DE3606073C2

DE3606073C2 - Drehgelenk

Info

Publication number: DE3606073C2
Application number: DE3606073A
Authority: DE
Inventors: Daniel Wesley Hazebrook
Original assignee: GKN Automotive Components Inc
Current assignee: GKN Driveline North America Inc
Priority date: 1985-02-22
Filing date: 1986-02-21
Publication date: 1993-09-30
Anticipated expiration: 2006-02-22
Also published as: JPS61228123A; GB2171493B; FR2578013B1; GB8603738D0; CA1274098A; JPH0470491B2; GB2171493A; US4634402A; FR2578013A1; DE3606073A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehgelenk zur Drehmomentüber tragung mit einem einstückigen Gelenkinnenteil mit einem Endabschnitt, der eine teilweise kugelige Konfiguration und radial verlaufende Ausnehmungen aufweist, einem ein stückigen Gelenkaußenteil, mit einer Mehrzahl von kugeli gen Innenflächenabschnitten, das mit einer Mehrzahl von längsverlaufenden Ausnehmungen versehen ist, wobei jeder der kugeligen Innenflächenabschnitte sich über dem Umfang über einen Bogen erstreckt, der nicht größer ist als die Umfangserstreckung der längsverlaufenden Ausnehmungen, und einer Mehrzahl von Kugeln, wobei jede Kugel in eine der Ausnehmungen in dem einstückigen Gelenkinnenteil und in eine der längsverlaufenden Ausnehmungen in dem einstückigen Gelenkaußenteil eingreift, wobei sich die Kugeln bei ge strecktem Gelenk innerhalb der radialen Ausnehmungen in dem ein stückigen Gelenkinnenteil berühren.

Ein derartiges Drehgelenk ist aus der US 4 156 354 be kannt. Diese offenbart ein Gelenk, bei dem das Drehmoment durch zwischen dem Gelenkinnen- und -außenteil angeordnete Rollenkörper übertragen wird, die ebenflächig begrenzte Ausnehmungen in dem Gelenkinnenteil einnehmen.

In sämtlichen Aus führungen, die als Festgelenke ausgeführt sind, bei denen Gelenkinnen- und Gelenkaußenteil gleitend ineinander greifen, sind die Bahnen im Gelenkaußenteil im Längsschnitt betrachtet ge krümmt und damit in der Herstellung aufwendig und teuer.

Eine Ausführung ist mit im Gelenkaußenteil geradlinig verlaufenden Ausnehmungen für die Rollenkörper versehen, wobei dieses Gelenk jedoch nicht als Festgelenk ausgeführt ist, so daß folglich auch keine Axialkräfte übertragen werden können.

Die US 2 910 845 A beschreibt ein Drehgelenk, bei dem kugelige Antriebskörper so gehalten werden, daß sie sich um auf dem Gelenkinnenteil vorgesehene Zapfen drehen. Ein solches Halten der Antriebskörper hat insofern eine uner wünschte Wirkung, als es die Reibung im Gelenk erhöht.

Die US 4 377 385 A schlägt ein Gelenk vor, bei dem die drehmomentübertragenden Kugeln durch einen Teil des Ge lenkinnenteils, das eine komplizierte Kugeleingriffsfläche aufweist, voneinander getrennt werden. Dabei weist das Gelenkinnenteil an seinem axialen Ende eine Öffnung auf, um bei der Montage, die ein Abbeugen des Gelenkes erfordert, das Einführen der Kugeln zu ermöglichen. Diese Konstruktion ist kompliziert und teuer und schließt aus wirtschaft lichen Gründen dieses Gelenk für viele Anwendungsfälle aus.

Aus der DE 84 23 740 U1 ist ein Festgelenk mit mehrteilig aufgebautem Gelenkaußenteil bekannt, bei dem das Gelenk außenteil aus zwei Kugelschalen und einem zylindrischen Mittelabschnitt hergestellt ist, die miteinander ver schraubt werden müssen. Das Gelenk ist damit offensicht lich teuer und kompliziert in der Herstellung und Montage.

Die US 1 838 310 offenbart Festgelenke, bei denen einerseits die Bahnen im Gelenkinnenteil gekrümmt verlaufen und damit in der Herstellung teuer sind, andererseits das Gelenk außenteil mehrteilig aufgebaut ist, um eine Montage des Gelenkinnenteils im Gelenkaußenteil überhaupt zu ermög lichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Drehgelenk der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei kosten günstiger Herstellung insbesondere bei kleineren Beugungs winkeln eine gleichmäßige spielfreie Drehmomentübertragung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Drehgelenk zur Drehmomentübertragung dadurch gelöst,
daß die kugeligen Innenflächenabschnitte und der teilweise kugelige Endabschnitt des einstückigen Gelenkinnenteils gleitend ineinandergreifen, um eine Beugung zwischen Ge lenkinnen- und Gelenkaußenteil zu ermöglichen und eine Axialbewegung zwischen diesen beiden Teilen zu verhindern,
daß die Ausnehmungen im Gelenkaußenteil gradlinig verlaufen und jede der Kugeln bei Beugung zwischen dem Gelenkinnen- und dem Gelenkaußenteil in den Ausnehmungen des einstückigen Gelenkinnenteils radial verlagerbar ist,
daß das Gelenkinnenteil (25) an seinem axialen Ende eine mit den radial verlaufenden Ausnehmungen (41 ) in Verbindung stehende Axialöffnung (48) aufweist, um das Ein führen der Kugeln (40) in die Ausnehmungen (41) zu ermöglichen, nachdem Gelenkinnen- und Gelenkaußenteil (25, 26) zusammengebaut sind und
daß Haltemittel (46) zum Schließen der Axialöffnung (48) in dem Gelenkinnenteil (25) vorgesehen sind, um die Kugeln (40) in den Ausnehmungen (41) zu halten.

Die Kombination dieser erfindungsgemäßen Gelenkmerkmale gewährleistet eine gleichmäßige spielfreie Drehmomentüber tragung, wenn Gelenkinnen- und -außenteil von der fluchtenden Stellung aus um bis zu ca. 8° relativ zuein ander gebeugt sind, und eine gleichmäßigere Drehmoment übertragung als viele andere Gelenktypen, selbst wenn der Beugungswinkel größer ist. Das Gelenk kann beachtliche Schubbelastungen zwischen dem Gelenkinnen- und -außenteil aufnehmen und läßt sich dennoch aufgrund geringer An sprüche an die Fertigungsgenauigkeit relativ preisgünstig herstellen.

Im folgenden werden in den Figuren Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anwendung eines erfindungsgemäßen Gelenks, bei der die drehmoment übertragenden Wellen relativ zueinander versetzt sind,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Anwendung eines erfindungsgemäßen Gelenks, bei der eine Wellenab winkelung und/oder ein Wellenversatz vorliegt,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Anwendungsfal les mit einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Dreh gelenken,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines in einem Ab triebssystem verwendeten erfindungsgemäßen Dreh gelenks,

Fig. 5 zeigt schematisch die Verwendung eines erfindungs gemäßen Drehgelenks in einem Steckschlüsselantrieb,

Fig. 6 zeigt einen Teil eines Längsschnitts eines einzel nen Drehgelenks nach der Erfindung,

Fig. 7 ist ein Querschnitt entlang der Linie 7-7 der Fig. 6,

Fig. 8 zeigt einen Längsschnitt eines Doppeldrehgelenks nach der Erfindung.

In den Fig. 1 bis 5 sind mehrere Anwendungsfälle für die Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Fall, wo die Welle eines Motors 30 und die Antriebswelle eines Ge triebes 31 relativ zueinander versetzt sind. Motor und Getriebe sind durch ein Doppeldrehgelenk 32 verbunden.

Die Fig. 2 zeigt den gleichen Motor und das gleiche Ge triebe wie in Fig. 1, aber für den Fall, wo eine Ab winkelung und ggfs. ein Versatz vorgesehen ist. Wiederum sind die Welle des Motors 30 und Antriebswelle des Ge triebes 31 durch ein Drehgelenk 32 miteinander verbunden.

Die Fig. 3 zeigt einen Anwendungsfall, wo eine beachtliche Fluchtverlagerung zwischen der Welle des Motors 30 und der Antriebswelle des Getriebes 31 besteht. Diese Fluchtver lagerung ist durch eine Reihe von miteinander verbundenen Drehgelenken 32 überbrückt, die Motor und Getriebe mitein ander verbinden.

Die Fig. 4 zeigt einen Fall, wo eine Ausführungsform der Erfindung in einem Abtriebssystem Verwendung findet. Eine Kraftquelle wie z. B. ein landwirtschaftlicher Schlepper oder ein anderes Fahrzeug 33 ist mit einem angetriebenen Gerät 34 durch eine Zugstange 38 verbunden. Das Fahrzeug erzeugt einen Drehantrieb für den Betrieb des Gerätes 34. In diesem Fall wird ein Drehgelenk 37 für die Übertragung der Antriebskraft verwendet.

In der Fig. 5 ist ein herkömmlicher Ratschenschlüssel 27 mit einem quadratischen Steckzapfen dargestellt, wobei der Antrieb eine Verlängerung 28 mit einer quadratischen Stecköffnung aufweist. Die Verlängerung 28 ist in einem Gelenkaußenteil 26 eines Drehgelenks 24 angeordnet. Das Drehgelenk 24 weist weiterhin ein Gelenkinnenteil oder Zapfenteil 25 auf.

In den Fig. 6 und 7 weist das dargestellte Gelenk ein Gelenkaußenteil 26 auf, das an einem Ende mit einem (nicht dargestellten) Bodenabschnitt zum Anschluß der anzutreibenden Vorrichtung versehen ist. An den Bodenab schnitt schließt sich direkt ein vergrößerter Abschnitt 38 an, der mit drei gradlinig verlaufenden, umfangsverteil ten, axial sich erstreckenden Ausnehmungen 39 versehen ist, von denen zwei in der Fig. 6 erkennbar sind. Die gradlinigen Ausnehmungen 39 können gleichmäßig umfangsver teilt angeordnet sein, wobei jede eine teilweise zylin drische Form aufweist, um eine der drei Kugeln 40 aufzunehmen. Das Drehmoment wird zwischen dem Gelenkinnen teil 25 und dem Gelenkaußenteil 26 durch die Kugeln 40 übertragen, wobei jede Kugel in die entsprechende Öffnung 41 in dem vergrößerten Endabschnitt 42 des Gelenkinnen teils 25 sowie in die Ausnehmung 39 des Gelenkaußenteils eingreift. Wie aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich ist, liegen die Mittelpunkte der Kugeln 40 in einer Ebene, die senkrecht auf der Mitteldrehachse des Gelenkinnenteils 25 steht.

Der vergrößerte Endabschnitt 42 des Gelenkinnenteils 25 ist im wesentlichen kugelförmig, wobei drei um den Umfang in einem Abstand voneinander angeordnete, nach außen weisende, teilweise kugelige Flächenabschnitte 43 zwischen den Kugeln 40 vorgesehen sind. Das Innere des Gelenk außenteils 26 ist mit in einem Abstand voneinander ange ordneten, nach innen weisenden, teilweise kugeligen Flächenabschnitten 44 versehen, die mit den Flächenab schnitten 43 des Gelenkinnenteils zusammenarbeiten, um eine kugelgelenkartige Schwenkverbindung zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkaußenteil zu bilden. Als Folge der kugelgelenkartigen Verbindung zwischen dem Ge lenkinnenteil 25 und dem Gelenkaußenteil 26 können zwischen diesen beiden Teilen Druck- oder Zugkräfte aufge nommen werden, die nicht auf die Kugeln weitergeleitet werden. Derartige Kräfte würden andernfalls die einwand freie Drehmomentübertragung zwischen dem Gelenkinnen- und dem Gelenkaußenteil durch die Kugeln beeinträchtigen.

Die Drehgelenkbeugung wird durch die Kugel- und Pfannenver bindung zwischen dem Gelenkinnenteil 25 und dem Gelenkaus senteil 26 und durch die gradlinigen Ausnehmungen 39 ermöglicht, die es den Kugeln 40 gestatten, darin abzu rollen, um neue Stellungen, die durch die relativen Win kelstellungen des Gelenkinnen- und des Gelenkaußenteils bestimmt werden, einzunehmen. Wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt wird, werden eine einfache Konstruktion und relativ niedrige Fertigungskosten dadurch erreicht, daß die Kugeln 40 durch die Öffnungen 41 einander berühren können, wenn das Gelenk nicht gebeugt ist. Bei einer Beu gung zwischen dem Gelenkinnenteil 25 und dem Gelenkaußen teil 26 werden die Kugeln 40 in den Öffnungen 41 in dem Gelenkinnenteil aufgrund der gradlinigen Ausnehmungen 39 in dem Gelenkaußenteil nicht zurückgehalten und können die Tendenz haben, sich durch die Schwerkraft oder Zentri fugalkraft voneinander zu trennen. Eine solche Trennung der Kugeln wird jedoch wegen der Kugel- und Pfannen-Verbin dung zwischen dem Gelenkinnen- und -außenteil, kein großes Spiel in dem Gelenk zur Folge haben, wie oben beschrieben, auch nicht bei größeren Beugungswerten, d. h. bei einer Beugung bis zu ca. 8° zwischen dem Gelenkinnenteil 25 und dem Gelenkaußenteil 26.

Um den Zusammenbau des Gelenks zu vereinfachen, ist der durch die Abmessung "R" in der Zeichnung angedeutete Bogen eines jeden teilweise kugeligen Flächenabschnitts 44 des Gelenkinnenteils 25 im Querschnitt nicht größer als der durch die Abmessung "S" in der Zeichnung angedeutete Bogen der benachbarten, kugelaufnehmenden, gradlinigen Ausnehmung 39 im Quer schnitt. Auf diese Weise kann das Gelenkinnenteil vor Einbau der Kugeln 40 in das Gelenkaußenteil 26 eingesetzt werden, indem die teilweise kugeligen Flächenabschnitte 43 des Gelenkinnenteils so angeordnet werden, daß sie mit den gradlinigen Ausnehmungen 39 des Gelenkaußenteils fluchten. Dann wird das Gelenkinnenteil 25 so lange in das Gelenk außenteil eingeschoben, bis die teilweise kugeligen Flächenabschnitte 43 des Gelenkinnenteils axial mit den entsprechenden teilweise kugeligen Flächenabschnitten 44 des Gelenkaußenteils fluchten. Anschließend werden Gelenk innenteil 25 und Gelenkaußenteil 26 relativ zueinander gedreht - im Falle eines Gelenks mit drei Kugeln um 60°, so wie es in der Zeichnung gezeigt wird - damit die teil weise kugeligen Flächenabschnitte 43 und 44 ineinander eingreifen. Daraufhin werden die Kugeln 40 in das Gelenk innenteil 25 durch an dessen Ende vorgesehene einseitig offene Schlitze 45 eingeführt. Ein Ausweichen der Kugeln 40 kann verhindert werden, indem abschließend ein Sicherungsring 46 hinter einer Umfangslippe in einer Axialöffnung 48 angeordnet wird.

Wie aus der Fig. 6 zu sehen ist, ist das Gelenkinnenteil 25 mit einer Welle 25a versehen, die mit nicht dargestellten Mitteln versehen werden kann, um sie an dem treibenden oder angetriebenen Körper z. B. an einer Motorausgangswelle oder an der Eingangswelle der von dem Motor angetriebenen Vorrichtung zu befestigen, oder die Welle 25a kann direkt mit der Motorausgangswelle oder der Eingangswelle der angetriebenen Vorrichtung verbunden werden.

Die Fig. 8 zeigt ein Doppeldrehgelenk, das aus einem einzigen Gelenkaußenteil 126 und zwei gegenüberliegenden Gelenkinnenteilen 125 besteht, die beide die gleiche Kon struktion wie das in den Fig. 6 und 7 dargestellte Gelenkinnenteil 26 aufweisen. Eines der Gelenkinnenteile kann in das Gelenkaußenteil 126 in der Weise eingebaut werden, wie es im Zusammenhang mit dem Einbau des Gelenk innenteils 25 in das Gelenkaußenteil 26 der Fig. 6 und 7 beschrieben wurde. Da durch den Einbau des ersten Ge lenkinnenteils 125 in das Gelenkaußenteil 126 der Zugang zu den Endöffnungen in dem anderen Gelenkinnenteil blockiert wird, müssen die Kugeln in das zweite Gelenk innenteil eingesetzt werden, bevor dieses in das Gelenk außenteil eingebaut wird. Das bedeutet, daß das offene Ende des Gelenkaußenteils, das das zweite Gelenkinnenteil aufnimmt, zunächst groß genug sein muß, um das zusammenge baute Gelenkinnenteil durch dieses offene Ende aufnehmen zu können. Dieses offene Ende kann dann durch einen geeig neten Formvorgang verkleinert werden, damit das zweite Gelenkinnenteil in seiner Stellung verbleibt.

Claims

Drehgelenk zur Drehmomentübertragung mit einem ein stückigen Gelenkinnenteil (25) mit einem Endabschnitt (42), der eine teilweise kugelige Konfiguration und radial verlaufende Ausnehmungen (41) aufweist, einem einstückigen Gelenkaußenteil (26), mit einer Mehrzahl von kugeligen Innenflächenabschnitten (44), das mit einer Mehrzahl von längsverlaufenden Ausnehmungen (39) versehen ist, wobei jeder der kugeligen Innenflächen abschnitte (44) sich über dem Umfang über einen Bogen erstreckt, der nicht größer ist als die Umfangser streckung der längsverlaufenden Ausnehmungen (39), und einer Mehrzahl von Kugeln (40), wobei jede Kugel in eine der Ausnehmungen in dem einstückigen Gelenkinnen teil und in eine der längsverlaufenden Ausnehmungen (39) in dem einstückigen Gelenkaußenteil (26) eingreift wobei sich die Kugeln bei gestrecktem Gelenk innerhalb der radialen Ausnehmungen (41) in dem einstückigen Gelenk innenteil berühren,
dadurch gekennzeichnet,
daß die kugeligen Innenflächenabschnitte (44) und der teilweise kugelige Endabschnitt (43) des einstückigen Gelenkinnenteils (25) gleitend ineinandergreifen, um eine Beugung zwischen Gelenkinnen- und Gelenkaußenteil zu ermöglichen und eine Axialbewegung zwischen diesen beiden Teilen zu verhindern, daß die Ausnehmungen (39) im Gelenkaußenteil (26) geradlinig verlaufen und jede der Kugeln (40) bei Beugung zwischen dem Gelenk innen- und dem Gelenkaußenteil in den Ausnehmungen des einstückigen Gelenkinnenteils (25) radial verlagerbar ist,
daß das Gelenkinnenteil (25) an seinem axialen Ende eine mit den radial verlaufenden Ausnehmungen (41) in Verbindung stehende Axialöffnung (48) aufweist, um das Ein führen der Kugeln (40) in die Ausnehmungen (41) zu ermöglichen, nachdem Gelenkinnen- und Gelenkaußenteil (25, 26) zusammengebaut sind und
daß Haltemittel (46) zum Schließen der Axialöffnung (48) in dem Gelenkinnenteil (25) vorgesehen sind, um die Kugeln (40) in den Ausnehmungen (41) zu halten.