DE2343540B2 - Gleichgang-Universalgelenk des Tripod-Typs - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Gleichgang-Universalgelenk des Tripod-Typs mit in axialen Führungsflächen schwenkbar und vorzugsweise axial verschiebbar geführten Mitnehmerroilen, die auf den Zapfen des Tripod drehbar gelagert sind.

Bei einem bekannten Gleichgang-Universalgelenk dieser Art (US-PS 34 90 251) sind die Mitnehmerrollen außer ihrer drehbaren Anordnung auf den Zapfen noch auf diesen in Achsrichtung der Zapfen, d. h. quer zur Achse des die Zapfen tragenden Gelenkteiles verschieblich angeordnet, um unerwünschtes »Taumeln« zu vermeiden. Die in der Drehung der Rollen überlagerte Verschiebebewegung in Achsrichtung der Zapfen führt zu Schwierigkeiten bei größer werdendem, zu übertragendem Drehmoment und bei größer werdenden Beugewinkeln. Ferner müssen bei der bekannten Konstruktion die äußeren Umfangsflächen der Mitnehmerrollen ballig ausgebildet werden, um die Beugewinkelbeweglichkeit zu ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gleichgang-Universalgelenk der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß die genannten Nachteile des bekannten Gelenkes vermieden werden. Hierzu ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß jede Mitnehmerrolle gegenüber dem Ttipod allseitig schwenkbar und in unveränderlichem Abstand von der Kupplungsachse angeordnet ist.

Es hat sich gezeigt, daß bei einem so gestalteten Gleichgang-Universalgelenk eine axiale Verschiebung der Mitnehmerrollen auf den Zapfen nicht vorgesehen zu werden braucht. Die Taumelbewegung des einen Gelenkteils gegenüber dem anderen Gelenkteil wird bei dem neuen Gelenk dadurch aufgenommen, daß sich die Mitnehmerrollen frei in den Führungsflachen des anderen Gelenkteiles verschieben, und zwar überraschenderweise mit einer reinen Abwälzbewegung ohne Gleiten der Mitnehmerrollen in den Führungsflächen.

Bei Beugung der Gelenkteile relativ zueinander in Betrieb gestattet die erfindungsgemäße Lagerung eii allseitiges Schwenken der Mitnehmerrolle derart, dai die Wälzflächen der Mitnehmerrollen stets an den zu gehörigen Führungsflächen abrollen können. Die Wälz flächen lassen sich auf Grund dieser allseitige! Schwenkbarkeit der Mitr.ehmerrollen zylindrisch aus bi-'den. Diese Ausbildung der Mitnehmerrollen in Ver bindung mit ihrer axialen unverschieblichen Anordnunj auf den Zapfen bringt eine konstruktive Vereinfachunj mit sich.

Das Gleichgang-Universalgelenk gemäß der Erfin dung ermöglicht einen Antrieb mit exaktem Gleich gang und einem Minimum an Reibung. Auf Grund de: einfachen Aufbaus sind die Herstellkosten niedrig Gleichzeitig ist das übertragbare Drehmoment erhöh! Das Gleichgang-Universalgelenk gemäß der Erfindung ermöglicht einen großen Beugewinkel. Schließlich is die zulässige Axialverschiebung der Gelenkteile relativ zueinander für eine gegebene Gelenkkurve erhöht Dies ist von besonderem Vorteil bei Anwendung de< Gelenkes bei Kraftfahrzeugantrieben, bei denen sich dei Abstand zwischen den getriebenen Rädern unc dem Getriebe mit dem Ein- und Ausfedern der Räder verändert. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang eine Kombination des erfindungsgemäßen Gleichgang-Universalgelenkes mit einem Festgelenk Bei einer solchen Anordnung kann die Axialverschiebung ohne axiale Belastung und ohne Beeinflussung der Masse eines vom axial verschiebbaren Gelenk angetriebenen Elementes erfolgen. Insbesondere überwindet diese Anordnung die Nachteile bekannter Vorderrad-Antriebe für Kraftfahrzeuge, bei denen die Mitnehmerrollen bei Axialbewegung einen veränderlichen Axialdruck überwinden müssen und bei denen die Masse der die Mitnehmerrollen tragenden Elemente und der zugehörigen Bauteile die ungefederte Masse der angetriebenen Räder unvorteilhaft vergrößert.

In den Unteransprüchen ist die spezielle Ausbildung und Anordnung der Lagerung der Mitnehmerrollen angegeben.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen mehrerer Ausl'ührungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise perspektivische Seitenansicht einer Ausbildungsform mit Axialverschiebung des Gleichgang-Universalgelenkes nach der Erfindung,

F i g. 2 eine teilweise perspektivische Seitenansicht in auseinandergezogener Darstellung des in F i g. I gezeigten Gleichgang-Universalgelenkes,

F i g. 3 einen Längsschnitt, in vergrößertem Maßstab, längs der Linie 3-3 in F i g. I,

F i g. 4 eine Querschnittsansicht längs der Linie 4-4 in F i g. 3,

F i g. 5 eine F i g. 3 ähnliche Längsschnittansicht mit einer Darstellung einer weiteren Ausbildungsform eines die Mitnehmerrollen mit ihren jeweiligen Zapfen verbindenden Universallagers (allseitig beweglichen Lagers), wobei das Universalgelenk in beliebiger Richtung um 60° geschwenkt gezeichnet ist, so daß sich eine der Mitnehmerrollen entgegen der Darstellung in F i g. 3 nicht in der oberen, sondern entsprechend der Zeichnung in der unteren Stellung befindet,

F i g. 6 eine Querschniitsansicht längs der Linie 6-6 in F i g. 5,

F i g. 7 einen Schnitt durch eine Mitnehmerrolle mit einer Darstellung einer weiteren Ausbildungsform eines die Mitnehmerroilen mit ihren jeweiligen Zapfen

verbindenden Lagers,

F i g. 8 eine perspektivische Ansicht, in vergrößertem Maßstab, der Kugeln und des Käfigteils des in F i g. 7 gezeigten Lagers,

F i g. 9 eine Querschnittsansicht einer Ausbildungsform ohne Axialverschiebung des Gleichgang-Universalgelenkes nach der Erfindung bei einem Gelenkanstellwinkel von O³, mit einer Darstellung ein<r weiteren Ausbildungsform eines die Mitnehmerrollen mit ihren jeweiligen Zapfen verbindenden Lagers,

F i g. 10 einen Längsschnitt längs der Linie 10-10 in F i g. 9, jedoch bei einem Gelenkanstellwinkel von etwa 20°,

F i g. 11 emen Schnitt längs der Linie 11-11 in F i g. 9 zur weiteren Erläuterung der in Fig.9 gezeigten Lager-Ausbildungsform,

Fig. 12 eine vereinfachte Strichzeichnung zur Verdeutlichung des Kreises oder Taumelns eines der Gelenkteile gegenüber dem anderen bei Drehung des Universalgelenkes mit Winkelverlagerung der Achsen der Gelenkteile,

F i g. 13 eine vereinfachte Strichzeichnung mit Blickrichtung von der Linie 13-13 in Fig. 12 aus, zur weiteren Erläuterung der Kreisbewegung,

F i g. 14 eine Reihe von Diagrammen zur Verdeutlichung des Verlaufs der Rollenbahn, die eine der Mitnehmerrollen bei Drehung des Gelenkes unter drei verschiedenen Gelenkanstellwinkeln an einer Wand einer der Führungsbahnen beschreibt,

F i g. 15 eine vereinfachte Draufsicht auf ein Vorderrad-Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit Gleichgang-Universalgelenken nach der Erfindung, in welcher außerdem eine verbesserte Ausbildungsform von Universalgelenken für Vorderrad-Antriebssysteme dargestellt ist,

Fig. 16 eine vereinfachte Ansicht von vorn des in Fig. 15 gezeigten Vorderrad-Antriebssystems,

Fig. 17 eine Teilansicht, im Schnitt und in vergrößertem Maßstab, im wesentlichen längs der Linie 17-17 in Fig. 15 mit weiteren Einzelheiten der Universalgelenke zur Verdeutlichung der Anordnung zum Aufheben von Axialkräften und zum Verringern der ungefederten Masse im Vorderrad-Antriebssystem, und

F i g. 18 eine F i g. 17 ähnliche Teilansicht im Schnitt eines herkömmlichen Vorderrad-Antriebsystems in normaler und maximal eingefederter Stellung, zur Verdeutlichung der sich aus den Axialkräften und dem ungefederten Gewicht ergebenden Probleme.

Das in F i g. 1 bis 4 dargestellte Gleichgang-Universalgelenk ist in seiner Gesamtheit mit 20 bezeichnet und weist zwei Hauptteile auf, nämlich ein Zapfenteil (Gelenkinnenteil) 22 mit einer Drehachse X und ein Rihrungsbahnenteiil (Gelenkaußenteil) 24 mit einer Drehachse Y. Gelenkinnenteil 22 und Gelenkaußenteil 24 sind als treibendes und getriebenes Element des Gelenkes gegenseitig austauschbar.

In der nachstehenden Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen wird unter »Gelenkanstellwinkel« der Winkel verstanden, den die Achse des Gelenkinnenteils mit der Achse des Gelenkaußenteils bildet. »Ebene des Gelenkes« oder »Gelenkebene« bezeichnet die Ebene, die die Achsen X und Y des Gelenkinnenteils und des Gelenkp'jßenteils bestimmen, wenn sie unter einem beliebigen, von 0° verschiedenen Gelenkanstellwinkel angeordnet sind.

Wie aus F i g. 1 bis 4 zu erkennen, weist das Gelenkinnentcil 22 des Gelenkes 20 einen Schaftteil (Welle) 26 und einen Zapfenträger 28 auf, die beide aus zähem Metall, beispielsweise aus .Schmiedestahl hergestellt sind. Wenngleich die beiden Teile 26 und 28 bei Bedarf einstückig ausgebildet sein könnten, sind sie zur bequemeren Fertigung gesondert hergestellt und nachfolgend mit einer Schweißverbindung 30 miteinander verbunden.

Die Welle 26 des Gelenkim.enteils 22 weist ein einstückiges Vielkeilwellenstück 32 mit einem daran sich einstückig anschließenden, im Durchmesser kleineren Gewindeendstück 34 auf, mit dem sich die Verbindung zu einem Gegenstück einer Vorrichtung herstellen läßt, wie sie beispielsweise in F i g. 15 bis 17 gezeigt ist, an die das Gelenk 20 im Betrieb anschließbar ist.

Das Gelenkaußenteil 24 weist einen Führungsbahnträger 36 und eine Welle 38 auf. Diese beiden Elemente sind mit ineinander eingreifenden Vielkeilprofilen 40 und einer,) herkömmlichen Haltering 42 starr miteinander verbunden. Die Welle 38 kann in beliebiger Weise in ein anderes Gegenstück der beispielsweise in F i g. 15 bis 17 dargestellten Vorrichtung angeschlossen sein, mit der das Gelenk verwendbar ist.

Die gegenseitige Gleichgang-Antriebsverbindung zwischen dem Gelenkinnenteil 22 und dem Gelenkaußenteil 24 ist mit drei Mitnehmerrollen 44 erzielt, die vom Gelenkinnenteil getragen sind und mit entsprechenden, im Gelcnkaußenteil ausgebildeten Führungskanälen oder Führungsbahnen 46 in Eingriff stehen

Jede Mitnehmerrolle 44 weist eine ringförmige Gestalt auf und besitzt eine im wesentlichen zylindrische Außenumfangsfläche 48 und eine teilkugelige Innenfläche 50. Der Mittelpunkt der sphärischen Innenfläche 50 liegt auf der Zylinderachse der zylindrischen Außenfläche 48, in der Mitte zwischen parallelen ringförmigen Stirnflächen 52. Die Mitnehmerrollen 44 sind aus einem zähen Metall, beispielsweise aus hochwertigem Stahl hergestellt, der gehärtet oder oberflächengehärtet ist, um den zylindrischen Außenflächen 48 und den sphärischen Innenflächen 50 beständige, verschleißfeste Eigenschaften zu verleihen.

Die Mitnehmerrollen 44 sind drehbar und allseitig schwenkbar mit zusammengesetzten Lageranordnungen 5b an drei vom Gelenkinnenteil 22 getragenen Zapfen 54 aufgenommen. Wenngleich die Zapfen miteinander gleich ausgebildet und als Gruppe mit 54 bezeichnet sind, sind sie zum leichteren Verständnis der nachfolgend beschriebenen Arbeitsweise des Gelenkes einzeln mit 54a, 546 und 54c bezeichnet (F i g. 3 und 4). Die Zapfen 54 sind ebenfalls aus einem zähen Metall, beispielsweise aus hochwertigem Stahl, hergestellt und weisen jeweils eine zylindrische Stützfläche 58 auf, die gehärtet oder oberflächengehärtet ist. Die Zapfen könnten zwar gesondert hergestellt und am Gelenkinnenteil 22 gesondert befestigt sein. Zur Erzielung zusätzlicher mechanischer Festigkeit und Stabilität sind sie aber beim gezeigten Beispiel als einstückige Endteile eines dreifingrigen sternförmigen Körpers 60 ausgebildet. Die Übergänge zwischen den Zapfen 54 und dem sternförmigen Körper 60 sind durch ringförmige Flansche 62 gebildet, die als Anschläge für die zusammengesetzten Lageranordnungen 56 dienen.

An ihren in radialer Richtung nach außen weisenden Enden sind die Zapfen 54 starr mit Kopfschrauben 66 an drei in axialer Richtung sich erstreckenden Fingern oder Ansätzen 64 angeschlossen, die als einstückige Verlängerungen des Zapfenträgers 28 ausgebildet sind. Die Kopfschrauben 66 sind in Gewindelöcher 68 eingeschraubt, welche längs der Achsen der Zapfen in radialer Richtung nach innen urhpn Dip Knnfcrhrunhpn fiR

weisen einen kegelstumpfförmigen Kopf auf, der in ein dazu passendes konisches Loch 69 eindringt, welches im fingerähnlichen Ansatz 64 ausgebildet ist.

Zu jeder der zusammengesetzten Lageranordnungen 56 gehört ein inneres Wälz-Nadellager 70 mit einer Vielzahl von Lagernadeln 72 sowie ein äußeres sphärisches Gleitlager 74. Die beiden Lager 70 und 74 jeder zusammengesetzten Lageranordnung 56 sind durch einen ringförmigen Stützkörper 56 voneinander getrennt, dessen zylindrische Innenfläche 78 die äußere Laufbahn des Nadellagers 70 bildet. Als innere Laufbahn jedes Nadellagers 70 dient die zylindrische Stützfläche 58 jedes Zapfens 54. Jeder Stützkörper 76 ist zwischen dem entsprechenden Ansatz 64 und den ringförmigen Flanschen 62 mit engem Laufsiiz angeordnet, so daß jeder Stützkörper reibungsarm (in Art eines Wälzlagers) am zugehörigen Nadellager 70 drehbar abgestützt ist.

Jedes der sphärischen Gleitlager 74 weist drei teilkugelige (kugelsegmentförmige) Bronzekörper 80 auf, die mit der in radialer Richtung nach außen weisenden Fläche des ringförmigen Stützkörpers 76 starr verbunden und mit komplementären, teilkugeligen Außenflächen ausgebildet sind, die eine teilkugelige Gleitlagerfläche 82 bilden, welche sich mit engem Gleitsitz gleitend in Art eines Gleitlagers an der teilkugeligen Innenfläche 50 der zugehörigen Mitnehmerrolle 44 abstützt.

Daraus ergibt sich, daß jede Mitnehmerrolle 44 mit der zusammengesetzten Lageranordnung 56 drehbar in einer unveränderlichen axialen Stellung am zugehörigen Zapfen 54 angebracht ist und daß jede Mitnehmerrolle gleichzeitig auch allseitig schwenkbar in dieser Lage gehalten ist. Da die Außenflächen 48 der Mitnehmerrollen zylindrisch sind, ist die allseitig bewegliche Anordnung der Mitnehmerrollen nötig, um bei Drehung des Gelenkes mit winkelverlagerten Achsen die relative Taumel- oder Kreisbewegung der Achsen X und Vaufzunehmen.

Zur Vervollständigung der Gleichgang-Antriebsverbindung zwischen dem Gelenkinnenteil 22 und dem Gelenkaußenteil 24 sind die Führungsbahnen 46 des Gelenkaußenteils jeweils von zwei ebenen parallelen Führungsflächen 84 gebildet, die mit großer Genauigkeit hergestellt und mit solchem Zwischenabstand angeordnet sind, daß sie die jeweilige Mitnehmerrolle 44 mit einem sehr leichten Laufsitz eng umschließen. Demgemäß liegt jede Mitnehmerrolle 44 mit ihrer zylindrischen Außenfläche 48 in einem gegebenen Zeitpunkt nur an einer der Führungsflächen 84 der Führungsbahnen an. Die beiden zueinander parallelen Führungsflächen 84 der Führungsbahnen liegen ebenfalls parallel zur Längsachse Y des Gelenkaußenteils 24, und jede der beiden parallelen Führungsflächen hat von der Achse des Gelenkaußenteils gleichen Abstand. Die Führungsbahnen sind mit einem Winkelabstand von 120" entsprechend dem Winkelabstand der Zapfen 54 des Gelenkinnenteils 22 angeordnet.

Die Führungsflächen 84 der Führungsbahnen sind auch als paarweise aneinander anschließende Flächen von drei mit überwiegender Längsausdehnung einstükkig mit dem Führungsbahnträger 36 des Gelenkaußenicüs 24 hergestellten, frei tragenden Mitnehmerarmen 86 ausgebildet Der Werkstoff des Führungsbahnträgers 36 ist zähes Metall, beispielsweise hochwertiger Stahl, wo erforderlich gehärtet oder oberflächengehär tet, um dem Gleichgang-Gelenk 20, die für einwandfreies Arbeiten und gute Drehmomentbelastbarkeit erforderliche mechanische Festigkeit, Starrheit und Stabilität sowie Verschleißfestigkeit zu verleihen.

Um eine allgemeine Vorstellung von der Größe und Drehmomentbelastbarkeit einer bestimmten Ausbildungsform des in F i g. 1 bis 4 dargestellten Gleichgang-Gelenkes 20 zu geben, seien folgende Angaben gemacht. Das gezeigte Gelenk kann mit einem Außendurchmesser von etwa 111 mm beim Gelenkinnenteil ausgeführt sein. Die Abmessungen der übrigen Bauteile sind im angemessenen Verhältnis hierzu gewählt. Beispielsweise kann der maximale Aultendurchmesser des Gelenkaußenteils 24 etwa 105 mm betragen. Die Mitnehmerrollen können einen Durchmesser von etwa 5 mm bei einer Breite von etwa 16 mm aufweisen. Um die Herstellung zu erleichtern, können die im wesentlichen zylindrischen Übertragungsflächen (Außenflächen) 48 der Mitnehmerrollen 44 um etwa 0,025 mm leicht ballig ausgeführt sein, d. h. der Durchmesser ist in der Mitte um etwa 0,025 mm größer als an den Rändern. Der für Herstellungsrwecke und zur Erzielung eines einwandfreien Laufes richtige Laufsitz kann dadurch erzielt sein, daß die zwei sich gegenüberliegenden Führungsflächen 84 der Führungsbahn mit einem Zwischenabstand angeordnet sind, der um etwa 0,025 mm oder, wenn zulässig, um einen höheren Betrag größer ist als der maximale Mittendurchmesser der Mitnehmerrollen 44.

Bei einem derart konstruierten Gelenk ist zwischen den Achsen X und Y der Gelenkteile ein zwischen 0ⁿ und etwa 50° stufenlos veränderbarer Gelenkanstellwinkel möglich. Bei dem in F i g. 3 und 4 gezeigten Beispiel beträgt der Gelenkanstellwinkel etwa 37°. Das betrachtete Ausführungsbeispiel vermag bei beliebigem Gelenkanstellwinkel innerhalb des angegebenen Bereiches ein Drehmoment von etwa 392 kpm gleichförmig zu übertragen.

Ein Gleichgang-Universalgelenk 20 der angegebenen Größe und Leistung ist beispielsweise als äußeres, die Lenkbewegungen mitmachendes Gelenk eines Kraftfahrzeug Vorderrad-Antriebsystems verwendbar, wie es in Verbindung mit F i g. 15 bis 17 beschrieben ist. Ein derartiges Gelenk wäre hinsichtlich Größe, Leistung und Drehwinkel für ein großes starkmotoriges Automobil mehr als ausreichend.

F i g. 5 und 6 zeigen ein Gleichgang-Universalgelenk 204, das in jeder Hinsicht dem Gleichgang-Universalgelenk 20 entsprechend F i g. 3 und 4 gleicht, ausgenommen daß zur drehbaren und allseitig kippbaren Anbringung uv.r Mitnehmerrollen 44 an den Zapfen 54 eine weitere Ausbildungsform der Lageranordnung gewählt ist. Bei Berücksichtigung der Lage der Zapfen 54 ist ebenfalls zu erkennen, daß das Gelenk in F i g. 6 gegenüber der in F i g. 4 angegebenen Stellung um 60° im Uhrzeigersinn geschwenkt gezeichnet ist

Wie in F i g. 5 und 6 zu erkennen, s.ind zur drehbaren und allseitig kippbaren Anbringung der Mitnehmerrollen 44 an den Zapfen 54 an Stelle der zusammengesetzten Lageranordnungen 56 des in F i g. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiels zusammengesetzte Lageranordnungen % verwendet, von denen jede eine Vielzahl von tonnenförmigen Rollen oder Nadeln 98 aufweist, die in einer ringförmigen Nut 100 aufgenommen sind, welche in einer starr mit dem Zapfen 54 ver bundenen inneren Lagerlaufbahn 102 ausgebildet ist. Die ringförmige Nut 100 bildet die innere Laufbahn der Lageranordnung 96. während als äußere Laufbahn die teilkugelige Innenfläche 50 der Mitnehmerrolle 44 dient Die tonnenförmigen Rollen 98 sind in den Nuten mit ringförmigen Schultern 104 gehalten, welche die

Seitenkanten der Nuten bilden und voneinander einen Abstand haben, der wenig größer ist als die Länge der Rollen 98, um einen Laufsitz zu erzielen.

Die Umfange (Außenflächen) der tonnenförmigen Rollen 98 sind in Querschnittsansicht so gewählt, daß sie exakt an die teilkugeligen Innenflächen 50 der Mitnehmerrollen 44 angepaßt sind, ausgenommen eine sehr geringe (nicht gezeichnete) Balligkeit, wie sie bei der Herstellung von Rollenlagern (Lagerrollen) üblich ist. Die Rollen 98 sind u'"iterhin an die Fläche der ringförmigen Nut 100 der inneren Laufbahn 102 angepaßt, auch hier mit Ausnahme einer von der Gestalt der Laufbahn abweichenden sehr geringen Balligkeit der Rollen.

Die Mitnehmerrollen 44 sind daher über die tonnenförmigen Rollen 98 der Lageranordnung 86 drehbar und reibungsarm (in Art eines Wälzlagers) abgestützt. Gleichzeitig sind die Mitnehmerrollen 44 an der Lageranordnung allseitig kippbar aufgenommen. Die allseitige Kippbewegung erfolgt unter geringer Reibung (in Art eines Wälzlagers), weil der zur Aufnahme des maximalen Gelenkanslellwinkels erforderliche Grad der allseitigen Neigung der Mitnehmerrolien 44 sehr klein ist und bei einem Gelenk mit den ungefähren Abmessungen wie zuvor beschrieben weniger als 4° beträgt. Bei dieser geringen Schrägstellung dreht die Mitnehmerrolle lediglich um etwa eine Viertelumdrehung in einer Richtung. Da die leichte, allseitige Schrägstellung der Mitnehmerrollen 44 erfolgt, wenn diese und auch die tonnenförmigen Rollen 98 drehen, wird die Kippbewegung durch reibungsarmes Abrollen (Abrollen der Wälzlagerung) aufgenommen.

Eine überschlägige Berechnung zeigt, daß die Belastbarkeit der zusammengesetzten Lageranordnung % mit der der zusammengesetzten Lageranordnung 56 des Ausführungsbeispiels entsprechend F i g. 3 und 4 vergleichbar ist.

In F i g. 7 und 8 ist eine weitere Ausbildungsform einer zusammengesetzten Lageranordnung 106 zur drehbaren und allseitig kippbaren Abstützung der Mitnehmerrollen 44 an den Zapfen 54 dargestellt. Die Lageranordnung dieses Beispiels weist eine Vielzahl von Wälzlagerkugeln 108 auf, die mit geringem Zwischenabstand in einer ringförmigen Nut 110 mit sphärischer Außenfläche angeordnet sind, welche in der Außenfläche eines ringförmigen Stützkörpers 112 ausgebildet ist. Die ringförmige Nut 110 bildet die innere Laufbahn Tür die Lagerkugeln 108, während als äußere Laufbahn die teilkugelige Innenfläche 50 der Mitnehmerrolle 44 dient.

Um den Zwischenabstand zwischen den Lagerkugeln 108 beizubehalten, ist mit Zwischenabstand zu den teilkugeligen Stützflächen 50 und 110 ein ringförmiger Kugelkäfig 114 angeordnet. Dieser weist eine Vielzahl von im wesentlichen kreisrunden Aussparungen 116 auf, deren Durchmesser etwas größer ist als der der Wälzlagerkugeln 108 und die in vier kreisrunden Bahnen um den Außenumfang des Kugelkäfigs herum mit Zwischenabstand ausgebildet sind. Die Kugeln 108 einander benachbarter Reihen sind, wie gezeigt gegeneinander versetzt, um die größtmögliche Anzahl von Lagerkugeln unterbringen zu können.

Zur Vervollständigung der zusammengesetzten Lageranordnung 106 können zwei ringförmige, geteilte Federringe 118 in zwei mit entsprechender Gestalt an gegenüberliegenden Rändern der teilkugeligen Fläche 50 ausgebildete Nuten eingesetzt sein. Die Federringe 118 dienen dazu, ein Überfahren der Endstellung beim allseitigen Kippen der Mitnehmerrollen 44 zu verhindern. Sie wirken weiterhin als Zentriervorrichtung für den Kugelkäfig 114, da die in den äußeren Reihen angeordneten Lag;erkugeln 108 die Federringe nicht überfahren können. Die Federringe stellen somit ein sehr einfaches, jedoch wirksames Mittel dar, mit dem sich ein Überfahren einer Endstellung durch den Kugelkäfig 114 und durch die gesamte Lageranordnung 106 verhindern läßt.

Wenn an Stelle der Lageranordnungen 56 entsprechend F i g. 3 und 4 oder der Lageranordnungen % entsprechend F i (j. 5 und 6 verwendet, nehmen die in F i g. 7 und 8 gezeigten Lageranordnungen reibungsarmes Drehen (Drehung in der Wälzlagerung) und allseitiges Kippen der Mitnehmerrollen 44 gegenüber den Zapfen 54 vollständig auf. Wenngleich sich aus einer überschlägigen Berechnung ergibt, daß die Lageranordnungen 106 eine geringere Drehmomentbelastbarkeit aufweisen als die übrigen Lagerausbildungsformen, so ist die Kugellageranordnung 106 in idealer Weise zur Verwendung mit einem Gleichgang-Gelenk geeignet, von dem keine ebenso große Drehmomentbelastbarkeit verlangt wird, bei dem es jedoch auf eine weitestgehende Verringerung der Reibung ankommt.

In einigen Anwendungsfällen auf dem Gebiet des Maschinenbaues wird ein Universalgelenk benötigt, bei dem zwischen den Gelenkteilen keine Axialverschiebung vorgesehen ist. Dies trifft beispielsweise für den Fall zu, wo zwei Universalgelenke hintereinander angeordnet sind, wobei das eine der Gelenke mit Axialverschiebung arbeitet, während das andere so ausgebildet ist, daß Axialverschiebung zwischen den Gelenkteilcn verhindert ist. In einem anderen Anwendungsbeispiel werden zwei Gelenke ohne Axialverschiebung hintereinander angeordnet, wobei eine etwa geforderte Axialverschiebung zwischen den Gelenken in einer beliebigen anderen Vorrichtung, beispielsweise in einem herkömmlichen (nicht gezeichneten) Schiebe-Vielkeilprofil vorgesehen ist.

Bei dem in F i g. 9 und 10 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Drei-Rollen-Gleichgang-Universalgelenkes handelt es sich um ein Gelenk ohne Axialverschiebung, das mit besonderem Vorteil beispielsweise als eines von zwei Gelenken verwendbar ist, die in einem Kraftfahrzeug mit Vorderradantrieb an einer Fahrzeugseite angeordnet sind (F i g. 15 bis 17). Das Gleichgang-Gelenk dieses Ausführungsbeispiels ist in seiner Gesamtheit mit 120 bezeichnet und weist ein Gelenkinnenteil 122 und ein Gelenkaußenteil 124 auf.

Zum Gelenkinnenteil 122 gehört eine Welle 126 und ein Zapfenträger 128, der mit der Welle beispielsweise durch einstückige Ausbildung oder mit Vielkeilprofil und Federring (F i g. 10) starr verbunden ist

Das Gelenkaußenteil 124 des Gelenkes 120 weist einen Fühmngsbahnträger 136 und eine Welle 138 auf. Beide Elemente sind beispielsweise durch einstückige Ausbildung oder durch Flansch und Kopfschraube starr miteinander verbunden.

Wie bei den Universalgelenken 20 und 2OA der weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispiele ist die Gleichgang-Antriebsverbindung zwischen dem Gelenkinnenteil 122 und dem Gelenkaußenteil 124 mit drei Mitnehmerrollen 144 hergestellt die in drei entsprechende, im Gelenkaußenteil 124 ausgebildete Führungskanäle oder Führungsbahnen 146 eingreifen. Die Mitnehmerrollen 144 weisen zylindrische Außenflächen 148 auf, die, wie in Verbindung mit den anderen Gelenkausbildungsformen beschrieben, leicht ballig ausge-

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führt sein können. In ähnlicher Weise sind die Mitnehmerrollen 144 über jeweils eine zusammengesetzte Lageranordnung 156 drehbar und allseitig schwenkbar (kippbar) an drei Zapfen aufgenommen, die als Gruppe mit 154 bezeichnet sind. Jeder der Zapfen weist eine zylindrische Stützfläche 158 auf. Die drei Zapfen sind starr mit dem Zapfenträger 128 des Gelenkinnenteils 122 verbunden, beispielsweise, wie in der Zeichnung gezeigt, durch einstückige Ausbildung mit dem Zapfenträger und so, daß die Zapfenachsen mit gleich großem Winkelabstand von 120° angeordnet sind und eine Ebene bilden, die zur Achse X des Gelenkinnenteils 122 normal verläuft. Die Führungsbahnen sind zu einer Achse Y des Gelenkaußenteils 124 symmetrisch angeordnet.

Die zusammengesetzte Lageranordnung 156 ist eine weitere Ausbildungsform einer Lageranordnung zur drehbaren und allseitig schwenkbaren Anbringung der Mitnehmerrollen an den Zapfen des Gelenkinnenteils. Zu jeder zusammengesetzten Lageranordnung 156 gehört ein inneres Wälzlager in Ausführung als Nadellager 170 mit einer Vielzahl von Nadeln 172, sowie ein äußeres, sphärisches Wälzlager 174. Die beiden Lager 170 und 174 sind durch einen ringförmigen Stützkörper 176 voneinander gelrennt, dessen zylindrische Innenfläehe 178 die äußere Laufbahn des Nadellagers 170 bildet. Als äußere Laufbahn des Nadellagers dient die zylindrische Stützfläche 158 des jeweiligen Zapfens 154. Jeder der Stützkörper 176 ist zwischen einer ringförmigen Schulter 179 am Übergang zwischen dem Zapfen 154 und dem Zapfenträger 128 und einer Sicherungsscheibe 181 angeordnet, die von einem Federring 183 in Lage gehalten ist, welcher in eine Nut am äußeren Ende des jeweiligen Zapfens 154 eingesetzt ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß der Stützkörper 176 vom Nadellager 170 in Art eines Wälzlagers (reibungsarm) drehbar abgestützt ist.

Jedes der sphärischen Wälzlager 174 weist eine Vielzahl von tonnenfönnigen Lagerroilen 185 auf, die in Längsrichtung hintereinander in vier im wesentlichen ringförmigen Reihen angeordnet sind, die um den Außenumfang de; ringförmigen Stützkörpers 176 herumführen. Die tonnenförmigen Rollen 185 sind in Vierergruppen in mit entsprechender Gestalt ausgeführten Nuten 187 aufgenommen, die um ein Zentrum herum angeordnet sind, welches sich im Mittelpunkt der Zylinderachse des Stützkörpers 176 befindet. Sie bilden somit eine Vielzahl von inneren Laufbahnen für Vierergruppen von tonnenförmigen Rollen 185. Eine allen tonnenförmifeen Rollen gemeinsame äußere Laufbahn stellt eine sphärisch ausgebildete Innenfläche 150 jeder Mitnehmerrolle 144 dar Zum sphärischen Wälzlager 174 gehören weiterhin zwei Federringe 189, die in Anordnung und Aufgabe den Federringen 118 der in F i g. 7 und 8 dargestellten Lagerausbildungsform 106 gleichen.

Jede Mitnehmerrolle 144 ist daher mit einer zusammengesetzten Lageranordnung 156 drehbar in einer unveränderlichen axialen Stellung am zugehörigen Zapfen 154 angebracht und gleichzeitig in dieser Lage auch allseitig schwenkbar aufgenommen.

Die Führungsbahnen 146 des Gelenkaußenteils 124 sind von zwei ebenen parallelen Führungsflächen 184 gebildet die die jeweilige Mitnehmerrolle 144 eng umschließen, jedoch auch einen leichten Laufsitz schaffen, so daß jede der zylindrischen Außenflächen 148 der zugehörigen Mitnehmerrolle 144 gleichzeitig nur an einer der Führungsflächen 184 der Führungsbahn angreift.

Die Führungsbahnen 146 gleichen in Gestalt und Anordnung den Führungsbahnen 46 der weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispiele, ausgenommen, daß sie, wie aus der Zeichnung zu erkennen, beträchtlich kürzer sind, da das Gleichgang-Universalgelenk 120 dieses Ausführungsbeispiels so ausgebildet ist, daß ein maximaler Gelenkanstellwinkel von nur etwa 20° aufgenommen wird, und das das Gelenk 120 ein axial nicht verschiebbares Gelenk ist, so daß längere Führungsbahnen nicht erforderlich sind. Mit Ausnahme der nicht vorhandenen relativen Axialverschiebung arbeitet das Gelenk 120 in exakt der gleichen Weise wie die zuvor beschriebenen Gelenke 20 und 2OA

Um zwischen dem Getcnkinnenteil 122 und dem Gelenkaußenteil 124 relative Axialverschiebung zu verhindern, weist das Gelenk 120 eine allseitig bewegliche Schwenkzapfenanordnung 220 auf. Zu dieser gehört ein Schwenkzapfen 222 mit einem einstückig ausgebildeten sphärischen Kugelkopf 224, der allseitig schwenkbar in einem mit entsprechender Gestalt ausgeführten teilkugeligen Sockel 226 gehalten ist, welcher in einem Sokkelträger 228 ausgebildet ist. Der Sockelträger ist beispielsweise mit einem Federring 230 starr in einer offenen Höhlung 232 aufgenommen, welche am axialen Ende der Welle 126 des Gelenkinnenteils 122 ausgebildet ist. Aus der Zeichnung ist zu erkennen, daß der Federring 230 auch zur Befestigung der Welle 126 im Zapfenträger 128 beiträgt.

Mit dem Schwenkzapfen 222 ist einstückig ein Anschlußstück 233 verbunden, das lose an einen Mittelteil einer Metall-Halterung 234 angeschlossen ist, welche ihrerseits drei mit ihr einstückig ausgebildete Ansätze aufweist, die in entsprechenden Nuten 236 befestigt sind. Die Nuten 236 sind zwischen einander benachbarten Paaren von Führungsilächen 184 im Führungsbahntrager Ϊ36 des Gelenkaußenteils 124 ausgebildet. Das Anschlußstück 233 des Schwenkzapfens 222 kann mit zwei Federringen 238 lose an der Halterung 234 angeschlossen sein, wobei, wie in der Zeichnung zu erkennen, die Federringe 238 in mit axialem Zwischenabstand angeordnete Nuten eingesetzt sind. Der Abstand zwischen den Federringen und den Nuten ist so gewählt, daß der Schwenkzapfen 222 in axialer Richtung über ein (nicht gezeichnetes) geringes Spiel verfügt.

Die Ausbildung der Schwenkzapfenanordnung 220 ist so gewählt, daß die Achse des Schwenkzapfens 222 mit der Achse Ydes Gelenkaußenteils 124 zusammenfällt, wenn der Gelenkanstellwinkel 0" beträgt. Bei von 0° abweichendem Gelenkanstellwinkel gestattet das durch die Anbringung des Schwenkzapfens 222 an der Halterung (Flansch) 234 erhaltene Axialspiel eine Kreis- oder Taumelbewegung der Mittelachse des Kugelkopfes 224 gegenüber dem Gelenkaußenteil 124, wenn dieses und das Gelenkinnenteil 122 bei Drehung des Gelenkes 120 untereinander eine relative Taumelbewegung oder Kreisbewegung ausführen. Gleichzeitig verhindert jedoch die Schwenkzapfenanordnung relative Axialverschiebung zwischen den Gelenkteilen 122 und 124.

Es kann in bestimmten Anwendungsfällen des in F1 g. 9 und 10 dargestellten Gelenkes zweckmäßig sein, diesem eine begrenzte Axialverschiebung zu geben. Dies ist ohne weiteres möglich durch Vergrößern des axialen Abstandes zwischen den Federringen 238 und ihren Nuten, um auf diese Weise den gewünschten Betrag relativer Axialverschiebung zwischen den Gelenkteilen 122 und 124 zu erzielen. Somit ist die maximal mögliche Axialverschiebung zwangläufig festgelegt.

Um das Eindringen von Wasser und Schmutz und Schmiermittelverlust zu verhindern, kann das Gelenk 120 roii ciripr Schmutzdichtungsanordnung 240 versehen sein. Diese kann beliebig ausgebildet sein und kann beispielsweise ein Sicherungsblech 242 aufweisen, das an einer flexiblen Manschette 244 befestigt ist. Die Manschette 244 ist mit dem Umfang der Welle 126 des Gelenkinnenteils 122 verbunden, während das Sicherungsblech 242, wie aus der Zeichnung zu erkennen, drehbar und abdichtend um den Außenumfang des Führungsbahnträgers 136 des Gelenkaußenteils 124 herum angeordnet ist. Eine (nicht gezeichnete) ähnliche Schmutzdichtungsanordnung kann für das Gelenk 20 entsprechend Fig.3 und 4 und das Gelenk 20A entsprechend F i g. 5 und 6 vorgesehen sein.

Das dargestellte spezielle Gelenk 120 ist bestimmt zur Verwendung als das innere von zwei hintereinander angeordneten Gelenken in einem in F i g. 15 bis 17 gezeigten Vorderradantrieb für ein Kraftfahrzeug, wobei als zweites Gelenk ein Gelenk 20 vorgesehen ist, mit dem das Gelenk 120 somit in Größe und Drehmomentbelastbarkeit vergleichbar ist.

Es sei darauf hingewiesen, daß an Stelle des Gelenkes 120 das Gelenk 20 oder das Gelenk 2OA mit einer der Schwenkzapfenanordnung 220 ähnlichen allseitig z$ beweglichen Schwenkzapfenanordnung versehen sein könnte. In diesem Fall wäre das abgewandelte Gelenk 20 oder 20A nicht mehr ein Gelenk mit Axialverschiebung, sondern ein axial nicht verschiebbares Gelenk. Dies kann beispielsweise bei der Fertigung eines Vorderrad-Antriebsystems zweckmäßig sein, um für die inneren und äußeren Gelenke die Austauschbarkeit der Bauteile zu gewährleisten.

Wenngleich bei allen in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen zur drehbaren Anbringung der Mitnehmerrollen an den jeweiligen Zapfen Wälzlager vorgesehen sind, leuchtet es ein, daß an ihrer Stelle Gleitlager eingesetzt sein können, insbesondere dort, wo die Kosten einen kritischen Faktor darstellen. Beispielsweise könnten die Nadellager 70 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß ^c i g. 3 und 4 durch Bronzebüchsen ersetzt sein, die fest mit den jeweiligen Zapfen 54 verbunden wären, wobei die zylindrischen Stützflächen 78 der Stützkörper 76 mit geringem Spiel in Art eines Gleitlagers an den Bronzebüchsen angeordnet wären. Eine andere Möglichkeit bestünde darin, die Stützkörper 76 unmittelbar an den jeweiligen Zapfen 54 fest anzubringen, so daß sowohl Drehung als auch allseitiges Kippen der Mitnehmerrollen 44 von den sphärischen Gleitlagern 74 aufgenommen würden. Dies läuft tatsächlich darauf hinaus, die Wälzlageranordnungen 96 des in F i g. 5 und 6 dargestellten Beispiels gegen sphärische Gleitlageranordnungen zur Aufnahme sowohl von Drehung als auch allseitiger Kippbewegung der Mitnehmerrollen 44 auszutauschen. An Stelle von Bronze könnte jeder beliebige Gleitlagerwerkstoff verwendet sein, beispielsweise Lagerweißmetall, Graphitbronze, selbstsehmierende Bronze oder ein reibungsarmer, mechanisch hochfester Kunststoff, wie z. B. Tetrafluoräthylen.

Fig. 12 und 13 sind als vereinfachte Skizzen dazu gedacht das Verständnis der Arbeitsweise der Drei-Rollen-Gleichgang-Gelenke zu erleichtern. Diese Zeichnungen stellen die relative Kreis- oder Taumelbewegung der Achsen X und V der Gelenkteile 22 und 24 bei Drehung des Universalgelenkes 20 bzw. 20/4 dar. In F i g. 12 und 13 sind diese Achsen mit einem willkürlich gewählten Gelenkanstellwinkel von 37° gezeichnet, der dem auch in F i g. 3 und 5 dargestellten Beugungswinkel entspricht. Die Kreis- oder Taumelbewegung ist bei dem in Fig.9 bis 11 dargestellten Ausführungsbeispiel des Gelenkes von gleicher Art, insofern als die Schwenkzapfenanordnung 220 für die notwendige Flexibilität sorgt, so daß die nachfolgende Erklärung auch für dieses Beispiel gilt.

In F i g. 12 und 13 ist, wie in F i g. 3 und 5, die Achse X des Gelenkinnenteils 22 willkürlich als die nicht taumelnde Achse gewählt, so daß die Kreis- oder Taumelbewegung in der Achse Y des Gelenkaußenteils 24 liegt. Beide Achsen sind als nicht taumelnde und als kreisende oder taumelnde Achse gegenseitig austauschbar. Die Kreis- oder Taumelbewegung ist infolge der bei Drehung des Gelenkes ständig sich verändernden Lage der Mitnehmerrollen 44 in den Führungsbahnen 46 erforderlich. Die Größe der Taumel- oder Kreisbewegung nimmt von Null bei einem Gelenkanstellwinkel von 0° ausgehend in einer geometrischen Reihe zu.

Wie in F i g. 12 und 13 zu erkennen, erfolgt die Kreisoder Taumelbewegung um ein Gelenkzentrum Zan der Schnittstelle der Achse X des Gelenkinnenteils 22 mit einer durch die Achsen der drei Zapfen 54 festgelegten Ebene. Die Achse Vdes Gelenkaußenteils 24 taumelt in einer im wesentlichen konischen Bahn von einem Nullpunkt an der Welle aus, so daß der Nullpunkt den Scheitelpunkt der auf diese Weise erzeugten, im wesentlichen kegeligen Figur darstellt. Der Nullpunkt kann der Stelle eines (nicht gezeichneten) die Welle abstützenden selbsteinstellenden (Pendel-)Lagers liegen oder ein neutraler Punkt an einer Welle sein, welche an beiden Enden Universalgelenke aufweist. Der mittlere Gelenkanstellwinkel ist somit der Winkel zwischen der Achse X und einer vom Nullpunkt zum Gelenkzentrum Z gezogenen Linie, die die Kegelachse der Bahn der taumelnden Achse Ybildet.

Die in der Zeichnung dargestellte »Kreisbahn« ist die von der Achse Y an einer zu dieser Achse im wesentlichen normalen Ebene beschrieben wird, wobei die Ebene in das Gelenkzentrum Z gelegt ist. Diese Kreisbahn ist im wesentlichen kreisrund und ihre maximale Versetzung bestimmt die Größe der Kreisbewegung um das Gelenkzentrum Z. Die Größe der Kreisbewegung für eine bestimmte Gelenkauslegung ist durch der mittleren Gelenkanstellwinkel bestimmt und von der Lage des Nullpunktes unabhängig.

Eine ungefähre Vorstellung von der Größe dei Kreisbewegung bei Gelenken 20 und 2OA mit der wei ter oben beschriebenen Baugröße ergibt sich aus dei Angabe, daß die Achse Y bei einem Gelenkanstellwin kel von 37° gegenüber dem Gelenkzentrum Z eint Versetzung von etwa 3,6 mm erfährt Bei jeder beliebi gen Gelenkausbildung wächst die Größe der Kreisbe wegung in einer geometrischen Reihe von Null be einem Gelenkanstellwinkel von 0° auf ein Maximun bei dem durch die Konstruktion festgelegten maxima len Anstellwinkel an.

Wie zuvor beschrieben, führt eine Achse bei jede vollen Umdrehung von 360° der Achsen eine dreimali ge Taumel- oder Kreisbewegung gegenüber der ande ren Achse aus. Die in Fig. 12 und 13 gezeigte Kreis bahn wird somit bei jeder vollen Umdrehung des Ge lenkes dreimal beschrieben, oder mit anderen Worter bei jeder Drehung des Gelenkes um 120° kommt eim 360° Kreisbewegung zustande.

Nun wird verständlich, daß sich zwar der mittler Gelenkanstellwinkel bei einem beliebigen gegebenei

Verhältnis zwischen der» beiden Gelenkteilen nicht verändert, daß jedoch der Momentan-Gelenkanstellwinkel bei Drehung des Gelenkes in geringem Umfang veränderlich ist Der mittlere Gelenkanstellwinkel beim Beispiel entsprechend F i g. 3 ist der gleiche wie der mittlere Gelenkanstellwinkel beim in F i g. 5 dargestellten Beispiel, jedoch ist der Momentan-Gelenkanstellwinkel in F i g. 3 sehr wenig größer als der in F i g. 5. Dies liegt daran, daß die Achse V des Gelenkaußenteils 24 sich im oberen Punkt ihrer Kreisbahn befindet, wenn die Zapfen 54 die in F i g. 3 gezeigte Stellung einnehmen, daß sie aber durch den unteren Punkt ihrer Kreisbahn geht, wenn für die Zapfen 54 die in F i g. 5 gezeichneten Stellungen zutreffen. Daraus ergibt sich, daß bei Stellung der Zapfen um 30° weg von den in F i g. 3 und 5 gezeichneten Stellungen der Momentan-Gelenkanstellwinkel dem mittleren Gelenkanstellwinkel gleich ist (wenn er diesem an der Gelenkebene überlagert ist). Es leuchtet jedoch ein, daß in dieser Stellung die Achse Y die Achse X nicht tatsächlich schneidet, sondern vom Gelenkzentrum Zzur Seite hin versetzt ist.

Bei Drehung des gezeigten Gleichgang-Universalgelenkes mit winkelverlagerten Achsen beschreiben die Mitnehmerrollen eine Bahn, die nachfolgend mit «Rollenweg« bezeichnet ist. Rollenwege bei drei verschiedenen Gelenkanstellwinkeln von 20, 45 und 49° sind in Fig. 14 dargestellt. Die gezeichneten Rollenwege sind die Bahnen, die ein Kreis am balligen Mittelpunkt der zylindrischen Übertragungsfläche (Außenfläche) 48 jeder Mitnehmerrolle 44 beschreibt, wenn er bei einem bestimmten Gelenkanstellwinkel an einer ebenen Führungsfläche 84 einer Führungsbahn 46 abrollt. Bei der axialen nicht verschiebbaren Ausbildungsform entsprechend F i g. 9 bis 11 wird ein Rollenweg der gleichen Art beschrieben, so daß der 20°-Rollenweg für dieses Beispiel ebenso gültig ist.

Praktische Versuche zeigen, daß die Mitnehmerrollen echten Rollbahnen (Abrollbahnen) folgen, die die in F i g. 14 gezeigten Rollenweg beschreiben. Die Rollenwege sind keine Kreissegmente, sondern an ihrem Mittelteil stärker gekrümmt als an jeder Seite. Der Punkt dos größten Abstandes von der Achse Y des Gelenkaußenteils erscheint bei jeder vollen 360°-Drehung des Gelenkes für jede Mitnehmerrolle zweimal, d. h. jedesmal wenn die Achse eines bestimmten Zapfens senk recht zur Gelenkebene steht. Dieser größte Abstand wächst mit zunehmendem Gelenkanstellwinkel, da er dem »Drehmomentarm«, d. h. dem Abstand zwischen dem Gelenkzentrum Z und dem Mittelpunkt der sphärischen Kippbewegung einer Mitnehmerrolle, zuzüglich dem Radius der Kreisbahn (Kreisbewegung) gleich ist. Die Länge und der maximale Abstand des Roilenweges nimmt mit ansteigendem Gelenkanstellwinkel zu, da der Weg der Rolle und der maximale Abstand sich vergrößern. Dies ist bei einem für hohe Drehmomentbelasturlgen ausgelegten Gelenk von Vorteil, da der maximale Druck zwischen den Mitnehmerrollen und den Führungsbahnen bei unterschiedlichem Gelenkanstellwinkel in verschiedenen Verschleißfeldern (Verschleißmustern) auftritt.

Bei den axial verschiebbaren Ausbildungsformen treten die Rollenwege in Abhängigkeit von der Axialverschiebung an den Führungsflächen 84 in verschiedenen axialen Stellungen auf. Sie sind jedoch, unabhängig von der axialen Stellung, für jeden gegebenen Gelenkanstellwinkel gleich.

Fig. 15 bis 17 zeigen ein in seiner Gesamtheit mit 250 bezeichnetes Kraftfahrzeug-Vorderrad-Anlricbsystem. bei dem das gezeigte Drei-Rollen-Gleichganggelenke verwendet sind. Das Antriebssystem weist als die inneren Gelenke des Systems zwei axial nicht ver schiebbare Universalgelenke 120 und als äußere Gelenke zwei Universalgelenke 20 mit Axialverschiebung auf. Die inneren Gelenke 120 nehmen das Antriebsmoment vom (nicht gezeichneten) Fahrzeugmotor und von einer (nicht gezeichneten) Kraftleitung auf, die mit den beiden Gelenken 120 über ein herkömmlich ausgebildetes Differentialgetriebe 252 verbunden sind. Die (nicht gezeichneten) Abtriebselemente des Differentialgetriebes 252 sind so angeschlossen, daß sie entweder die Gelenkinnenteiile 122 oder die Gelenkaußenteile 124 der axial nicht verschiebbaren Universalgelenke 120 antreiben, jedes der inneren Gelenke 120 ist mit seiner Welle 126 oder 138 über eine starre Verbindung an die Welle 38 eines äußeren Gelenkes 20 angeschlossen. Bei Bedarf können die Wellen einstückig ausgebildet sein. Die Gelenkinnenteile 22 der äußeren Gelenke 20 sind ihrerseits starr mit den lenkbaren Vordertricbrädern 254 eines Personenkraftwagens oder eines anderen Kraftfahi zeuges verbunden.

Wie im Kraftfahrzeugbau üblich, sind das Differentialgetriebe 252, der Fahrzeugmotor und die Kraftleitung am (nicht ge/.eichneten) Rahmen des Kraftfahrzeuges abgestützt und bilden somit Teil des abgefederten Gewichtes. Die Triebräder 254 rollen an der Fahrbahnoberfläche ab und sind über (nicht gezeichnete) Federn und Stoßdämpfer mit dem Aufbau des Fahrzeuges verbunden und bilden somit Teil des ungefederten Fahrzeuggewichtes.. Befährt ein mit dem Vorderradantriebsystem ausgestattete Kraftfahrzeug eine normale Straße oder eine Schnellstraße, rollen die vorderen Triebräder 254 an der Oberfläche der Fahrbahn ab. Das vom Fahrzeugmotor abgegebene Drehmoment wird über die Kraftleitung und von dort über das Differentialgetriebe 252 auf die Triebräder übertragen. Beim Befahren einer schwächeren oder stärkeren Fahrbahnkrümmung gestattet das Diffdrentialgetriebe 252 eine schnellere Drehung des in der Kurve äußeren Rades. Bei Geradeausfahrt laufen die Räder mit der gleichen Geschwindigkeit um. Die Arbeitsweise ist insoweit herkömmlich.

Fig. 15 erläutert mit einer Draufsicht auf das Vorderrad-Antriebsystem 250 die Lenkung der Vorderräder 254. Mit einer (nicht gezeichneten) Lenkvorrichtung, die mit dem Lenkrad des Fahzeuges betätigt wird und über (nicht gezeichnete) Verbindungsglieder auf die Vorderräder 254 wirkt, werden die beiden Räder gleichzeitig aus eimer 0°-Stellung bei Geradeausfahrt des Fahrzeuges in einen maximalen Drehwinkel verstellt, der bis zu 40° betragen kann. Die maximalen Schwenkstellungen der beiden Räder in beiden Richtungen sind in Fi g. 15 mit unterbrochenen Linien dargestellt. Das Schwenken der Räder wird an den äußeren Universalgeleriken 20 aufgenommen. Gleichzeitig kann vom Fahrzeugmotor Antriebsdrehmoment auf die Räder übertragen werden. Außerdem kann bei nichi betätigtem Gaspedal des Fahrzeuges umgekehrtes Drehmoment von den Rädern zurück auf den im Leerlauf arbeitenden Motor übertragen werden, wobei der im Leerlauf arbeitende Motor zur Verlangsamung de; Fahrzeuges benutzt wird.
Während die Vorderräder 254 des Vorderrad-Antriebsystcms 250 angetrieben und gelenkt werden nimmt die Radaufhängung des Fahrzeuges Unebenhei ten der Fahrbahn auf, indem sie eine Höhenverstellung der Räder durch Ein- und Ausfedern gestattet. Ir

Fig. 16, die eine Ansicht des Vorderrad-Antriebsystems 250 von vorn zeigt, ist mit gestrichelten Linien dargestellt, in welcher Weise die Triebräder 254 sich nach oben und nach unten bewegen können, wobei die inneren Gelenke 120 und die äußeren Gelenke 20 Ein- und Ausfederungen von jeweils 20° gegenüber der mit durchgezogenen Linien dargestellten mittleren, neutralen Stellung aufnehmen müssen. Dabei müssen die Abstände zwischen den einander zugeordneten inneren und äußeren Gelenken 120 bzw. 20 wechseln. An jeder Fahrzeugseite muß daher wenigstens eines der Gelenke in der Lage sein, relative Axialverschiebung aufzunehmen, oder es muß andernfalls an jeder Verbindungswelle zwischen den Gelenken irgendwo ein herkömmliches Schiebe-Vielkeilprofil vorgesehen sein. Fig. 16 zeigt den Extremzustand, in dem die Räder durch die Aufhängung in eine geradlinige Aufwärts- und Abwärtsbewegung beim Ein- und Ausfedern gezwungen werden, so daß die der Welle aufgezwungene Winkelstellung von beiden Gelenken aufgenommen werden muß. Bei vielen, wenn nicht bei allen Kraftfahrzeugen können sich die Räder zumindest teilweise schrägstellen (den Stutz ändern), so daß die aufgezwungene Winkelstellung (der Welle) wenigstens am äußeren Gelenk kleiner ist.

Wie zuvor beschrieben, können die axial verschiebbaren äußeren Gelenke 20 auf diese Weise beim Einbzw. Ausfedern der Triebräder Abstandsunterschiede aufnehmen. Die inneren Gelenke 120 können daher ohne Axialverschiebung ausgebildet sein, entsprechend der weiter oben beschriebenen Ausbildungsform.

Mit den gezeigten Gleichganggelenken, mit denen Gelenkanstellwinkel von etwa 50° erreichbar sind, war es möglich, Drei-Rollen-Gelenke als äußere oder die Lenkbewegung mitmachende Gelenke eines Vorderrad-Antriebsystems vorzusehen. Bei dieser Anordnung wird die mit den Triebrädern verbundene ungefederte Trägheitsmasse verkleinert, so daß ein ruhigeres Fahren möglich ist. Ferner ist es nicht mehr notwendig, die Mitnehmerrollen des Gelenkes unter einem Winkel gegen die Führungsbahnen anzutreiben, wenn sich die Triebräder beim Ein- und Ausfedern aufwärts und abwärts bewegen. Dies wird besonders deutlich beim Vergleich zwischen dem in Fig. 17 dargestellten System und einem derzeit serienmäßigen Vorderrad-Antriebsystem entsprechend F i g. 18.

Wie in F i g. Ii! zu erkennen, werden im gebräuchlichen herkömmlichen Antriebssystem axial verschiebbare innere Gelenke 321 verwendet, die als »Tripod«-Gelenk ausgebildet sein können, und die mit axial nicht verschiebbaren äußeren Gelenken 323 zusammenwirken. Die inneren Drei-Rollen-Gelenke 321 weisen Gelenkaußenteile 32:5 auf, die unmittelbar an das Differentialgetriebe angeschlossen sind und somit alle Teile des abgefederten Fahrzeuggewichtes bilden. Jedoch sind die Gelenkinnenteile 327 der inneren Gelenke 321, das äußere Gelenk 323 und die Verbindungswelle 329 alle unmittelbar mit den Triebrädern des Fahrzeuges verbunden und erhöhen somit die ungefederte Trägheitsmasse. Bei dem in Fig. 18 dargestellten herkömmliehen Antriebssystem nehmen daher die Triebräder in jeder Aufwärts- und Abwärtsbewegung beim Ein- bzw. Ausfcdern alle diese Teile mit, so daß die ungefederte Masscnlast beträchtlich vergrößert wird.

Der Unterschied zwischen dem beschriebenen Vorderrad-Antricbsysiem und dem in F i g. 18 dargestellten herkömmlichen System wird bei Betrachtung von Fig. 17 deutlich, die eine im Maßstab vergrößerte und in mehr Einzelheiten gehende Ansicht einer Seite des in F i g. 15 gezeigten Antriebsystems darstellt Entsprechend F i g. 17 sind nur die Gelenkinnenteile 22 der äußeren Gelenke 20 unmittelbar* mit den Triebrädern 254 verbunden. Die Gelenkaußenteile 24, die Verbindungswellen und die inneren Gelenke 120 sind alle unmittelbar an das Differentialgetriebe 252 anger '"lossen, das Teil des vom Fahrzeugaufbau getragene; , gefederten Gewichtes ist Die ungefederte Trägheitsmasse ist beim beschriebenen Antriebsystem daher in bedeutendem Umfang verringert.

Als weiterer Unterschied ergibt sich beim in Fig. ':7 dargestellten Antriebssystem, daß das Gelenkaußenteil 24 jedes äußeren Gelenkes 20 Ein- und Ausfedern jedes Triebrades zuläßt, ohne daß die Mitnehmerrollen 44 gegen irgendeine Schräge bewegt werden müssen. Aus Fig. 17 ergibt sich, daß bei Bewegung des Rades aus der gestrichelt gezeichneten Mittelstellung heraus in die mit durchgezogenen Linien dargestellte äußerste untere Stellung die Mitnehmerrollen sich in den Führungsbahnen 46 in einer zur Achse Ydes Gelenkaußenteils stets parallelen Richtung verstellt haben.

Bei dem herkömmlichen Vorderrad-Antriebsystem entsprechend F i g. 18 müssen die Mitnehmerrollen 331 der inneren Gelenke 321 jedesmal, wenn die Achse jeder Mitnehmerrolle im wesentlichen senkrecht zur Gelenkebene steht, gegen die geneigten Führungsbahnen 333 unter einem Winkel angetrieben werden, der dem Gelenkanstellwinkel im wesentlichen gleich ist. Dies geschieht bei jeder 360°-Umdrehung der Triebräder sechsmal. Ähnlich ist es, wenn der Motor zum Bremsen benutzt und das Drehmoment umgekehrt wird. Dabei werden bei Winkelverlagerung des inneren Gelenkes sechs Impulse vom Gelenkinnenteil auf das Gelenkaußenteil übertragen. Daher wird bei dem Voiderrad-Antriebssystem herkömmlicher Ausbildung entsprechend Fig. 18 zusätzliches, pulsierendes Drehmoment benötigt, um die Triebräder anzutreiben, wenn das Rad eine Ein- oder A.usfederungsbewegung ausgeführt hat.

Außerdem drängen die Räder bei jeder Radumdrehung dem Motor sechs Impulse auf, wenn der Motor als Bremse benutzt wird und wenn sich die Räder in einer anderen als der auf das Ein- und Ausfedern bezogenen Mittelstellung befinden.

Zusammenfassung

Universal-Antriebsverbindung mit wenigstens einem Drei-Rollen-Gleichgang-Universalgelenk mit einem Zapfenteil (Gelenkinnenteil) und einem Führungsbahnenteil (Gelenkaußenteil). Das Gelenkinnenteil trägt drei an jeweils einem Zapfen drehbar und allseitig kippbar aufgenommene Mitnehmerrollen. Die Zapfen sind mit gleichem Winkelabstand starr angeschlossen, wobei ihre Achsen in einer zur Drehachse des Gelenk innenteils senkrechten Ebene liegen. Jede der Mitnehmerrollen weist eine im wesentlichen zylindrische Außenumfangsfläche auf, die mit engem Wäb.eingriff in einer von drei im Gelenkaußenteil mit gleichem Winkelabstand ausgebildeten Führungskanälen oder Führungsbahnen angeordnet ist. Jeder der Führungskanäle ist von zwei sich gegenüberliegenden parallelen, ebenen Flächen gebildet, die ebenfalls zur Achse des Geienkaußcnteiis parallel verlaufen. Bei Drehung der beiden Gelenkteile unter Antriebsbedingungen mit winkelverlagerten Achsen rollen die Mitnehmerrollen mit ihren Umfangsflächen an den Flächen der Führungskanälc ab und führen außerdem an ihren Zapfen je nach

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gleichgang-Universalgelenk des Tripod-Typs mit in axialen Führungsflächen schwenkbar und vorzugsweise axial verschiebbar geführten Mitneiimerrollen, die auf den Zapfen des Tripod drehbar gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Mitnehmerrolle (44; 144) gegenüber dem Tripod (22; 122) allseitig schwenkbar und in unveränderlichem Abstand von der Kupplungsachse (X) angeordnet ist.

2. Gleichgang-Universalgelenk nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß jede Mitnehmerrolle (44; 144) eine im wesentlichen zylindrische Außenfläche (43; 148) aufweist, die an den entsprechenden Rjhrungsflächen (84; 184) abrollt.

3. Gleichgang-Universalgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Mitnehmerrolle (44) über ein sphärisches Lager (74) schwenkbar auf dem zugehörigen Zapfen (54; 154) abgestützt ist.

4. Gleichgang-Universalgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Mitnehmerrolle (44; 144) mit einer hohlkugeligen Innenfläche über tonnen- oder kugelförmige Wälzkörper (98; 108) in gleicher Weise schwenkbar und drehbar auf dem zugehörigen Zapfen (54) abgestützt ist.