DE2809243C3 - Homokinetisches Dreizapfengelenk - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein homokinetisches Dreizapfengelenk mit einer in Form eines Dreizapfensterns ausgebildeten Gelenkhälfte, die mit einer der zwei zu kuppelnden Wellen verbunden ist und auf ihren drei Zapfen sphärische Rollkörper trägt und mit einer mit der anderen Welle verbundenen, die Rollkörper aufnehmenden Wälzbahnen einschließenden zweiten

Gelenkhälfte. Bei einem bekannten Dreizapfengelenk vorgenannter

Art beschreibt bei Winkelbelastung dieses Gelenks die mit dem Dreizapfenstern fest verbundene Welle während ihrer Umdrehung eine Umlaufbewegung bzw. eine sogenannte Taumelbewegung um eine Mittelstellung. Diese Urnlaufbewegung bringt zwei Nachteile mit

«ο sich: Einerseits beschränkt sie den maximalen Beugungswinkel des Gelenks, da sich die mit dem Stern verbundene Welle und die freie Kante des die Wälzbahnen einschließenden Gelenkglieds gegenseitig behindern und andererseits erzeugt sie insbesondere bei

■»5 mit hohen Drehzahlen arbeitenden Gelenken Abweichungen und Vibrationen. Diese Abweichungen und Vibrationen wirken sich störend aus oder können sich z. B. mit dem vom Motor eines mit diesen Gelenken ausgerüsteten Fahrzeugs erzeugten Vibrationen überlagern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Dreizapfengelenk der eingangs genannten Art mit einem hinsichtlich des übertragbaren Drehmoments und der Winkelverlagerung erhöhten Wirkungsgrad zu schaffen, bei dem bei der mit dem Dreizapfenstern verbundenen Welle eine Umlaufbewegung bzw. eine Taumelbewegung vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß der Dreizapfenstern als selbständiges Zwischenstück ausgebildet und mit der zugehörigen Welle über eine homokinetische, mit einem gegenüber dem maximalen Beugungswinkel des Gelenks kleinen Winkel arbeitende Zwischenkupplung verbunden ist Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß die Umlaufbewegung der entsprechenden Welle wegfällt, wobei ein Arbeitsvermögen unter großem Winkel gegeben ist Das erfindungsgemäße Getriebe besitzt bei verhältnismäßig kleinen Außenabmessungen außerdem eine erhöhte

Leistung.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung besteht die Zwischenkupplung aus zwei komplementären Verzahnungen, die an der als Dreizapfenstern ausgebildeten Gelenkhälfte und einem fest mit der zugehörigen Welle verbundenen Teil ausgebildet sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind zwischen dem Dreizapfenstern und einer der zwei zu kuppelnden Wellen eine Anschlagvorrichtung und eine Axial-Abstütz- und Zentriervorrichtung vorgesehen.

Weitere Aasgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein homokinetisches Dreizapfengelenk nach einer ersten Ausführungsform;

F i g. 2 einen Längsschnitt durch ein homokinetisches Dreizapfengelenk nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig.3 einen Längsschnitt durch ein Gelenk nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 4 einen Schnitt nach Linie 4-4 in F i g. 3;

Fig.5 einen Längsschnitt durch das Gelenk nach F i g. 3 unter maximalem Beugungswinkel.

Fig. 1 zeigt ein Dreizapfengelenk zur homokinetischen Drehmomentübertragung zwischen einer Antriebswelle 1 und einer Antriebswelle 2. Eine fest mit der Welle 1 verbundene, im wesentlichen zylindrische Hülse 10 bekannter Ausbildung schließt Kehlungspaare 11 ein, welche Wälzbahnen mit kreisbogenförmigem Prc-'il ergeben, deren Mittellinien 12 zur Achse X-X der Welle 1 parallelverlaufende Geraden sind. Diese Hülse 10 bildet eine Gelenkhälfte.

Die Antriebswelle 2 mit der Achse Υ— Υ weist an ihrem Ende einen Ansatz 20 auf, der eine Ausnehmung 21 einschließt und an seinem der Welle 2 zugewandten Bereich mit einer Innenverzahnung 22 versehen ist Am anderen Ende sind drei Aussparungen 23 vorgesehen, durch welche sich die drei Zapfen 24 des Dreizapfensterns 25 erstrecken. Eine Gegenverzahnung 26 am Dreizapfenstern 25 steht mit der Verzahnung im Wellenansatz in Eingriff.

Die beiden Verzahnungen sind, wie an sich bekannt, hinterschnitten, um eine Funktion bei kleiner Winkel-Verlagerung, die ca. 5° betragen kann, zu ermöglichen. Eine Anschlagvorrichtung zwischen dem Boden 27 der Ausnehmung 21 und der ihm zugewandten Fläche 28 des Dreizapfensterns gestattet eine winkelförmige Abweichung des Dreizapfensterns gegenüber der Welle. Diese Anschlagvorrichtung besteht hier aus einer Kugel 29, die zwischen einer sphärischen Ausnehmung

30 im Dreizapfenstern und einer konischen Aussparung

31 im Boden 27 der Ausnehmung 21 sitzt. Der Dreizapfenstern 25 bildet die andere Gelenkhälfte.

Zwischen dem Dreizapfenstern 25 und der zugehörigen Welle 2 ist eine axiale Abstützung in Form eines Druckrings 32 vorgesehen, der über eine ballige Sitzfläche 33 mit einer entsprechenden Gegenfläche 34 des Dreizapfensterns zusammenwirkt und über einen Seeger-Ring 35 gesichert ist

Wie an sich bekannt, ist die freie Kante 13 der Hülse mit einer Abphasung 14 versehen, um die zulässige Winkelabweichung des Gelenks zu erhöhen, wobei die Welle 2 zu diesem Zweck einen im wesentlichen kegelstumpfförmigen Übergangsabschnitt 36 besitzt, während der eigentliche Ansatz 20 zumindest zwischen den Aussparungen 23 eine im wesentlichen sphärische

Außenform zeigt

Bei Winkelbelastung dieses Gelenks wird die Umlaufbewegung, die die mit dem Dreizapfenstern verbundene Welle normalerweise erfahren würde, durch die winkelförmigen Verlagerungen zwischen dem Körper 25 des Dreizapfensterns und der Welle 2 absorbiert Dadurch tritt das als Taumelbewegung bekannte Phänomen gar nicht auf, was einen wesentlichen Vorteil, insbesondere für mit hohen Drehzahlen arbeitende Gelenke, bringt

Da die Umlaufbewegiung entfällt, ergibt sich eine vollkommen konzentrische, gegenüber dem übertragenen Drehmoment unempfindliche Verbindung der zwei Wellen 1 und 2. Es lassen sich sehr einfache Bauteile setzen. Außerdem wird die Leistung des Gelenks in keiner Weise beeinträchtigt In der Mehrzahl aller Anwendungsfälle arbeitet die Verzahnungskupplung mit einem sehr kleinen Winkel, der z. B. bei Arbeit des Gelenks mit einem Gesamtwinkel von 10° weniger als 30' beträgt Folglich wird durch diese Zwischenkupplung kein empfindliches mechanisches Element in das Gelenk eingebracht, noch läuft sie Gefahr, vorzeitig zu verschleißen, daß die relative Verlagerung zwischen den kämmenden Verzahnungen sehr gering ist

Die Ausführungsform nach F i g. 2 zeigt ein Dreizapfengelenk mit einer fest in der Welle 101 mit der Achse X-X verbundenen zylindrischen Hülse 102, die auf ihrer Innenseite mit Rillen 103 versehen ist Diese zylindrische Hülse 102 nimmt den Dreizapfenstern 104 auf, der an seinem einen Ende einen Flansch 105 mit einem in die Rillen der Hülse eingreifenden Zahnkranz

106 besitzt und an seinem anderen Ende drei Zapfen 107 aufweist welche sphärische Rollkörper 108 tragen.

Diese Rollkörper werden von Wälzbahnen 109 mit kreisbogenförmigem Profil aufgenommen, deren Mittellinie hier einen Kreisbogen beschreibt, dessen Mittelpunkt auf der Achse Y-Y der zweiten Welle 110 liegt. Die Wälzbahnen sind in einer kapseiförmigen Hülse 111 mit balliger Außenform als Gelenkteil vorgesehen, deren freie Kante 112 so ausgebildet ist, daß sie den sich zwischen dem Flansch 105 und Zapfen

107 erstreckenden Wellenstumpf des Dreizapfensterns nicht behindert Die sphärische Innenseite 113 der Hülse 111 dient zur Zentrierung des Dreizapfensterns in der Hülse. Zu diesem Zweck ist ein Arischlageleinent 114 vorgesehen, das mit einer Fläche 115 in Form einer balligen Kalotte die Innenfläche 113 und mit einer planen Fläche 116 die Stirnfläche 117 des Dreizapfensterns beaufschlagt. Außerdem ist auch hier ein Druckring 118 vorgesehen, der über eine ballige Sitzfläche 119 mit der Innenfläche der Hülse zusammenwirkt.

Die Funktion dieses Gelenks ist folgende: Der Eingriff zwischen den Zahnkranz 106 und den Rillen 103 der zylindrischen Hülse 102 gestattet eine Längsverschiebung des Gelenks. Bei Winkelbelastung des Gelenks ergibt sich wieder der gleiche Vorteil wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsiorm, d.h. die Umlauf- bzw. Taumelbewegung der mit dem Dreizapfenstern verbundenen Welle 101 entfällt bzw. wird durch Winkelverlagerungen kleiner Amplitude zwischen dem Körper 104 des Dreizapfensterns und der zugehörigen Welle 101 absorbiert.

F i g. 3, 4 und 5 zeigen eine weiter verbesserte Ausführungsform des Gelenks, die einen sehr großen Beugungswinkel gestattet. Bei diesem Gelenk ist an der einen Welle 130 ein Absatz 131 mit einer Innenverzahnung 132 vorgesehen, der sich in eine glockenförmige

Hülse 133 mit einer sphärischen Innenfläche 133a fortsetzt. Der eigentliche Dreizapfenstern 134 ist getrennt von der Welle ausgebildet und besteht aus einem Wellenstumpf 136, der an seinem einen Ende eine mit der Verzahnung 132 der Welle 130 kämmende Gegenverzahnung 136 besitzt und am anderen Ende drei Zapfen 137 aufweist, die sphärische Rollkörper 138 tragen.

Die Verzahnungen 132 und 136 sind, wie an sich bekannt, leicht hinterschnitten, um eine Drehmomentübertragung bei kleinen Winkeln zwischen den Achsen X-X der Hauptwelle 130 und Z-Z des Wellenstumpfs 135 des Dreizapfensterns zu ermöglichen. Der Dreizapfenstern ist gegenüber der zugehörigen Welle über einen Druckring 139 abgestützt, der durch einen elastischen Seeger-Ring 140 gesichert ist, und beaufschlagt den Hülsenboden über eine im wesentlichen sphärische Fläche 141. Der Ring 139 und der Dreizapfenstern wirken über vorzugsweise ebenfalls sphärische und zur Anlagefläche 141 konzentrische Flächen 139a und 142 zusammen.

Eine Hülse 151 mit drei torischen Wälzbahnen 152, die die Rollkörper 138 aufnehmen, ist mit der zweiten, hohlen Welle 150 verbunden. Diese Hülse ist über eine sphärische Außenfläche 151a in die andere Hülse 133 eingreifbar, so daß eine vollkommene Zentrierung des Gelenks erzielt wird.

Längs der freien Kante 153 der Hülse 151 erstrecken sich zwischen zwei benachbarten Wälzbahnen Schrägflanken 154 mit einer Neigung von ca. 45° zur Achse y-y der Welle 150.

Der den Dreizapfenstern tragende Wellenstump: dient mit seinem Abschnitt 143 zwischen den Zapfer und der Verzahnung bei Arbeit des Gelenks untei Winkelbelastung als Begrenzung für die Hülse 151 unc weist in diesem Bereich zu diesem Zweck einen inwesentlichen dreieckförmigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken auf. Dieser Querschnitt ist in Fig.A gestrichelt eingezeichnet Im übrigen verändert sich dei

ίο Querschnitt längs des Wellenstumpfs, wie aus Fig.; und 5 ersichtlich, wobei die die Dreieckseiten ergeben den Abflachungen ebenfalls einem im wesentlicher dreieckförmigen Umriß aufweisen.

Diese Ausführungsform arbeitet wie folgt: Bei einen maximalen Beugungswinkel schließt die Achse V-ydei Welle 150 zur Achse Z-Z des Wellenstumpfs 135 de; Dreizapfensterns einen Winkel A in der Größenord nung von 41 bis 42° und die Achse Z-Z mit der Achse X-X der Welle 130 einen Winkel B in der Größenord nung von 5° ein. Somit entspricht der maximale Arbeitswinkel C des Gelenks der Summe der Winkel A und B und kann bis zu 46° und mehr betragen.

Die Zwischenkupplung in Form der kämmender Verzahnungen läßt sich auch durch Kupplunger anderer Art ersetzen, die die erforderliche Beweglich keit unter kleinem Winkel gestatten. Hierfür eignen sich insbesondere verschiedene Arten drehfedernder Kupp lungen, wie z. B. Gummifeder- oder Federstift-Kupplun gen, und Gelenke mit Elementarpaaren, wie ζ. Β Kardangelenke oder Bolzenkupplungen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Homokinetisches Dreizapfengelenk mit einer in Form eines Dreizapfensterns ausgebildeten Gelenkhälfte, die mit einer der zwei zu kuppelnden Wellen verbunden ist und auf ihren drei Zapfen sphärische Rollkörper trägt, und mit einer mit der anderen Welle verbundenen, die Rollkörper aufnehmende Wälzbahnen einschließenden zweiten Gelenkhälfte, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreizapfenstern (25; 104; 134) als selbständiges Zwischenstück ausgebildet und mit der zugehörigen Welle (2; 101; 130) über eine homokinetische, mit einem gegenüber dem maximalen Beugungswinkel des Gelenks kleinen Winkel arbeitende Zwischenkupplung (22, 26; 103,106; 132,136) verbunden ist

2. Homokinetische Dreizapfengelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenkupplung aus zwei komplementären Verzahnungen (22,26; 103,106; 132,136) besteht, die an der als Dreizapfenstern (25; 104; 134) ausgebildeten Gelenkhälfte und einem fest mit der zugehörigen Weile (2; 101; 130) verbundenen Teil (20; 102; 131) ausgebildet sind

3. Homokinetisches Dreizapfengelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Dreizapfenenstern (25; 104) und einer der zwei zu kuppelnden Wellen (2; UO) eine Anschlagvorrichtung (29, 31; 114) und eine axiale Abstütz- und Zentriervorrichtung (32; 118) vorgesehen sind.

4. Homokinetisches Dreizapfengelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Dreizapfenstern zugeordnete Welle (2; 101; 130) an ihrem dem Gelenk zugewandten Ende einen einstückig ausgebildeten oder fest verbundenen Ansatz (20; 102; 131) aufweist, der eine den Dreizapfenstern (25; 104; 134) zumindest teilweise aufnehmende Ausnehmung (21) einschließt

5. Homokinetisches Dreizapfengelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (20; 102; 131) an seinem der Welle (2; 101; 130) zugewandten Ende mit einer Innenverzahnung (22; 132) ausgebildet ist

6. Homokinetisches Dreizapfengelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (102) zylindrisch und mit Innenrillen (103) ausgebildet ist die unter Zentrierung und axialer Abstützung des Dreizapfensterns gegenüber dem mit der zweiten Welle (HO) verbundenen, die Wälzbahnen (107) einschließenden Gelenkteil (Ul) mit einer komplementären Gegenverzahnung am Dreizapfenstern (104) kämmen.

7. Homokinetisches Dreizapfengelenk nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet daß der Ansatz (20) Aussparungen (23) aufweist durch welche sich die vom Dreizapfenstern (25) getragenen Rollkörper (24) erstrecken.

8. Homokinetisches Dreizapfengelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Anschlagvorrichtung (29; 31; 114) zwischen dem Dreizapfenstern (25; 104) und der zugehörigen Welle (2; HO mindestens eine ballige Sitzfläche (30; 115) einschließt

9. Homokinetisches Dreizapfengelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Abstützvorrichtung (32; 118; 139) aus einem gegenüber der Welle (2; 110; 130) arretierten Ring (32; 139) und einer balligen Sitzfläche besteht die mit einer entsprechenden Gegenfläche des Dreizapfensterns (25; 104; 134) zusammenwirkt

10. Homokinetisches Dreizapfengelenk nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß die Abstützvorrichtung (32; 118) zwischen dem Dreizapfenstern (25; 104) und der zugehörigen WeUe (2; HO) zwischen dem der Welle zugewandten Ende des Dreizapfensterns und den Zapfen angeordnet ist

ίο

11. Homokinetisches Dreizapfengelenk nach

einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß die Abstützvorrichtung (139) zwischen dem Dreizapfenstern (134) und der zugehörigen Welle (130) an dem der Welle abgewandten Ende des

ι s Dreizapfensterns angeordnet ist

12, Homokinetisches Dreizapfengelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die beiden Wellen (130,150) komplementäre Zentrierelemente aufweisen, welche zum Beispiel aus zwei sphärischen Anlageflächen (133a, 15IaJ zwischen den Wellen (130,150) bestehen.