DE2355823A1

DE2355823A1 - Axial verschiebbare und winkelbewegliche gleichgang- gelenkwellenkupplung

Info

Publication number: DE2355823A1
Application number: DE19732355823
Authority: DE
Inventors: Leopold F Schmid
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-11-08
Filing date: 1973-11-08
Publication date: 1975-05-15

Description

Leopold F. Schmid
7000 Stuttgart 1
Leharstrasse θ

Axial verschiebbare und winkelbewegliche Gleichgang- Gelenkwellenkupplung.

Die Erfindung betrifft eine axial verschiebbare und winkelbewegliche Gleichgang- Gelenkwellenkupplung, bei der die Übertragung des Drehmomentes über drei in ümfangsrichtung gleichmäseig verteilte und axt Kugelflächen versehene Wälzkörper erfolgt, die in Bohrungen des inneren Kupplungsteiles drehbar und radial verschiebbare gelagert sind und in gerade und achsparallele Nuten des äusseren Kupplungsteiles hineinragen, und bei der die zur Erzielung des Gleichganges mährend einer Winkelbewegung notwendige radiale Verschiebung der Wälzkörper mit Hilfe eines zentral angeordneten Steuergliedes erfolgt.

Der Grundgedanke, die mährend einer (Uinkelbewegung zur Erzielung des Gleichganges notwendige Steuerung der das Drehmoment übertragenden Wälzkörper, die in gerade und achsparallele Nuten des äusseren Kupplungsteiles hineinragen, mit Hilfe eines zentral angeordneten Steuergliedes durchzuführen, ist seit langem bekannt und kann beispielsweise schon der britischen Patentschrift 329 900 entnommen werden. Bei dieser in der vorgenannten Patentschrift beschriebenen Ausführungsform handelt es sich aber um eine Doppelgelenkkupplung, die infolge ihres aufwendigen Aufbaues gross, schwer und teuer ist.

Bei der Würdigung des Standes der Technik muss auch die grosse Gruppe der axial verschiebbaren Gleichgang- Gelenkwellenkupplungen erwähnt werden, bei der das zentral angeordnete Steuerglied vom inneren Kupplungsteil gebildet wird, und für die stellvertretend zwei Beispiele genannt werden, nämlich die in dar US- Patentschrift 2 352 776 und die in der deutschen Auslegeschrift 1 289 370 beschriebenen Ausführungsformen. Diese beiden Beispiele zeigen den allen Ausführungsformen dieser Gruppe gemeinsamen Nachteil, dass zur Steuerung der Wälzkörper noch weitere Teile, zumindsst aber ein teurer Käfig, aufgewendet

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werden müssen. Einigen dieser Ausführungsformen heftet auaserdem noch der Nachteil an, dass der Gleichgang nicht bei allen Beugungswinkeln lOOprozentig sein kann, iueil die dan Käfig steuernden Teile, wie es beispielsweise bei der in der US- Patentschrift 2 352 776 beschriebenen Gelenkwellenkupplung der Fall ist, nur bei einem bestimmten Beugungsuiinkel einen Gleichgang von 10Q^ ergeben können.

Zum Stand der Technik zählt schliesslich noch die in der deutschen Auslegeschrift 2 225 499 beschriebene Ausführungsform einer axial verschiebbaren Gleichgang- Gelenkwellenkupplung, bei der das zentral angeordnete Steuerglied mit dem äusseren Kupplungsteil fest verbunden oder aus einem Stück mit diesem gefertigt ist, und bei der die das Drehmoment übertragenden Wälzkörper als Kugeln ausgebildet sind. Dieser Ausführungsform haftet aber der entscheidende Nachteil an, dass sie nur kleine Drehmomente übertragen kann. UJürde man sie beispielsweise für den Antrieb der Räder eines Kraftfahrzeuges vertuenden, dann würden sich bei den grossen hierbei auftretenden Drehmomenten und den ständigen Axialverschiebungen ein grosser V/erschleiss, eine starke Erwärmung und ein schlechter Wirkungsgrad ergeben. Die das Drehmoment übertragenden Kugeln werden nämlich infolge des sich bei Verwendung von Kugeln ergebenden Profiles der Nuten im äusseren Kupplungsteil mit einer Kraft nach innen gegen das Steuerglied gepresst, die etwa so gross ist wie die an den Nuten des äusseren Kupplungsteiles wirksame Umfangskraft. Bei den bei Kraftfahrzeugen beim' Befahren einer starken Steigung auftretenden grossen Umfangskra'ften und unter Berücksichtigung der im Kraftfahrzeugbau erwünschten verhältnismässig kleinen Aussendurchmesser solcher Gelenkwellenkupplungen kann die Kraft, mit der jede der drei Kugeln gegen das Steuerglied gepresst wird, bis zu 1000 kp und höher ansteigen. Da beim Befahren einer welligen Fahrbahn die Räder eines Kraftfahrzeuges mit einer Frequenz von etwa 80 Schwingungen pro minute ständig in Höhenrichtung schwingen, müssen bei einem Kraftfahrzeug mit einer Einzelradfederung die drei Kugeln der die Räder antreibenden Gelenkwellenkupplungen ständig mit dieser grossen Anpresskraft und dieser hohen

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Frequenz über die Oberfläche des Steuergliedes unter Zurücklegung eines Weges von etiua 1 cm axial entlanggleiten. Die Annahme, die Kugeln würden bei einer Axialverschiebung der Gelenkwellenkupplung rollen und nicht gleiten, trifft nur sehr begrenzt zu. Da die am inneren Kupplungsteil angreifende Umfangskraft entsprechend seinem kleineren Durchmesser wesentlich grosser ist als die an den Nuten des äusseren Kupplungsteiles wirksame Umfangskraft, und da die grössere Umfangskraft ausserdem noch in der üüitte .der Kugel angreift, wo ihr Bremsradius am grössten ist, gleiten die Kugeln mehr als sie rollen. Neben den hierdurch entstehenden
Nachteilen, wie grosserVerschleis3, starke Erwärmung und schlechter Wirkungsgrad, würde bei Verwendung einer solchen Gelenkwellenkupplung für den Antrieb der Räder eines Kraftfahrzeuges mit einer Einzelradfederung noch ein .weiterer sehr wesentlicher Nachteil entstehen. Der grosse Widerstand gegen eine Axialverschiebung der
Gelenkwellenkupplung würde eine spürbare Verhärtung der Abfederung der Räder des Kraftfahrzeuges und damit eine Beeinträchtigung
des Fahrkomforts zur Folge haben, die von den Kraftfahrzeugherstellern bestimmt nicht akzeptiert würde.

Durch die feste Verbindung des Steuergliedes mit dem äusseren
Kupplungsteil ergibt sich noch ein weiterer Nachteil. Infolge der unvermeidbaren Herstellungstoleranzen und des starken, nicht
immer gleichmässig auftretenden Verschleisses können nicht alle drei Kugeln das Drehmoment gleichmässig übertragen, was bei der grossen bis zu 1000 kp und höher ansteigenden Anpresskraft zu
sehr hohen Biegebeanspruchungen und schliesslich zum Bruch des
Steuergliedes führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkwellenkupplung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die frei
von den vorgenannten Nachteilen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die mit Kugelflächen versehenen Wälzkörper zur Lagerung in den Bohrungen des inneren Kupplungsteiles mit einem zylindrischen Bolzen versehen sind und dass sowohl das innere Ende als auch das äussere Ende des zylindrischen Bolzens von einer Kugelfläche gebildet wird, deren Kugelmittelpunkt im Mittelpunkt der Kugel liegt,

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u/eiche den Aussendurchmesser des Wälzkörpers bildet. Hierbei kann ein Ende des Steuergliedes im äusseren Kupplungsteil um einen Schu/enkpunkt winkelbe«eglich gelagert sein. Eine solche winkelbewegliche Lagerung des Steuergliedes kann über eine Gewindeverbindung Zustandekommen, uiobei das Bolzengeu/inde des Steuergliedes mit einem Spiel im Muttergewinde des äusseren Kupplungsteiles sitzt, welches so bemessen ist, dass am anderen Ende des Steuergliedee ein Gesamtausschlag entsteht, der mindestens 0,2 mm aber nicht mehr als 1 mm beträgt.

Der mit der Erfindung erzielte Hauptvorteil besteht insbesondere darin, dass infolge der besonderen und bis jetzt nicht bekannten Ausbildung der Wälzkörper die entscheidenden und vorstehend beschriebenen Nochteile heutiger Ausführungsformen vermieden werden, Wälzkörper gemäss der Erfindung verursachen nur eine ganz minimale, nach innen gerichtete und sich am Steuerglied abstützende Steuerkraft. Infolge dieser auch bei der Übertragung eines grossen Drehmomentes sehr geringen Steuerkraft ist selbst bei grossen Axialverschiebungen, grossen UJinkelbewegungen und hohen Drehzahlen die Reibungsarbeit so gering, dass eine geringe Abnützung, eine niedrige Temperatur und ein guter Wirkungsgrad erzielt werden. Ein weiterer sehr wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Gelenkwellenkupplung besteht darin, dass infolge der kardanischen Lagerung des Steuergliedes trotz der Ungleichheit der Teile, die sich durch die unvermeidbaren Herstellungstoleranzen ergibt, ein gleichmässiges Anliegen aller drei Wälzkörper am Steuerglied erreicht wird. Die gemäss der Erfindung vorgeschlagene, über eine Gewindeverbindung zustandekommende Ausführungsform einer solchen kardanischen Lagerung des Steuergliedes ist besonders einfach und funktionstüchtig. Infolge der geringen Steuerkräfte und der kardanischen Lagerung erleidet das Steuerglied keine Biegebeanspruchungen. Es kann daher sehr dünn gehalten werden, sodass bei gleichem Aussendurchmesser der Gelenkwellenkupplung die das Drehmoment übertragenden Wälzkörper grosser dimensioniert werden können, als es heute möglich ist. Hierdurch ist es möglich, bei einem kleinen Aussendurchmeseer der Gelenkwellenkupplung ein grosses Drehmoment mit einem guten Wirkungegrad zu übertragen, sodass sich Gelenkwellenkupplungen gemüse dar Erfindung besonders gut für den Antrieb der Räder eines Kraftfahrzeuges mit einer Einzelradfederung eignen.

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Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher beschrieben, in der ein Beispiel für eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemässen Gelenkwellenkupplung dargestellt ist. Es zeigen

Fig.1 einen Teillängsschnitt durch eine mögliche Ausführungsform einer Gelenkwellenkupplung gemäss der Erfindung;

Fig.2 eine Seitenansicht mit einem Teilquerschnitt gemäss Fig. 1 ;

Fig. 3 einen Längsschnitt wie Fig . 1 , jedoch mit einem axial verschobenen und einer UJinkelbewegung unterworfenen inneren Kupplungsteil;

Fig.4 eine Aussenansicht des Steuergliedes.

Das Mussere Kupplungsteil 1 ist mit drei in Umfangsrichtung gleichmässig verteilten Nuten 19 versehen, in die zur Übertragung des Drehmomentes Wälzkörper 3 eingreifen, die zur Lagerung in den Bohrungen 27 des inneren Kupplungsteiles 2 mit einem zylindrischen Bolzen 5 versehen sind. Sowohl das innere Ende 6 als auch das äussere Ende 9 des zylindrischen Bolzens 5 wird von einer Kugelfläche 21 gebildet, deren Kugelmittelpunkt 20 im Mittelpunkt der Kugel 22 liegt, ujelche den Aussendurchmesser des UJälzkörpers 3 bildet. Das Steuerglied 4 hat die Aufgabe, die zur Erzielung des Gleichganges mährend einer Uiinkelbeu/egung 18 notwendige radiale Verschiebung der Wälzkörper 3 um die Differenz zwischen den lYIaQen 8 und 26 zu vollführen. Ein Ende 14 des Steuergliedes 4 ist im äusseren Kupplungsteil 1 um einen Schwenkpunkt 15 winkelbemeglich gelagert. Diese winkelbewegliche Lagerung 11, 12, 13 kommt über eine Gewindeverbindung zustande, wobei das Bolzengeu/inde 14 mit einem Spiel im Muttergewinde 16 des äusseren Kupplungsteiles 1 sitzt, welches so bemessen ist, dass am anderen Ende des Steusrgliedes ein Gesamtausschlag 10 entsteht, der

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mindestens 0,2 mm aber nicht mehr als 1 mm beträgt. Die Kugelfläche 21 dient zur Abstützung der Wälzkörper nach aussen und innen. Für die Abstützung nach aussen sind gerade und achsparallele Nuten 7 im äusseren Kupplungsteil 1 vorgesehen, und für die Abstützung nach innen ist das Steuerglied 4 ebenfalls mit geraden und den gleichen Radius aufweisenden Nuten versehen, die ausserdem als Verdrehsicherung für die Gewindeverbindung 14, 16 dienen. 23 ist ein aus einem flexiblen Werkstoff hergestelltes Dichtungselement, welches zum Festhalten des Schmiermittels und als Schutz gegen das Eindringen von Verunreinigungen dient. Das äussere Kupplungsteil ist aus Fertigungsgründen zweiteilig ausgebildet, und die feste Verbindung zwischen den Teilen 1 und 28 erfolgt über die Schrauben 24. Die Bohrung 25 des inneren Kupplungsteiles 2 kann trotz der UJinkelbeujeglichkeit 18 und des axialen Verschiebemeges infolge der Kleinheit des Steuergliedes 4 relativ klein gehalten werden.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche ;

·) Axial verschiebbare und uiinkelbetyegliche Gleichgang-Gelenkuiellenkupplung, bsi der die Übertragung des Drehmomentes über drei in Umfangsrichtung gleichmässig v/erteilte und mit Kugelflächen versehene Wälzkörper erfolgt, die in Bohrungen des inneren Kupplungsteiles 'drehbar und radial verschiebbar gelagert sind und in gerade und achsparallele Nuten des äusseren Kupplungsteiles hineinragen, und bei der die zur Erzielung des Gleichganges mährend einer Winkelbewegung notwendige radiale Verschiebung der Wälzkörper mit Hilfe eines zentral angeordneten Steuergliedes erfolgt, d a du rch gekennzeichn e t, dass die mit Kugelflächen versehenen Wälzkörper (3) zur Lagerung in den Bohrungen (27) des inneren Kupplungsteiles (2) mit einem zylindrischen Bolzen (5) versehen sind, und dass sowohl das innere Ende (6) als auch das äussere Ende (9) des zylindrischen Bolzens (5) von einer Kugelfläche (21) gebildet u/ird, deren Kugelmittelpunkt (20) im Mittelpunkt der Kugel (22) liegt, welche den Aussendurchmesser des UJälzkörpers (3) bildet.
2. Gelenkwellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne t, dass ein Ende (14) des Steuergliedes (4) im äusseren Kupplungsteil (1, 2B) um einen Schwenkpunkt (15) winkelbeweglich (11, 12, 13) gelagert ist.
3. Gelenkwellenkupplung nach Anspruch 2, d a d u rch g ekennzeichnet, dass die winkelbeuiegliche Lagerung (11, 12, 13) des Steuergliedes (4) über eine Gewindeverbindung zustandekommt, wobei das Bolzengewinde (14) des Steuergliedes (4) mit einem Spiel im Muttergewinde (16) des äusseren Kupplungsteiles (1, 2Θ) sitzt, welches so bemessen ist, dass am anderen Ende des Steuergliedes (4) ein Gesamtausschlag (10) entsteht, der mindestens 0,2 mm aber nicht mehr als 1 mm beträgt.

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