-
Wellengelenk zur Kraftübertragung zwischen zwei Wellen mit sich schneidenden
Achsen Zur Kraftübertragung zwischen zwei drehbaren Wellen dienten bisher außer
direkter Kupplung insbesondere gelenkige Kupplungen, wie Kardangelenke, Kugelgelenke
od. dgl. Wenn anwendbar, wurden auch Zahnradgetriebe verwati"it; bei winklig, beispielsweise
rechtwinklig oder spitzwinklig zueinander eingestellten Wellen konnten dazu nur
Kegelradgetriebe dienen. Jedenfalls war es schwierig, die Kraftübertragung zwischen
zwei stumpfwinklig, geschweige denn spitzwinklig zueinander stehenden Wellen zu
erreichen.
-
Demgegenüber macht es sich die Erfindung zur Aufgabe, eine Vorrichtung
zur Kraftübertragung zwischen zwei drehbaren Wellen zu erreichen, die die Cbertragung
der Drehmomente von o über cdo° bis in einen bestimmten Winkel ohne Zuhilfenahme
von Zahnrädern oder Kreuzgelenken ermöglicht.
-
Durch die Erfindung wird eine gleiche Winkelgeschwindigkeit bei den
Wellen erreicht. Sie kann mit Vorteil an allen Wellen Anwendung finden, an denen
bisher Kreuzgelenke benutzt wurden, insbesondere aber bei .stumpfwinklig zueinander
angeordneten Wellen, wie dies beispielsweise bei Kardanwellen von Fahrzeugen der
Fall war.
-
Mit Vorteil läßt sich die Erfindung aber auch bei den verschiedensten
Werkzeugmaschinen und Getrieben anwenden.
-
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das zu übertragende
Drehmoment auf verschiedene
kraftübertragende Teile verteilt wird,
so daß diese verhältnismäßig schwach gehalten werden können. Dabei wird ferner jeder
kraftübertragende Teil gleichmäßig zur Drehmomentübertragung herangezogen, was besonders
vorteilhaft gegenüber einer Zahnradübertragung ist, bei der immer nur wenig Zähne,
meistens nur einer, jeweils zur Kraftübertragung herangezogen wird.
-
Die Erfindung besteht darin, daß als Übertragungsmittel eine oder
mehrere in den Wellen bzw.Wellenteilen verschiebbar geführte Winkelstangen dienen,
die in achsenparallele Bohrungen der An- und Abtriebswelle bzw. deren Teilen verschiebbar
eingesetzt sind.
-
Die zur Kraftübertragung dienenden Winkelstangen sind dabei dem Winkel,
in dem die beiden Wellen zueinander eingestellt sind, angepaßt, beispielsweise sind
sie bei rechtwinklig zueinander eingestellten An- und Abtriebswellen rechtwinklig
geformt, bei stumpfwinklig zueinander eingestellten Wellen bilden sie einen entsprechenden
stumpfen und bei spitzwinklig zueinander eingestellten Wellen einen entsprechenden
spitzen Winkel.
-
Die Wirkung der Erfindung beruht darauf, daß, was man sich am besten
bei rechtwinklig zueinander eingestellten An- und Abtriebswellen vorstellen kann,
beim Drehen der Antriebswelle die beispielsweise aus der horizontalen Ebene auf
dem unteren Trum des gedachten Kreises sich bewegende exzentrisch gelagerte Winkelstange
von der Antriebswelle entfernt wird, daß also der in der Abtriebswelle geführte
Stangenteil aus seiner Führung herausgezogen wird. Bei dieser Verschiebung findet
aber zugleich eine Drehung der Abtriebsscheibe statt, weil die sich auf dem unteren
Trum bewegende Stange ein Drehmoment auf die Abtriebswelle ausübt. Dasselbe ist
der Fall, wenn die gleiche oder eine andere Stange sich beispielsweise auf dem oberen
Trum des gedachten Kreises der Antriebswelle bewegt. Dadurch wird bewirkt, daß sich
diese Stange der Antriebswelle nähert. Die in der Abtriebswelle geführte Stange
wird also in diese gleichzeitig eingeschoben, und zugleich wird dadurch ebenfalls
ein Drehmoment auf die Abtriebswelle ausgeübt.
-
Wesentlich für die Erfindung ist es, daß sich die Achsen der An- und
Abtriebswelle schneiden, während die Winkelstangen, da sie in exzentrisch angeordneten
Bohrungen der An- und Abtriebswellen geführt sind, in verschiedenen Ebenen liegen.
-
Erfindungsgemäß können die Bohrungen für die Winkelstangen der beiden
Wellenteile auf gleichen Teilkreisen in gleicher Teilung angeordnet sein. Es ist
aber auch möglich, die Teilung eines Teilkreises für die Bohrungen unter sich ungleichmäßig
auszubilden, wobei jedoch die Teilungen auf beiden Wellenteilen gleichmäßig sein
müssen.
-
Schließlich ist es auch möglich, was ein weiteres Erfindungsmerkmal
ist, zwei oder mehrere Winkelstangen in Bohrungen von verschiedenen Teilkreisen
in den durch sie miteinander verbundenen Wellenteilen verschiebbar zu führen.
-
Weitere Merkmale bestehen in der besonderen Ausbildung der Winkelstangen,
wobei die Gelenke der Winkelstangen zweckmäßig als Kardangelenke od. dgl. ausgebildet
werden, wodurch jedes Ecken oder Klemmen beim Betrieb verhütet wird. Ferner bestehen
besondere Merkmale in der Lagerung der Winkelstangen sowie in der unmittelbaren
Benutzung der Winkel-Stangen als Betätigungsmittel für verschiebbare Werkstücke.
-
Der Fortschritt der Erfindung besteht besonders in der technisch einfachen
und leicht herstellbaren Bauart, deren Einzelteile leicht auswechselbar sind, bei
der geringe Reibungsverluste besonders bei Anwendung von Wälzlagern entstehen, und
bei der besonders die Einzelteile selbst, die die Kraftübertragung besorgen, verhältnismäßig
schwach ausgeführt sein können und wenig Werkstoff erfordern. Insbesondere aber
wird durch die Verteilung der Kraftübertragung auf viele Einzelelemente erreicht,
daß bei Ausscheidung eines Kraftübertragungselemen! es durch Bruch od. dgl. die
Kraftübertragung selbst nicht beeinflußt wird.
-
Schließlich besteht ein wesentlicher Fortschritt darin, daß die Kraftübertragung
bei jeder Art Winkeleinstellung zwischen An- und Abtriebswelle, ja sogar selbst
bei verhältnismäßig stark spitzwinkliger Einstellung zueinander und auch bei im
Betrieb wechselnden Winkeleinstellungen ermöglicht wird. Die Erfindung läßt sich
in verschiedener Weise ausführen. In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele
schematisch veranschaulicht, und nachstehend beschrieben.
-
In Abb. i ist im Schema dargestellt, daß die Kraftübertragung zwischen
zwei drehbaren Wellen, und zwar beispielsweise der als Antriebswelle n und der als
Abtriebswelle b gedachten Welle, erfolgen soll. Diese Wellen sind in Lagern c gelagert.
Entweder unmittelbar in den Wellen oder in irgendwelchen Wellenteilen, beispielsweise
den Führungsscheiben d, e sind in Bohrungen f, g eine oder mehrere Winkelstangen
h, hl verschiebbar eingesetzt. In Abb. i ist beispielsweise angenommen, daß
die An- und Abtriebswellen a, b rechtwinklig zueinander eingestellt sind.
Wesentlich ist, daß die gedachten Symmetrieachsen i, k in einer Ebene liegen.
Die Winkelstangen dagegen liegen in verschiedenen Ebenen.
-
Betrachtet man zun@ichst nur die Wirkung einer Winkelstange, beispielsweise
der Winkelstange h, und stellt sich vor, daß die Antriebswelle a im Drehsinn des
Uhrzeigers in Richtung des Pfeiles A gedreht würde, so würde die Winkelstange
h, die in die Bohrung f der Führungsscheibe d eingesetzt ist, sich
auf dem unteren Trum des gedachten Teilkreises bewegen und damit sich von der Führungsscheibe
e der Abtriebswelle b entfernen. Die Folge davon wäre, daß der in der Führungsscheibe
e eingesetzte Stangenteil der Winkelstange h aus der Bohrung der Führungsscheibe
e herausgezogen würde. Gleichzeitig würde er aber auch aus der Bohrung
f der Führungsscheibe d herausgezogen. Dadurch würde zugleich auf
die Führungsscheibe e ein Drehmoment übertragen, d. h. die Welle .b wird nunmehr
in Richtung des Pfeiles R, d. h. entgegengesetzt dem Uhrzeiger, gedreht, und zwar
so lange, bis die Winkelstange h in die Stellung der Stange hl gelangt ist, d. h.
bis die beiden Führungsscheiben d, e um i8o° gedreht sind. Nunmehr findet die entgegengesetzte
Wirkung statt, d.li. die jetzt in die Stellung der Stange hl gelagerte Stange h
wird sich bei der Weiterdrehung
der Antriebswelle a nunmehr auf
dem oberen Trum des gedachten Teilkreises bewegen. Das hat zur Folge, daß die Welle
b in der gleichen Drehrichtung wie bisher weitergedreht wird. Es findet also gleichbleibend
und gleichmäßig durch direkte Kupplung der beiden Wellen a, b mittels der
Winkelstangen eine fortlaufende Drehung der beiden Wellen statt. Verwendet man nun,
wie in Abb. i gezeigt, zwei Winkelstangen h, hl, die beispielsweise in um i8o° versetzten
Bohrungen geführt sind, so wird die Drehmomentübertragung von beiden Elementen bewirkt.
-
In Abb. z ist dieselbe Kraftübertragung bei stumpfwinklig zueinander
eingestellten An- und Abtriebswellen a, b dargestellt. Auch hierbei wird die gleiche
Wirkung erzielt.
-
In Abb. 3 ist in Ansicht auf die Abtriebswelle b gezeigt, daß die
Bohrungen g auf verschiedenen Teilkreisen g1, g2 in den Führungsscheiben d angeordnet
sein können. Dann müssen aber auf der Führungsscheibe d die Bohrungen
f ebenfalls auf verschiedenen Teilkreisen /l, f2 angeordnet sein, diediegleichenDurchmesser
wie die Teilkreise g1, g2 der Führungsscheibe e besitzen.
-
In Abb. 4 ist beispielsweise ebenfalls in Ansicht auf die Abtriebswelle
b gezeigt, daß die Übertragung durch sechs Winkelstangen h, hl, h2, h3, h,1,
h; erfolgt. Hierbei ist gezeigt, daß die Bohrungen f, g für die Winkelstangen
h, h,. . . bei beiden Wellenteilen auf gleichen Teilkreisen /l bzw. g1 angeordnet
sind und daß hierbei für die Bohrungen eine gleiche Teilung vorgesehen ist, diese
also je im Winkel von 6o° zueinander eingestellt sind.
-
Es wäre aber auch möglich, die Teilungen eines Teilkreises unter sich
ungleichmäßig auszubilden, d. h. beispielsweise die Bohrungen teilweise unter einem
Winkel von 45°, 30° od. dgl. auf dem Teilkreis zu verteilen. Wesentlich ist jedoch
dabei, daß die Teilungen auf beiden Wellenteilen, also auf den beiden Führungsscheiben
d, e gleichmäßig sind.
-
Die Winkelstangen können in den Wellen bzw. den Wellenteilen, beispielsweise
den Führungsscheiben d, e mittels Wälzlager, insbesondere Kugellagern, möglichst
reibungslos geführt sein. Dabei ist es möglich, dann in jeder Bohrung mehrere hintereinanderliegende
Kugellager anzuordnen. Auch die Führung durch Nadellager wäre denkbar.
-
In Abb. 5 ist gezeigt, daß man in gleicher Weise auch bei spitzwinklig
zueinander angeordneten An- und Abtriebswellen die Kraftübertragung mittels spitzwinkliger
Winkelstangen h, hl ... bewirken kann.
-
Die Führung der Winkelstangen kann gegebenenfalls bei entsprechend
dickem Durchmesser der Wellen a, b auch in Löchern derselben unmittelbar erfolgen.
Nur müssen diese dann genügend tief sein, um eine freie Verschiebung der Winkelstangen
in denWellen bei der Rotation zu gewährleisten. Ferner ist es möglich, die Führungsscheiben
unmittelbar als Lagerscheiben für die Wellen auszubilden, oder es könnten besondere
Ansätze an diesen Lagerscheiben vorgesehen sein, in denen die Bohrungen angeordnet
sind. Denkbar wäre es insbesondere die Führungsscheiben selbst mit Augen zu versehen,
die die Bohrungen tragen, wobei die Führungsscheiben gegebenenfalls mehrteilig ausgeführt
sein können und zwischen ihnen liegende Rundteile zur Lagerung dienen können.
-
Während in den Beispielen nach Abb. i bis 5 starre Winkelstangen zur
Kraftübertragung Verwendung finden, ist in Abb. 6 gezeigt, daß die Winkelstangen
durch zwei an ihrer Kreuzungsstelle L gelenkig verbundene Stangen m, ml gebildet
werden können. Dadurch werden Unregelmäßigkeiten in der Führung ausgeglichen. Die
Gelenke der Winkelstangen können auch durch Kardan-, Kugel- od. dgl. Gelenke gebildet
werden. Bei einer solchen Ausbildung ist es auch möglich, die Wellen während des
Betriebes in verschiedenen Winkeln zueinander zu verstellen, vorausgesetzt, daß
dies ihre Lagerung zuläßt. Auch hierbei ist es notwendig, daß sich die Wellenachsen
i, k schneiden. Ferner ist es erforderlich, daß die Winkelstangen entsprechend lang
ausgeführt sind, damit sie nicht bei derRotationsübertragung aus ihren Führung5-löchern
herausrutschen.
-
In Abb. 7 ist schematisch veranschaulicht, daß die Führungsscheiben
d, e unmittelbar als Lagerscheiben in den Lagern n gelagert sind. Ferner ist hierbei
gezeigt, daß man die in den Lagerscheiben verschiebbar eingesetzten Winkelstangen
h, hl . . . beispielsweise an dem Wellenteil e der Abtriebswelle als Betätigungsmittel
für verschiebbare Werkstücke dienen können. Es ist gezeigt, daß das Ende der Stange
h beispielsweise als Stoßstange auf ein verschiebbares Werkstück beispielsweise
eine Ventilstange o, einwirken kann. Zu diesem Zweck kann diese mit einem verbreiterten
Kopf P versehen sein und unter Federwirkung stehen. Es kommen dann nacheinander
die Winkelstangen h, hl je nach ihrem Vorschub bei der Rotation auf die Ventilstange
o zur Einwirkung. Möglich wäre es dabei ferner, die Winkelstangen mit dem zu beeinflussenden
Werkstück zu verbinden. Dies wäre ganz besonders dann möglich, wenn nur eine der
Winkelstangen, beispielsweise die Winkelstange h, zur Einwirkung auf die Ventilstange
o gebracht würde, während die anderen etwa noch vorhandenen Winkelstangen durch
entsprechend kürzere Ausbildung nicht in den Wirkungsbereich der Ventilstange o
gelangen könnten. Diese Art der Kraftübertragung wäre auch möglich bei Stößelstangen,
Kolbenantrieb od. dgl.
-
Für die Erfindung ist es von Vorteil, wenn die Wellen bzw. Wellenteile
sich axial nur in begrenztem Umfange verschieben können. Es ist jedoch nicht unbedingt
erforderlich, daß die Entfernung vom Knickpunkt der Winkelstange zum Führungskörper
der Antriebswelle gleich der Entfernung vom Knickpunkt zum Führungskörper der Abtriebswelle
ist.
-
Bei Übertragung von größeren Drehmomenten ist es zweckmäßig, daß die
Entfernung vom Knickpunkt zu den Führungskörpern möglichst kurz gehalten wird, um
evtl. auftretenden Biegungsmomenten entgegenzuwirken. Bei Anwendung einer größeren
Anzahl von Übertragungsstangen kann der Querschnitt einer jeden verhältnismäßig
klein gehalten werden.
-
Für die möglichst gleichmäßige Kraftübertragung ist es weiter von
Vorteil, eine bestimmte Präzision in der Verteilung der Bohrungen bzw. der Übertragungsstangen
einzuhalten, die jedoch nicht größer zu sein braucht als bei den handelsüblichen
Kreuzgelenken.
Die Anzahl der kraftübertragenden Winkelstangen kann
je nach der erforderlichen Beanspruchung erhöht werden. Auch das Beispiel nach Abb.
4, wo sechs Winkelstangen vorgesehen sind, stellt keine Beschränkung in dieser Hinsicht
dar, man könnte ebensogut acht oder zwölf anwenden. Dabei wäre es möglich, im Sinne
der Abb. 3 sie auf verschiedenen Teilkreisen g1, g2 arbeiten zu lassen.
-
Bei Verwendung nur einer Winkelstange könnte diese gegebenenfalls
durch je eine fest an der Antriebs-und an der Abtriebswelle befestigte Stange gebildet
werden, wobei diese Stangen dann an ihren Kreuzungsstellen durch Anwendung von Verbindungsmitteln
gegeneinander verschiebbar sind.