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Die Erfindung betrifft ein Wellengelenk
zur Übertragung
von Drehbewegungen zwischen drehbaren Teilen eines Modellfahrzeuges
entsprechend den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruches 1 und eine
damit aufgebaute Gelenkwelle entsprechend den Merkmalen im Oberbegriff
des Anspruches 17.
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Zur Übertragung von Drehbewegungen
zwischen nicht fluchtenden Wellen bzw. zwischen Wellen, die während ihres
Betriebes ihre relative Lage ändern,
werden als Wellengelenk ausgebildete Kupplungen bzw. Gelenkwellen
verwendet. So kann es z.B. erforderlich sein, bei einer Lokomotive
einer Modelleisenbahnanlage, bei der durch den Motor der Lokomotive
auch die Räder
bzw. Achsen eines nachgezogenen Tenders angetrieben werden sollen,
den Motor der Lokomotive mit dem Getriebe des Tenders durch eine
Gelenkwelle miteinander zu verbinden. Durch die bei Modelleisenbahnen üblichen,
sehr hohen Umdrehungszahlen dieser Gelenkwellen kommt es an den
miteinander in Eingriff stehenden Teilen der Wellengelenke wegen
des zwischen diesen Teilen vorhandenen mechanischen Spiels zu Vibrationen,
durch die störende
Nebengeräusche
erzeugt werden.
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Aus dem Dokument
US 3,406,534 A ist eine Gelenkwelle
zur Verwendung in kleinkomponentigen Vorrichtungen, wie z.B. Modellzügen, bekannt.
Diese Gelenkwelle verfügt über zwei
Wellengelenke, durch die eine Antriebswelle mit einer Zwischenwelle
einerseits und die Zwischenwelle mit einer Abtriebswelle andererseits
verbunden werden. Das Wellengelenk wiederum besteht aus einer Gelenkpfanne,
in die eine Kugelnabe eingesetzt ist. Die Gelenkpfanne verfügt außerdem über zwei
seitliche, parallel zur Drehachse der Antriebswelle ausgerichtete
Schlitze zur Aufnahme von an der Kugelnabe angeordneten Zapfen,
die senkrecht zur Drehachse der Zwischenwelle ausgerichtet sind.
Die relative Lage der Drehachse der Antriebswelle und der Drehachse
der Zwischenwelle kann durch Verdrehen um den Mittelpunkt der Kugelfläche der
Kugelnabe verändert
werden, wobei gleichzeitig durch die in den seitlichen Schlitzen
der Gelenkppfanne geführten
Zapfen der Kugelnabe Drehmomente zwischen den beiden Wellen übertragen
werden können.
Bei der Gelenkwelle gemäß der
US 3,406,534 A ist
weiters vorgesehen, dass die Zwischenwelle aus einer Stange mit
quadratischem Querschnitt und in deren Endbereichen angeordneten
Kugelnaben gebildet ist. Die Kugelnabe an einem der beiden Endbereiche
verfügt über einen
Durchbruch mit quadratischem Querschnitt, so dass die Kugelnabe
in Längsrichtung
der Stange im Ausmaß von
etwa einem halben Kugeldurchmesser längsverstellbar ist.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es,
ein Wellengelenk zu schaffen, durch das Geräuschentwicklungen während des
Betriebes weitestgehend vermieden werden können. Weiters ist es eine Aufgabe
der Erfindung eine Gelenkwelle zu schaffen, deren Längsverstellbarkeit
weitestgehend leichtgängig bzw.
ohne Verklemmen möglich
ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch
ein Wellengelenk entsprechend den Merkmalen im Kennzeichnteil des
Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhaft ist dabei, dass mit derartigen Wellengelenken, die miteinander
in Eingriff stehenden Bestandteile ein besonders geringes, mechanisches
Spiel aufweisen und somit während
des Betriebes Vibrationen und Geräuschentwicklungen vermieden
werden können.
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Durch die Weiterbildungen gemäß den Ansprüchen 2 und
3, wobei im Endbereich der Gelenksschale ein Schnappwulst ausgebildet
ist bzw. eine innere Oberfläche
dieses Schnappwulstes zumindest bereichsweise eine gemeinsame Kugeloberfläche mit
der Gelenksschale bildet, wird der Vorteil erzielt, dass die Kugelnabe
der Kugelnabenwelle in der Gelenksschale einrastet und durch den
Schnappwulst in ihrer Lage relativ zu einer zur Drehachse der Gelenkschalenwelle
parallelen Richtung fixiert gehalten wird.
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Die Weiterbildung gemäß Anspruch
4 hat den Vorteil, dass die Kugeloberflächen der Kugelabschnitte der
Kugelnabe weitestgehend großflächig an den
inneren Oberflächen
der Gelenksschale anliegen, ohne dass es an den Rändern der
Kugelabschnitte zu einem Verkanten kommen kann.
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Vorteilhaft ist auch die Weiterbildung
gemäß Anspruch
5, da durch eine demgemäße Anordnung der
Kugelabschnitte beim Einsetzen der Kugelnabe in die Gelenkschale
die Kugelabschnitte bzw. deren Haltearme derart verformt werden,
dass die Mittelpunkte der Kugelabschnitte auf der Drehachse der Kugelnabenwellen
zu liegen kommen und somit keine Exzentrizität der Mittelpunkte von der
Drehachse der Kugelnabenwelle vorhanden ist.
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Durch die Weiterbildung des Wellengelenks gemäß Anspruch
6 wird der Vorteil einer ausreichenden Verdrehbarkeit der Gelenkschalenwelle
gegenüber
der Kugelnabenwelle bzw. der entsprechenden Drehachsen dieser beiden
Teile zueinander erzielt.
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Vorteilhaft sind auch die Weiterbildungen
des Wellengelenks gemäß den Ansprüchen 7 und
8, da dadurch in vorteilhafter Weise erreicht wird, dass die Zapfenachsen
der an der Kugelnabe angeordneten Zapfen im in die Gelenkschale
eingesetzten Zustand zueinander koaxial ausgerichtet sind und gleichzeitig senkrecht
zur Drehachse der Kugelnabenwelle gerichtet sind.
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Die Weiterbildung des Wellengelenks
gemäß Anspruch
9 hat den Vorteil, dass bei Vorgabe eines entsprechenden Werts für den Winkel
der Haltearme bzw. den Neigungswinkel der Zapfenachsen im zusammengebauten
Zustand eine elastische Verformung bewirkt werden kann, durch die
für den
Betrieb ausreichende Andrückkräfte der
Kugelnabe an die innere Oberfläche
der Gelenkschale gewährleistet werden.
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Gemäß Anspruch 10 ist vorgesehen,
dass die Kugelnabe aus zwei Kugelabschnitten bzw. die Gelenkschale
aus zwei Gelenkteilen gebildet ist. Diese Ausführungsvariante hat den Vorteil,
dass damit die konstruktiv einfachste Lösung von Wellengelenken mit
selbsttätig
gegeneinander drückenden
Anlageflächen
der miteinander in Eingriff stehenden Teile realisiert werden kann.
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Der Vorteil des Wellengelenks entsprechend der
Weiterbildung gemäß Anspruch
11 liegt darin, dass beim Zusammendrücken der Kugelabschnitte die
Zapfen derart bewegt werden, dass die Bewegung der Zapfenachsen
stets in einer gemeinsamen Ebene erfolgt und es beim Eingreifen
der Zapfen in die Mitnahmeschlitze der Gelenkschale nicht zu einem
seitlichen Verkanten kommen kann.
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Die Weiterbildung des Wellengelenks
gemäß Anspruch
12 hat den Vorteil, dass dadurch beim Auseinanderdrücken der
Gelenksschalenteile durch das Einsetzen der Kugelnabe die Mittelpunkte
der Gelenkschalenteile auf der Drehachse der Gelenkschalenwelle
zu liegen kommen und somit keine Exzentrizität hinsichtlich der Rotation
um die Drehachse der Gelenkschalenwelle vorhanden ist.
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Durch die Ausbildung gemäß Anspruch
13 erfolgt die Bewegung der Mitnahmeschlitze beim Auseinanderdrücken der
Gelenkschalenteile parallel, sodass beim Einführen der Zapfen der Kugelnabe
es zu keinem seitlichen Verkanten der Zapfen in den Mitnahmeschlitzen
kommen kann.
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Die Weiterbildung des Wellengelenks
gemäß den Ansprüchen 14
bis 16 bieten den Vorteil, dass die Einzelteile des Wellengelenks
in einfacher Weise, wie z.B. durch Spritzgießen, ökonomisch hergestellt werden
können.
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Eigenständig wird die Aufgabe der Erfindung auch
durch eine Gelenkwelle entsprechend den Merkmalen im Kennzeichenteil
des Anspruchs 17 gelöst.
Dadurch wird der Vorteil eines besonders geringen mechanischen Spiels
zwischen den miteinander in Eingriff stehenden Bestandteilen erzielt.
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Vorteilhaft sind auch die Weiterbildungen
der Gelenkwelle gemäß den Ansprüchen 18
und 19, wodurch eine Längsverstellbarkeit
von vermittels der Gelenkwelle miteinander in Verbindung stehenden Teile
eines Getriebes ermöglicht
wird.
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Die Ausbildung der Gelenkwelle gemäß Anspruch
20 hat den Vorteil, dass dadurch ein Verkanten zwischen den Mitnahmestegen
der Profilnabe und den Nuten der Profilwelle vermieden wird.
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Von Vorteil sind auch die Ausbildungen
der Gelenkwelle gemäß den Ansprüchen 21
bis 24, da dadurch die Achsen der Profilnabe und der Profilwelle
weitestgehend koaxial gehalten werden.
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Zum besseren Verständnis der
Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
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Es zeigen in schematisch vereinfachter
Darstellung:
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1 ein
Wellengelenk mit einer Gelenkschalenwelle und einer Kugelnabenwelle
in zusammengesetztem Zustand, perspektivisch dargestellt;
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2 das
Wellengelenk gemäß 1 in nicht zusammengesetztem
Zustand, perspektivisch dargestellt;
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3 das
Wellengelenk gemäß 1 in nicht zusammengesetztem
Zustand, in Draufsicht bzw. die Gelenkschalenwelle geschnitten;
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4 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
eines Wellengelenks in nicht zusammengebautem Zustand mit der Gelenkschalenwelle
geschnitten und der Kugelnabenwelle in Draufsicht;
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5 eine
Gelenkwelle bestehend aus einer Antriebswelle, einer Zwischenwelle
und einer Abtriebswelle, perspektivisch dargestellt;
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6 einen
Querschnitt der Zwischenwelle der Gelenkwelle gemäß 5, senkrecht zu seiner Drehachse
geschnitten.
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Einführend sei festgehalten, dass
in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile
mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen
werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen
sinngemäß auf gleiche
Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen
werden können.
Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben,
unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte
Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die
neue Lage zu übertragen.
Weiters können
auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten
und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische
oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
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Die 1 zeigt
ein Wellengelenk 1 mit einer Gelenkschalenwelle 2 und
einer Kugelnabenwelle 3 in zusammengesetztem Zustand perspektivisch
dargestellt. In einem ersten Endbereich 4 der Gelenkschalenwelle 2 ist
eine in Richtung auf diesen ersten Endbereich 4 hin offene
Gelenkschale 5 ausgebildet, während ein zweiter Endbereich 6 der
Gelenkschalenwelle 2 zur koaxialen Befestigung an einer
weiteren, hier nicht dargestellten, Welle eines Getriebes vorgesehen
ist. Die Kugelnabenwelle 3 ist in einem ersten Endbereich 7 mit
einer Kugelnabe 8 ausgebildet. Ein zweiter Endbereich 9 der
Kugelnabenwelle 3 ist wiederum zur koaxialen Verbindung
mit einer weiteren anderen, ebenfalls nicht dargestellten, Welle
eines Getriebes ausgebildet. Die Gelenkschale 5 ist mit seitlichen
Mitnahmeschlitzen 10 ausgebildet, die der Aufnahme von
Zapfen 11 der Kugelnabe 8 dienen. Durch das Eingreifen
der Zapfen 11 der Kugelnabe 8 in die Mitnahmeschlitze 10 der
Gelenkschale 5 ist das Wellengelenk 1 zur Übertragung
von Drehbewegungen geeignet, wobei gleichzeitig die räumliche Ausrichtung
der Gelenkschalenwelle 2 und der Kugelnabenwelle 3 veränderbar
ist.
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In 2 ist
das Wellengelenk 1 in nicht zusammengesetztem Zustand perspektivisch
dargestellt. Das heißt,
in der Darstellung ist die Kugelnabe 8 nicht in die Gelenkschale 5 eingesetzt.
In dem hier, gemäß den 1 bis 3, beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Kugelnabe 8 zweiteilig
ausgebildet, d.h. die Kugelnabe 8 wird durch einen Kugelabschnitt 12 und
einem Kugelabschnitt 13 gebildet, die in einer zu einer
Drehachse 14 der Kugelnabenwelle 3 senkrechten
Richtung nach außen
gegeneinander versetzt sind. Dadurch wird erreicht, dass im in die Gelenkschale 5 eingesetzten
Zustand die Kugelnabenwelle 3 in ihrem ersten Endbereich 4 unter
Vorspannung steht, so dass die beiden Kugelabschnitte 12, 13 stets
gegen eine innere Oberfläche 15 der
Gelenkschale 5 drücken.
Zwischen der inneren Oberfläche 15 der
Gelenkschale 5 und den Kugelabschnitten 12, 13 ist
somit in zusammengebautem Zustand kein mechanisches Spiel vorhanden.
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Die 3 zeigt
das Wellengelenk 1 in nicht zusammengesetztem Zustand in
Draufsicht bzw. die Gelenkschalenwelle 2 geschnitten. Die
Gelenkschale 5 der Gelenkschalenwelle 2 weist
in ihrem ersten Endbereich 4 die zu einer Drehachse 16 der
Gelenkschalenwelle 2 symmetrische und in Richtung auf den
ersten Endbereich 4 hin offene Gelenkschale 5 auf.
In dem dem ersten Endbereich 4 zugewandten Bereich der
Gelenkschale 5 ist die Gelenkschale 5 durch einen
Schnappwulst 17 verengt ausgebildet. Durch diesen Schnappwulst 17 wird
erreicht, dass die in die Gelenkschale 5 eingesetzte Kugelnabe 8 nur
unter Anwendung einer parallel zur Drehachse 16 der Gelenkschalenwelle 2 gerichteten
Kraft aus der Betriebsstellung gelöst werden kann. Die innere Oberfläche 15 der
Gelenkschale 5 wird durch Teile von Kugeloberflächen 18 mit
einem Kugelradius 19 gebildet. Die Teile der Kugeloberfläche 18 der
Gelenkschale 5 haben dabei einen gemeinsamen Mittelpunkt 20,
der auf der Drehachse 16 der Gelenkschalenwelle liegt.
Der Schnappwulst 17 der Gelenkschale 5, der in
Richtung auf die Drehachse 16 der Gelenkschalenwelle 2 gerichtet
ist, ist so ausgebildet, dass eine innere Oberfläche 42 des Schnappwulst 17 zumindest
bereichsweise eine gemeinsame Kugeloberfläche 18 mit der inneren
Oberfläche 15 der
Gelenkschale 5 bildet.
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Die beiden Kugelabschnitte 12, 13 stehen
jeweils durch einen Haltearm 21 bzw. 22 mit dem
Rest der Kugelnabenwelle 3 in Verbindung. Die beiden Haltearme 21, 22 sind
federelastisch verformbar, so dass die relative Lage der beiden
Kugelabschnitte 12, 13 zueinander durch entsprechende
Krafteinwirkung verändert
werden kann. Die beiden Kugelabschnitte 12, 13 verfügen über äußere Oberflächen 23 bzw.
24, die durch Teile von Kugeloberflächen 25 bzw. 26 ausgebildet
sind. Die Kugeloberflächen 25, 26 haben
einen Kugelradius 27 mit einem Mittelpunkt 28 der
Kugeloberfläche 25 und
einem Mittelpunkt 29 der Kugeloberfläche 26. Der Mittelpunkt 28,
als auch der Mittelpunkt 29, sind jeweils um einen Abstand 30 von
der Drehachse 14 der Kugelnabenwelle 3 in Richtung
auf den jeweiligen Kugelabschnitt 12 bzw. 13 hin
distanziert. Der Kugelradius 27 der Kugelnabe 8 hat
einen Wert, der gleich bzw. nur geringfügig kleiner ist als der Wert
des Kugelradius 19 der Gelenkschale 5. Dadurch,
dass die beiden Kugelabschnitte 12, 13 in Richtung
senkrecht bezüglich
der Drehachse 14 der Kugelnabenwelle 3 voneinander
distanziert angeordnet sind, wird erreicht, dass ein größter Abstand 31 von
Punkten der Kugeloberflächen 25, 26 größer ist
als das doppelte des Kugelradius 19 der Gelenkschale 5.
Die Ausbildung der Kugelnabe 8 bzw. die Anordnung der Kugelabschnitte 12, 13 ist insgesamt
so vorgesehen, dass erst durch das Einsetzen der Kugelnabe 8 in
die Gelenkschale 5 die beiden Kugelabschnitte 12, 13 zueinander
gedrückt werden,
so dass die Mittelpunkte 28, 29 in einem gemeinsamen
Punkt 20 zusammenfallen. Dazu sind die Haltearme 21, 22 zunächst soweit
zu verformen, dass der Schnappwulst 17 überwunden wird und die Kugelnabe 8 schließlich in
der vorgesehen Betriebsstellung der Gelenkschale 5 einrastet.
In dieser eingerasteten Stellung verbleiben die Haltearme 21, 22 elastisch
verformt, so dass die Kugeloberflächen 25, 26 der
Kugelabschnitte 12, 13 an die innere Oberfläche 15 bzw.
die Kugeloberfläche 18 der
Gelenkschale 5 angedrückt
gehalten werden.
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Die beiden Kugelabschnitte 12, 13 der
Kugelnabe 8 sind insgesamt so ausgebildet, dass erst im
in die Gelenkschale 5 eingerasteten Zustand die betriebsgemäße äußere Form
der Kugelnabe 8 erreicht wird. Dazu sind die beiden zur
Aufnahme in den beiden Mitnahmeschlitzen 10 vorgesehenen Zapfen 11 an
den Kugelabschnitten 12, 13 so angeordnet, dass
im nicht in die Gelenkschalen 5 eingesetzten Zustand jeweils
eine Zapfenachse 32 bzw. 33 mit einer zur Drehachse 14 senkrechten
Ebene 34 einen Neigungswinkel 36 einschließt, wobei
die Zapfenachsen 32, 33 in Richtung auf die jeweiligen
Haltearme 21, 22 hin geneigt sind. Dieser geneigten
Anordnung der Zapfenachsen 32, 33 mit einem Neigungswinkel 35 entspricht
eine Neigung der Haltearme 21, 22, die durch einen
Haltearmwinkel 36 ausgedrückt werden kann. Dieser Haltearmwinkel
entspricht näherungsweise
dem Verhältnis
des Abstands 30 der Mittelpunkte 28, 29 der
beiden Kugelabschnitte 12, 13 von der Drehachse 14 der
Kugelnabenwelle 3 und eines Abstands 37 dieser
Mittelpunkte 28, 29 von Haltearmbefestigungen 38 bzw. 39.
Dabei ist vorgesehen, dass der Neigungswinkel 35 der Zapfenachsen 32, 33 größer ist
als der Haltearmwinkel 36. Dadurch kann erreicht werden,
dass die Zapfenachsen 32, 33 in den in die Gelenkschale 5 eingesetzten
Zustand parallel bzw. koaxial ausgerichtet sind und nicht gegenüber der
senkrecht zur Drehachse 14 ausgerichteten Ebene 34 geneigt
sind. Die Zapfenachsen 32, 33 liegen somit in
der Ebene 34. Der Neigungswinkel 35 hat vorzugsweise
einen Wert im Bereich von 1 bis 4°,
bevorzugt einen Wert von 2°.
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Die Zapfen 11 sind im übrigen so
angeordnet, dass die Zapfenachsen 32, 33 durch
die jeweilige im Mittelpunkt 28, 29 der Kugelabschnitte 12, 13 verlaufen.
Die Zapfen 11 sind vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet
und so dimensioniert, dass das mechanische Spiel zwischen dem Zapfen 11 und dem
jeweiligen Mitnahmeschlitz 10 möglichst klein ist. Die Mitnahmeschlitze 10 erstrecken
sich in den seitlichen Bereichen der Gelenkschale 5 und
sind parallel bezüglich
der Drehachse 16 der Gelenkschalenwelle 2 ausgerichtet.
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Für
die Ausgestaltung der Kugelnabe 8 bzw. der Kugelabschnitte 12, 13 ist
weiters vorgesehen, dass die Mittelpunkte der Kugelabschnitte 12, 13 und die
Drehachse 14 der Kugelnabenwelle 3 in einem nicht
in die Gelenkschale 5 eingesetzten Zustand eine gemeinsame
Ebene 40 bilden; in 3 ist
dies die Zeichenebene. Ebenso ist vorgesehen, dass die Zapfenachsen 32, 33 der
Zapfen 11 der Kugelnabe 8 und die Drehachse 14 in
der Ebene 40 liegen bzw. die gemeinsame Ebene 40 bilden.
Die Haltearme 21, 22 sind so ausgebildet, dass
ein gemeinsamer Umkreisdurchmesser 41 kleiner oder maximal
gleich ist einem Kugelradius 27 der Kugelnabe B. Andererseits hat
ein innerer Durchmesser 43 des Schnappwulstes 17 einen
Wert, der etwa dem 1,8-fachen des Kugelradius 19 der Gelenkschale 5 entspricht.
Dadurch wird eine ausreichende Verdrehbarkeit der Gelenksschalenwelle 2 gegenüber der
Kugelnabenwelle 3 bzw. der entsprechenden Drehachsen 16, 14 gegeneinander
gewährleistet.
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4 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Wellengelenks 1 in nicht zusammengebautem Zustand mit der
Gelenkschalenwelle 2 geschnitten und der Kugelnabenwelle 3 in
Draufsicht. Die Kugelnabenwelle 3 ist in ihrem ersten Endbereich 7 mit
einer einteiligen Kugelnabe 8 ausgebildet. Eine äußere Oberfläche 51 der
Kugelnabe 8 ist zumindest bereichsweise durch eine Kugeloberfläche 52 mit
dem Kugelradius 27 ausgebildet. Ein Mittelpunkt 53 der Kugelnabe 8 bzw.
der Kugeloberfläche 52 liegt
dabei auf der Drehachse 14 der Kugelnabenwelle 3.
Die Zapfenachsen 32, 33 der an der Kugelnabe 8 angeordneten
Zapfen 11 verlaufen durch den Mittelpunkt 53 und
sind senkrecht bezüglich
der Drehachse 14 der Kugelnabenwelle 3 ausgerichtet.
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Im ersten Endbereich 4 der
Gelenkschalenwelle 2 ist eine auf den ersten Endbereich 4 hin
offene Gelenkschale 5 angeordnet, die aus zwei Gelenkschalenteilen 54 bzw. 55 gebildet
wird. Die inneren Oberflächen 15 der
beiden Gelenkschalenteile 54 bzw. 55 werden durch Kugeloberflächen 56 bzw. 57 mit
dem Kugelradius 19 gebildet. Die beiden Kugelschalenteile 54, 55 sind
dabei so angeordnet, dass ein Mittelpunkt 58 der Kugeloberfläche 56 und
ein Mittelpunkt 59 der Kugeloberfläche 57 jeweils um
einen Abstand 60 von der Drehachse 16 der Gelenkschalenwelle 2 distanziert
ist. Die Mittelpunkte 58, 59 der Kugeloberflächen 56, 57 sind
dabei von der Drehachse 16 in zur Drehachse 16 senkrechter
Richtung und auf dem jeweils gegenüberliegenden Gelenkschalenteil 55 bzw. 54 hin
versetzt. Ein größter Abstand 68 von
Punkten der Kugeloberflächen 56, 57 der
beiden Gelenkschalenteile 54, 55 ist somit kleiner als
das doppelte des Kugelradius 27 der Kugelnabe 8.
Die beiden Gelenkschalenteile 54, 55 sind durch jeweils
einen Haltearm 61 bzw. 62 mit dem restlichen Teil
der Gelenkschalenwelle 2 verbunden. Die beiden Haltearme 61, 62 sind
federelastisch verformbar, so dass die beiden Gelenkschalenteile 54, 55 beim
Einsetzen der Kugelnabe 8 in die Gelenkschale 5 in Richtung
senkrecht zur Drehachse 16 der Gelenkschalenwelle 2 nach
außen
gedrückt
werden können. Der
Kugelradius 27 der Kugelnabe 8 ist gleich oder geringfügig kleiner
als der Kugelradius 19 der Gelenkschale 5. Im
eingerasteten Zustand werden die beiden Gelenkschalenteile 54, 55 in
einer auseinander gedrückten
Stellung gehalten und ihre Mittelpunkte 58, 59 fallen
in einem gemeinsamen Punkt bzw. dem Mittelpunkt 53 der
Kugelnabe 8 zusammen. Durch die dabei erreichte federelastische
Vorspannung der Haltearme 61, 62 werden die äußere Oberfläche 51 der
Kugelnabe 8 und die innere Oberfläche 15 der beiden
Gelenkschalenteile 54, 55 stets gegeneinander
gedrückt
gehalten. Entsprechend der zur Drehachse hin gerichteten Neigung
der Gelenkschalenteile 54, 55 und der Haltearme 61, 62 kann ein
Haltearmwinkel 63 durch das Verhältnis aus dem Abstand 60 und
einem Abstand 64 der Mittelpunkte 58, 59 von
Haltearmbefestigungen 65 bzw. 66 der Haltearme 62, 63 definiert
werden. Es ist dabei vorgesehen, dass der Haltearmwinkel 63 einen
Wert aus einem Bereich von 1 bis 4°, bevorzugt einem Wert von 2° hat.
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Für
die Ausgestaltung der Gelenkschale 5 entsprechend diesem
Ausführungsbeispiel
ist weiters vorgesehen, dass in einem nicht mit der Kugelnabe 8 verbundenen
Zustand die Mittelpunkte 58, 59 der Gelenkschalenteile 54, 55 und
die Drehachse 16 der Gelenkschalenwelle 2 eine
gemeinsame Ebene 40 bilden bzw. in der Ebene 40 liegen;
dies ist in der 4 die
Zeichenebene. Betreffend die Anordnung der Mitnahmeschlitze 10 ist
weiters vorgesehen, dass eine die Mitnahmeschlitze 10 halbierende
Symmetrieebene 67 (in 4 ist
dies die Zeichenebene) im nicht mit der Kugelnabe 8 zusammengesetzten Zustand
mit den Mittelpunkten 58, 59 der beiden Gelenkschalenteile 54, 55 die
gemeinsame Ebene 40 bildet. Somit ist ein Mit nahmeschlitz 10 jeweils
zur Gänze
Bestandteil einer der beiden Gelenkschalenteile 54, 55,
wodurch vermieden werden kann, dass durch die Wirkung des zu übertragenden
Drehmoments die beiden Haltearme 61, 62 bzw. die
beiden Gelenkschalenteile 54, 55 auseinander gedrückt werden.
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In den beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen
gemäß den 1 bis 3 bzw. dem Ausführungsbeispiel gemäß der 4 können die unterschiedlichen
Teile der Gelenkschalenwelle 2 als auch der Kugelnabenwelle 3 durch
unterschiedliche Befestigungsarten miteinander verbunden sein. Vorzugsweise
sind die Kugelnabenwelle 3 und die Haltearme 21, 22 der
Kugelabschnitte 12, 13 und die Kugelabschnitte 12, 13 einstückig ausgebildet.
Ebenso ist die Gelenkschalenwelle 2 und die Haltearme der Gelenkschalenteile 54, 55 und
die Gelenkschalenteile 54, 55 bevorzugt einstückig ausgebildet.
Die Gelenkschalenwelle 2 und die Kugelnabenwelle 3 des Wellengelenks 1 werden
vorzugsweise aus einem Werkstoff hergestellt, der aus einer Gruppe,
umfassend Kunststoff, insbesondere Polyoxymethylen (POM), und Metalle,
wie Stahl, Aluminium, ausgewählt
ist.
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Die 5 zeigt
eine Gelenkwelle 71 bestehend aus einer Antriebswelle 72,
einer Zwischenwelle 73 und einer Abtriebswelle 74 perspektivisch
dargestellt. Die Antriebswelle 72 und die Zwischenwelle 73 sind
durch ein Wellengelenk 1 entsprechend dem Ausführungsbeispiel,
wie in den 1 bis 3 beschrieben, miteinander
verbunden. Ein weiteres Wellengelenk 75 – ebenfalls
wie in den 1 bis 3 beschrieben ausgebildet – bildet
die Verbindung der Zwischenwelle 73 mit der Abtriebswelle 74.
Die Zwischenwelle 73 besteht ihrerseits aus einer Profilwelle 76 und
einer Profilnabe 77. Die Profilwelle 76 und die Profilnabe 77 sind
teleskopartig ineinander gefügt,
so dass sie in Richtung parallel zu einer Drehachse 78 der
Zwischenwelle 73 längsverstellbar
sind. In einem dem Wellengelenk 1 zugewandten Endbereich
der Profilwelle 76 ist an dieser die Kugelnabenwelle 3 ausgebildet.
Demgemäß ist an
einem dem Wellengelenk 75 zugewandten Endbereich der Profilnabe 77 ebenfalls
eine Kugelnabenwelle 3 ausgebildet. Der zweite Endbereich 6 der
Gelenkschalenwelle 2 des Wellengelenks 1, d.h.
die Antriebswelle 72, und ebenso der zweite Endbereich 6 der
Gelenkschalenwelle 2 des Wellengelenks 75, d.h.
die Abtriebswelle 74, sind jeweils zur koaxialen Verbindung
mit einer weiteren in 5 nicht
dargestellten Welle eines Getriebes ausgebildet. Eine Drehachse 79 der
Antriebswelle 72 ist in ihrer relativen räumlichen
Richtung bezüglich
der Drehachse 78 der Zwischenwelle 73 um den gemeinsamen
Kugelmittelpunkt der Gelenk schale 5 bzw. der Kugelnabe 8 beliebig
verstellbar. In gleicher Weise ist eine Drehachse 78 der
Abtriebswelle 74 in ihrer räumlichen Richtung relativ zur
Drehachse 78 der Zwischenwelle 73 beliebig verstellbar.
Durch die Längenverstellbarkeit
der Zwischenwelle 73 erlaubt somit die Gelenkwelle 71 gemäß 5 die Übertragung von Drehbewegungen
zwischen drehbaren Teilen eines Getriebes, wobei die jeweiligen Drehachsen 79, 80 bzw.
die Antriebswelle 72 und die Abtriebswelle 74 neben
ihrer räumlichen
Ausrichtung auch ihre räumliche
Lage verändern
können.
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6 zeigt
einen Querschnitt der Zwischenwelle 73 senkrecht zur Drehachse 78 geschnitten. Die
Profilnabe 77 wird durch eine Nabenachse 81 und
an der Nabenachse angeordnete und parallel zur Drehachse 78 der
Zwischenwelle 73 gerichtete Mitnahmestege 82 gebildet
(5). Ein Profil einer
inneren Oberfläche 83 der
Profilwelle 76 ist mit die Mitnahmestege 82 aufnehmenden
Nuten 84 ausgebildet. Somit ist es möglich, zwischen der Profilwelle 76 und
der Profilnabe 77 Drehmomente bezüglich der Drehachse 78 der
Zwischenwelle 73 zu übertragen.
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Die Nabenachse 81 ist vorzugsweise
durch einen Zylinder 85 ausgebildet. Demgemäß ist auch vorgesehen,
dass die innere Oberfläche 83 der
Profilwelle 76 in Bereichen zwischen den Nuten 84 zylinderförmig ausgebildet
ist. Ein innerer Durchmesser 86 der Profilwelle 76 ist
dabei nur geringfügig
kleiner als ein Durchmesser 87 des Zylinders 85 der
Profilnabe 77, wodurch das mechanische Spiel in einer Richtung
senkrecht zur Drehachse 78 der Zwischenwelle 73 zwischen
der Profilwelle und der Profilnabe möglichst gering gehalten werden
kann und Vibrationen bzw. Geräuschentwicklungen
während
des Betriebes weitestgehend vermieden werden. Für die Ausbildung der Nuten 84 der
Profilwelle 76 für
die Mitnahmestege 82 ist weiters vorgesehen, dass die Nuten 84 mit
Anlageflächen 88 ausgebildet
sind, wobei die Anlageflächen 88 so
ausgerichtet sind, dass eine Tangente 89 an einen zu der
Drehachse 78 der Zwischenwelle 73 konzentrischen
Kreis 90 in einem Punkt 91 der Anlagefläche 88 annähernd senkrecht bezüglich der
Anlagefläche 88 ausgerichtet
ist. Die Richtung der Kraftübertragung
zwischen einem Mitnahmesteg 82 und einer Anlagefläche 88 der
Nut 84 ist somit ebenfalls annähernd senkrecht zur Anlagefläche 88,
wodurch vermieden werden kann, dass die Profilnabe 77 in
der Profilwelle 76 verkantet bzw. klemmt und damit die
Längsbeweglichkeit
parallel zur Drehachse 78 der Zwischenwelle 73 behindert wird.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel
des Wellengelenks 1, gemäß der Beschreibung in den 1 bis 3, ist es auch möglich, dass die Kugelnabe 8 der
Kugelnabenwelle 3 aus mehr als zwei Kugelabschnitten 12, 13 gebildet
ist. So kann die Kugelnabe 8 z.B. aus vier Kugelabschnitten 12, 13 gebildet
sein, wodurch die entsprechenden Andruckkräfte an die innere Oberfläche 15 der
Gelenksschale 5 auf entsprechend mehr zur Drehachse 14 der
Kugelnabenwelle 3 senkrechte Richtungen aufgeteilt wird.
Analog dazu ist es auch möglich,
dass in einem Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Wellengelenks 1 gemäß der Beschreibung
nach 4 die Gelenkschale 5 durch
mehr als zwei Gelenkschalenteile 54, 55 gebildet
wird.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel
des Wellengelenks 1 ist es aber auch möglich, dass sowohl die Kugelnabe 8 als
auch die Gelenksschale 5 mehrteilig ausgebildet sind.
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Möglich
sind aber auch Ausführungen
des Wellengelenks 1, wobei die Gelenkschale 5 über keinen
Schnappwulst 17 verfügt.
Eine demgemäße Ausführungsform
kann in besonderen Anwendungsfällen,
in denen die Gelenksschalenwelle 2 und die Kugelnabenwelle 3 durch
andere Maßnahmen
in ihrer Lage fixiert gehalten werden, von Vorteil sein.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Gelenkwelle gemäß der Beschreibung
der 5 und 6 ist es selbstverständlich auch
möglich,
dass an der Profilnabe 77 der Zwischenwelle 73 mehr
aber auch weniger als vier Mitnahmestege 82 angeordnet
sind. Insbesondere wäre
es auch ausreichend, dass nur ein Mitnahmesteg 82 an der
Profilnabe 77 ausgebildet ist.
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Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen,
dass zum besseren Verständnis
des Aufbaus des Wellengelenks und der Gelenkwelle diese bzw. deren
Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder
vergrößert und/oder
verkleinert dargestellt wurden.
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Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende
Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.
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Vor allem können die einzelnen in den 1 bis 3; der 4 und
den 5 bis 6 gezeigten Ausführungen
den Gegenstand von eigenständigen,
erfindungsgemäßen Lösungen bilden.
Die diesbezüglichen,
erfindungsgemäßen Aufgaben
und Lösungen sind
den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.
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- 1
- Wellengelenk
- 2
- Gelenkschalenwelle
- 3
- Kugelnabenwelle
- 4
- Endbereich
- 5
- Gelenkschale
- 6
- Endbereich
- 7
- Endbereich
- 8
- Kugelnabe
- 9
- Endbereich
- 10
- Mitnahmeschlitz
- 11
- Zapfen
- 12
- Kugelabschnitt
- 13
- Kugelabschnitt
- 14
- Drehachse
- 15
- Oberfläche
- 16
- Drehachse
- 17
- Schnappwulst
- 18
- Kugeloberfläche
- 19
- Kugelradius
- 20
- Mittelpunkt
- 21
- Haltearm
- 22
- Haltearm
- 23
- Oberfläche
- 24
- Oberfläche
- 25
- Kugeloberfläche
- 26
- Kugeloberfläche
- 27
- Kugelradius
- 28
- Mittelpunkt
- 29
- Mittelpunkt
- 30
- Abstand
- 31
- Abstand
- 32
- Zapfenachse
- 33
- Zapfenachse
- 34
- Ebene
- 35
- Neigungswinkel
- 36
- Haltearmwinkel
- 37
- Abstand
- 38
- Haltearmbefestigung
- 39
- Haltearmbefestigung
- 40
- Ebene
- 41
- Umkreisdurchmesser
- 42
- Oberfläche
- 43
- Durchmesser
- 44
-
- 45
-
- 46
-
- 47
-
- 48
-
- 49
-
- 50
-
- 51
- Oberfläche
- 52
- Kugeloberfläche
- 53
- Mittelpunkt
- 54
- Gelenkschalenteile
- 55
- Gelenkschalenteile
- 56
- Kugeloberfläche
- 57
- Kugeloberfläche
- 58
- Mittelpunkt
- 59
- Mittelpunkt
- 60
- Abstand
- 61
- Haltearm
- 62
- Haltearm
- 63
- Haltearmwinkel
- 64
- Abstand
- 65
- Haltearmbefestigung
- 66
- Haltearmbefestigung
- 67
- Symmetrieebene
- 68
- Abstand
- 69
-
- 70
-
- 71
- Gelenkwelle
- 72
- Antriebswelle
- 73
- Zwischenwelle
- 74
- Antriebswelle
- 75
- Wellengelenk
- 76
- Profilwelle
- 77
- Profilnabe
- 78
- Drehachse
- 79
- Drehachse
- 80
- Drehachse
- 81
- Nabenachse
- 82
- Mitnahmesteg
- 83
- Oberfläche
- 84
- Nut
- 85
- Zylinder
- 86
- Durchmesser
- 87
- Durchmesser
- 88
- Anlagenfläche
- 89
- Tangente
- 90
- Kreis
- 91
- Punkt