DE19915417A1

DE19915417A1 - Tripodegelenk mit elastischen Mitteln

Info

Publication number: DE19915417A1
Application number: DE19915417A
Authority: DE
Inventors: Colin Zaers; Jochen Balken
Original assignee: GKN Automotive GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 1998-04-04
Filing date: 1999-04-06
Publication date: 1999-10-14
Anticipated expiration: 2019-04-07
Also published as: DE19915417C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Tripodegleichlaufdrehgelenk, umfassend ein Gelenkaußenteil mit einer Längsachse A¶1¶, einer axialen Innenöffnung und drei gleichmäßig umfangsverteilten zur Längsachse A¶1¶ achsparallelen Ausnehmungen, die jeweils zwei einander gegenüberliegende Laufbahnen bilden, und ein Gelenkinnenteil mit einer Längsachse A¶2¶, einem achszentralen Mittelstück und drei gleichmäßig umfangsverteilten, zur Längsachse A¶2¶ radialen Tripodezapfen, die jeweils in eine der Ausnehmungen hineinragen, sowie Tripoderollen, die auf den Tripodezapfen jeweils koaxial zur Längsachse A¶Z¶ des Tripodezapfens drehbar gelagert sind und eine im wesentlichen kugelabschnittsförmige Lauffläche haben, die mit den Laufbahnen in abrollendem Kontakt steht. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, die Tripoderollen jeweils aus einem Lagerring, einem Laufring und den Innenring und den Laufring verbindenden auf die Rollenachse A¶Z¶ bezogen radialelastischen Mitteln bestehen. Daneben wird vorgeschlagen, daß die Laufbahnen jeweils durch Schienen gebildet werden, die im Gelenkaußenteil von auf die Längsachse A¶1¶ bezogen umfangselastischen Mitteln gehalten sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Tripodegleichlaufdrehgelenk umfassend ein Gelenkaußenteil mit einer Längsachse A₁, einer axialen In nenöffnung und drei gleichmäßig umfangsverteilten zur Längsachse A₁ achsparallelen Ausnehmungen, die jeweils zwei einander gegen überliegende Laufbahnen bilden, und ein Gelenkinnenteil mit einer Längsachse A₂, einem achszentralen Mittelstück und drei gleichmäßig umfangsverteilten, zur Längsachse A₂ radialen Tripo dezapfen, die jeweils in eine der Ausnehmungen hineinragen, sowie Tripoderollen, die auf den Tripodezapfen jeweils koaxial zur Längsachse A₂ des Tripodezapfens drehbar gelagert sind und eine im wesentlichen kugelabschnittsförmige Lauffläche haben, die mit den Laufbahnen in abrollendem Kontakt steht.

Tripodegelenke der genannten Art dienen der Übertragung von Drehmomenten zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkaußen teil. Bei umlaufendem Gelenk unter Beugung der entsprechenden Längsachsen A₁ und A₂ zueinander, rollen die Rollenelemente jeweils in den Ausnehmungen periodisch hin und her, wobei sie gleichzeitig überlagerte periodische Winkelbewegungen von der doppelten Größe des Beugewinkels zwischen den Längsachsen aus führen. Da die Rollenelemente in ihrem Abstand zur Längsachse A₁ des Gelenkaußenteils formschlüssig in den Ausnehmungen gehalten sind, bewegen sich bei gebeugt umlaufendem Gelenk die Zapfen in Bezug auf die Rollenelemente periodisch in Richtung der Zapfen achsen. Diese Bewegung wird in der Regel durch die Verschieb lichkeit der Rollenelemente auf den Nadeln eines Nadellagers, das jeder der Tripodezapfen trägt, ermöglicht. Bei Drehmoment übertragung legt sich jedes Rollenelement an einer der Laufbah nen jeder Ausnehmung in übereinstimmender Umfangsrichtung an, während notwendigerweise Umfangsspiel gegenüber der anderen Laufbahn besteht. Hierbei kommt es jedoch je nach Relativbewe gung zwischen Tripodezapfen und Rollenelement zu wechselnden Anlagen an den inneren und äußeren Kanten dieser zweiten Lauf bahn. Läuft das Gelenk drehmomentfrei um, wie in einem Fahrzeug beim Übergang vom Lastbetrieb zum Schiebebetrieb oder bei im wesentlichen lastfreiem Fahrbetrieb, so kommt es zu wechselnder Anlage der Rollenelemente an beiden Laufbahnen jeder Ausnehmung. Der Anlagewechsel ist hierbei mit geräuschverursachenden Impul sen verbunden, die zu hörbaren Klappergeräuschen führen, die den Fahrkomfort des Fahrzeugs beeinträchtigen.

Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gelenk der genannten Art so weiterzubilden, daß die durch den Anlagewechsel der Rollenelemente zwischen den Laufbahnen der Ausnehmungen im lastfreien Fahrbetrieb verursachten Geräusche reduziert werden. Eine erste Lösung hierfür besteht darin, daß die Tripoderollen aus einem Lagerring, einem Laufring und den Lagerring und den Laufring verbindenden auf die Rollenachse A₂ bezogen radialelastischen Mitteln besteht. Hierdurch wird eine Dämpfung der Impulse bei einem Anlagewechsel der Rollenelemente von einer der Laufbahnen zur anderen der Laufbahnen jeweils einer der Ausnehmungen bewirkt. Das Laufverhalten der erfin dungsgemäßen Tripodegelenke ist damit verbessert. Es ist bei Verwendung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges ein erhöhter Fahrkomfort sichergestellt.

Es ist insbesondere vorzusehen, daß der Weg der relativen Verla gerung zwischen Lagerring und Laufring begrenzt und genau de finiert ist. Hierzu sind an den genannten Teilen ringförmige Anschlagflächenpaare vorzusehen, die Ringspalte miteinander bilden, deren Breite den Maximalwert der möglichen Verlagerung bildet. Hierdurch sind Anfahrstöße gedämpft aufzufangen, während anschließend unter Drehmoment eine definierte drehwinkelgleiche Lage zwischen den Gelenkteilen sichergestellt sein muß. Die Anschlagflächen sind hierbei an einer Umfangsstelle in Anlage miteinander.

In einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, daß die radial elastischen Mittel jeweils aus einer zu einem Ring geformten Wellfeder bestehen. Die in dieser Form dargestellten elastischen Mittel sind kostengünstig in der Herstellung und garantieren gleichbleibende elastische Eigenschaften über die Betriebsdauer unter den gegebenen Einsatzbedingungen, d. h. in Anwesenheit einer Fettfüllung im Gelenk. Gegenüber gummielastischen Elemen ten ist eine derartige Ausführung somit zu bevorzugen. Die zu einem Ring geformte Wellfeder kann gleichzeitig axiales Siche rungselement zwischen Lagerring und Laufring darstellen, indem sie sich an Bundelementen an jedem der genannten Teile abstützt. Die Bundelemente können an einem der beiden Teile einstückig durch eine Eindrehung ausgebildet sein, während sie am anderen der Teile an einem Ende ebenfalls eingedreht sein können, wäh rend sie am anderen Ende durch Umformung nach der Montage der Wellfeder oder durch Einpressen einer kleinen, mit einem ent sprechenden Bundelement versehenen Buchse gebildet werden kön nen. Verschiedene Ausführungsbeispiele hierfür sind in den Zeichnungen dargestellt.

Eine zweite Lösung besteht darin, daß die Laufbahnen durch Schienen gebildet werden, die im Gelenkaußenteil von auf die Längsachse bezogen umfangselastischen Mitteln gehalten sind. Auch hierdurch wird eine Dämpfung der Impulse bei einem Anlage wechsel der Rollenelemente von einer der Laufbahnen zur anderen der Laufbahnen jeweils einer der Ausnehmungen bewirkt. Zugleich wird unter Drehmoment infolge eines elastischen Nachgebens der elastischen Mittel die Rolle vom Kontakt mit der Laufbahn der jeweils unbelasteten Schiene frei, so daß die Reibung herabge setzt wird. Das NVH-Verhalten (noise, vibration, harshness) der erfindungsgemäßen Tripodegelenke ist damit verbessert und die Innenreibung gesenkt.

Auch hier ist sicherzustellen, daß der Weg der relativen Verla gerung zwischen Schiene und Gelenkaußenteil begrenzt und genau definiert ist. Hierzu sind zumindest an den einen der genannten Teile Leisten vorzusehen, die mit Gegenelementen an den anderen der genannten Teile Längsspalte bilden, deren Breite dem Maxi malwert der möglichen Verlagerung entspricht. Wiederum werden Anfahrstöße oder Wechselstöße bei Drehmomentfreiheit im Gelenk gedämpft, während unter Drehmoment eine definierte drehwinkel gleiche Lage zwischen den Gelenkteilen garantiert ist. Hierbei sind die Längsspalte jeweils an einer Schiene jeden Schienenpaa res auf Null reduziert und die Stirnflächen der zugehörigen Leisten mit Gegenflächen in der zugehörigen Nut in Anlage.

In einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, daß die umfangs elastischen Mittel jeweils aus einer längsgestreckten Wellfeder bestehen. Auch dies stellt eine kostengünstige Ausführungsform der elastischen Mittel dar, die dabei unter den Einsatzbedingun gen im Gelenk verschleiß- und alterungsbeständig sind, wie oben bereits erläutert, und damit gleichbleibend elastische Eigen schaften über die Betriebsdauer garantieren.

Die Wellfedern können jeweils zwischen Längskanten von Nuten auf der Außenseite der Schienen seitlich geführt werden; weiterhin können die Schienen in längsverlaufenden Nuten in den Ausnehmun gen gehalten sein. Die Schienen können jeweils an ihren Enden durch Klammern gegen ein Herausfallen aus den Nuten gesichert werden.

Je ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der beiden Lösungsansätze der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen erläu tert.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Tripodegelenk mit elasti schen Mitteln in der Rollenanordnung in einem achs parallelen Schnitt gemäß der Schnittlinie aus Fig. 2;

Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Tripodegelenk nach Fig. 1 im Querschnitt durch die Achsen der Tripodezapfen;

Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Tripodegelenk mit elasti schen Mitten hinter den die Laufbahnen bildenden Schienen in einem achsparallelen Schnitt gemäß der Schnittlinie aus Fig. 4;

Fig. 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Tripodegelenk nach Fig. 3 im Querschnitt durch die Achsen der Tripodezapfen.

Die Figuren werden 1 und 2 nachstehend gemeinsam beschrieben. Wie durch Bruchkanten angedeutet, ist in Fig. 2 das Gelenk mit drei verschiedenen Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Tripoderollen gezeigt.

Ein Tripodegelenk 11 umfaßt im wesentlichen ein Gelenkaußenteil 12 etwa zylindrischer Gestalt mit einer Längsachse A₁, ein Ge lenkinnenteil 13 mit einer Längsachse A₂ sowie Rollenelemente 14a, b, c. Das Gelenkaußenteil 12 hat eine axial zur Längsachse A₁ verlaufende Innenöffnung 15 mit drei umfangsverteilten Aus nehmungen 16, die jeweils zwei sich gegenüberliegende Laufbahnen 17, 18 bilden. Das Gelenkinnenteil 13 hat ein ringförmiges Mit telstück 21 und drei zur Längsachse A₂ radial verlaufende Tripo dezapfen 22, von denen jeder in eine der Ausnehmungen 16 ragt. Auf den zylindrischen Tripodezapfen 22 sind Nadellager 23 zwi schen einer Schulter 24 und einem Sicherungsring 29 gehalten. Auf den Nadellagern 23 sind die Rollenelemente 14 axial ver schieblich gehalten. Diese sind, wie insbesondere in Fig. 1 erkennbar, aus einem Lagerring 25, einem dazu konzentrischen Laufring 26 und einer dazwischenliegenden elastischen zu einem Ring geformten Wellfeder 27 aufgebaut. Hierbei ist bei radialer elastischer Verlagerbarkeit des Laufrings 26 gegenüber dem La gerring 25 eine gegenseitige axiale Festlegung zwischen diesen Teilen unter Einbeziehung der Wellfeder 27 vorgesehen. In den verschiedenen Ausführungsformen 14a, 14b und 14c sind zu diesem Zweck Außenbunde 30 am Lagerring 25 bzw. Innenbunde 31 am Lauf ring 26 vorgesehen, an denen sich jeweils die Kanten der Well feder 27 abstützen und so die gegenseitige axiale Sicherung der beiden ringförmigen Elemente in Bezug auf die Zapfenachse A₂ sichern. Gleichzeitig bilden die Außenbunde 30 am Lagerring gegenüber dem Laufring 26 und die Innenbunde 31 am Laufring gegenüber dem Lagerring 25 Umfangsspalte definierter Breite, die den Maximalwert der elastischen Verlagerbarkeit des Laufrings 26 gegenüber dem Lagerring 25 definiert. Die zylindrischen Ring flächen an den Innenbunden und den Außenbunden bilden dabei mit den jeweiligen Gegenflächen Anschlagflächenpaare. Der Laufring 26 ist mit einer kugelabschnittsförmigen Lauffläche 28 ausge bildet. Die Laufbahnen 18, 19 sind an diese angepaßt im wesent lichen als Innenzylinderabschnitte ausgeführt.

Die Fig. 3 und 4 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Die drei dargestellten Bahn- und Rollenanordnungen sind unter einander gleich.

Ein Tripodegelenk 11 umfaßt im wesentlichen ein Gelenkaußenteil 12 von etwa zylindrischer Gestalt mit einer Längsachse A₁, ein Gelenkinnenteil 13 mit einer Längsachse A₂, sowie Rollenelemente 14. Das Gelenkaußenteil 12 hat eine axial zur Längsachse A₁ verlaufende Innenöffnung mit drei umfangsverteilten Ausnehmungen 16, die jeweils zwei sich gegenüberliegende Laufbahnen 17, 18 bilden. Die Laufbahnen 17, 18 sind unmittelbar in längsverlau fenden Schienen 19, 20 ausgebildet, die in sich gegenüberliegen den Nuten 39, 40 in den Ausnehmungen 16 in Bezug zur Längsachse A₁ des Gelenkaußenteils in Umfangsrichtung beweglich gehalten sind. Zwischen den Nuten 39, 40 und den Schienen 19, 20 liegen längsverlaufende Wellfedern 33, 34, die ihrerseits in Nuten 37, 38 auf der Rückseite der Schienen 19, 20 fixiert sind. Klammern, die die Schienen 19, 20 unverlierbar in den Nuten 39, 40 halten, sind in der Figur nicht dargestellt. Jeweils zu beiden Seiten der Nuten 37, 38 auf der Rückseite der Schienen 19, 20 stehen Leisten 41, 42, 43, 44, die mit dem Grund der Nuten 39, 40 Längsspalte definierter Breite bilden, die den Maximalwert der elastischen Verlagerbarkeit der Schienen 19, 20 gegenüber dem Gelenkaußenteil definieren. Die Stirnflächen dieser Leisten 41, 42, 43, 44 bilden mit den Grundflächen der Nuten 39, 40 An schlagflächenpaare. Das Gelenkinnenteil 13 hat ein ringförmiges Mittelstück 21 und zur drei zur Längsachse A₂ radial verlaufende Tripodezapfen 22, von denen jeder in eine der Ausnehmungen 16 ragt. Auf den zylindrischen Tripodezapfen 22 sind Nadellager 23 jeweils zwischen einer Schulter 24 und einem Sicherungsring 29 gehalten. Auf den Nadellagern 23 sind die Rollenelemente 14 axial verschieblich gehalten. Bei Drehmomentübertragung können sich jeweils die Wellfedern der von den Rollenelementen 14 bela steten Schienen zusammendrücken, so daß Stöße gedämpft werden und gleichzeitig die Rollenelemente von den Laufbahnen der je weils unbelasteten Schienen abgehoben werden, so daß hier die Reibung wesentlich reduziert wird. Anstelle der Wellfedern kön nen auch einfache längliche gummielastische Körper eingesetzt, werden, die mit den Nuten 39, 40 und den Schienen 19, 20 ver klebt werden können, so daß die zuvor genannten Klammern nicht erforderlich sind.

Bezugszeichenliste

11

Tripodegelenk

12

Gelenkaußenteil

13

Gelenkinnenteil

14

Rollenelement

15

Innenöffnung

16

Ausnehmung

17

Laufbahn

18

Laufbahn

19

Schiene

20

Schiene

21

Mittelstück

22

Tripodezapfen

23

Nadellager

24

Schulter

25

Lagerring

26

Laufring

27

Wellfeder

28

Lauffläche

29

Sicherungsring

30

Außenbundelemente

31

Innenbundelement

32

-

33

Wellfeder

34

Wellfeder

35

-

36

-

37

Nut

38

Nut

39

Nut

40

Nut

41

Leiste

42

Leiste

43

Leiste

44

Leiste

Claims

1. Tripodegleichlaufdrehgelenk (11) umfassend ein Gelenkaußen teil (12) mit einer Längsachse A₁, einer axialen Innenöff nung (15) und drei gleichmäßig umfangsverteilten zur Längs achse A₁ achsparallelen Ausnehmungen (16), die jeweils zwei einander gegenüberliegende Laufbahnen (17, 18) bilden, und ein Gelenkinnenteil (12) mit einer Längsachse A₂, einem achszentralen Mittelstück (13) und drei gleichmäßig um fangsverteilten, zur Längsachse A₂ radialen Tripodezapfen (22), die jeweils in eine der Ausnehmungen (16) hinein ragen, sowie Tripoderollen (14), die auf den Tripodezapfen (22) jeweils koaxial zur Längsachse A₂ des Tripodezapfens drehbar gelagert sind und eine im wesentlichen kugelab schnittsförmige Lauffläche (28) haben, die mit den Laufbah nen (17, 18) in abrollendem Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Tripoderollen (14) jeweils aus einem Lagerring (25), einem Laufring (26) und den Innenring und den Lauf ring verbindenden auf die Rollenachse A₂ bezogen radial elastischen Mitteln bestehen.

2. Tripodegelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radialelastischen Mittel jeweils aus einer zu einem Ring geformten Wellfeder (27) bestehen.

3. Tripodegelenk nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Bundelementen (30) auf der Außenseite des Lagerrings (25) und Gegenflächen am Laufring (26) und/oder zwischen Bundelementen (31) am Laufring (26) und Gegen flächen am Lagerring Ringspalte definierter Breite ausge bildet sind und die sich gegenüberliegenden Umfangsflächen Anschlagflächenpaare bilden.

4. Tripodegelenk nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wellfedern (27) jeweils zwischen den Bund elementen (30) auf der Außenseite des Lagerringes (25) und den Bundelementen (31) auf der Innenseite des Laufrings (26) axial abstützen.

5. Tripodegelenk nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bundelemente (30, 31) jeweils durch auf die La gerringe (25) aufgepreßte und/oder in die Laufringe (26) eingepreßte Hülsen gebildet werden.

6. Tripodegelenk nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bundelemente (30, 31) jeweils durch umgeformte Kantenbereiche der Lagerringe (25) und/oder der Laufringe (26) gebildet werden.

7. Tripodegleichlaufdrehgelenk (11) umfassend ein Gelenkaußen teil (12) mit einer Längsachse A₁, einer axialen Innenöff nung (15) und drei gleichmäßig umfangsverteilten zur Längs achse A₁ achsparallelen Ausnehmungen (16), die jeweils zwei einander gegenüberliegende Laufbahnen (17, 18) bilden, und ein Gelenkinnenteil (12) mit einer Längsachse A₂, einem achszentralen Mittelstück (13) und drei gleichmäßig um fangsverteilten, zur Längsachse A₂ radialen Tripodezapfen (22), die jeweils in eine der Ausnehmungen (16) hinein ragen, sowie Tripoderollen (14), die auf den Tripodezapfen (22) jeweils koaxial zur Längsachse A₂ des Tripodezapfens drehbar gelagert sind und eine im wesentlichen kugelab schnittsförmige Lauffläche (28) haben, die mit den Laufbah nen (17, 18) in abrollendem Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahnen (17, 18) jeweils durch Schienen (19, 20) gebildet werden, die im Gelenkaußenteil (11) von auf die Längsachse A₁ bezogen umfangselastischen Mitteln gehalten sind.

8. Tripodegelenk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die umfangselastischen Mittel jeweils aus einer längs gestreckten Wellfeder (33, 34) bestehen.

9. Tripodegelenk nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Leisten (41, 42, 43, 44) auf der Außenseite der Schienen (19, 20) und Gegenflächen in den Nuten (39, 40) Längsspalte definierter Breite ausgebildet sind und die sich gegenüberliegenden Stirnflächen der Leisten bzw. Grundflächen der Nuten Anschlagflächenpaare bilden.

10. Tripodegelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wellfedern (33, 34) jeweils zwischen Längs kanten von Nuten (37, 38) auf der Außenseite der Schienen (19, 20) radial abstützen.

11. Tripodegelenk nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schienen (19, 20) jeweils in längsverlaufenden Nuten (39, 40) in den Ausnehmungen (16) gehalten sind.

12. Tripodegelenk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schienen (19, 20) jeweils an ihren Enden durch Klammern gegen ein Herausfallen aus den Nuten (39, 40) gesichert sind.