DE19613462A1 - Gelenkverbindung, insbesondere zwischen Welle und Nabe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gelenkverbindung zwischen einer Welle mit einem Außenprofil und einer Nabe mit einem Innenprofil, wobei die Welle und die Nabe über eine Außenprofil-Innenprofilverbindung miteinander in Eingriff stehen derart, daß die Welle und die Nabe miteinander gemeinsam um ihre jeweilige Drehachse verdrehbar sind und eine Gelenkverbindung zwischen einem Schraubendreher und einer Schraube.

Aus der EP 0 235 183 B1 ist eine Gelenkverbindung zwischen zwei Wellen bekannt, die aus einem ersten Treib-Element am Ende einer ersten drehbaren Welle und einem zweiten Treibelement am Ende einer zweiten drehbaren Welle besteht, welche Treib-Elemente verschwenkbar miteinander in Eingriff stehen derart, daß die Achsen der Wellen gegeneinander bis zu einem bestimmten Winkel schwenkbar sind, wobei das erste Treib-Element etwa die Form eines Hohlzylinders aufweist und an der Innenfläche, parallel zur Achse verlaufende, gleichmäßig am Umfang verteilte, abwechselnd konvexe und konkave, ineinander übergehende Vertiefungen und Erhöhungen aufweist, und daß das zweite Treib-Element etwa kugelförmig ausgebildet ist und an seiner Oberfläche abwechselnd Vertiefungen und Erhöhungen aufweist, die in Längsrichtung entsprechend einer, die Achse der zweiten Welle enthaltenen Ebene verlaufen und die in Umfangsrichtung, insbesondere in der Äquatorebene des kugelförmigen zweiten Treib-Elementes, einen zur Innenfläche des ersten Treib-Elementes etwa komplemen­ tären Verlauf aufweisen, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, daß die Übergänge zwischen Vertiefungen und Erhöhungen stetig verlaufen, daß auf dem kugelförmigen zweiten Treib-Element die Vertiefungen im Vergleich zu den Erhöhungen des ersten Treib-Elementes gleich breit oder wenigstens zum Teil breiter bzw. die Erhöhungen gegenüber den Vertiefungen auf dem ersten Treib-Element wenigstens zum Teil schmäler ausgebildet sind, daß auf dem kugelförmigen Treib-Element die Vertiefungen und die Erhöhungen in der Äquatorzone in ihrer Breite den zugeordneten Erhöhungen bzw. Vertiefungen des ersten Treib-Elementes etwa entsprechen und mit zunehmender Entfernung von der Äquatorzone die Vertiefungen gleich breit oder breiter und die Erhöhungen schmäler sind, und daß der Mittelpunkt des Innenkreises, der mit dem Minimum der konkaven Vertiefung tangiert, je nach Halbkugel um einen bestimmten Betrag unterhalb bzw. oberhalb des Kugelmittelpunktes gestellt werden können. Die Treibelemente besitzen je sechs Vertiefungen zwischen sechs Erhöhungen.

Bekannt sind auch Gelenkverbindungen, die aus einem ersten Treib-Element am Ende einer ersten drehbaren Welle und einem zweiten Treib-Element am Ende einer zweiten drehbaren Welle bestehen, welche Treib-Elemente verschwenkbar miteinander im Eingriff stehen derart, daß die Achsen der Wellen gegeneinander bis zu einem bestimmten Winkel schwenkbar sind. Derartige Gelenkverbindungen werden als Kardangelenk bezeichnet.

Hierbei handelt es sich jedoch nicht um ein Gleichlauf­ gelenk.

Zur Ausbildung einer Gelenkverbindung ist bereits vorgeschlagen worden, das erste Treibelement in etwa in Form eines Hohlzylinders auszubilden und an der Innenfläche mit parallel zur Achse verlaufenden gleichmäßig am Umfang verteilten, abwechselnd im wesentlichen konvexen und konkaven, ineinander übergehenden Vertiefungen und Erhöhungen zu versehen. Das zweite Treibelement ist dabei kugelähnlich ausgebildet und an seiner Oberfläche sind abwechselnd Vertiefungen und Erhöhungen vorgesehen, die in Längsrichtung entsprechend einer, die Achse der Welle des zweiten Treibelements enthaltene Ebene verlaufen und wobei die Zähne beider Teile an beiden Enden zugespitzt sind. In Umfangsrichtung betrachtet weisen die Erhöhungen und Vertiefungen des zweiten Treibelements im wesentlichen einen zur Innenfläche des ersten Treibelements komplementären Verlauf auf (DE-C-20665).

Es ist dabei bekannt, für eine spielfreie Drehbewegungs­ übertragung in der Äquatorialebene der Gelenkverbindung einen komplementären Verlauf der Erhöhungen und Vertiefungen der beiden Treibelemente vorzusehen (FR-A-1 410 767), wobei auch bereits jeweils sechs Erhöhungen und Vertiefungen vorgesehen worden sind (GB-A-2 138 104).

Bei anderen Gelenkverbindungen ist es dabei schon vorgesehen worden, die Zahnbreite der zahnförmig ineinandergreifenden Elemente in Äquatorialrichtung zuzuspitzen (DE-B-12 96 894, DE-B-11 72 488), während es bei den anderen Gelenkverbindungen schon vorgesehen worden ist, durch mit zunehmendem Abstand von der Äquatorialzone schmaler werdende Zahnbreite eine Verschwenkung zu gewährleisten (DE-C-20 665).

Bei der Wellenverbindung nach der EP 0 235 183 B1 sind die beiden Wellen aus einer Lage, in der sich die Achsen in Flucht befinden, in beliebiger Richtung in einem bestimmten Maße schwenkbar. Dabei ist das erste Treib-Element auf seiner Innenseite und das zweite kugelförmige Treib-Element auf seiner Außenseite mit je einem wellenlinienförmigen Profil versehen, das somit, etwa in Achsrichtung betrachtet, aus rillenartigen Vertiefungen und stegartigen Erhöhungen besteht. Diese Rillen und Stege greifen ähnlich wie die Zähne und Lücken bei einem Zahnantrieb, in bestimmten Bereichen der Kugeloberfläche ineinander, so daß die gewünschte Mitnahme erfolgt. Dabei ist es prinzipiell ohne Bedeutung, welches Treibelement von der antreibenden Welle gedreht wird und welches Treibelement die abgehende Welle antreibt.

Bei Schraubwerkzeugen ist eine derartige Kraftüber­ tragung, bei der beide Treib-Elemente Zylinderform aufweisen, aus der DE-PS 17 28 574 bekannt und unter dem Warenzeichen TORX auch im Handel erhältlich. Dabei wird durch die zylindrische Ausbildung beider Elemente sichergestellt, daß ein Schräghalten des Werkzeugs ausgeschlossen ist, so daß die Achse der Schraube und des zugeordneten Werkzeugs (Schraubenschlüssel) ausschließlich in Flucht zueinander gehalten werden. Aus der EP 0 235 183 B1 sind Schraubwerkzeuge bekannt, die ein Treibelement aufweisen, das kugelförmig ausgebildete und mit dem Hohlzylinder des zweiten Treibelementes (Schraubenkopf) verschwenkbar ist.

Es ist ausgehend von diesem Stand der Technik Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gelenkverbindung zwischen einer Welle und einer auf dieser zur formschlüssigen Kraftübertragung angeordneten Nabe zu schaffen, bei der die Welle und/oder die Nabe aus einer Lage, in der sich die Drehachsen von Welle und Nabe in Flucht befinden, in beliebiger Richtung in einem bestimmten Maße, d. h. um einen bestimmten sphärischen Winkel schwenkbar sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Gelenkverbindung vorgeschlagen, wie sie im Anspruch 1 angegeben ist.

Hierzu ist vorgesehen, daß die Welle als ein erstes Treib-Element eine zylindrische Grundform mit einem kraftübertragenden Profil aufweist und die Nabe als zweites Treib-Element ein Innenprofil aufweist, dessen Grundfläche ein einschaliges Hyperboloid ist, die ein entsprechendes kraftübertragendes Profil trägt. Mit einer solchen Gestaltung wird ein verschwenkbares Gleichlaufgelenk geschaffen.

Die Welle weist eine zylindrische Grundform auf, auf der ein kraftübertragendes Außenprofil ausgebildet ist, das bei einer bevorzugten Ausführungsform aus gleichmäßig am Umfang verteilten Erhöhungen und Vertiefungen besteht, die durch abwechselnd konkave und konvexe sowie glatt tangential ineinander übergehende Zylinderteilflächen gebildet sind, so daß z. B. je sechs konkave und konvexe Zylinderteilflächen vorgesehen sind und daß die konvexen Zylinderteilflächen der Erhöhungen einen doppelt so kleinen Krümmungsradius wie die konkaven Zylinderteil­ flächen aufweisen. Erfindungsgemäß verläuft das kraftübertragende Innenprofil des Hohlzylinders der Nabe in einer speziellen Ebene etwa komplementär zum Außenprofil der Welle. Die spezielle Ebene besteht in der Taillenebene des Hyperboloids, das die Grundform der Innenfläche der Nabe vorgibt. Hierauf ist dann das zum Außenprofil der Welle komplementäre Innenprofil der Nabe ausgebildet. Dieses ist jedoch ausgehend von der Taillenebene sich in beide Richtungen verändernd gestaltet, so daß sich folgende Situation ergibt:

Ausgehend von z. B. einer gleichseitigen Hyperbel ist beim Innen-Profil-Hohlzylinder eine Kongruenz gegeben in der Taille des einschaligen Hyperboloids (Torus) mit der Profilform des Zylinders. Im Querschnitt gegeben z. B. unter 45° des 0-Punktes des Koordinatendiagramms der gleichseitigen Hyperbel. Dabei liegt die Asymptote der Hyperbel parallel zur X-/Y-Achse.

Im Taillenquerschnitt - Torus - liegt der Geradenverbund der beiden Brennpunkte.

Ausgehend vom Taillenquerschnitt des Hyperboloids - Torus - zu den beidseitig offenen Mantelflächen (Einführungsöffnungen) und z. B. einem TORX-Innen-Profil (6-Lobe-Innenprofil) bleibt der konvexe Radius unverändert über die innere Mantelfläche vom Torus zu den beidseitigen Öffnungen des Hyperboloids, wobei hier eine Betrachtungsweise vom Profil-Hohl vorausgesetzt wird.

Der konkave Radius des Profils hingegen wird breiter, ausgehend von der Taille - Torus - über die Mantel-Innenprofilfläche zu den beiden Hyperboloidöffnungen (wobei auch hier eine Betrachtungsweise vom Profil-Hohl vorgenommen wird).

Dieser Öffnungswinkel im Radius wird erzeugt durch die Größe der Kreise, deren Mittelpunkte auf der Fokus-Achse des Taillenquerschnitts - Torus - liegen. Die Außenkreise bzw. Nordpole der TORX-KUGELN bilden quasi einen Ring-Profil-Torus um die Hyperboloidmantelfläche, die wiederum parallel zur Asymptote einer gleichseitigen Hyperbel liegen. Der Profil-Abschnitt der Außenkreise bzw. der TORX-KUGELN, der einen Teil der Hyperbel im Torus bildet, ist der Nordpol der TORX-KUGELN, deren konkaver Radius in der Nabe (obgleich konvexer Radius auf der Außenkugel) zum Äquator breiter wird. Der konvexe Radius in der Nabe (gleich konkaver Radius auf der Außenkugel) bleibt auf der TORX-Kugel vom Nordpol zum Äquator konstant.

Die Gelenkverbindung der beiden Treibelemente Welle mit zylindrischer Außenprofilfläche und Nabe mit einer Ring-Innenprofilfläche, z. B. einer Hyperboloid-Profil-Innenfläche erhält ihre Winkelrotation (sphärischen Winkel) durch die unterschiedliche Ausgestaltung der beiden Profilflächen. Hierbei kann z. B. vorgesehen sein, daß die Welle ein Außenprofil von sechs konkaven und konvexen Zylinderteilflächen aufweist, wobei der Konkav-Radius der konkaven Zylinderteilflächen und der Konvex-Radius der konvexen Zylinderteilflächen über die Länge des zylindrischen Profils gleich bzw. konstant bleibt. Die Nabe weist eine Hyperboloid-Profil-Innenfläche auf, wobei hier ein kongruentes Innenprofil vorgesehen ist, z. B. ein TORX-Innenprofil kongruent zum TORX-Außenprofil der Welle im Taillenquerschnitt - Fokus-Querschnitt, wobei das Innenprofil ebenfalls aus je sechs konkaven und konvexen Zylinderteilflächen besteht und der Konvex-Radius der Innenfläche der Nabe entlang der Profil-Innenfläche bzw. der Hyperboloid-Innenfläche konstant bleibt, während der Konkav-Radius der Innenfläche der Nabe ausgehend von der Taillenebene sich zu den beiden Öffnungsseiten des Hyperboloids hin vergrößert, so daß sich ein breiter werdender Konkav-Radius vom Fokus-Querschnitt (Torus) zu den beiden Öffnungsseiten des Hyperboloids hin ergibt.

Die Größe der Winkelrotation, d. h. des sphärischen Winkels der Gelenkverbindung zwischen der Welle und der Nabe ergibt sich aus der Größe der Radien der Außenkreise bzw. der Außenkugeln, deren Mittelpunkte auf der Ebene des Fokus-Querschnitts-Torus (Taillenquer­ schnitt) liegen und einen Kreis bilden, von dem ein Kreisbogen ein Teil der Hyperboloidfläche ist.

Eine weitere erfindungsgemäße Gelenkverbindung zwischen einem Schraubendreher bzw. einem Steckschlüssel und einer Schraube ist in Anspruch 14 angegeben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Gelenkverbindungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in einer graphischen Darstellung eine gleich­ seitige Hyperbel,

Fig. 2 in einer schaubildlichen Ansicht ein einschaliges Umdrehungshyperboloid als Prismatoid mit windschiefer Mantelfläche,

Fig. 3 in einer graphischen Darstellung ein einschaliges Hyperboloid mit symmetrischer Mantelfläche,

Fig. 4 in einer graphischen Darstellung ein hyperbolisches Paraboloid,

Fig. 5 in einer schaubildlichen Ansicht die innere 6-Lobe-Ball-Profilfläche einer Nabe in einer schematischen Darstellung mit ent­ sprechenden Teilansichten,

Fig. 6 in einer Seitenansicht eine Welle mit einem Keilprofil,

Fig. 7 in einer senkrechten Schnittdarstellung das Keilwellenprofil gemäß Fig. 6,

Fig. 8 in einer Vorderansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Nabengestaltung in einer rein schematischen Darstellung,

Fig. 9 in einer senkrechten Schnittdarstellung die Nabe gemäß Fig. 8,

Fig. 10 in einer waagerechten Schnittdarstellung die Nabe gemäß Fig. 8,

Fig. 11 in einer Seitenansicht eine Welle mit einem 6-Lobe-Profil,

Fig. 12 in einer senkrechten Schnittdarstellung das 6-Lobe-Profil gemäß Fig. 11, in einer senkrechten Schnittdarstellung,

Fig. 13 in einer Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Nabengestaltung in einer rein schematischen Darstellung,

Fig. 14 und 15 in senkrechten Schnittdarstellungen die Nabe gemäß Fig. 13,

Fig. 16 in einer waagerechten Schnittdarstellung die Nabe gemäß Fig. 13,

Fig. 17 in einer Prinzipdarstellung einer Welle mit einem 6-Lobe-Profil,

Fig. 18 in einer senkrechten Schnittdarstellung das 6-Lobe-Profil der Welle gemäß Fig. 10,

Fig. 19 in einer Prinzipdarstellung eine Nabe in einer senkrechten Schnittdarstellung mit einem erfindungsgemäßen 6-Lobe-Innenprofil mit herausgezogenen Schnitten A-A und B-B,

Fig. 20 in einer Prinzipdarstellung eine erfindungs­ gemäße Nabe in einer senkrechten Schnittdarstellung mit 6-Lobe-Innenprofil mit einer schematischen Darstellung der Profilentwicklung,

Fig. 21 in einer Prinzipdarstellung eine erfindungs­ gemäße Nabe in einer senkrechten Schnittdarstellung mit 6-Lobe-Innenprofil mit einer weiteren Darstellung der Profilent­ wicklung,

Fig. 22 in einer schaubildlichen Ansicht ein Schraub­ werkzeug mit einem erfindungsgemäßen Antriebs­ kopf und einer entsprechend gestalteten Schraube in einer Draufsicht, und

Fig. 23 in einer schaubildlichen Ansicht eine erfindungsgemäße Gelenkverbindung zwischen zwei Wellen.

In den Fig. 1 bis 4 ist dargestellt, wie die Grundform des Innenprofils einer erfindungsgemäßen Nabe entwickelt wird. Ausgangspunkt ist die in Fig. 1 dargestellte gleichseitige Hyperbel bei der der Abstand a vom Nullpunkt des karthesischen Koordinatensystems dem Abstand b entspricht, wobei die durch den Nullpunkt des Koordinatensystems verlaufende Bezugslinie B1 der Drehachse einer entsprechenden Nabe entspricht. Diese Bezugslinie B1 verläuft unter 45° zur Waagerechten im Koordinatensystem. Die weitere Bezugslinie B2, die unter 90° schneidet und ebenfalls durch den Nullpunkt verläuft, schneidet die Scheitelpunkte F1 und F2. Die Scheitelradien p entsprechen dabei der Größe von a.

Hieraus entwickelt sich als Rotationskörper ein einschaliges Umdrehungshyperboloid, wobei bei dem in Fig. 2 dargestellten Umdrehungshyperboloid ein Prismatoid mit windschiefer Mantelfläche dargestellt ist, was darauf beruht, daß die Radien r0 und r2 von unterschiedlicher Größe sind.

Erfindungsgemäß wird jedoch für die Gestaltung der Innenfläche ein einschaliges Umdrehungs-Hyperboloid gewählt, bei dem die entsprechenden, beispielsweise im Abstand h/2 festgelegten Radien r0 und r2 (Fig. 2) gleich sind, so daß sich eine symmetrische Mantelfläche ergibt. Dieses einschalige symmetrisch aufgebaute Hyperboloid bildet erfindungsgemäß die Grundform des Innenprofils einer erfindungsgemäßen Nabe, das sich als Fläche auch als hyperbolisches Paraboloid beschreiben läßt, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, wobei dort ein Ausschnitt der erfindungsgemäßen Innenfläche zur Veranschaulichung vorgehoben ist und zusätzlich angedeutet ist, daß die Grundform des eingreifenden Wellenprofils sich beispielsweise als Abschnitt einer Kugelfläche darstellen läßt.

Gemäß der erfinderischen Gestaltung ist die Nabe mit einem in Fig. 5 schematisch dargestellten Innenprofil versehen, das die Grundform der Mantelfläche eines einschaligen, symmetrischen Hyperboloids aufweist, wobei auf dieser Grundform bzw. auf deren Oberfläche ein spezielles Innenprofil zur formschlüssigen Kraftüber­ tragung ausgebildet ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dabei ein 6-Lobe-Innenprofil, das allgemein auch als TORX-Profil bekannt ist, vorgesehen. Diese Innen-TORX-Ball-Profilfläche zeigt im Taillenquerschnitt-Torus die an sich bekannte 6-Lobe-Gestaltung mit dem Hüllkreis A und dem Innenkreis B, wobei der Konkavradius FR1 kleiner ist als der Konvexradius FR2.

Dieses 6-Lobe-Innenprofil im Taillenquerschnitt (Torus) mit dem Hüllkreis A und dem Innenkreis B verändert sich ausgehend vom Taillenquerschnitt aufgrund der Grundform der Hyperboloid-Profilinnenfläche unter dem in der Zeichnung angedeuteten Winkel Alpha. So daß sich insgesamt das erfindungsgemäße Innenprofil der Nabe ergibt, das aus der Grundform eines einschaligen Hyperboloids mit auf der Oberfläche aufgebrachtem 6-Lobe-Profil besteht.

In den Fig. 6 bis 10 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gelenkverbindung dargestellt, die aus einer Welle 10 (Fig. 6) mit einer zylindrischen Grundform mit einem Außenprofil in Form eines Keilprofils 11 (Fig. 7) und einer Nabe 12 (Fig. 8) mit einem Innenprofil 13 besteht, das aus der Grundform 14 eines einschaligen Hyperboloids mit auf der Oberfläche aufgebrachtem, sich erfindungsgemäß veränderndem Keilprofil 15 (Fig. 8 bis 10) besteht. Hier ist erkennbar, daß in der Taillenebene T des einschaligen Hyperboloids (Torus) eine Kongruenz bzw. ein komplementärer Profilverlauf ,zwischen dem Keilprofil 11 der Welle 10 (Fig. 6 und 7) und dem erfindungsgemäßen Keilprofil 15 der Nabe 12 (Fig. 8 bis 10) besteht. Dabei ist erkennbar, daß sich beim Innenprofil 13 der Nabe 12 die Breite B1 der Erhöhungen des Keilprofils 15 sich ausgehend von der Taillenebene T mit wachsendem Abstand zur Taillenebene T konstant bleibt und daß die Breite B2 der Vertiefungen des Keilprofils 15 sich kontinuierlich vergrößert. Hierdurch ist erreichbar, daß sich trotz einer Verschwenkung der Drehachsen D1 und D2 zueinander die Welle 10 und die Nabe 12 im Gleichlauf miteinander drehen.

In den Fig. 11 bis 16 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gelenkverbindung dargestellt, die aus einer Welle 16 (Fig. 11) mit einer zylindrischen Grundform mit einem Außenprofil in Form eines 6-Lobe-Profils (Torx-Profils) 17 (Fig. 11) und einer Nabe 18 (Fig. 13) mit einem Innenprofil 19 besteht, das aus der Grundform 20 eines einschaligen Hyperboloids mit auf der Oberfläche aufgebrachtem, sich erfindungsgemäß veränderndem 6-Lobe-Profils 21 (Fig. 14, 15 und 16) besteht. Hier ist erkennbar, daß in der Taillenebene T des einschaligen Hyperboloids (Torus) eine Kongruenz bzw. ein komplementärer Profilverlauf zwischen dem 6- Lobe-Profil (Torx-Profils) 17 der Welle 16 (Fig. 11 und 12) und dem erfindungsgemäßen 6-Lobe-Profil 21 der Nabe 18 (Fig. 13 bis 16) besteht. Dabei ist erkennbar, daß sich beim Innenprofil 19 der Nabe 18 der Radius r1 der Erhöhungen des 6-Lobe-Profils 21 sich ausgehend von der Taillenebene T mit wachsendem Abstand zur Taillenebene kontinuierlich vergrößert und daß der Radius r2 der Vertiefungen des 6-Lobe-Profils 21 konstant bleibt. Hierdurch ist erreichbar, daß sich trotz einer Verschwenkung der Drehachsen D1 und D2 zueinander die Welle 10 und die Nabe 12 im Gleichlauf miteinander drehen.

Da die Entwicklung des Innenprofils einer erfindungsge­ mäßen Nabe mit einem auf der Innenfläche ausgebildeten Innenprofil in Form eines 6-Lobe-Profils recht kompliziert ist, wird nachstehend seine Entwicklung anhand der Fig. 18 bis 21 erläutert. Das Grundprofil einer erfindungsgemäßen Welle mit einem 6-Lobe-Außenprofil ist in Fig. 17 und 18 dargestellt, wo erkennbar ist, daß dieses Profil in jeder Schnittebene im Bereich der Kraftübertragung durch den Hüllkreis A und den Innenkreis B sowie die Radien F und E gekennzeichnet ist.

Bei der entsprechend gestalteten in Fig. 19 darge­ stellten Nabe ergibt sich im Bereich der Taillenebene T im Schnitt das kongruente bzw. einen komplementären Profilverlauf aufweisende Innen-6-Lobe-Profil wie es im Schnitt A-A dargestellt ist. Dieses verändert sich ausgehend von der Taillenebene T so, daß der Radius R2 der konkaven Erhöhungen in der Taillenebene T sich mit wachsendem Abstand zur Taillenebene T kontinuierlich zum Radius R3 vergrößert, während der Radius R1 der konvexen Vertiefungen im Bereich der Taillenebene und auch mit wachsendem Abstand zur Taillenebene T konstant bleibt.

In Fig. 20 ist für ein entsprechendes Innenprofil einer Nabe ein konkretes Ausführungsbeispiel prinzipiell dargestellt worden, wobei zur Erleichterung der Vorstellung der Gestaltungsradius G eingeführt wurde. Für einen Radius G in der Größe von R = 155 mm (Beispiel I) ergibt sich in der Taillenebene ein äußerer Hüllkreis A mit einem Durchmesser von ca. 34,44 mm, der Innenkreis B mit einem Durchmesser von ca. 24,44 mm, der Radius ER mit ca. 7,66 mm, der Radius FR mit ca. 2,65 mm und ein sphärischer Winkel von ca. 3°.

Für einen Radius G in der Größe R = 268,7 mm (Beispiel II) ergibt sich in der Taillenebene ein äußerer Hüllkreis A mit einem Durchmesser von ca. 34,44 mm, der Innenkreis B mit einem Durchmesser von ca. 24,44 mm, der Radius ER mit ca. 7,66 mm, der Radius FR mit ca. 2,65 mm und ein sphärischer Winkel von ca. 1°30′′

Je größer der Gestaltungsradius G ist, je kleiner ist der sphärische Winkel der Nabe unter Drehbewegung. Wenn der Gestaltungsradius gegen unendlich geht, ist eine Winkelrotation der Nabe nicht mehr gegeben.

In einer Weiterentwicklung ist in Fig. 21 dann der sich ergebende sphärische Winkel Alpha in der Größenordnung von 3°, der TORX-Kugel-Nordpol TN und der sich ergebende TORX-Kugel-Äquator TA dargestellt worden.

Eine Gelenkverbindung, wie sie anhand der vorangegangenen Figuren beschrieben wurde kann auch als Schraube mit einem entsprechend ausgebildeten Schraubenkopf und einem Schraubendreher bzw. Schraubenschlüssel Verwendung finden. So kann als Welle eine Schraube vorgesehen werden, deren Kopfaußenprofil dem Außenprofil der voranstehend beschriebenen Welle entspricht und ein Schraubendreher bzw. ein Steckschlüssel, dessen Schraubendreher- oder Steckschlüsselkopf ein Innenprofil aufweist, wie die voranstehend erläuterte Nabe. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 22 dargestellt. Der schematisch angedeutete Schraubendreher 22 weist im Bereich des Schraubenkopfes 23 ein Innenprofil 24 auf, dessen Grundform von einem in der Taillenebene T geteilten halben einschaligen Hyperboloid gebildet wird, die ein auf der Oberfläche ausgebildetes 6-Lobe-Profil 26 aufweist.

Die in einer Draufsicht dargestellte Schraube 27 weist im Bereich des Schraubenkopfes 28 ein Außenprofil in Form eines 6-Lobe-Profils 29 auf, das einem üblichen TORX-Kopf mit einem Hüllkreis A und einem Innenkreis B entspricht.

Eine weitere Anwendung des Erfindungsgedankens besteht in der entsprechenden Ausgestaltung einer Gelenkver­ bindung zwischen zwei Wellen. Dabei weist eine Welle 30 ein Außenprofil in Form eines 6-Lobe-Profils 29 auf, das einem üblichen TORX-Kopf mit einem Hüllkreis A und einem Innenkreis B entspricht. Die zweite Welle 31 weist im Bereich eines als Hohlzylinder gestalteten Wellenkopfes ein Innenprofil 24 auf, dessen Grundform von einem in der Taillenebene T geteilten halben einschaligen Hyperboloid gebildet wird, die ein auf der Oberfläche ausgebildetes 6-Lobe-Profil 26 aufweist. Der Wellenkopf der zweiten Welle 31 übergreift das Außenprofil der Welle 30.

Die Ausgestaltung des Außenprofils des Schraubenkopfes bzw. der ersten Welle bzw. des Innenprofils des Schraubendreher- oder Steckschlüsselkopfes bzw. der zweiten Welle entspricht dabei den voranstehend beschriebenen Ausführungsformen, so daß hier auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann. Die spezielle Ausgestaltung ist dabei in den auf die Gelenkverbindung bezogenen nebengeordneten Ansprüchen angegeben.

Bezugszeichenliste

10 Welle
11 Keilprofil
12 Nabe
13 Innenprofil
14 Grundform
15 Keilprofil
16 Welle
17 6-Lobe-Profil
18 Nabe
19 Innenprofil
20 Grundform
21 6-Lobe-Profil
22 Schraubendreher
23 Schraubenkopf
24 Innenprofil
25 Grundform
26 6-Lobe-Profil
27 Schraube
28 Schraubenkopf
29 6-Lobe-Profil
30 Wellen
31 Wellen
T Taillenebene
A Hüllkreis
B Innenkreis
B1, B2 Bezugslinie
B1, B2 Breite
D1, D2 Drehachsen
F1, F2 Scheitelpunkt
ER Radius
FR Radius
FR1 Konkavradius
FR2 Konvexradius
p Scheitelradius
r1, r2 Radius
TN TORX-Kugel-Nordpol
TA TORX-Kugel-Äquator
G Gestaltungsradius

Claims (15)

1. Gelenkverbindung zwischen einer Welle (10; 16) mit einem Außenprofil (11; 17) und einer Nabe (12; 18) mit einem Innenprofil (13; 19), wobei die Welle (10; 16) und die Nabe (12; 18), über eine Außenprofil-Innenprofilverbindung miteinander in Eingriff stehen derart, daß die Welle (10; 16) und die Nabe (12; 18) miteinander gemeinsam um ihre jeweilige Drehachse (D1, D2) verdrehbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen (D1, D2) der Welle (10; 16) und der Nabe (12; 18) gegeneinander bis zu einem bestimmten Winkel schwenkbar sind, wobei die Welle (10; 16) eine zylindrische Grundform mit einem an der Außenoberfläche ausgebildeten Außenprofil als 6-Lobe-Außenprofil (17) oder Keilwellenprofil (11) mit geraden Flanken oder Schräg-, Pfeil- oder Bogenverzahnungsflanken aufweist und die Nabe (12; 18) ein Innenprofil (13; 19) aufweist, das aus einer Grundform (14; 20) mit einem negativen Kugelprofil oder eines einschaligen Hyperboloides besteht, die ein auf der Oberfläche ausgebildetes Keilwellenprofil (15) oder 6-Lobe-Profil (21) aufweist.

2. Gelenkverbindung zwischen einer Schraube mit einem Kopf mit einem Außenprofil (11; 17) und einem Schraubendreher mit einem Schraubendreherkopf mit einem Innenprofil (19), wobei der Schraubenkopf und der Schraubendreherkopf über eine Außenprofil- Innenprofilverbindung miteinander in Eingriff stehen derart, daß der Schraubendreher und die Schraube miteinander gemeinsam um ihre jeweilige Drehachse (D1, D2) verdrehbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen (D1, D2) des Schraubendrehers und der Schraube gegeneinander bis zu einem bestimmten Winkel schwenkbar sind, wobei der Schraubenkopf eine zylindrische Grundform mit einem an der Außenober­ fläche ausgebildeten Außenprofil als 6-Lobe-Außenprofil (17) oder Keilwellenprofil (11) mit geraden Flanken oder Schräg-, Pfeil- oder Bogenverzahnungsflanken aufweist und der Schraubendreherkopf ein Innenprofil (13; 19) aufweist, das aus einer Grundform (14; 20) mit einem negativen Kugelprofil oder eines einschaligen Hyperboloides besteht, die ein auf der Oberfläche ausgebildetes Keilwellenprofil (15) oder 6-Lobe-Profil (21) aufweist.

3. Gelenkverbindung zwischen einer ersten Welle mit einem Außenprofil (11; 17) und einer zweiten Welle mit einem Innenprofil (13; 19), wobei die Wellen über eine Außenprofil-Innenprofilverbindung miteinander in Eingriff stehen derart, daß die Wellen miteinander gemeinsam um ihre jeweilige Drehachse (D1, D2) verdrehbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen (D1, D2) der ersten Welle und der zweiten Welle gegeneinander bis zu einem bestimmten Winkel schwenkbar sind, wobei die erste Welle eine zylindrische Grundform mit einem an der Außenober­ fläche ausgebildeten Außenprofil als 6-Lobe-Außenprofil (17) oder Keilwellenprofil (11) mit geraden Flanken oder Schräg-, Pfeil- oder Bogenverzahnungsflanken aufweist und die zweite Welle ein Innenprofil (13; 19) aufweist, das aus einer Grundform (14; 20) mit einem negativen Kugelprofil oder eines einschaligen Hyperboloides besteht, die ein auf der Oberfläche ausgebildetes Keilwellenprofil (15) oder 6-Lobe-Profil (21) aufweist.

4. Gelenkverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenprofil (13; 19) zu dem Außenprofil in einer Ebene (T) etwa komplementär verläuft.

5. Gelenkverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundform (14; 20) des Innenprofils (13; 19) etwa die Form eines einschaligen Umdrehungshyper­ boloids aufweist.

6. Gelenkverbindung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundform (14; 20) des Innenprofils (13; 19) etwa die Form eines einschaligen Umdrehungshyper­ boloides aufweist.

7. Gelenkverbindung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundform (14; 20) des Innenprofils (13; 19) etwa die Grundform eines hyperbolischen Paraboloids aufweist.

8. Gelenkverbindung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundform (14; 20) des Innenprofils (13; 19) etwa die Form eines Torus im Fokus-Querschnitt aufweist.

9. Gelenkverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Hyperboloid im Querschnitt einer gleich­ seitigen Hyperbel entspricht und daß beim Innenprofil (13; 19) in der Taille des einschaligen Hyperboloids (Torus) eine Kongruenz bzw. ein komplementärer Profilverlauf mit dem Profilverlauf des Außenprofils gegeben ist.

10. Gelenkverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenprofil (13; 19) an der Innenoberfläche drehachsensymmetrisch verlaufende, gleichmäßig am Umfang verteilte, abwechselnd konvexe und konkave, ineinander übergehende Vertiefungen und Erhöhungen aufweist und daß das Außenprofil drehachsen­ symmetrisch verlaufende, gleichmäßig am Umfang verteilte, abwechselnd konvexe und konkave, ineinander übergehende Vertiefungen und Erhöhungen aufweist, die in Umfangsrichtung einen insbesondere im Taillenbereich des Hyperboloids etwas komplementären Verlauf aufweisen.

11. Gelenkverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß beim Außenprofil der Radius der konvexen Vertiefungen und der Radius der konkaven Erhöhungen des Außenprofils über eine Längsachse konstant sind.

12. Gelenkverbindung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß beim Innenprofil (13; 19) der Radius bzw. die Keilform der konkaven Erhöhungen sich ausgehend von der Taillenebene mit wachsendem Abstand zur Taillenebene kontinuierlich vergrößert und daß der Radius bzw. die Keilform der konvexen Vertiefungen konstant bleibt.

13. Gelenkverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenprofil (13; 19) an der Innenoberfläche drehachsensymmetrisch verlaufende, gleichmäßig am Umfang verteilte, Vertiefungen und Erhöhungen aufweist und daß das Außenprofil drehachsen­ symmetrisch verlaufende, gleichmäßig am Umfang verteilte Vertiefungen und Erhöhungen aufweist, die in Umfangsrichtung einen zur Innenfläche der Nabe, insbesondere im Taillenbereich des Hyperboloids einen etwas komplementären Verlauf aufweisen.

14. Gelenkverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß beim Außenprofil die Breite der Vertiefungen und die Breite der Erhöhungen des Außenprofils über die Längsachse der Welle (10, 16) konstant sind.

15. Gelenkverbindung nach Anspruch 13 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß beim Innenprofil (13; 19) die Breite B1 und R1 der Erhöhungen ausgehend von der Taillenebene mit wachsendem Abstand zur Taillenebene konstant bleibt und daß die Breite B2 und R1 der Vertiefungen sich ausgehend von der Taillenebene mit wachsendem Abstand kontinuierlich vergrößert.