DE3013182C2 - Homokinetisches Gleitgelenk in Tripod-Bauart - Google Patents
Homokinetisches Gleitgelenk in Tripod-BauartInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein homokinetisches Gleitgelenk in Tripod-Bauart mit einem Arbeitswinkel
von höchstens 20°, mit einer glockenförmigen äußeren Gelenkhälfte, die drei Wälzbahnen von kreisförmigem
Querschnitt aufweist, sowie einem Tripod-Element als innere Gelenkhälfte, welches an einer Welle befestigbar
ist mittels einer zylindrischen Nabe, von welcher in radialer Anordnung drei Arme ausgehen, auf denen
jeweils eine sphärische Rolle frei drehbar angeordnet ist, welche mittels eines Nadellagers gleitet, wobei jede
Rolle in einer Wälzbahn gelagert ist und wobei das Tripod-Element in der glockenförmigen Gelenkhälfte
axial frei beweglich ist.
Dieses homokinetische Gleitgelenk findet insbesondere beim Einbau in Kraftfahrzeuggetrieben Verwendung.
Unter den homokinetischen Gleitgelenken bietet jenes in Tripod-Bauart den geringsten Widerstand
gegenüber der Gleitbewegung der Transmissionswelle unter Dr»>hbeiastung. Bei einem geringen Arbeitswinkel
von w· nigen Graden bis Null erfolgt die axiale Auszugsbzw. Kompressionsbewegung praktisch ausschließlich
durch dr Bewegung der die Belastungen zwischen
führenden und geführtem Teil übertragenden Verbindungselemente. Es hat sich hierbei gezeigt, daß die
Dreiarmgelenke bei genauer Konstruktion unter Drehbelastung den geringsten mechanischen Verschleiß
aufweisen. Dieser Verschleiß wird jedoch bei größer werdendem Winkel rasch größer, wobei der Gleitwiderstand
entsprechend spürbarer wird und das Dreiarmgelenk z. T. seine Vorteile gegenüber anderen Teleskopgelenken
verliert. Damit weist das eingangs genannte, homokinetische Gelenk den Nachteil eines relativ
hohen Verschleißes auf.
Zum Stand der Technik zähit weiterhin ein homokinetisches
Dreizapfengelenk, welches als Festgeienk ausgebildet ist (DE-OS 28 09 242). Bei dieser Konstruktion
liegen die Mittelpunkte der kreisförmigen Querschnitte der Wälzbahnen der glockenförmigen Kupplungshälfte
auf einem Kreisbogen. Diese bekannten
ίο Festgelenke werden ausschließlich als Radgelenke für
den Antrieb der Vorderräder von Fahrzeugen mit Vorderradantrieben verwendet. Sie vermögen nicht zu
gleiten, d. h. ihr Tripod-Element hat in dem Glockenteil keinen Freiheitsgrad in axialer Richtung. Eine axiale
Gleitbewegung des Tripod-Elements in dem Glockenteil würde vielmehr zu einer Verkleinerung des
maximalen Beugungswinkels des Gelenkes führen, d. h. des Einschlagwinkels der Vorderräder; gerade diesen
Winkel versucht man aber stets für vorgegebene Baumaße und eine vorgegebene Drehmomentübertragungsleistung
auf ein Höchstmaß zu vergrößern.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich ausschließlich mit Gleitgelenken in Tripod-Bauart. Hierbei zählt es
bereits zum Stand der Technik, daß die Wälzbahnen in der glockenförmigen Kupplungshälfte eine zu den
Achsen der glockenförmigen Kupplungbhälfte geradlinige
und parallele Mittellinie aufweisen (Literaturstelle »Automobiltechnische Zeitschrift« 1968, Heft 10, Seite
364).
jo Zum Stand der Technik zählt weiterhin eine Wellenkupplung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit,
welche als Festgelenk ausgebildet ist (DE-OS 27 14 731). Bei dieser bekannten Konstruktion sind die
Wälzbahnen ebenfalls geradlinig.
J5 Zum Stand der Technik zählt weiterhin ein homokinetisches
Gleitgelenk in Tripod-Bauart, welches für einen großen Arbeitswinkel bis max. 37° ausgelegt ist (US-PS
38 77 251). Bei diesem bekannten Gleitgelenk soll ein optimales Verhältnis zwischen dem Torsionsarm des
Wälzkörpers und dem Krümmungsradius der Wälzbahnen (Verhältnis R : r) erzielt werden, um auf diese Weise
einen minimalen Raumbedarf des Gelenks bei maximaler axialer Gleitbewegung und einem maximalen Winkel
zu gewährleisten. Hierbei wird die Lehre gegeben, daß das vorgenannte optimale Verhältnis zwischen 0,75 und
0,90 betragen muß, wobei eine Gabel geschaffen wird, welche den besten Kompromiß zwischen einer maximalen
axialen Gleitbewegung, einem minimalen Raumbedarf und einer maximalen Drehbelastung ergibt, stets
bei einem Gelenk mit großem Arbeitswinkel.
Es geht bei diesem bekannten Gelenk nicht darum, den mechanischen Verschleiß zu verringern und die
freie Gleitbewegung unter Drehbelastung zu verbessern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Gleitgelenk der eingangs genannten Art auszubilden,
daß der mechanische Verschleiß erheblich herabgesetzt und die freie Gleitbewegung unter Drehbelastung
verbessert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise die Mittelpunkte der
kreisförmigen Querschnittsflächen der Wälzbahnen der glockenförmigen Gelenkhälften auf einem Kreisbogen
liegen wobei der Kreisbogen einen Radius aufweist, und
M daß der größte Abstand des Kreisbogens von der Gelenkachse ein Viertel bis drei Viertel des Radius
beträgt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer Herabsetzung des mechanischen Verschleißes um ca.
50%, wobei gleichzeitig die freie Gleitbewegung unter Drehbelastung erleichtert wird, ohne daß hierdurch der
einfache Aufbau und die Widerstandsfähigkeit des Gelenks beeinträchtigt würden.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher
beschrieben. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 ein? axiale Schnittansicht des Gelenks;
F i g. 2 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie H-II in Fig. 1;
Fig.3 und 4 zwei graphische Darstellungen zur
Konstruktion des Gelenks nach F i g. 1 und 2.
Das in Fi g. 1 dargestellte, homokinetische Gelenk la umfaßt im wesentlichen eine glockenförmige äußere
Gelenkhälfte 2a und ein Tripod-Element 3a als innere Gelenkhälfte, welches am gezahnten Ende einer
Transmissionswelle 4 befestigt ist.
Die glockenförmige äußere Gelenkhälfte 2a besitzt einen Schaft mit einer Achse X-X. Von diesem Schaft
gehen drei Segmente 6a aus, deren gegenüberliegende Längsränder so gearbeitet sind, daß zwischen den
jeweils benachbarten Segmenten 6a Wälzbahnen Ta von kreisförmigem Querschnitt gebildet werden, welche in
einem Winkel gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Mittelachsen Y-Y der Wälzbahnen 7a der glockenförmigen
äußeren Gelenkhälfte 2a verlaufen jeweils kreisbogenförmig, so daß sie ringförmig ausgebildet
sind. Der Radius R jedes Kreisringes liegt deutlich über dem maximalen Wert rder Distanz zwischen der Achse
XX und dem Bogen V-V.
Das Tripod-Element 3a weist drei Arme 9 auf. Jeder dieser Arme besitzt ein Wälzelement 10 mit sphärischer
Außenfläche. Zwischen dem Arm 9 und dem Wälzelement 10 ist jeweils ein lückenloses Nadellagerband 12a
angeordnet, das axial mittels einer Sicherheitsvorrichtung in Form von Beilagscheiben 13, 14 und einer
Abschlußwulst 15 gehalten wird. Die Abschlußwulst 15 sitzt in einer am Ende des Arms 9 vorgesehenen Nut.
Das Tripod-Element 3a ist im Inneren des glockenförmigen Teils 2a axial frei beweglich angeordnet. Aus
dieser Konstruktion ergibt sich, daß die freie axiale Gleitbewegung des Tripod-Elements 3a in dem
glockenförmigen Teil unabhängig vom Winkel zwischen den Achsen Z-Z und X-X von einer Gleitbewegung der
Wälzelemente an ihrem jeweiligen Arm begleitet ist. Um diese Gleitbewegung der Wälzelemente an ihren
jeweiligen Armen zu ermöglichen, besitzen die Nadeln 12a eine größere Länge als die Wälzelemente.
Außen ist die glockenförmige äußere Gelenkhälfte 2a kreisförmig ausgebildet. Am Umfang des Schaftes ist
das eine Ende eines hermetisch dichten, elastischen Balgs 16a befestigt, welcher die Segmente 6a umgibt.
Mit der glockenförmigen, äußeren Gelenkhälfte 2a zusammen bildet der Balg 16,i einen hermetischen
Mantel, welcher vorhandene Schmiermittel enthält und den gesamten Mechanismus schützend umgibt.
Des weiteren ist der Balg 16a bei der dargestellten Ausführungsform am offenen Ende einer zylindrischen
Schutzkappe 166 befestigt, welche die Segmente 6a der
glockenförmigen äußeren Gelenkhälfte 2,i umschließt.
Bildet die Achse Z-Z der Welle 4 /ur Achse Λ-Λ nur
einen geringen Winkel iV erfolgt die axiale Gleitbewegung
des dreuimiigen Elements unter Drehbelastung
durch reine Wal/bcwegungen, und /war einerseits diejenige der Bohrung der V/äl/clemcnte an den Zapfen
mittels des Nadellagers, andererseits diejenigen der
sphärischen Oberfläche der Wälzelemente auf den Wälzbahnen der glockenförmigen äußeren Gelenkhälfte.
Unter diesen Bedingungen findet die sich aus der Drehung des Gelenks unter Winkelbelastung ergebende
Hin- und Herbewegung der Wäizelemente, d. h. der Rollen an den entsprechenden Armen 9 sowie die
allgemeine Verschiebebewegung der drei Rollen infolge der Gleitbewegung des Tripod-Elements selbst bei einer
hohen Drehbelastung ohne nennenswerten Widerstand statt.
Fig.3 zeigt in schematischer Darstellung die Anordnung eines Wälzelements 10, wenn sich der
Mittelpunkt O des Tripod-Elements in mittlerer axialer Stellung am Punkt O" der Achse X-X befindet, wobei
das Gelenk la unter Winkelbelastung arbeitet. Fig.4 zeigt ein analoges Schema, jedoch mit einer Verschiebung
h entlang der Achse X-X zwischen den Punkten O
und O".
Der Winkel Θ, der zwischen der Ebene P des Wälzelements und der Tangente zur kreisförmigen
Achse V- V der ringförmigen Bahn Ta gebildet wird, ist kleiner als a. Dieser Winkel θ läßt sich stark annähernd
durch folgendes Verhältnis darstellen:
tg0
(D
Die elementare Gleitbewegung, welche einer Vergrößerung da des Winkels α entspricht, läßt sich wie folgt
ausdrücken, wobei ρ der Abstand zwischen dem Zentrum der Rolle und dem Schnittpunkt der Achse X-X
mit der Drehachse der Rolle ist
(2)
Bei h = 0 (Fig. 3) stellt sich die Beziehung zwischen
der elementaren Gleitbewegung dp, des erfindungsgemäßen Gelenks und der elementaren Gleitbewegung
dp des bekannten Gelenks, von dem die Erfindung ausgeht, wie folgt dar:
dp,
dp
cosa
__lY
· da
cosa
tga · d
Wenn h = 0 bei einer Stellung des Walzelements mit einem Winkel α bzw. - α ist nur das Mittel Q1n der absoluten
Werte der entsprechenden Winkel Qx und 02 hinsichtlich
eines Verschleißes beim Gleiten bedeutsam. Es läßt sich feststellen:
Ein Vergleich dieses Verhältnisses mit den Verhältnissen
(1) und (2) zeigt, daß der mechanische Verschleiß den gleichen Wert wie bei h = 0 aufweist, d. h. das
Verhältnis (3) bleibt variabel.
l'".nm wird der mechanische Verschleiß in dem
Verhältnis 1 — — verbessert. Mit anderen Worten, die
elementare Gleitarbeit und damit der dazu proportionale elementare mechanische Verschleiß ist bei dem
Gelenk la nach der Erfindung bedeutend geringer. Die
einzelnen Wälzelemente haben bei Winkelbelastungen des Gelenks leichte Gleitfähigkeit, wodurch sich eine
verbesserte Isolation des Innenraums des Fahrzeugs vom schwingungserzeugenden Antriebsteil sowie eine
geringere Reibungsempfindlichkeit ergibt, und somit höherer Komfort insbesondere bei größeren Arbeitswinkeln.
Bei einem Verhä'tnis — = 1 erhält man beispielswei-
SC
dp, _ 1
dp 2 '
Der Verschiebungswiderstand des Wälzelements in seiner Bahn wird also um etwa 50% verringert, wobei
sich als direkte Folge ein wesentlicher Vorteil hinsichtlich freier Gleitbewegung unter Drehbelastung
und somit auch hinsichtlich des Komforts ergibt.
Theoretisch läßt sich das Verhältnis —bis auf 1 erhöhen,
wobei der mechanische Verschleiß praktisch gleich Null wäre. Ab einem gewissen Wert hat der Gleitwiderstand
jedoch keinen behindernden Einfluß mehr, und außei-
dem würde bei einer Erhöhung der Verhältnisse-zbis
auf 1 die Möglichkeit des axialen Gleitens des erfindungsgemäßen Gelenks wesentlich verringert.
Entsprechend dem Anwendungsbereich und unter Berücksichtigung der Größe des häufigsten Arbeitswinkels
ö und der Länge der bei dem dreiarmigen Element
erforderlichen Gleitbewegung wird das Verhältnis —im
allgemeinen zwischen 1A und 1U liegen.
Wenn zwei dreiarmige Gleitgelenke nach dem Stand
Wenn zwei dreiarmige Gleitgelenke nach dem Stand
der Technik an den Enden einer schwimmend
gelagerten Transmissionswelle montiert sind, kommt die Welle im Inneren eines der Dreiaringelenke
natürlich in Endslellungskontakt und erzeugt infolge der Schwingungen der führenden und geführten Teile axiale
Erschütterungen. Bei der Verwendung eines oder zweier Gelenke \a mil kreisringförmigen Wälzbahnen
hingegen hat die Welle die Tendenz, sich selbst axial zu
zentrieren, wobei sie vor ihrem Anschlag an beiden Bahnenden jeweils ilen gleichen freien Abstand einhält.
Wenn sich das Tripod-Element axial dezentriert, nähern sich die Wälzelemente 10 der Mitte des
Tripod-Elements unter gleichzeitiger Zunahme des Abstands h bis die Wälzelemente an den Ansatz 19 der
Arme 9 stoßen, der die Gleitbewegung der Wälzelemente nach innen zu begrenzt. Diese Besonderheit kann
vorteilhafterweise als axiale Haltesicherung genutzt werden. Hierdurch wird ohne ein zusätzliches Halteelement,
d. h. auf einfache und wirtschaftliche Art und Weise, ein Anschlagen der Wälzelemente am Ende der
Segmente des glockenförmigen Teils verhindert. Es genügt hierzu, die Länge der Wälzbahnen la so zu
bemessen, daß die Wälzelemente 10 beim Auszug des Gelenks Xa vor Erreichen des offenen Endes dieser
Wälzbahnen an die Ansätze 19 stoßen.
Um hierbei einen hörbaren Anschlag der Wälzelemente 10 des Tripod-Elements zu vermeiden, kann
zwischen Wälzelementen und zugehörigem Ansatz jeweils ein gewellter Federring oder ein Elastomerring
vorgesehen werden. Oder es kann auch nach dem Zusammenbau des dreiarmigen Gelenkelements ein
gewellter Sicherungsring in das glockenförmige Teil eingesetzt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Homokinetisches Gleitgelenk in Tripod-Bauart, mit einem Arbeitswinke! von höchstens 20°, mit
einer glockenförmigen, äußeren Gelenkhälfte, die drei Wälzbahnen von kreisförmigem Querschnitt
aufweist, sowie einem Tripod-Element als innere Gelenkhälfte, welches an einer Welle befestigbar ist
mittels einer zylindrischen Nabe, von welcher in radialer Anordnung drei Arme ausgehen, auf denen
jeweils eine sphärische Rolle frei drehbar angeordnet ist, welche mittels eines Nadellagers gleitet,
wobei jede Rolle in einer Wälzbahn gelagert und wobei das Tripod-Element in der glockenförmigen
Gelenkhälfte axial frei beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter
Weise die Mittelpunkte der kreisförmigen Querschriittsflächen der Wälzbahnen (7a,) der glockenförmigen
Gelenkhälften (2a) auf einem Kreisbogen (Y'- Y') liegen, wobei der Kreisbogen einen Radius
(R) aufweist, und daß der größte Abstand (r) des Kreisbogens (Y'-Y') von der Gelenkachse (X-X) ein
Viertel bis drei Viertel des Radius ^y beträgt.
2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Wälzbahnen (7a)so bemessen
ist, daß beim Auszug des Gelenks (la^die Rollen (10) von dem Erreichen des offenen Endes der jeweiligen
Wälzbahn in Anschlag mit einem ihre Gleitbewegung nach innen zu begrenzenden Ansatz (19) des
jeweiligen Arms (9) gelangen.
3. Gelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf jedem Ansatz (19) ein Dämpfungsmittel
befindet.
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OD | Request for examination | ||
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Ipc: F16D 3/22 |
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Free format text: ORAIN, MICHEL A., CONFLANS SAINTE HONORINE, FR |
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D2 | Grant after examination | ||
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