.
Da die Entwicklung des Innenprofils einer erfindungsge
mäßen Nabe mit einem auf der Innenfläche ausgebildeten
Innenprofil in Form eines 6-Lobe-Profils recht
kompliziert ist, wird nachstehend seine Entwicklung
anhand der Fig. 18 bis 21 erläutert. Das Grundprofil
einer erfindungsgemäßen Welle mit einem 6-Lobe-
Außenprofil ist in Fig. 17 und 18 dargestellt, wo
erkennbar ist, daß dieses Profil in jeder Schnittebene
im Bereich der Kraftübertragung durch den Hüllkreis A
und den Innenkreis B sowie die Radien F und E
gekennzeichnet ist.
Bei der entsprechend gestalteten in Fig. 19 darge
stellten Nabe ergibt sich im Bereich der Taillenebene T
im Schnitt das kongruente bzw. einen komplementären
Profilverlauf aufweisende Innen-6-Lobe-Profil wie
es im Schnitt A-A dargestellt ist. Dieses verändert sich
ausgehend von der Taillenebene T so, daß der Radius R2
der konkaven Erhöhungen in der Taillenebene T sich mit
wachsendem Abstand zur Taillenebene T kontinuierlich zum
Radius R3 vergrößert, während der Radius R1 der konvexen
Vertiefungen im Bereich der Taillenebene und auch mit
wachsendem Abstand zur Taillenebene T konstant bleibt.
In Fig. 20 ist für ein entsprechendes Innenprofil einer
Nabe ein konkretes Ausführungsbeispiel prinzipiell
dargestellt worden, wobei zur Erleichterung der
Vorstellung der Gestaltungsradius G eingeführt wurde.
Für einen Radius G in der Größe von R = 155 mm (Beispiel
I) ergibt sich in der Taillenebene ein äußerer
Hüllkreis A mit einem Durchmesser von ca. 34,44 mm, der
Innenkreis B mit einem Durchmesser von ca. 24,44 mm, der
Radius ER mit ca. 7,66 mm, der Radius FR mit ca. 2,65 mm
und ein sphärischer Winkel von ca. 3°.
Für einen Radius G in der Größe R = 268,7 mm (Beispiel
II) ergibt sich in der Taillenebene ein äußerer
Hüllkreis A mit einem Durchmesser von ca. 34,44 mm, der
Innenkreis B mit einem Durchmesser von ca. 24,44 mm, der
Radius ER mit ca. 7,66 mm, der Radius FR mit ca. 2,65 mm
und ein sphärischer Winkel von ca. 1°30'.
Je größer der Gestaltungsradius G ist, je kleiner ist
der sphärische Winkel der Nabe unter Drehbewegung. Wenn
der Gestaltungsradius gegen unendlich geht, ist eine
Winkelrotation der Nabe nicht mehr gegeben.
In einer Weiterentwicklung ist in Fig. 21 dann der sich
ergebende sphärische Winkel Alpha in der Größenordnung
von 3°, der TORX-Kugel-Nordpol TN und der sich ergebende
TORX-Kugel-Äquator TA dargestellt worden.
Eine Gelenkverbindung, wie sie anhand der vorangegangenen
Figuren beschrieben wurde kann auch als Schraube mit
einem entsprechend ausgebildeten Schraubenkopf und einem
Schraubendreher bzw. Schraubenschlüssel Verwendung
finden. So kann als Welle eine Schraube vorgesehen
werden, deren Kopfaußenprofil dem Außenprofil der
voranstehend beschriebenen Welle entspricht und ein
Schraubendreher bzw. ein Steckschlüssel, dessen
Schraubendreher- oder Steckschlüsselkopf ein Innenprofil
aufweist, wie die voranstehend erläuterte Nabe. Ein
entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 22
dargestellt. Der schematisch angedeutete Schraubendreher
22 weist im Bereich des Schraubenkopfes 23 ein
Innenprofil 24 auf, dessen Grundform von einem in der
Taillenebene T geteilten halben einschaligen Hyperboloid
gebildet wird, die ein auf der Oberfläche ausgebildetes
6-Lobe-Profil 26 aufweist.
Die in einer Draufsicht dargestellte Schraube 27 weist
im Bereich des Schraubenkopfes 28 ein Außenprofil in
Form eines 6-Lobe-Profils 29 auf, das einem üblichen
TORX-Kopf mit einem Hüllkreis A und einem Innenkreis B
entspricht.
Eine weitere Anwendung des Erfindungsgedankens besteht
in der entsprechenden Ausgestaltung einer Gelenkver
bindung zwischen zwei Wellen. Dabei weist eine Welle 30
ein Außenprofil in Form eines 6-Lobe-Profils 29 auf, das
einem üblichen TORX-Kopf mit einem Hüllkreis A und einem
Innenkreis B entspricht. Die zweite Welle 31 weist im
Bereich eines als Hohlzylinder gestalteten Wellenkopfes
ein Innenprofil 24 auf, dessen Grundform von einem in
der Taillenebene T geteilten halben einschaligen
Hyperboloid gebildet wird, die ein auf der Oberfläche
ausgebildetes 6-Lobe-Profil 26 aufweist. Der Wellenkopf
der zweiten Welle 31 übergreift das Außenprofil der
Welle 30.
Die Ausgestaltung des Außenprofils des Schraubenkopfes
bzw. der ersten Welle bzw. des Innenprofils des
Schraubendreher- oder Steckschlüsselkopfes bzw. der
zweiten Welle entspricht dabei den voranstehend
beschriebenen Ausführungsformen, so daß hier auf eine
detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann. Die
spezielle Ausgestaltung ist dabei in den auf die
Gelenkverbindung bezogenen nebengeordneten Ansprüchen
angegeben.
10
Welle
11
Keilprofil
12
Nabe
13
Innenprofil
14
Grundform
15
Keilprofil
16
Welle
17
6-Lobe-Profil
18
Nabe
19
Innenprofil
20
Grundform
21
6-Lobe-Profil
22
Schraubendreher
23
Schraubenkopf
24
Innenprofil
25
Grundform
26
6-Lobe-Profil
27
Schraube
28
Schraubenkopf
29
6-Lobe-Profil
30
Wellen
31
Wellen
TTaillenebene
AHüllkreis
BInnenkreis
B1, B2Bezugslinie
B1, B2Breite
D1, D2Drehachsen
F1, F2Scheitelpunkt
ERRadius
FRRadius
FR1Konkavradius
FR2Konvexradius
pScheitelradius
r1, r2Radius
TNTORX-Kugel-Nordpol
TATORX-Kugel-Äquator
GGestaltungsradius
TTaillenebene
AHüllkreis
BInnenkreis
B1, B2Bezugslinie
B1, B2Breite
D1, D2Drehachsen
F1, F2Scheitelpunkt
ERRadius
FRRadius
FR1Konkavradius
FR2Konvexradius
pScheitelradius
r1, r2Radius
TNTORX-Kugel-Nordpol
TATORX-Kugel-Äquator
GGestaltungsradius
Claims (4)
1. Gelenkverbindung zur Drehübertragung zwischen einem Teil (10; 16)
mit einem Außenprofil (11; 17) und einem Teil (12; 18) mit einem In
nenprofil (13; 19), wobei diese Profile miteinander in Eingriff stehen
und ihre Drehachsen (D1, D2) gegeneinander schwenkbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Außenprofil (11; 17) als Gerad- oder Schrägverzahnung
ausgebildet ist und die Profile zumindest in einer zur Drehachse
senkrechten Taillenebene (T) komplementär ineinander greifen und
beim Innenprofil (13; 19) eine Zahnkopfbreite (B1) oder ein Zahnra
dius (R2) der Erhöhungen ausgehend von der Taillenebene (T) mit
wachsendem Abstand zur Taillenebene (T) konstant bleibt und dass
eine Zahnlückenbreite am Zahnfuß (B2) oder ein Zahnlückenradius
(R1) der Vertiefungen sich ausgehend von der Taillenebene (T) mit
wachsendem Abstand kontinuierlich vergrößert.
2. Gelenkverbindung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Einhüllende des Innenprofils (13; 19) etwa die Form eines
Kegelschnittes, insbesondere eines einschaligen Umdrehungshyper
boloids, eines hyperbolischen Paraboloids, eines Torus im Fokus
querschnitt aufweist oder dass das Hyperboloid im Querschnitt einer
gleichseitigen Hyperbel entspricht und dass beim Innenprofil (13; 19)
in der Taille des einschaligen Hyperboloids (Torus) eine Kongruenz
bzw. ein komplementärer Profilverlauf mit dem Profilverlauf des Au
ßenprofils gegeben ist.
3. Gelenkverbindung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Teil (10; 16) mit dem Außenprofil (11; 17) eine Welle und
das Teil (12; 18) mit dem Innenprofil (13; 19) eine Nabe ist.
4. Gelenkverbindung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Gelenkverbindung eine Schraube mit einem Kopf
mit dem Außenprofil (11; 17) und ein Schraubendreher mit ei
nem Schraubendreherkopf mit dem Innenprofil (13; 19) verse
hen sind, wobei
die Grundform des Innenprofils (13; 19)
von einem in der Taillenebene (T) ge
teilten halben einschaligen Hyperboloid gebildet wird, das ein auf der
Oberfläche ausgebildetes Zahn- oder 6-Lobe-Profil aufweist (Fig. 22).
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DE1996113462 DE19613462C2 (de) | 1996-04-04 | 1996-04-04 | Gelenkverbindung zur Drehübertragung |
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Publication Number | Publication Date |
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DE19613462A1 DE19613462A1 (de) | 1997-10-16 |
DE19613462C2 true DE19613462C2 (de) | 1999-10-14 |
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DE1996113462 Expired - Fee Related DE19613462C2 (de) | 1996-04-04 | 1996-04-04 | Gelenkverbindung zur Drehübertragung |
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DE (1) | DE19613462C2 (de) |
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- 1996-04-04 DE DE1996113462 patent/DE19613462C2/de not_active Expired - Fee Related
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