DE2114802B2 - Kardanbiegegelenk - Google Patents
KardanbiegegelenkInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kardanbiegegelenk der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen
Gattung.
Derartige kardanische Biegegelenke sind bekannt, insbesondere auch für die Verwendung zur Verbindung
des Läufers bzw. Schwungrades eines Kreisels mit drei Freiheitsgraden mit der zugehörigen Antriebswelle, so
daß der Läufer bzw. das Schwungrad durch die Antriebswelle in Umdrehung versetzt werden kann,
dennoch aber in einem bestimmten Winkelbereich gegenseitiger Kippung von Läufer bzw. Schwungrad
s und Antriebswelle keine Beeinflussung durch Federkräfte
gegeben ist Die vier dünnen Biegestreben jedes der beiden Bauteile, welche in zwei gegenseitig um 90°
versetzten Paaren angeordnet sind, wobei das eine Paar einander diametral gegenüberliegender Biegestreben
den mittleren kardanischen Teilbereich mit dem einen und das andere Paar einander diametral gegenüberliegender
Biegestreben den mittleren kardanischen Teilbereich mit dem anderen der beiden äußeren kardanischen
Teilbereiche des jeweiligen Bauteils verbindet, werden durch Einbringen von vier gleichmäßig über den
Umfang verteilten Paaren von einzelnen Sacklöchern in die Außenwandung eines hohlen zylindrischen Werkstückes
hervorgebracht Das Einschneiden der Sacklöcher ist besonders schwierig, insbesondere aufgrund
dessen, daß die empfindlichen, dünnen Biegestreben jedes der beiden Bauteile beim Zusammenbau leicht
zerbrochen oder überbeansprucht werden, da keine etwaige gegenseitige Bewegungen der kardanischen
Teilbereiche des einen bzw. des anderen Bauteils begrenzenden Anschläge vorgesehen sind. Bei derart
hervorgebrachten Sacklöchern ist es erfordsrlich, das innere und das äußere Bauteil mit Hilfe von äußeren
Bezugsflächen zu positionieren. Dies hat zur Folge, daß in der Fertigung häufig geringe Fluchtungsfehler
bezüglich der Biegeachsen der beiden Bauteile auftreten, was wiederum zu übermäßigen und unsymmetrischen
Federkonstanten im fertigen Kreisel führt. Weiterhin ist mit dem geschilderten Hervorbringen der
Biegestreben eine ungleichmäßige Dicke derselben über deren jeweiliger Biegeachse verbunden, was weitere
Unregelmäßigkeiten hinsichtlich der Federkonstanten des Biegegelenkes bewirkt (DE-PS 12 81 216).
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kardanbiegegelenk der im Oberbegriff des Hauiptanspruchs
angegebenen Gattung zu schaffen, welches einfacher und mit größerer Genauigkeit herstellbar ist.
Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kardanbiegegelenkes sind in den restlichen Ansprüchen
gekennzeichnet.
Nachstehend sind zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kardanbiegegelenkes anhand der
Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigt
so F i g. 1 eine vergrößerte perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform, wobei die beiden
zugehörigen Zylinderrohre auseinandergezogen wiedergegeben sind,
äußeren Zylinderrohres der Ausführungsform nach Fig. 1,
bzw. 5 entsprechende Ansicht einer zweiten Ausführungsform und
F i g. 11 eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform
gemäß F i g. 6 bis 10 mit Schneidwerkzeugen zur Herstellung derselben
hi Das Kardanbiegegelenk gemäß F i g. 1 bis 5 weist ein
inneres Zylinderrohr 10 und ein äußeres Zylinderrohr 40 auf, welche ineinander geschoben sind und sich
konzentrisch zu einer gemeinsamen Längsachse Z
erstrecken.
Gemäß F i g. 1 und 2 weist das innere Zylinderrohr 10 mit einer zentralen Bohrung 12 ein Paar von
Umfangsschlitzen 14 und 16 auf, die U-förmig ausgebildet sind. An den Enden jedes Unifangsschlitzes
14 bzw. 16 ist jeweils eine radial verlaufende Durchgangsbohrung 14a bzw. 146 bzw. 16a bzw. 16/? mit
einem Durchmesser größer als die Schlitzbreite ausgebildet Die Durchgangsbohrungen 146 und 16a der
beiden Umfangsschlitze 14 und 16 und die anderen beiden Durchgangsbohrungen 166 und 14a der beiden
Umfangsschlitze 14 und 16 liegen ein kleines Stück auseinander, um eine eingeschnürte Biegestrebe 18 bzw.
20 auszubilden. Beide Biegestreben 18 und 20 verlaufen parallel zur Längsachse Z
Zusätzlich ist im inneren Zylinderrohr 10 ein zweites Paar von Umfangsschlitzen 24 und 26 in Richtung der
Längsachse Z gegenüber den Umfangsschlitzen 14 und 16 versetzt ausgebildet, welche ebenfalls jeweils eine
U-förmige Gestalt aufweisen, aber gegenüber den Umfangsschlitzen 14 und 16 umgekehrt angeordnet
sind. Durchgangsbohrungen 24a und 24b sind an den Enden des Umfangsschlitzes 24 und Durchgangsbohrungen
26a und 26b sind an den Enden des Umfangsschlitzes 26 vorgesehen. Die Durchgangsbohrungen
24b und 26a der beiden Umfangsschlitze 24 und 26 liegen unmittelbar nebeneinander, ebenso wie deren
andere beiden Durchgangsbohrungen 266 und 24a, um jeweils eine eingeschnürte Biegestrebe 28 bzw. 30 zu
bilden. Genauso wie die Biegestreben 18 und 20 verlaufen die Biegestreben 28 und 30 parallel zur
Längsachse Z
Wie aus F i g. 2 ersichtlich, sind die Biegestreben 18,
20,28 und 30 gleichmäßig über den Umfang des inneren Zylinderrohres 10 verteilt, also gegenseitig um 90°
versetzt, wobei der Umfangsschlitz 14 die Biegestrebe 28, der Umfangsschlitz 16 die Biegestrebe 30, der
Umfangsschlitz 24 die Biegestrebe 20 und der Umfangsschlitz 26 die Biegestrebe 18 überdeckt
Durch die beiden Paare von Umfangsschlitzen 14 und 16 bzw. 24 und 26 sind drei kardanische Teilbereiche 32,
34 und 36 ausgebildet die über die Biegestreben 18,20, 28 und 30 gegenseitig verbiegbar sind, wobei für
Steifigkeit in Richtung der Längsachse Zgesorgt ist.
Das äußere Zylinderrohr 40 gemäß F i g. 1 und 3 ist dem inneren Zylinderrohr 10 ähnlich, abgesehen davon,
daß dessen Biegestreben senkrecht zur Längsachse Z verlaufen. So sind Umfangsschlitze 44 und 46 in der
Wandung des Zylinderrohres 40 vorgesehen, die ebenfalls U-förmig und an den Enden jeweils mit einer
Durchgangsbohrung 44a bzw. 44b bzw. 46a bzw. 46b ausgebildet sind. Die Durchgangsbohrungen 44b und
46a der beiden Umfangsschlitze 44 und 46 liegen in Richtung der Längsachse Z etwas auseinander, ebenso
wie deren beide anderen Durchgangsbohrungen 46b und 44a, um eine Biegestrebe 48 bzw. 50 zu bestimmen.
Weiterhin ist ein zweites Paar von Umfangsschlitzen 54 und 56 im Zylinderrohr 40 ausgebildet, die in
Richtung der Längsachse Z gegenüber den Umfangsschlitzen 44 und 46 versetzt und ebenfalls U-förmig
ausgebildet sind, aber gegenüber den Umfangsschlitzen 44 und 46 umgekehrt angeordnet sind. An den Enden
der Umfangsschlitze 54 und 56 ist jeweils eine Durchgangsbohrung 54a bzw. 54b 56a bzw. 566
ausgebildet. Die Durchgangsbohrungen 56a und 54b der beiden Umfangsschlitze 54 und 56 sind in Richtung der
Längsachse Z versetzt, ebenso wie deren andere beiden Durchgangsbohrungen 54a und 566, um eine Biegestrebe
58 bzw. 60 auszubilden. Die Biegestreben 48, 50, 58 und 60 verlaufen also senkrecht zur Längsachse Z
Wie bei dem Zylinderrohr 10 sind die Biegestreben 48,50,58 und 60 um 90° gegeneinander versetzt wobei
der Umfangsschlitz 44 die Biegestrebe 58, der Umfangsschlitz 46 die Biegestrebe 60, der Umfangsschlitz
54 die Biegestrebe 50 und der Umfangsschlitz 56 die Biegestrebe 48 überdeckt.
Auf diese Weise sind durch die beiden Paare von
Auf diese Weise sind durch die beiden Paare von
ίο Umfangsschlitzen 44 und 46 bzw. 54 und 56 drei
kardanische Teilbereiche 62, 64 und 66 ausgebildet, wobei die Biegestreben 48, 50, 58 und 60 eine relative
Biegebewegung zwischen den kardanischen Teilbereichen 62,64 und 66 ermöglichen.
In F i g. 4 und 5 ist das innere Zylinderrohr 10 in das äußere Zylinderrohr 40 eingesetzt so daß die Umfangsschlitze
14 und 44 bzw. 16 und 46 bzw. 24 und 54 bzw. 26 und 56 fluchten. Da die kardanischen Teilbereiche 32,34
und 36 des ZyHnderrohres 10 jeweils weitgehend mit dem kardanischen Teilbereich 62 bzw. 64 bzw. 66 des
ZyHnderrohres 40 übereinstimmen, weisen die drei kardanischen Teilbereiche die doppelte Stärke auf.
Bei der Herstellung werden zunächst die Zylinderrohre 10 und 40 in entsprechenden Größen erzeugt und die
verschiedener. Durchgangsbohrungen 14a, 146,16a, 166,
24a, 24b, 26a, 26b bzw. 44a, 44b, 46a, 466, 54a, 546, 56a,
566 in ihnen ausgebohrt. Dann wird das innere Zylinderrohr 10 in das äußere Zylinderrohr 40
eingesetzt und zwar mit der richtigen Stellung der Durchgangsbohrungen des inneren Zylinderrohres 10
einerseits und des äußeren Zylinderrohres 40 andererseits zueinander, wonach die Zylinderrohre 10 und 40 in
herkömmlicher Weise (beispielsweise durch Elektronenstrahl-Schweißung oder durch Verkleben) an einer
oder mehreren Umfangsstellen miteinander verbunden werden. Die Umfangsschlitze 14 und 44 werden dann
mittels eines einzigen Schnittes herausgeschnitten, genauso wie die übrigen Umfangsschlitze 16 und 46,24
und 54,26 und 56.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 6 bis 10 sind ein
inneres Zylinderrohr 110 und ein äußeres Zylinderrohr 140 ähnlich dem Zylinderrohr 10 bzw. 40 der ersten
Ausführungsform vorgesehen. Ein Paar von U-förmigen Umfangsschlitzen 114 und 116 sind in dem inneren
Zylinderrohr 110 ausgebildet, wie in Fig.7 besonders
gut zu erkennen ist Auch hier ist an jedem Ende jedes Umfangsschlitzes 114 bzw. 116 eine radial verlaufende
Durchgangsbohrung 114a bzw. 1146 bzw. 116a bzw. 1166 ausgebildet deren Durchmesser größer als die
Schlitzbreite ist Die Durchgangsbohrungen 1146 und 116a der beiden Umfangsschlitze 114 und 116 liegen ein
kleines Stück auseinander, ebenso wie deren andere beiden Durchgangsbohrungen 1166 und 114a, um eine
eingeschnürte Biegestrebe 118 bzw. 120 auszubilden.
Die Biegestreben 118 und 120 verlaufen parallel zur Längsachse Z
Weiterhin ist ein zweites Paar von Umfangsschlitzen 124 und 126 in dem inneren Zylinderrohr 110
ausgebildet und zwar in Richtung der Längsachse Z versetzt gegenüber den Umfangsschlitzen 114 und 116.
Auch die Umfangsschlitze 124 und 126 weisen eine U-föivnige Gestalt auf, sind aber bezüglich der
Umfangsschlitze 114 und 116 umgekehrt An den Enden
des Umfangsschlitzes 124 ist jeweils eine Durchgangs-
hi bohrung 1124a bzw. 1246 und an den Enden des
Umfangsschlitzes 126 ist jeweils eine Durchgangsbohrung 126a bzw. 1266 ausgebildet. Die Durchgangsbohrungen
Ϊ246 und i26a der beiden Umfangsschlitze i24
und 126 liegen geringfügig auseinander, ebenso wie deren andere beiden Durchgangsbohrungen 1266 und
124a, um eine eingeschnürte Biegestrebe 128 bzw. 130 auszubilden. Ebenso wie die Biegestreben 118 und 120
verlaufen die Biegestreben 128 und 130 parallel zur Längsachse Z
Gemäß F i g. 7 sind die Biegestreben 118,120,128 und
130 um 90° am Umfang des inneren Zylinderrohres 110 zueinander versetzt angeordnet, wobei der Umfangsschlitz
114 die Biegestrebe 128, der Umfangsschlitz 116 die Biegestrebe 130, der Umfangsschlitz 124 die
Biegestrebe 120 und der Umfangsschlitz 126 die Biegestrebe 118 überdeckt.
Auf diese Weise sind durch die beiden Paare von Umfangsschlitzen 114 und 116 bzw. 124 und 126 drei
kardanische Teilbereiche 132, 134 und 136 ausgebildet, wobei über die Biegestreben 118, 120, 128 und 130
zwischen dem mittleren kardanischen Teilbereich 134 und jedem der beiden anderen Teilbereiche 132 und 136
eine Biegung möglich ist, während die Festigkeit in Richtung der Längsachse Zerhalten ist.
Das äußere Zylinderrohr 140 ist gemäß F i g. 6 und 8 ähnlich wie das innere Zylinderrohr 110 aufgebaut,
abgesehen davon, daß die Biegestreben senkrecht zur Längsachse Z verlaufen. Es ist ein Paar von U-förmig
ausgebildeten Umfangsschlitzen 144 und 146 mit Durchgangsbohrungen 144a und 1446 bzw. 146a und
1466 an den Enden des jeweiligen Umfangsschlitzes 144 bzw. 146 in der Wandung des Zylinderrohres 140
vorgesehen. Die Durchgangsbohrungen 1446 und 146a der beiden Umfangsschlitze 144 und 146 liegen in
Richtung der Längsachse Z auseinander, ebenso wie deren beide anderen Durchgangsbohrungen 1466 und
144a, um eine Biegestrebe 148 bzw. 150 zu bestimmen.
Zusätzlich ist ein zweites Paar von Umfangsschlitzen 154 und 156 in dem Zylinderrohr 140 ausgebildet,
welches in Richtung der Längsachse Z gegenüber den Umfangsschlitzen 144 und 146 versetzt angeordnet ist.
Diese Umfangsschlitze 154 und 156 sind ebenfalls U-förmig ausgebildet, aber bezüglich der Umfangsschlitze
144 und 146 umgekehrt angeordnet. An den Enden jedes Umfangsschlitzes 154 bzw. 156 sind
Durchgangsbohrungen 154a und 1546 bzw. 156a und 1566 ausgebildet. Dabei liegen die Durchgangsbohrungen
156a und 1546 der beiden Umfangsschlitze 154 und 156 ebenso wie deren beide anderen Durchgangsbohrungen
154a und 1566 in Richtung der Längsachse Zein Stück auseinander, um eine Biegestrebe 158 bzw. 160 zu
bestimmen. Die Riegestreben 148, 150, 158 und 160 verlaufen senkrecht zur Längsachse Z
Wie bei dem Zylinderrohr 110, sind die Biegestreben 148, 150, 158 und 160 um 90° gegeneinander versetzt,
wobei der Umfangsschlitz 144 die Biegestrebe 158, der Umfangsschlitz 146 die Biegestrebe 160, der Umfangsschlitz
154 die Biegestrebe 150 und der Umfangsschlitz 156 die Biegestrebe 148 überdeckt.
Auf diese Weise sind durch die beiden Paare von Umfangsschlitzen 144 und 146 bzw. 154 und 156 drei
kardanische Teilbereiche 162,164 und 166 ausgebildet, wobei die Biegestreben 148, 150, 158 und 160 eine
relative Biegebewegung zwischen dem mittleren kardanischen Teilbereich 164 und jedem der beiden anderen
Teilbereiche 162 und 166 ermöglichen.
In F i g. 9 und 10 ist das innere Zylinderrohr 110 in das
äußere Zylinderrohr 140 eingesetzt, so daß die Umfangsschlitze 114 und 144 bzw. 116 und 146 bzw. 124
und 154 bzw. 126 und 156 fluchten. Da die kardanischen Teilbereiche 132, 134 und 136 des Zylinderrohres 110
jeweils weitgehend dem kardanischen Teilbereich 162 bzw. 164 bzw. 166 des Zylinderrohres 140 entsprechen,
sind die drei kardanischen Teilbereiche mit doppelter Stärke ausgebildet.
Die Herstellung der Ausführungsform nach F i g. 6 bis 10 erfolgt nach einem in Verbindung mit Fig. 11
beschriebenen Verfahren. Dabei werden zunächst die Zylinderrohre 110 und 140 mit den verschiedenen
Durchgangsbohrungen 114a, 1146, 116a, 1166, 124a, 1246,126a, 1266 bzw. 144a, 1446,146a, 1466,154a, 1546,
156a, 1566 versehen, ineinandergeschoben und miteinander
verbunden, wie in Fig. 11 dargestellt. Diese Einheit wird dann auf einer Werkbank eingespannt und
bearbeitet, wobei sich ein Träger 170 mit einem Paar von Schneidwerkzeugen 172 und 174 auf die Einheit zu
in der durch die Pfeile angegebenen Richtung vorwärtsbewegt. Die Schneiden jedes Schneidwerkzeuges
172 bzw. 174 verlaufen in den drei dargestellten Ebenen, so daß beim Durchgang der Schneidwerkzeuge
172 und 174 durch die Einheit in den konzentrisch ineinandersitzenden Zylinderrohren 110 und 140 die
Umfangsschlitze 114 und 144 bzw. 116 sowie 146 ausgebildet werden. Danach wird der Träger 170 mit
den Schneidwerkzeugen 172 und 174 zurückgezogen und um 180° um die Träger-Längsachse gedreht, so daß
die Schneidwerkzeuge 172 und 174 gegenüber der in F i g. 11 wiedergegebenen Stellung entsprechend gedreht
sind. Ferner wird die aus den ineinandergeschobenen Zylinderrohren 110 und 140 bestehende Einheit um
90° verdreht. Anschließend wird der Träger 170 in der beschriebenen Weise auf die Einheit zu bewegt,
wodurch die Umfangsschlitze 124 und 154 bzw. 126 und 156 herausgeschnitten werden.
Das Herstellungsverfahren ist also relativ einfach, da verhältnismäßig kompliziert ausgebildete Schlitze unter
Verwendung von nur zwei Schneidwerkzeugen 172 und 174 in zwei aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten in
den beiden ineinandersitzenden Zylinderrohren ausgebildet werden.
Auch die beiden beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kardanbiegegelenkes können
jeweils als verbindendes und tragendes Zwischenteil zwischen dem Läufer bzw. Schwungrad und der
Antriebswelle dafür bei einem Kreisel dienen, wobei die Antriebswelle unmittelbar mit dem einen Ende und der
Läufer bzw. das Schwungrad mit dem anderen Ende des Kardanbiegegelenkes verbunden werden, beispielsweise
in bekannter Weise durch Schweißen oder Verschrauben. Im Betrieb bewirkt die Drehung der
Antriebswelle, daß sich das Kardanbiegegelenk um die Längsachse Z dreht und ein Drehmoment auf den
5r> Läufer bzw. das Schwungrad überträgt. Dabei ermöglicht
das Kardanbiegegelenk eine universelle Kippbarkeit des Läufers bzw. Schwungrades um jede zur
Längsachse Z senkrechte Achse. Die Biegestreben des inneren Zylinderrohres 10 bzw. 110 nehmen denjenigen
w> Zug oder Druck auf, welcher aus jeglicher axialer
Belastung des Läufers bzw. des Schwungrades resultiert, während die Biegestreben des äußeren Zylinderrohres
40 bzw. 140 jeglichen aufgrund von radialen und/oder Drehbelastungen des Läufers bzw. des Schwungrades
f>' auftretenden Zug oder Druck aufnehmen.
Claims (3)
1. Kardanbiegegelenk, insbesondere zur Verbindung des Läufers eines Kreisels mit drei Freiheitsgraden mit der zugehörigen Antriebswelle, wobei
zwei jeweils durch Ausnehmungen in drei kardanische Teilbereiche unterteilte Bauteile mit jeweils
einer Längsachse und zwei zu letzterer und zueinander senkrechten, die Längsachse in einem
gemeinsamen Gelenkpunkt schneidenden Querachsen vorgesehen und ineinandergeschoben derart
gegenseitig orientiert aneinander befestigt sind, daß die Gelenkpunkte der beiden Bauteile zusammenfallen
und deren Längsachsen ebenso wie deren Querachsen miteinander fluchten, welche Querachsen
jeweils durch zwei einander diametral gegenüberliegende, den mittleren kardanischen Teilbereich
des einen bzw. des anderen Bauteils mit dessen einem bzw. anderem, äußeren kardanischen Teilbereich
verbindende Biegestreben definiert sind, deren Längsachsen beim einen Bauteil parallel und beim
anderen Bauteil senkrecht zu dessen Längsachse verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß
jedes Bauteil als Zylinderrohr (10 bzw. 40) mit wenigstens zwei zur Ausbildung der kardanischen
Teilbereiche (32,34, 36 bzw. 62, 64,66) in Richtung
der Längsachse (Z) im Abstand voneinander angeordneten Paaren von Umfangsschlitzen (14,16
und 24, 26 bzw. 44, 46 und 54, 56) mit jeweils einer
Durchgangsbohrung (14a bzw. 146; 16a bzw. 166; 24a bzw. 246; 26a bzw. 26t; 44a bzw. 446; 46a bzw.
466; 54a bzw. 546; 56a bzw. 56b) an den beiden
Enden ausgebildet ist, wobei zur Ausbildung der Biegestreben (18, 20, 28, 30 bzw. 48, 50, 58, 60) im
einen bzw. anderen Zylinderrohr (10 bzw. 40) dessen Durchgangsbohrungen (14a und 14/>, 146 und 16a
bzw. 24a und 266,246 und 26a; 44a und 466,446 und
46a bzw. 54a und 566, 546 und 5Sa7) an den beiden
einander benachbarten Enden des einen und des anderen Umfangsschlitzes (14 und 16 bzw. 24 und 26;
44 und 46 bzw. 54 und 56) jedes Paares in Umfangsrichtung bzw. in Richtung der Längsachse
(Z) mit einem bestimmten gegenseitigen Abstand angeordnet sind.
2. Kardanbiegegelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Umfangsschlitz (14 bzw.
16 bzw. 24 bzw. 26) des einen Zylinderrohres (10) mit dem entsprechenden Umfangsschlitz (44 bzw. 46
bzw. 54 bzw. 56) des anderen Zylinderrohres (40) fluchtet, wobei jeder kardanische Teilbereich (32
bzw. 34 bzw. 36) des einen Zylinderrohres (10) sich entlang einem kardanischen Teilbereich (62 bzw. 64
bzw. 66) des anderen Zylinderrohres (40) erstreckt.
3. Kardanbiegegelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Umfangsschlitz
(14 bzw. 16 bzw. 24 bzw. 26 bzw. 44 bzw. 46 bzw. 54 bzw. 56) U-förmig ausgebildet ist.
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