DE2741603A1

DE2741603A1 - Universalgelenk fuer gelenkwellen

Info

Publication number: DE2741603A1
Application number: DE19772741603
Authority: DE
Inventors: Warren Walter Weible
Original assignee: Zeller Corp
Current assignee: Zeller Corp
Priority date: 1976-09-16
Filing date: 1977-09-15
Publication date: 1978-03-23

Description

Universalgelenk für Gelenkwellen
Die Erfindung bezieht sich auf mit konstanter Drehgeschwindigkeit arbeitende Universalgelenke, wie sie beispielsweise zum Vorderradantrieb von Kraftfahrzeugen verwendet werden.
Universalgelenke, wie beispielsweise das Kardange] enk, sind seit langem bekannt. Man verwendet sie etwa bei Fahrzeugen mit Hinterradantrieb an beiden Enden der zwischen Getriebe und Differential liegenden Antriebs- oder Gelenkwelle. Wenn man nur ein einziges derartiges Gelenk verwendet und die so verbundenen Wellen nicht genau fluchten, wird das Drehmoment mit nicht konstanter Winkelgeschwindigkeit übertragen. Zum Vorderradantrieb von Kraftfahrzeugen eignet sich somit das Kardangelenk nur dann, wenn es paarweise eingesetzt wird.
Für einen solchen paarweisen Einbau fehlt jedoch bei Fahrzeugen mit Vorderradantrieb meist der Platz.
Zum Vorderradantrieb von Fahrzeugen sind auch mit konstanter Geschwindigkeit arbeitende Universalgelenke bekannt. Derartige Gelenke umfassen im Prinzip eine genutete bzw. mit Keilen versehene Kugel und eine dazu passende Hohlkugel oder Fassung und gestatten die Übertragung des Drehmoments mit konstanter Winkelgeschwindigkeit auch bei nicht fluchtenden Wellen. Nachteilig bei solchen Universalgelenken sind die aufwendige Herstellung, die schwierige Bearbeitung und die dabei erforderliche große Präzision. Außerdem verschleißen diese Gelenke sehr schnell, wenn sie verschmutzt werden.
Die Übertragung eines Drehmoments mit konstanter Geschwindigkeit erlauben auch die Balggelenke, die aus einem dünnen Metall, meist in Form eines Balges bestehen, wobei häufig die Verbindung der beiden Wellen in der Mitte noch iiber eine Kugel fassung erfolgt, die ein Abweichen der beiden Wellen voneinander verhindert. Ähnlich diesem Balggelenk arbeitet ein Universalgelenk mit konstanter Winkelgeschwindigkeit, das schlauch- bzw. rohrförmig ausgebildet ist und meist aus Gummi besteht, wobei häufig eine Versteifung durch einen Metallhalg innerhalb der Gummiwandung vorgesehen ist. Die Versteigung solcher Gelenke erfolgt zuweilen mit spiralig angeordneten Fasern oder Drähten, wie dies etwa die US-PS 3628352 zeigt. Da solche Universalgelenke nur ein relativ kleines Drehmoment übertragen können und ihre Lebensdauer nicht sehr groß ist, haben sie nur eine beschränkte Bedeutung erlangt.
Das erfindungsgemäße, mit konstanter Winkelgeschwindigkeit arbeitende Universalgelenk vermeidet die Nachteile der bekannten Universalgelenke. Es gestattet auch unter erschwerten Betriebsbedingungen die Übertragung eines relativ großen Drehmomentes während einer langen Lebensdauer. Das erfindungsgemäße Universalgelenk ist zudem praktisch wartungsfrei und wird nicht von Staub und anderen Verschmutzungen beeinträchtigt.
Es läßt sich mit unkomplizierten Maschinen herstellen, und zwar in den verschiedensten Größen und Ausfiihrungsformen, so daß es viele der bekannten Universalgelenke ersetzen kann.
Das erfindungsgemäße Universalgelenk arbeitet mit mindestens 2 Gliedern, von denen eines am Ende einer und das andere am Ende einer anderen Welle festgemacht ist, wobei sich die beiden Glieder im Abstand gegenüber liegen und praktisch in parallelen Ebenen drehen, wenn die mit ihnen verbundenen Wellen sich achsial fluchtend drehen. Bei Wellen mit großen Fluchtungsfehler können auch mehr als 2 Glieder vorgesehen werden.
Die beiden Glieder.sind durch langgestreckte und flexible Überbrückungselemente oder -bänder verbunden, die zur Übertragung eines Drehmoments von einer Welle auf die andere eine Zugspannung aufnehmen. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht jedes der langgestreckten Elemente aus praktisch parallelen Graphitfasern, die mit einem Kunstharz oder dergleichen beschichtet sind. Diese Graphitfasern besitzen eine besonders hohe Zugfestigkeit sowie eine sehr gute Dauerwechselfestigkeit und sind außerdem noch dehnbar.
Aufgabe der Erfindung ist somit die Schaffung eines Universalgelenkes, das einfacher als bekannte Gelenke herstellbar ist, eine große Lebensdauer erreicht, praktisch ohne Wartung auskommt und außerdem von Staub oder anderen Verschmutzungen nicht beeinträchtigt wird.
Das erfindungsgemäße Universalgelenk arbeitet mit langgestreckten, flexiblen Elementen, die durch direkte Aufnahme von Zugspannungen das Drehmoment von der einen auf die andere Welle übertragen. Ein solches Universalgelenk kann viele der bisher bekannten Universalgelenke ersetzen.
Die ausführliche Erläuterung der Erfindung erfolgt unter Bezugnahme auf die in der Zeichnung dargestellten Ausfiihrungsbeispiele. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 ein mit konstanter Drehgeschwindigkeit arbeitendes und 2 Wellen verbindendes Universalgelenk gemäß der Erfindung in perspektivischer Darstellung, Fig. 2 eine Vorderansicht des Universalgelenkes nach Fig. 1, Fig. 3 eine Stirnansicht des in Fig. 1 und 2 gezeigten Universalgel enkes, Fig. 4 in perspektivischer Darstellung wie ein langgestrecktes Element zur Herstellung des Universalgelenkes nach den Fig. 1 bis 3 auf zwei voneinander getrennte, kreisförmige Glieder gewickelt wird, Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt durch eine modifizierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Universalgelenkes, Fig. 6 eine Stirnansicht des universalgelenkes nach Fig. 5 von links, Fig. 7 eine Ansicht eines modifizierten Universal gelenkes ähnlich Fig. 5 und 6 ebenfalls von links, wobei jedoch das langgestreckte Element mit anderem Winkel und Abstand gewickelt ist, Fig. 8 eine vereinfachte, perspektivische Darstellung einer Einricl,tung zur Herstellung des Universalgelenkes nach den Fig. 5 bis 7, Fig. 9 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsfori des erfindungsgemäßen Universalgelenkes, Fig. lo eine perspektivische Teilansicht eines flexiblen, langgestreckten Überbrückungselementes, das zwei Abschnitte des Universalgelenkes nach Fig. 9 verbindet und zur Übertragung eines Drehmomentes von der einen auf die andere Welle gespannt wird, Fig. 11 eine schematische, z.T. geschnittene Seitenansicht einer weiteren Modifikation, Fig. 12 einen Schnitt längs der Linie 12-12 in Fig. 11, Fig. 13 eine vereinfachte, perspektivische Darstellung einer weiteren Modifikation des erfindungsgemäßen Universalgelenkes, Fig. 14 eine Darstellung zur Verbindung der Glieder des Universalgelenkes nach Fig. 13 durch die langgestreckten Elemente, Fig. 15 eine auseinandergezogene, perspektivische Darstellung einer kommerziellen Ausführungsform des Universalgelenkes nach Fig. 13, Fig. 16 eine vergrößerte, perspektivische Teilansicht eines langgestreckten Elementes zur Verbindung von Teilen des Universalgelenkes nach Fig. 15, Fig. 17 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des langgestreckten Elementes nach Fig. 16, Fig. 18 eine vereinfachte Seitenansicht einer weiteren Ausiührungsform des erfindungsgemäßen Universalgelenkes, Fig. 19 einen Querschnitt entlang der Linie 19-19 in Fig. 18, Fig. 20 einen vergrößerten Querschnitt entlang der Linie 20-20 in Fig. 19, Fig. 21 eine Ansicht ähnlich Fig. 18 durch eine etwas modifizierte "usfiihrunRsform der Erfindung, Fig. 22 einen Querschnitt entlang der Linie 22-22 in Fig. 21, Fig. 23 eine Ansicht ähnlich den Fig. 18 und 21 einer weiteren modifizierten Ausfiihrungsform des erfindungsgemässen Universalgelenkes und Fig. 24 einen Querschnitt entlang der Linie 24-24 in Fig. 23.
Die Fig. 1 bis 3 der Zeichnung zeigen ein Universalgelenk 20 gemäß der Erfindung, das 2 Wellen 22 und 24 verbindet und die Übertragung eines Drehmomentes von der einen auf die andere Welle auch dann gestattet, wenn diese Wellen nicht fluchten.
Im Gegensatz zu den allgemein verwendeten Kardangelenken drehen sich beide Wellen immer gleichförmig. Wie bereits erwähnt, kann man zwar auch bei Kardangelenken durch paarweisen Einsatz eine gleichförmige Drehung erreichen, jedoch ist meistens hierfür im Antriebszug nicht genügend Platz vorhanden und außerdem erhöhen sich die Herstellungs- und Wartungskosten, während durch die erhöhte Reibung der Wirkungsgrad abnimmt.
Das erfindungsgemäße Universalgelenk 20 läßt sich auf verschiedene Weise realisieren und in den verschiedensten Fällen einsetzen, in denen das Gelenk einen gleichförmigen Antrieb bewirken soll. Es eignet sich besonders für industriell angefertigt Gelenke von kleiner Bauweise, wobei das Gelenk ohne weiteres auch in begrenzter Stückzahl herstellbar ist.
Das Universalgelenk 20 besitzt einen Körper 26 mit 2 Abschnitten 28 und So von größerem Durchmesser und einem dazwischenliegenden Abschnitt 32 von kleinerem Durchmesser. Der Körper 26 wird im wesentlichen von einem langgestreckten, beschichteten Element 34 gebildet, das sich vorzugsweise über die Abschnitte 28 und 30 von großem Durchmesser und diagonal dazwischen erstreckt. Das Element 34 umfaßt erste diagonale Überbrückungsabschnitte oder -ziige 36, die in einer Richtung zwischen am Umfang versetzten Punkten auf den Abschnitten 28 und 3o von großem Durchmesser verlaufen und Überbrückungsabsehnitte oder -züge 38, die sich in entgegengesetzter Richtung zwischen am Umfang versetzten Punkten auf den Abschnitten 28 und 30 von großem Durchmesser erstrecken. Wenn die Wellen 22 und 24 fluchten, kreuzen sich nebeneinanderliegende Linien 36 und 38 mit einem zur Achse der Wellen 22 und 24 symetrischen Winkel. Die Schnittpunkte der Linien 36 und 38 bilden den Abschnitt 32 mit kleinem Durchmesser des Körpers 26. Dieser Abschnitt 32 besitzt nicht unbedingt einen tatsächlichen Durchmesser, da diese Schnittpunkte der Züge oder Linien nicht unbedingt auf einem wirklichen Kreis liegen, wie ihn die Zeichnung im Querschnitt zeigt. Außerdem umfaßt das Element 34 Verankerungsabschnitte oder Sehnen 40, die die Überbrückungsabsehnitte außen an den Abschnitten mit großem Durchmesser überbrücken. Die Verankerungaabschnitte 40 dienen zur Verbindung der Überbrückungszüge 36 und 38. Wenn sich das Element 34 nicht kontinuierlich erstreckt, können die Überbrückungszüge 36 und 38 an den Abschnitten 28 und 30 mit großem Durchmesser befestigt werden, so daß dann die Sehnen 40 vollständig entfallen. Die Züge 36, 38 übertragen das Drehmoment zwischen den beiden Wellen 22, 24. Wenn die Wellen nicht fluchten, werden die Züge abwechselnd gespannt und gedehnt, wenn sich die Abschnitte 28 und 30 mit großem Durchmesser voneinander entfernen, und sie werden entspannt, wenn diese Abschnitte bei Drehung der Wellen wieder näher zusammenkommen.
Den erwähnten Körper des Gelenkes kann man dadurch herstellen, daß man das langgestreckte Element 34 auf einen Kern 42 aufwickelt, der aus 2 kreisförmigen Teilen bzw. Scheiben 44 und 46 besteht, die sich an der Stelle der Abschnitte 28 und 30 mit großem Durchmesser des Universalgelenkes 20 befinden.
Außerdem enthält der Kern Mittel, die die kreisförmigen Teile 44 in 46 in dieser Lage halten, wobei diese Mittel geeignete Flansche 48 und 50 umfassen, die die kreisförmigen Teile mit den Wellen 22 und 24 verbinden. Die Wellen ihrerseits können durch geeignete Spannglieder oder Spannfutter befestigt werden und drehen die kreisförmigen Teile 44, 46, wobei die Drehung erfolgt, während das langgestreckte Element 34 auf diese Teile gewickelt wird.
Bei der Herstellung können die kreisförmigen Glieder von geeigneten Hilfswellen getragen werden, die nicht die Gelenkwellen sind und die nach Fertigstellung des Universalgelenkkörpers 26 gegen die wirklichen Gelenkwellen ausgetauscht werden.
Das langgestreckte Element 34 kann aus verschiedenen Materialien mit geeigneter Spannungsfestigkeit bestehen. Vorzugsweise besteht das Element 34 aus Graphit- oder Kohlenstoffasern, die eine hohe Zugspannungsfestigkeit und Dauerwechselfestigkeit besitzen und die elastisch sind. Im Handel sind solche Kohlenstoffelemente als einzelne Fasern oder als Seile erhältlich, die 2.ooo, 5.ooo oder lo.ooo Fasern im Querschnitt umfassen.
Das langgestreckte Element 34 besitzt vorzugsweise eine Schicht bzw. einen Überzug, der ein Kleben der verschiedenen Abschnitte des Elementes aneinander bewirkt. Bei Verwendung einer ausreichenden Menge dieses Überzuges bzw. dieser Schicht, bei spielsweise eines Epoxydharzes mit einem Härter bzw. einem SMC-Material, insbesondere an den Abschnitten 28 und 3o mit großem Durchmesser, kann man dem Körper 26 eine solche konstruktive Festigkeit vermitteln, daß man feste Ringe erhält. Die kreisförmigen Glieder 44 und 46 des Kernes können dann nach Fertigstellung des Körpers 26 entfernt werden. Die Stärke der Ringe läßt sich erhöhen, wenn man einige Windungen um den Umfang der Glieder 44 und 46 legt, bevor das Element 34 darübergewickelt wird, wobei die Ulfangazüge dann nach Herausnahme der Glieder 44 und 46 als Teil der Ringe zurückbleiben. Wenn die kreisförmigen Glieder oder Ringe etwas elastisch sind, ist die Dehnung des Elementes 34 geringer, wenn die Wellen 22 und 24 nicht fluchten. In diesem Fall müssen audhdie Sehnen 40 ausreichend beschichtet sein, so daß sie einen festen, ringförmigen Steg zwischen den Abschnitten 28 und 30 mit großem Durchmesser und den Flanschen 28 und So oder einem geeigneten anderen Mittel bilden, das zur Verbindung des Körpers 26 mit den Wellen 22 und 24 verwendet wird.
Die Herstellung eines Universalgelenkkörpers 26 aus einem fortlaufenden, langgestreckten Element 34 ist in Fig. 4 ausführlich dargestellt. Hierbei bilden die kreisförmigen Glieder 44 und 46 einen Teil eines Kernes, der zur einfacheren Darstellung gegenüber Fig. 2 am Umfang mit eckigen Kanten versehen ist. Die kreisfrmigen Glieder 44 und 46 drehen sich im Uhrzeigersinn (Fig. 4) und das fortlaufende Element 34 wird den kreisförmigen Gliedern 44 und 46 von rechts zugeführt.
Zunächst wird ein Ende des Elementes 34 am Rand des kreisförmigen Gliedes 44 festgemacht ("START"). Darauf werden diese Glieder in Drehung versetzt, wobei das Element 34 von einem Punkt unmittelbar links des kreisförmigen Gliedes 44 bis zu einem Punkt unmittelbar rechts des kreisförmigen Gliedes 46 hin und her bewegt wird.
Das Element 34 bildet gemäß Fig. 1 zunächst einen Verankerungsabschnitt bzw. eine Sehne 4c, in Fig. 1 mit 1 bezeichnet, gent dann über die Breite des kreisfömigen Elementes 44 und bildet einen Überbrückungsabschnitt oder -zug 36, mit 2 bezeichnet. Das Element bildet dann auf der Außenseite des kreisförmigen Gliedes 46 eine Sehne ~3" und führt dann über einen Überbrückungszug 4 zum ersten kreisförmigen Glied 44 zurück.
Bei weiterer gegenseitiger Bewegung von kreisförmigen Gliedern einerseits und dem fortlaufenden Element andererseits entstehen nacheinander eine Sehne ~5", ein Überbrückungszug "6", eine Sehne "7", ein Überbrückungszug "8", eine Sehne "9", ein Überbrückungszug lo, eine Sehne 11 und schließlich ein Überbrückungszug "12", der vom Glied 46 zum Glied 44 in der Nähe des Ausgangspunktes ( "START" ) zurückführt.
Durch die fortlaufende Bewegung der kreisförmigen Glieder und des fortlaufenden Elementes erhält man somit einen "Satz" aus 12 Überbrückungszügen und Verankerungsabschnitten. Der nächste Satz beginnt dann mit einer Sehne "13". Das Element 34 wird so geführt, daß die 12 Sehnen und Züge des nächsten Satzes am Umfang von den 12 Sehnen und Zügen des ersten Satzes gleichmäßig um eine kurze Strecke getrennt sind, die gleich ist dem Abstand zwischen der Stelle "START" der Sehne ~1" und dem Anfang der Sehne ~13".
Zwei von der Mitte des kreisförmigen Gliedes 44 zu den Anfangspunkten der Sehnen "1" und 13 am Umfang strahlenförmig führende Radien schließen dann im Ausführungsbeispiel einen Winkel von lo Grad ein. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat man dann 36 Sehnen auf der Außenseite jedes kreisförmigen Gliedes 44 und 46, wenn man insgesamt 12 Sätze von Sehnen und Zügen gebildet hat. Ebenso hat man dann zwischen den kreisförmigen Gliedern 44 und 46 insgesamt 36 Überbrückungszüge 36 und insgesamt 36 Überbrückungszüge 38 diagonal in entgegengesetzter Richtung.
Diese 12 Sätze mit einem Abstand von lo Grad bilden einen kompletten "Zyklus", bei dem die Sehnen am Umfang der beiden kreisförmigen Glieder 44 und 46 gleicllförmig verteilt sind.
Der bereits beschriebene erste Satz aus 12 Sehnen und Überbrückungszügen wird dabei noch elfmal wiederholt. Je nach Bedarf kann auch der gesamte Zyklus nochmals wiederholt werden, so daß man zusätzliche Sehnen und Überbrückungszüge erhält.
Der Abstand zwischen benachbarten Sehnen und Zügen am Umfang der kreisförmigen Glieder 44 und 46 kann auch von to Grad abweichen. Das langgestreckte Element kann etwa so benachbart gelegt werden, daß der Winkel weniger als 1 Grad beträgt. Ebenso kann man den Abstand so weit erhöhen, daß der Winkel 3o Grad vorzugsweise nicht überschreitet. Aber auch bei einem Winkel von 90 Grad arbeitet das Gelenk immer noch.
Allgemein läßt sich sagen, daß der Abstand größer sein kann, wenn das zu übertragende Drehmoment klein ist oder wenn ein stärkeres, langgestrecktes Element verwendet wird.
In den Fig. 1 bis 4 beträgt der Umfangsabstand der Überbrückungsziige von einem Abschnitt mit großem Durchmesser bis zum nächsten 120 Grad. Dieser Winkel kann zwischen Ao und 150 Grad variiert werden. Am vorteilhaftesten sind jedoch Winkel zwischen 9o und 120 Grad. Kleinere Winkel eignen sich zur Übertragung kleiner Drehmomente. Wenn nur in einer Richtung Drehmoment übertragen werden soll, genügt es, wenn die Überbrüclcungszüge ebenfalls nur in einer Richtung verlaufen.
Das in den Fig. 5 und 6 gezeigte, modifizierte Universalgelenk 52 verbindet zwei Wellen 54 und 56 von unterschiedlichem Durchmesser. Die Wellen enden in einer Kugel 58 bzw. einer Fassung 60, die etwa in der Mitte des Universalgelenkes 52 zusammenwirken. Man erreicht dadurch, daß sich die Wellenachsen immer schneiden, auch wenn die Wellen nicht fluchten. Eine geeignete Zentrierungsvorrichtung zeigt beispielsweise die US-PS 3678707. Für den Fall, daß keine Zentriervorrichtung verwendet wird, kann das Gelenk 52 eine gewisse Parallelverschiebung der Wellen 54 und 56 aufnehmen.
Eine Zentriervorrichtung wird vorzugsweise dann verwendet, wenn der Körper des Universalgelenkes aus mehr als 2 Abschnitten mit großem Durchmesser besteht. Bei einem Gelenk mit nur 2 Abschnitten von großem Durchmesser verhindern die diagonal entgegengesetzt verlaufenden Überbrückungazüge 36 und 38 nach Fig. 1 bis 3 eine Parallelverschiebung der verbundenen Wellen, so daß eine Zentriervorrichtung nicht benötigt wird.
Das Universalgelenk 52, das ebenfalls mit konstanter Drehgeschwindigkeit arbeitet, unterscheidet sich von dem Gelenk 20 in verschiedener Hinsicht. So enthält das Gelenk 52 einen Körper 61 aus 4 Abschnitten 62, 64, 64 und 68 von großem Durchmesser und 3 dazwischenliegenden Abschnitten 70, 72 und 74 von kleinerem Durchmesser. Die zusätzlichen großen Abschnitte haben hauptsächlich den Vorteil, daß die Wellen 54 und 56 stärker gegeneinander geneigt sein können, bis zu 45 Grad oder mehr, im Gegensatz zu 5 bis lo Grad bei den Wellen 22 und 24 des Universalgelenkes 20. Zur Herstellung der Überbrückungsabachnitte oder -züge 78, die diagonal in der einen Richtung verlaufen, und der Überbrückungszüge 80, die diagonal in der anderen Richtung verlaufen, wird ein kontinuierliches, langgestrecktes Element 76 verwendet. Am Ende des Gelenkkörpers befinden sich die Verankerungsabschnitte oder -sehnen 82.
Bei diesem Ausführungsbeispiel hat das linke Ende des Universalgelenkes 52 einen Wellenanschluß 84 mit einer äußeren Nabe 86 und einem ringförmigen Flansch 88. Die Nabe 86 wird mit der Welle 54 nach Fertigstellung des Gelenkkörpers 61 bei spiel sweise durch Stifte verbunden. Der Flansch 88 bildet mit dem Abschnitt 62 von großem Durchmesser des Körpers 61 einen Teil des Kernes und wirkt außerdem bei der Verbindung der Welle 54 itt.
Am rechten Ende des Gelenkes 52 beiindet sich die Wellenverbindung 9o mit einer größeren Nabe 92 und einer kleineren Nabe 94, die in einen ringförmigen Flansch 96 endet. Der Flansch 96 bildet mit dem größeren Abschnitt 68 des Gelenkkörpers 61 einen Teil des Kernes und dient außerdem zur Verbindung mit der Welle 56, mit der die große Nabe 92 beispielsweise durch eine Schweißung oder durch Schrauben verbunden ist.
Der Kern des Gelenkkörpers umfaßt außerdem 2 Ringe 98 und loo, die den Abschnitten 64 und 66 mit großem Durchmesser entsprechen.
Zur Herstellung des Gelenkkörpers 61 nach Fig. 5 wird vorübergehend eine Hilfswelle durch die Wellenverbindungen 84 und 9o eingeführt, wobei die Ringe 98 und loo auf geeignete Weise gehalten und zentriert werden. Darauf wird das langgestreckte Element 76 auf den Kern gewickelt, der aus der vorübergehenden Hilfswelle mit den Flanschen 88 und 96 und den Ringen 98 und loo besteht, wodurch der Gelenkkörper 61 gebildet wird. Anschließend wird die Hilfswelle mit den entsprechenden, vorübergehenden Abstützungen für die Ringe 98 und loo nach links durch die Verbindung 84 herausgezogen. Als Ersatz für ein bereits vorhandenes Universalgelenk kann das Gelenk 52 anschließend auf der Welle 54 des vorhandenen Antriebszuges befestigt werden. Ebenso wird die Wellenverbindung 9o an der Welle 56 des vorlxandenen Wellenzuges festgemacht. Die Wellen müssen hierzu mit geeigneten Zentriervorrichtungen wie etwa der Kugel 58 und der Fassung 60 ausgestattet sein.
Bei der großen Nabe 86 der Wellenverbindung 84 verlaufen die Sehnen 82 in Fig. 6 nicht gradlinig von einer Umfangskante des großen Durchmesserabschnittes 62 zur anderen, sondern sind z.T.
gekrümmt. Dies ist jedoch unwesentlich, solang die Sehnen die Enden der Überbrückungszüge 78 und 80 sicher verankern.
Das langgestreckte Element 76 ist in Fig. 5 und 6 mit einem Winkel von 120 Grad gewickelt, wobei der abstand zwischen den einzelnen Abschnitten 62 bis 68 der Sehnen und Züge mit großem Durchmesser lo Grad beträgt. Das Universalgeienk nach Fig. 7 unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 6 dadurch, daß die Sehnen 102 im Winkel von 9o Grad verlaufen und einen Abstand von 22,5 Grad und nicht von lo Grad an der Umfangskante aufweisen. Der kleinere Winkel liegt dabei zwischen Sehnen und Überbrückungsztigen. Der Durchmesser der Abschnitte mit kleinem Durchmesser des Gelenklcörpers ist dann entsprechend größer als bei einem Winkel von 120 Grad (gesehen von der Stirnseite des Gelenkes oder im Querschnitt). Außerdem wird die Größe der Abschnitte mit kleinem Durchmesser vom Abstand zwischen den Abschnitten mit großem Durchmesser beeinilußt.
Fig. 8 zeigt eine Vorrichtung, die sich zur Herstellung eines Gelenkkörpers nach Fig. 5 eignet. Ein Gelenkkern 104 besitzt 4 kreisförmige Glieder 106, die 4 Abschnitte mit großem Durchmesser bilden. Die kreistörmigen Glieder 106 sind voriibergehend auf eine Hiliswelle 108 montiert, die in einem Lager llo eines Gehäuses 112 drehbar gelagert ist und am anderen Ende einer einen Motor in einem Gehäuse 114 angetrieben wird. Die kreisförmigen Glieder 106 sind auf der llilfswelle loS vorübergehend so angebracht, daß die Welle nach Fertigstellung des Universalgelenkkörpers entfernt werden kann. Ein fortlaufendes Element 116 bildet die Überbrückungszüge und Sehnen des Gelenkkörpers. Das Element 116 wird, während sich die Glieder drehen, zwischen 2 Stellungen jeweils unmittelbar über der Außenseite der äußeren kreisförmigen Glieder 106 hin und her bewegt. Durch entsprechende Steuerung der Querbewegung des fortlaufenden, langgestreckten Elementes 116 und der Drehzahl der kreisförmigen Glieder 106 kann man praktisch jeden Winkel und Abstand zwischen den Überbrückungszügen und Sehnen erzielen.
Die Querbewegung des langgestreckten Elementes 116 erfolgt hierbei durch einen Horizontalförderer 118. Dieser besteht aus einer Wandermuffe 120 mit ei#ar Führungsöea 122 und einem inneren, nicht gezeigten Mitnehmer, der in einer geeigneten, schraubenförmigen Nut 124 im Zylinder 126 gleitet. Der Zylinder ist am einen Ende in einem Gehäuse 128 gelagert und wird von einem Motor 13o gedreht. Bei Drehung des Zylinders wird die Wandermuffe 120 über die schraubenförmige Nut 124 und den Mitnehmer zwischen 2 Endstellungen hin und her bewegt. Die Darstellung ist nur schematisch, in Wirklichkeit hat die Nut 124 einen viel kleineren Anstieg und der Zylinder 126 hat einen größeren Durchmesser.
Das fortlaufende Element 116 kommt von einer Spule 132, die über Bügel 134 auf einen Behälter 136 befestigt ist. Das Element 116 geht über eine feststehende Öse 138 in ein Bad 140 mit einem Überzugs- oder Beschichtungsmaterial, um eine untergetauchte Führungsstange 142 und durch eine weitere, feststehende Öse 144. Dann geht das beschichtete Element 116 durch die Öse 122 der Muffe 120 zum Kern. Der Überzug härtet vorzugsweise erst dann aus, wenn das Element auf den Kern aufgebracht ist, so daß die einzelnen Abschnitte des langgestreckten Elementes aneinander kleben und einen einzigen Körper bilden.
Das in den Fig. 9 und lo gezeigte Universalgelenk enthält 2 Glieder 22 a und 24 n mit Naben 26 a und 28 a in der Mitte, die zur Verbindung des Universalgelenkes mit 2 Wellen dienen, die zumindest vorübergehend nicht fluchten, d.h. einen Winkel von weniger als 18o Grad einschließen. Jedes der Glieder 22 a und 24 a besitzt 2 von der Mitte nach außen gehende Schenkel 3o a und 32 a bzw. 34 a und 36 a. Am äußeren Rand, außerhalb der Nabe 26 a und der daran befestigten Welle, besitzen die Schenkel 30 a und 32 a auf das Glied 24 a zu gerichtete Stifte bzw. Zapfen 38 a und 40 a. Ebenso springen vom äußeren Rand der Schenkel 34 a und 36 a Stifte 42 a und 44 a gegen das Glied 22 a vor. Die Glieder 22 a und 24 a sind im Abstand angebracht, so daß sie sich in parallelen Ebenen drehen, wenn die mit ihnen verbundenen Wellen fluchten. Der Abstand der Glieder 22 a und 24 a ist so eng, daß mindestens Teile der Vorsprünge 38 a bis 44 a eine Ebene schneiden, die parallel zwischen der Rotationsebene der Glieder 22 a und 24 a liegt.
Langgestreckte, flexible Überbrückungselemente oder -bänder 46 a verbinden den äußeren Rand des Gliedes 22 a mit in Drehrichtung verschobenen Randabschnitten des Gliedes 24 a. Die Bänder 46 a verbinden die Vorsprünge 38 a und 40 a des ersten Gliedes 22 a mit den benachbarten Vorsprüngen 42 a und 44 a des zweiten Gliedes 24 a und umgekehrt. Die Streifen 46 a besitzen im Ausführungsbeispiel gleiche Länge. Ihre Breite ist größer als ihre Stärke, wie auch Fig. lo zeigt, wobei die Breite vorzugsweise das zwei- bis zehnfache der Stärke beträgt. Die Bänder werden so angeordnet, daß sie mit der Breite in einer zur Rotationsebene der Glieder 22 a und 24 a parallelen Ebene liegen, die die 4 Vorsprünge 38 a bis 42 a schneidet. Praktisch liegen die Bänder 46 a zur Verbindung der Vorsprünge 38 a und 44 a sowie 42 a und 40 a in einer Ebene, die parallel zu einer Ebene verläuft, die durch die Streifen 46 a geht, die die Vorsprünge 38 a und 42 a sowie 44 a und 40 a zur Erleichterung ihrer Verbindungen mit den Vorsprüngen verbindet. Aus praktischen und betriebsmäßigen Gründen liegen jedoch die 4 Bänder 46 a praktisch sämtlich in der gleichen Ebene. Bei dieser Anordnung besitzen die Bänder die größte Flexibilität parallel zu den Wellen, an denen die Glieder 22 a und 24 a festgemacht sind, wobei diese Flexibilität benötigt wird, wenn die Wellen nicht mehr fluchten, so daß die Bänder 46 a nachgeben müssen oder sich biegen, wenn die Glieder 22 a und 24 a rotieren.
Bei Anspannung der Bänder werden sie gestreckt und versuchen wiederum die Glieder in Stellung zu bringen, in denen die Bänder gerade verlaufen. Dadurch versuchen die Bänder, die am Universalgelenk festgemachten Wellen in einer festen Lage im Abstand zu halten, falls die Wellen nicht auf andere Weise im Abstand festgehalten werden. Diese Wirkung wird umso stärker, je steifer die Bänder sind.
Gemäß Fig. lo besteht jedes Bend 46 a aus einer Vielzahl paralleler Graphitfasern 48 a, die mit einer Kunstharz So a oder einem anderen Material beschichtet sind. Die Beschichtung der Fasern kann vor oder nach der Bündelung erfolgen. Bei Beschichtung der Fasern nach dem Bündeln sind die Bänder steifer, als bei einzelner Beschichtung der Fasern und anschließendem Zusaiienfassen zu flachen Bändern.
Das in den Fig. 11 und 12 gezeigte, modifizierte Universalgelenk 52 a unterscheidet sich vom Gelenk 20 a hauptsächlich in 2 Punkten. Das Gelenk 52 a besitzt 3 Schenkel an jedem Glied anstelle von 2 und hat insgesamt 3 gegenüber 2 Gliedern, wobei das mittlere "schwimmt". Durch die Verwendung mehrerer Schenkel an jedem Glied kann das Universalgelenk mit gieichmäßigerer Winkelgeschwindigkeit arbeiten. Allerdings wird bei einer größeren Anzahl von Schenkeln die Länge der flexiblen Bänder kürzer, da auch der Abstand zwischen den benachbarten Vorsprüngen der gegenüberliegenden Glieder kleiner ist. Damit verringert sich die Flexibilität der Bänder, so daß das Gelenk nur noch relativ kleine Fluchtungsfehler der Wellen ausgleichen kann.
Die Anpassung des Universalgelenkes 52 a an Fluchtungsfehler der Wellen wird jedoch durch den Ausgleich zwischen mittlerem Glied und jedem der äußeren Glieder verbessert. Bei 3 oder mehr Gliedern benötigt man jedoch eine Zentriervorrichtung, die eine Parallelverschiebung der verbundenen Wellen verhindert.
Während bei Verbindung der Wellen gem. Fig. 9 über 2 Glieder der Widerstand gegen eine Parallelverschiebung noch ausreicht, ist dies bei 3 oder mehr Gliedern nicht mehr der Fall.
Das Universalgelenk 52 a besitzt 2 äußere Glieder 54 a und 56 a, die in der Mitte mit Naben 58 a bzw. 60 a zur Verbindung mit den Wellen versehen sind. Das gezeigte Glied 54 a hat 3 Schenkel 62 a, 64 a und 66 a, die von der Mitte radial nach außen gehen.
Das Glied 56 a hat ebenfalls 3 Schenkel 68 a, 70 a und 72 a, ebenfalls von der Mitte radial nach außen gehend. Am äußeren Rand, also außerhalb der Nabe 58 a, besitzen die Schenkel 62 a, 64 a und 66 a Vorsprünge oder Stifte 74 a, 76 a und 78 a, gegenüber dem Glied 66 a. Ebenso haben die Schenkel 68 a, 70 a und 72 a am äußeren Rand außerhalb der Nabe 60 a Vorsprünge oder Stifte 80 a, 82 a und 84 a, gegenüber dem Glied 54 a. Die im Abstand angeordneten Glieder 52 a und 54 a drehen sicli in ratiscli parallelen Ebenen, wenn sie mit fluchtenden Wellen verbunden sind.
Zwischen den Gliedern 54 a und 52 a befindet sich ein mittleres, schwimmendes Glied 86 a, das an keiner Welle befestigt ist, und das in der Mitte eine große Öffnung 88 a aufweist, sowie 3 davon radial nach außen gehende Schenkel 90 a, 92 a und 94 a.
Die neu~n Schenkel sind hier sämtlich gleich lang. Am äußeren Rand, außerhalb der Öffnungen 88 a, sind die Schenkel 9o a, 92 a und 94 a mit 3 Vorsprüngen oder Stiften 96 a, 98 a bzw.
loo a versehen, gegenüber dem Glied 54 a, sowie mit 3 zusätzlichen Vorsprüngen oder Stiften 102 a, 104 a und 106 a, gegenüber dem Glied 56 a. Das Glied 86 a läßt sich in einer zu den Gliedern 54 a und 56 a parallelen Rotationsebene drehen, wenn die Wellen fluchten. Der Abstand zwischen den Gliedern 54 a und 86 a ist ziemlich klein und erlaubt, dass mindestens Teile der Stifte 74 a, 76 a und 78 a sowie 96 a, 98 a und loo a eine Ebene schneiden, die parallel zur Rotationsebene zwischen den Gliedern 54 a und 86 a liegt. Ebenso ist der Abstand der Glieder 86 a und 56 a ausreichend klein, damit mindestens Teile der Stifte 102 a, 104 a und 106 a sowie 80 a, 82 a und 84 a eine Ebene schneiden, die parallel zur Rotationsebene zwischen den Gliedern 86 a und 56 a liegt.
Überbrückungselemente oder flexible Bänder 108 a verbinden den äußeren Rand der Glieder 54 a und 52 a mit dem äußeren Rand des Gliedes 86 a. So ist jeder Vorsprung des äußeren Gliedes 54 a oder 56 a mit den benachbarten Vorsprüngen des Gliedes 86 a durch Bänder 108 a verbunden. Die Bänder 108 a sind gleich lang und gem. Fig. lo erheblich breiter als stark. Die Bänder sind wieder so angeordnet, daß sie mit der Breite in einer zur Rotationsebene der Glieder parallelen Ebene liegen, die die Vorsprünge der 3 Glieder schneidet. Gem. Fig. 9 liegen die Bänder in etwas versetzten, parallelen Ebenen, zur Verbindung mit den Vorsprüngen, praktisch liegen die Bänder jedoch in der gleichen Ebene zwischen dem mittleren Glied und den äußeren Gliedern. Wie bereits erwähnt, kann das Gelenk 52 a im Bedarfsfall mit einer Zentriervorrichtung 109 a aus einer Kugel mit Fassung versehen werden.
Die Fig. 13 und 14 zeigen ein modifiziertes Universalgelenk llo a, das mit 2 Gliedern dem Universalgelenk nach Fig. 9 ähnelt, wobei jedoch jedes Glied wie das Universalgelenk nach Fig. 12 3 Schenkel besitzt. Mit 3 Schenkeln erreicht man eine gleichmäßigere Winkelgeschwindigkeit der verbundenen Wellen als dies in den Ausführungsformen nach den Fig. 11 und 12 der Fall ist. Der Hauptvorteil des Universalgelenkes nach den Fig. 13 und 14 gegenüber demjenigen nach den Fig. 11 und 12 besteht darin, daß die langgestreckten Überbrückungselemente oder Bänder zur Verbindung des äußeren Randes der Schenkel erheblich länger sind als die Bänder 108 a in den Fig. 11 und 12, da die äußeren Abschnitte oder Vorsprünge der Glieder in diesem Fall um 12c Grad und nicht um 60 Grad versetzt sind. Infolge der größeren Bandlänge ist die Verbiegung bei Fluchtungsfehlern der Wellen geringer, was die Lebensdauer erhöht.
Das Universalgelenk llo a umfaßt 2 Glieder 112 a und 114 a mit Naben 116 a und 118 a in der Mitte zur Verbindung des Universalgelenkes mit 2 Wellen. Von der Mitte der Glieder 112 a bzw.
114 a gehen jeweils 3 Schenkel 120 a, 122 a und 124 a bzw. 126 a, 128 a und 129 a radial nach außen. Am äußeren Rand besitzen die Schenkel 120 a, 122 a und 124 a äußere und innere Vorsprünge oder Stifte 130 a, 132 a; 134 a, 136 a und 138 a, 140 a. Sie sind sämtlich gegen das Glied 114 a mit den Vorsprüngen oder Stiften 142 a, 144 a und 146 a am äußeren Rand der Schenkel 126 a, 128 a bzw. 129 a gerichtet. Die Stifte 142 a, 144 a und 146 a befinden sich zwischen den äußeren und inneren Stiften der Schenkel des Gliedes 112 a. Außerdem sind die äußeren und inneren Stifte nicht genau radial angeordnet, sondern in einem geringen Winkel zum Radius, wie in Fig. 14 angedeutet. Dadurch ergibt sich mehr Spielraum zwischen benachbarten Überbrückungselementen, insbesondere jenen an den beiden äußeren Stiften.
Langgestreckte, flexible Elemente oder Bänder 148 a und 150 a verbinden den äußeren Rand des Gliedes 112 a mit dem Hand des Gliedes 114 a. Die Bänder sind in Fig. 13 und 14 als Linien dargestellt. Die längeren Bänder 148 a verbinden die einzelnen Stifte am Glied 114 a mit den angrenzenden äußeren Stiften am Glied 112 a im Uhrzeigersinn, gesehen von der Stirnseite des Universalgelenkes llo a. Die kürzeren Bänder 150 a verbinden die einzelnen Stifte am Glied 114 a mit den angrenzenden inneren Stiften des Gliedes 112 a im Gegenuhrzeigersinn, von der gleichen Stirnseite des Gelenkes 11o a aus gesehen. Bei dieser Anordnung sind die Bänder viel länger als die 3 Arme des Universalgelenkes 52 a nach Fig. 11 und 12.
Dennoch kreuzen oder berühren sie sich nicht, wenn die Wellen, die die Glieder 112 a und 114 a tragen, nicht fluchten. Das Universalgelenk nach den Fig. 13 und 14 besitzt somit die Vorteile der beiden früher diskutierten Universalgelenke.
Das Konzept nach den Fig. 13 und 14 kann durch zusätzliche Vorsprünge oder Stifte an den Schenkeln weiterentwickelt werden. Beispielsweise können die Schenkel des Gliedes 114 a innerhalb der inneren Stifte des Gliedes 112 a zusätzliche Stifte aufweisen, mit zusätzlichen, langgestreckten und flexiblen Elementen oder Bändern, die die inneren Stifte des Gliedes 112 a mit den inneren Stiften des Gliedes 114 a verbinden.
Außerdem kann das Glied 112 a auch einen 3. Satz von Stiften wieder innerhalb der inneren Stifte besitzen.
Die Ausführungsform nach den Fig. 15 bis 17 arbeitet nach dem Prinzip des Universalgelenkes gem. den Fig. 13 und 14.
Das Universalgelenk 152 a enthält 2 Glieder 154 a und 156 a, die in der Mitte eine Nabe 158 a bzw. 160 a zur Verbindung mit den Wellen besitzen. Die Naben 158 a und 160 a haben zur mechanischen Verbindung mit den Wellen zentrale Durchlässe 162 a und 164 a. Die Art und Weise der Verbindung des Universalgelenkes mit den Wellen kann je nach dem Einzelfall variiert werden.
Die beiden Glieder 154 a und 156 a sind aus einem Stück geschmiedet, wobei von der Mitte des Gliedes 154 a bzw. 156 a 3 Schenkel 166 a, 168 a und 170 a bzw. 172 a, 174 a und 176 a radial nach außen gehen. Die Schenkel 166 a, 168 a und 170 a besitzen äußere und innere Stifte 178 a, 18o a; 182 a, 184 a bzw. 186 a, 188 a, gegen das Glied 156 a gerichtet.
Ebenso zeigen vom äußeren Rand der Schenkel 172 a, 174 a und 176 a Vorsprünge oder Stifte l9o a, 192 a und 194 a zum Glied 154 a. Ebenso wie in Fig. 13 liegen die Stifte am Glied 156 a zwischen den äußeren und inneren Stiften des Gliedes 154 a.
Auch sind die äußeren und inneren Stifte wie in den Fig. 13 und 14 in einem leichten Winkel gegen den Radius geneigt.
Da die Glieder 154 a und 156 a Schmiedestücke sind, können sie mit den Schenkeln und Stiften oder Vorsprüngen aus einem Stück bestehen. Solche Schmiedestücke erfordern nur eine sehr geringe Bearbeitung, vor allem an den Durchgängen 162 a und 164 a sowie am Ende der Stifte.
Das Universalgelenk 152 a arbeitet ähnlich Fig. 14 bei den Überbrückungselementen oder Bändern mit 2 Längen. Sämtliche Elemente oder Streifen 196 a sind gem. Fig. 17 und 18 von gleicher Konstruktion. Ein Band 196 a besteht vorzugsweise aus einer Vielzahl von Kohlenstoff- oder Graphitfasern 198 a, die mit einem geeigneten Kunstharz, auch zusätzlich nach der Bündelung, beschichtet werden können. Derartige Kohlenstofffasern besitzen eine hohe Zugfestigkeit, eine gute Dauerwechselfestigkeit und ausreichende Elastizität. Im handel sind sie als Seile oder unverseilte Bündel aus 2.ooo, 5.ooo oder lo.ooo Fasern erhältlich. Als Beschichtungs- oder Überzugsmaterial kann beispielsweise ein Epoxydhart mit einem Härter oder SMC-Material verwendet werden.
Die Fasern 198 a sind um End- oder Stirnbuchsen oder Verbindungen 200 a mit Nuten 202 a gewickelt. Die Buchsen 200 a haben zentrale Bohrungen 154 a und 156 a.
Die Fasern 198 a sind in der Nähe der Buchsen 200 a mit einem Klipp oder Bindung 206 a versehen, die die Fasern gem.
Fig. 9 und lo in flachen Bändern zusammenhalten, so daß die Fasern 198 a in zur Rotationsebene der Glieder 154 a und 156 a parallelen Ebenen liegen. Wie bereits bei Fig. 9 und lo erwähnt, erhält man dadurch in der gewünschten Richtung ausreichende Flexibilität. Bei ausreichend starker Beschichtung der Fasern können die Bindungen nach dem Aushärten des Überzugsiaterials auch entfernt werden.
Nach dem Zusammenbau sitzen die Büchsen 200 a auf Stiften der Glieder 154 a und 156 a, wo sie durch geeignete ilalter, beispielsweise Kopfschrauben 208 a in Sacklöchern 210 a am Ende der Stifte drehbar gelagert sind. Die bearbeiteten Abschnitte der Stifte 190 a, 192 a und 194 a sind am Glied 156 a länger als am Glied 154 a, da zur Aufnahme von 2 Bändern zu den äußeren und inneren Stiften des Gliedes 154 a jeder Stift 190 a, 192 a und 194 a 2 Buchsen 200 a aufnimmt.
Die Fig. 18 und 19 zeigen ein Universalgelenk lo b gem. der Erfindung zur Übertragung eines Drehmomentes zwischen 2 nicht fluchtenden Wellen, d.h. zwischen 2 Wellen, deren Achsen sich zwar schneiden, aber nicht zusammenfallen. Das Universalgelenk lo b enthält 2 Glieder 12 b und 14 b mit Naben 16 b und 18 b in der Mitte zur Aufnahme der beiden Wellen, die zumindest vorübergehend nicht fluchten. Die Glieder 12 b und 14 b besitzen ebenfalls von den Naben 16 b und 18 b nach außen gehende Abschnitte 20 b und 22 b, die sich in parallelen Ebenen drehen, wenn die mit den Naben verbundenen Wellen fluchten.
Ein gebogenes, langgestrecktes Überbrückungselement oder Band 24 b verbindet die Glieder 12 b und 14 b am Rand an in Drehrichtung versetzten Stellen. Das Element 24 h muß biegungsfest sein, d.h. sein Biegungsradius mu sich ändern lassen, damit das Drehmoment von der einen auf die andere Welle übertragen werden kann. Außerdem muß es zur Verdrehung um seine gebogene Längsachse etwas flexibel sein, damit die Windungen sich einander nähern oder voneinander entfernen können, um dadurch Fluchtungsfehler und Längsverschiebungen der beiden Wellen aufnehmen zu können. Außerdem muß das Überbrückungselement in einer Ebene senkrecht zur Achse der fluchtenden Wellen eine gewisse Stärke besitzen, damit innere und äußere Abschnitte des Elementes voneinander getrennt bleiben und ein Widerstand gegen Biegung entsteht. Wenn mi t der Nabe 16 b eine Antriebswelle verbunden ist, die sich in Fig. 19 im Gegenuhrzeigersinn dreht, so wird das tiberbriikkungselement 24 b außen gespannt und innen gedrückt. Wenn die gleiche Antriebswelle in Fig. 19 im Uhrzeigersinn läuft, so wird das Überbrückungselement 24 b außen gedrückt und innen gespannt. Das ijberbriickungselement muß ferner einen Flansch bzw. eine Breite parallel zur Wellenachse besitzen, um einer Querverbiegung oder einem Querausweichen widerstehen zu können. Das Element ist vorzugsweise symmetrisch zu einer Mittellinie, so daß man in beiden Richtungen den gleichen Widerstand gegen Querverbiegungen erreicht. Zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern und Längsbewegungen der mit dem Gelenk verbundenen Wellen muß sich das Element in gewissen Grenzen verdrehen können. Dies läßt sich ohne die bisher erforderlichen, aufwendigen Gelenke mit Keilnuten erreichen.
In der bevorzugten Ausführungsform gem. der Zeichnung enthält das Überbrückungselement 24 b einen Steg 26 b und 2 Flansche 28 b und 30 b. Am Ende des Überbrückungselementes 24 b sind die nach außen gehenden Teile der Flansche 28 b und 3o b verjüngt, so daß sich der Steg 26 b sicher an den Gliedern 12 b und 14 b befestigen läßt. Man kann dies durch Kleben oder mit anderen Haltemitteln erreichen. Die beiden getrennten Flansche 28 b und 30 b sowie der Steg 26 b gewährleisten eine hohe Biegunrsfestigkeit des Elementes 24 b senkrecht zur Wellenachse, wobei die Flansche außerdem einer Verbiegung bzw. einem Ausweichen in einer Richtung parallel zur Wellenachse entgegenwirken. Zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern der Wellen kann sich das Element verdrehen. Die spezielle, gezeigte Form setzt die relativ kostspieligen Fasern des Elementes besonders nutzbringend ein. Geeignet zur Verwendung als gebogenes Überbrückungselement 24 b ist im allgemeinen ein so geformtes Bündel, daß es eine große Festigkeit gegen Aufwärts- oder Abwärtsbiegen besitzt oder gegen Biegen in einer Richtung senkrecht zur Wellenachse. Außerdem sollte die Biegefestigkeit in einer Richtung senkrecht zur Wellenachse größer sein als in einer Richtung parallel zur Achse, damit das Überbrückungselement nicht schlangenförmig ausweicht und kein zu großer Widerstand gegen ein Verbiegen entsteht, damit Fluchtungsfehler der Wellen ausgeglichen werden können. Beispielsweise ist ein quadratischer Querschnitt des Überbrückungselementes nicht geeignet, da er im Gegensatz zum Biegewiderstand in einer Richtung einen unzulässig großen Widerstand gegen Fluchtungsfehler der Wellen bewirkt.
Das Überbrückungselement 24 b ist vorzugsweise wieder aus einer Vielzahl von Kohlenstoffasern gebildet, die parallel zueinander und zur Längsachse des Elementes angeordnet sind.
Die bevorzugte Form des Überbrückungselementes erhält man durch eine Spezialbehandlung ("Pultrusion"), wobei die Fasern von einer Vielzahl von Spulen parallel zusammengeführt und mit einem Bindemittel versehen werden, beispielsweise beim Durchgang durch ein Bad. Anschließend passieren die beschichteten Fasern eine entsprechende, beheizte Form und gehen dann zur Nachbehandlung durch eine geeignete Zone. Vor dem vollständigen Aushärten des Formlings wird das durch Pultrusion gewonnene Überbrückungselement auf einen Dorn mit den gewünschten Durchmesser gewickelt, auf dem die abschließende Behandlung oder das Aushärten erfolgt, so daß man das Überbrückungselement 24 b erhält. Die Flansche können am Ende vor dem Zusammenbau mit den Gliedern 12 b und 14 b verjüngt werden. An Stelle des Dornes kann man auch die Form gekrümmt oder schraubenförmig ausführen, so daß man das gewünschte Überbrückungselement direkt daraus erhält.
Gem. Fig. 18 ist das gekrümmte Überbrückungselement 24 b schraubenförmig und besitzt etwa 3 1/2 Windungen zwischen dem äußeren Abschnitt des Gliedes 12 b und dem in Drehrichtung versetzten äußeren Abschnitt des Gliedes 14 b. Dadurch kann ein relativ großer Fluchtungsfehler der beiden an den Naben 16 b bzw. 18 b festgemachten Wellen ausgeglichen werden. Zur Vermeidung einer unzulässig großen Achsialverschiebung bzw. Parallelverschiebung der Wellen kann man in dem vom Überbrückungselement 24 b begrenzten Raum eine Zentriervorrichtung, z.B. nach der US-PS 3678707, vorsehen. Falls die Wellen in Längsrichtung arbeiten, kann die Zentriervorrichtung ohne aufwendige Nuten oder Keile daran angepaßt werden.
Ein weiteres, modifiziertes Universalgelenk 32 b gem. Fig.
21 und 22 enthält 2 Glieder 12 b und 14 b, mit einem modifizierten, gekrümmten Überbrückungselement oder Band 34 b, das 2 äußere Abschnitte der Glieder verbindet. Das Überbrückungselement 34 b hat die gleiche Querschnittsform wie das Element 24 b, erstreckt sich jedoch nur über einen Bogen von 180 Grad. Die Flansche 28 b und 30 b sind so bearbeitet, daß der Steg 26 b beispielsweise mit Haltern 36 b gem. Fig. 22 an den Gliedern 12 b und 14 b befestigt werden kann. Wenn die Elemente 24 b und 34 b gleiche Form und Größe besitzen, so kann in diesem Fall zwischen den beiden Gliedern ein größeres Drehmoment übertragen werden, da das Element 34 b weniger ausweichen oder sich verkrümmen kann. Außerdem ist zwischen den Gliedern 12 b und 14 b keine Zentriervorrichtung erforderlich. Im Gegensatz zum Element 24 b eignet sich das Element 34 h jedoch nur zum Ausgleich von relativ kleinen Fluchtunesfehlern und Längsverschiebungen.
Das modifizierte Universalgelenk 38 b nach Fig. 23 und 24 arbeitet mit den gleichen Gliedern 12 b und 14 b und dem Überbriickungselement oder Band 34 b. Das Universalgelenk 38 b besitzt jedoch ein weiteres Überbrückungselement 40 b, das die gleiche Querschnittsform wie das Element 34 b besitzen kann, das am unteren Ende mit Haltern 42 b am Glied 12 b und am oberen Ende mit ähnlichen (nicht gezeigten) Haltern am Glied 14 b festgemacht ist. Je nach der Übertragungsrichtung des Drehmomentes werden die Elemente 34 b und 40 b einer Zug-oder Druckspannung ausgesetzt. Dadurch können diese Elemente ein größeres Drehmoment übertragen, während jedoch der Ausgleich von Fluchtungsfehlern der damit verbundenen Wellen begrenzt ist.
Die Überbrückungselemente 34 b und 40 b lassen sich genau so wie das Element 24 b herstellen und werden lediglich in kürzere Segmente geschnitten. Ebenso können die Elemente 34 b und 40 b mit Graphitfasern bzw. Kohlenstoffasern und einem Bindemittel gegossen bzw. gepreßt werden.

Claims

Patentansprüche /, < niversalgelenk zur zurÜbertragung eines Drehmomentes von einer Welle auf eine andere, gekennzeichnet durch je ein an jeder Welle quer zu ihrer Längsrichtung anbringtares Glied und durch eine mit einem Ende am einen und mit dem anderen Ende am anderen Glied befestigte Überbrückungsvorrichtung, so daß bei Übertragung eines Drehmomentes zwischen den beiden Wellen die Uberbrückungsvorrichtung mindestens teilweise gespannt wird.
2. Universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrüekungsvorrichtung eine Vielzahl von parallelen Fasern aufweist, die in Längsrichtung der Überbrückungsvorrichtung verlaufen.
3. Universalgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern durch ein Bindemittel in einer bestimmten Querschnittsform zusammengehalten sind.
4. Universalgelenk nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung von Kohlenstoff- oder Graphitfasern.
5. Universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Glieder kreisförmig sind und daß die Überbrückungsvorrichtung am Umfang des einen Gliedes verteilte Punkte mit am Umfang des anderen Gliedes verteilten Punkten verbindet, wobei jede Überbrückungsvorrichtung mit dem Umfang des einen Gliedes an einer Stelle verbunden ist, die in Drehrichtung vom Verbindungspunkt am Umfang des anderen Gliedes abgesetzt ist, und wobei ein Teil der Überbrückungsvorrichtung zum Ausgleich diagonal entgegengesetzt angeordnet ist.
6. Universalgelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückungsvorrichtung mindestens teilweise durch Sehnen verbunden ist, die über die Außenseite der Glieder gehen.
7. Universalgelenk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Überbrückungsvorrictitung und der Sehnen aus einem fortlaufenden Element bestehen.
8. Universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Glieder mindestens 2 quer über seine zugehörige Achse hinausragende Extremitäten aufweist, wobei die Extremitäten jedes Gliedes einen Vorsprung besitzen, der gegen die Extremitäten des anderen Gliedes gerichtet ist, und daß die Überbrückungsvorrichtung die Vorsprung ge an den beiden Gliedern verbindet.
9. Universalgelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, d aß die Überbrückungsvorrichtung jeweils einen Vorsprung des ersten Gliedes mit 2 Vorsprüngen des zweiten Gliedes verbindet.
lo. Universalgelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge des ersten und des zweiten Gliedes jeweils vom Mittelpunkt gleich weit entfernt sind.
11. Universalgelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Glieder 2 Extremitäten aufweist und daß die Überbrückungsvorrichtung jeden Vorsprung des ersten Gliedes mit sämtlichen Vorsprüngen des zweiten Gliedes verbindet.
12. Universalgelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Glieder je 3 Extremitäten besitzt und daß die Überbrückungsvorrichtung die Vorsprünge des ersten Gliedes mit den benachbarten Vorsprüngen des zweiten Gliedes verbindet.
13. Universalgelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückungsvorrichtung aus flexiblen Bändern besteht.
14. Universalgelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückungsvorrichtung eine gröBere Breite als Stärke besitzt, und wobei die Breite in einer zur Rotationsebene der beiden Glieder parallelen Ebene liegt, wenn die Wellen fluchten.
15. Universalgelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Glied mindestens 3 Extremitäten besitzt, die von der Mitte gleich weit entfernt sind, daß das zweite Glied ebenfalls mindestens 3 Extremitäten besitzt, wobei jede Extremität einen inneren und einen äußeren Vorsprung aufweist und wobei die äußeren Vorsprünge von der Mitte des zweiten Gliedes gleich weit entfernt sind, während die inneren Vorsprünge des zweiten Gliedes weniger weit von der Mitte entfernt sind als die äußeren Vorsprünge des zweiten Gliedes und die Vorsprünge des ersten Gliedes, und daß die Überbrückungsvorrichtung in Umfangsrichtung versetzte Vorsprünge der beiden Glieder verbindet.
16. Universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückungsvorrichtung gekrümmt und flexibel ist.
17. Universalgelenk nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Überbrückungsvorrichtung eine Vielzahl von Fasern umfaßt, die parallel zu ihrer Längsrichtung in einer vorgegebenen Querschnittsform angeordnet sind.
18. Universalgelenk nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Iiberbrückungsvorrichtung mindestens einen Steg aufweist, der im Querschnitt senkrecht zur Wellenachse der fluchtenden Wellen angeordnet ist, und mindestens einem Flansch, der im Querschnitt parallel zur Wellenachse der fluchtenden Wellen angeordnet ist.
19. Universalgelenk nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Flansche durch den Steg im gleichen Abstand gehalten sind.
20. Universalgelenk nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückungsvorrichtung über einen Bogen von mindestens 180 Grad reicht.
21. Universalgelenk nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückungsvorrichtung schraubenförmig ausgeführt ist und sich über einen Winkel von mindestens 720 Grad erstreckt und daß die Überbrückungsvorrichtung mindestens einen Flansch enthält, dessen benachbarte Ränder von den benachbarten Windungen der Überbrückungsvorrichtung um eine Strecke getrennt sind, die mindestens gleich der Flanschbreite ist.
22. Universalgelenk nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückungsvorrichtung über einen Bogen von weniger als 180 Grad reicht und mit einem Ende an dem einen und mit dem anderen Ende am anderen Glied festgemacht ist und daß eine zweite Überbrückungsvorrichtung ebenfalls über einen Bogen von nicht mehr als 180 Grad reicht und dem ersten Überbrückungsglied gegenüber liegt, wobei ein Ende des 2. Überbrückungsgliedes in der Nähe des einen Endes des 1. Überbrückungagliedes am 2. Glied und das andere Ende der 2. Überbrückungsvorrichtung am 1. Glied festgemacht ist.