DE3448074A1 - Homokinetic swivel joint - Google Patents

Abstract

A homokinetic swivel joint is provided with a hollow outer part, with three tracks distributed over the circumference, extending in the principal direction and designed with a circular cross-section, with an inner part situated in the outer part and having three radially outward-directed journals, with three rollers mounted on the journals so as to rotate about their longitudinal axis and with three rings mounted on the rollers so as to be displaceable in the direction of the longitudinal axis of the latter, engaging in the tracks of the outer part and having spherical outer surfaces. The rings (9) are rotatably and slideably mounted on their respective rollers (3). <IMAGE>

Description

GleichlaufdrehgelenkConstant velocity swivel

Die Erfindung betrifft ein Gleichlaufdrehgelenk nach dem Oberbegriff des ersten Anspruches.The invention relates to a constant velocity universal joint according to the Generic term of the first claim.

Die US-PS 3 490 251 zeigt solche Gelenke mit geraden Bahnen, wobei die Ringe auf den Rollen mittels Wälzelemente gelagert sind.The US-PS 3,490,251 shows such joints with straight tracks, the rings being mounted on the rollers by means of rolling elements are.

Der Einsatz von Wälzelementen zwischen Rollen und Ringen bei einem Gelenk mit einem gegebenen Rotationsdurchmesser - bzw. mit einem gegebenen Bahndurchmesser - bringt weitreichende Einschränkungen der Übertragungskapazitäten des Gelenkes mitThe use of rolling elements between rollers and rings a joint with a given rotation diameter - or with a given path diameter - brings far-reaching Limitations of the transmission capacity of the joint with

sich. Durch die relativ dünnwandigen, voneinander getrennten und somit sehr elastischen Rollen und Ringen ist eine Herabsetzung der Übertragungskapazitäten der Wälzlagerungen unausweichlich. Ferner, durch den erforderlichen Raum für die Wälzelemente muß der Zapfendurchmesser verkleinert werden, so daß eine weitere Reduzierung des Gelenkes in Kauf genommen werden muß.themselves. Due to the relatively thin-walled, separate and therefore very elastic rollers and rings, one Reduction of the transmission capacities of the rolling bearings inevitable. Furthermore, through the space required for the rolling elements, the journal diameter must be reduced, so that a further reduction in the joint is accepted must become.

Bei Ausführungen der Wälzführungen mit Linienberührung, wie z.B. in Fig. 7 gezeigt, ist eine Drehbewegung zwischen der Rolle und dem Ring grundsätzlich nicht möglich. Bei der in Fig. 3 gezeigten Lösung, in der tonnenförmige Nadeln eingesetzt werden, ist eine weitere Gefahr gegeben, nämlich, daß das Reibungsmoment zwischen der Rolle und dem Ring zu einer Verklemmung der tonnenförmigen Nadeln führen kann. Führungen mit Punktberührung, wie z.B. Kugeln auf zylindrischen Flächen, lassen zwar eine Drehbewegung zu, haben jedoch eine Tragfähigkeit, die nur einen Bruchteil der der innenliegenden Nadellagerung betragen würde.For versions of the roller guides with line contact, such as For example, as shown in Fig. 7, rotational movement between the roller and the ring is generally not possible. At the in Fig. 3 shown solution in which barrel-shaped needles are used, there is a further risk, namely that the frictional torque between the roller and the ring can jam the barrel-shaped needles. guides with point contact, e.g. balls on cylindrical surfaces, allow a rotary movement, but have a load-bearing capacity that is only a fraction of that of the internal ones Needle bearing would amount.

Durch die Einführung der Wälzelemente soll eine Gleitreibung grundsätzlich vermieden werden. Es wurde jedoch festgestellt, daß im praktischen Einsatz des Gelenkes dies aber nicht der Fall ist. Die Wälzelemente werden nämlich durch die Drehmomentübertragung einseitig belastet, so daß bei den relativ dünnwandigen Rollen und Ringen eine sehr begrenzteBy introducing the rolling elements, sliding friction should be avoided in principle. However, it was found that this is not the case in practical use of the joint. The rolling elements are namely by the torque transmission is loaded on one side, so that with the relatively thin-walled rollers and rings a very limited

Anzahl von den Wälzlelementen-Reihen unter Last stehen. Der Rest der Wälzelemente ist praktisch frei und wird durch die Wirkung der Fliehkraft nach außen geschleudert. Durch die axiale Hubbewegung der Ringe den Bahnen entlang ändert sich die Belastungszone entsprechend, so daß die unbelasteten Wälzelemente, welche sich dann an der äußersten Stelle befinden, beansprucht werden. Befindet sich ein Ring in einer nach außen gerichteten Bewegung, so können die Wälzelemente nicht mehr rollen. Eine Gleitreibung findet dann statt. Das Gelenk läuft unruhig, die periodischen Axialkräfte sind entsprechend sprunghaft.Number of the rolling element rows are under load. Of the The rest of the rolling elements is practically free and is controlled by the Effect of centrifugal force thrown outwards. Through the axial stroke movement of the rings along the tracks changes the load zone accordingly, so that the unloaded Rolling elements, which are then at the outermost point are located, are claimed. If a ring is moving outwards, the Rolling elements no longer roll. Sliding friction then takes place. The joint runs restlessly, the periodic axial forces are accordingly volatile.

Der Erfinder hat festgestellt, daß durch die Wälzführungen die Zuverlässigkeit des Gelenkes sehr eingeschränkt wird, da bei solchen kurzen Hubbewegungen nur ein kleiner Teil der gebotenen Laufflächen beansprucht wird, wodurch ein erhöhter örtlicher Verschleiß bzw. Brinellierung und u.U. auch Passungsrost verursacht wird. Ferner ist die Anzahl der kleineren Teile relativ groß. Außerdem sind die Herstel1 kosten solcher Führungen, welche dreimal pro Gelenk vorkommen, aufgrund des Aufwandes recht hoch und der Raumbedarf ist relativ groß.The inventor has found that by the roller guides the reliability of the joint is very limited because With such short stroke movements, only a small part of the available running surfaces is used, which increases the wear and tear Local wear and tear or brinelling and possibly also fretting corrosion caused. Furthermore, the number of smaller parts is relatively large. In addition, the manufacturing costs of such guides, which occur three times per joint, are due the effort is quite high and the space requirement is relatively large.

Daher liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die genannten Nachteile weitgehendst zu reduzieren, insbesondere ein Gleichlaufdrehgelenk hoher Leistungsdichte bei gro-The object of the present invention is therefore to reduce the disadvantages mentioned as far as possible, in particular a constant velocity swivel with high power density at large

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ßer Zuverlässigkeit zu schaffen.to create reliability.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Ringe auf ihren jeweiligen Rollen drehbar gleitgelagert sind.This object is achieved in that the rings are rotatably slide-mounted on their respective rollers.

Die Ausführung des Gleichlaufdrehgelenkes wird dadurch erheblich vereinfacht, und dennoch wird die Zuverlässigkeit des Gelenkes maßgeblich verbessert. Eine unmittelbare Ummantelung der Rolle durch den Ring, was durch die kaum platzbeanspruchende Gleitlagerung möglich wird, erhöht die Steifigkeit der Rolle und somit die Tragfähigkeit des Drehlagers. Erhöht sich das Reibungsmoment zwischen Rolle und Zapfen aus irgendeinem Grund, z.B. durch etwaige Schaden, so kann hier der Ring auf der Rolle zusätzlich drehen im Sinne einer Überlastsicherung. Überraschenderweise hat sich somit gezeigt, daß entgegen den allgemeinen Entwicklungstendenzen in Richtung auf eine allgemeine Verwendung von Wälzlagern anstelle von Gleitlagern, in vorliegendem Falle der Einsatz einer Gleitlagerung insgesamt vorteilhafter ist, als einer Wälzlagerung.The design of the constant velocity swivel joint becomes significant as a result simplified, and yet the reliability of the Joint significantly improved. A direct encasing of the role by the ring, which is due to the barely space-consuming Plain bearing becomes possible, increases the rigidity the role and thus the load-bearing capacity of the pivot bearing. If the frictional torque between the roller and the journal increases for any reason, e.g. due to damage, this can be done here the ring on the roller also rotate in the sense of an overload protection. Surprisingly, it has thus shown that contrary to the general trend towards a general use of rolling bearings Instead of plain bearings, in the present case the use of a plain bearing is more advantageous than one Rolling bearings.

Die Reibung zwischen Ring und Rolle kann erheblich reduziert werden dadurch, daß zumindest eine der Lagerflächen ein reibungsarmes Material aufweist. Der radiale Hub an dieser Stelle ist verhältnismäßig klein, auch bei Gelenken mit geraden Bahnen, so daß die durchschnittliche relative Geschwindig-The friction between the ring and the roller can be reduced considerably by the fact that at least one of the bearing surfaces has a low friction Having material. The radial stroke at this point is relatively small, even with straight joints Orbits so that the average relative speed

keit entsprechend niedrig ist. Die gebotene große Berührungsfläche, verbunden mit der niedrigen Gleitgeschwindigkeit erlaubt hier den Einsatz von Kunststoffen sogar mit einer relativ niedrigen spezifischen Belastbarkeit.speed is correspondingly low. The required large contact area, combined with the low sliding speed here the use of plastics even with a relatively low specific load capacity.

Die FR-ZP 84 753 zu PS 13 52 259 zeigt ein ähnliches Gelenk, bei dem zwischen den kugeligen Rollen und den Zapfen jeweils eine Lagerschale aus einem Material mit niedrigem Reibwert vorgesehen ist. Diese Lagerung wird für die Hauptdrehbewegung zuzüglich der Verschiebung auf dem Zapfen eingesetzt. Dabei wird die relative Gleitgeschwindigkeit recht hoch, so daß die klassische Anwendung solcher Ausführungen mit Kunststofflager, in einem frontangetriebenen Fahrzeug, nur auf kleine Gelenkgrößen bzw. kleine Fahrzeuge beschränkt bleibt. Durch die hohe Gleitgeschwindigkeit liegt der Reibwert entsprechend hoch, die spezifische Belastbarkeit dagegen niedrig. The FR-ZP 84 753 to PS 13 52 259 shows a similar joint in which between the spherical rollers and the pin, respectively a bearing shell made of a material with a low coefficient of friction is provided. This storage is used for the main rotary movement plus the shift used on the pin. The relative sliding speed becomes quite high, see above that the classic application of such designs with plastic bearings, in a front-wheel drive vehicle, only occurs small joint sizes or small vehicles remains limited. The coefficient of friction is correspondingly due to the high sliding speed high, while the specific load capacity is low.

In Fortsetzung der Erfindungsgedanken wird vorgeschlagen, daß die Innen- und Außenflächen der Ringe ein reibungsarmes Material aufweisen. Bei der axialen Hubbewegung des Ringes der jeweiligen Bahn entlang, befindet sich der Ring überwiegend in einer Schrägstenung zu der Bahn, wodurch eine nicht unerhebliche radiale Gleitreibungskomponente, besonders an den Wendepunkten und bei Gelenken mit geraden Bahnen, zustande kommt. Das reibungsarme Material an der Außenfläche desIn continuation of the inventive concept, it is proposed that that the inner and outer surfaces of the rings are made of a low-friction material. During the axial stroke movement of the ring along the respective track, the ring is predominantly at an angle to the track, which means that one is not insignificant radial sliding friction component, especially on the turning points and joints with straight tracks. The low-friction material on the outer surface of the

Ringes verringert diese Gleitreibungskomponente entsprechend. Zweckmäßigerweise kann hier eine allseitige Beschichtung oder Imprägnierung des Ringes, z.B. im sog. Tauchverfahren, kostengünstig erzielt werden.Ring reduces this sliding friction component accordingly. Appropriately, an all-round coating or impregnation of the ring, e.g. in the so-called immersion process, can be achieved cost-effectively.

Eine weitere Verbesserung der Reibungsverhältnisse und somit eine weitere Reduzierung der periodischen Axialkräfte kann erreicht werden, wenn die Mantellinie einer der Lagerflächen ballig bzw. bogenförmig bzw. wellenförmig ausgebildet ist. Der Zweck dieser Maßnahme ist eine schmiermittelwirksame Ausbildung der Lagerung in Hubrichtung zu erzielen. Gleichzeitig wird die effektive Flächenpressung erhöht, wodurch eine Herabsetzung des Reibwertes erzielt wird.A further improvement in the friction conditions and thus A further reduction in the periodic axial forces can be achieved if the surface line is one of the bearing surfaces is convex or arcuate or wave-shaped. The purpose of this measure is to achieve a lubricant-effective design of the bearing in the lifting direction. At the same time, the effective surface pressure is increased, whereby a Reduction of the coefficient of friction is achieved.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung eines Gleichlaufdrehgelenkes prinzipmäßig beschrieben.An embodiment of the invention is described below with reference to the accompanying drawing of a constant velocity universal joint described in principle.

Das Gleichlaufdrehgelenk weist in üblicher Weise ein Außenteil 1 und ein Innenteil 2 auf. Eine Bahn 11 im Außenteil 1 ist hohlzylindrisch ausgebildet. Das Innenteil 2 weist drei radiale Zapfen 21 auf, auf denen jeweils Rollen 3 mit Nadelkränze 22 drehgelagert sind. Jeweils eine Haltescheibe 23 und ein Sicherungsring 24 dienen der Halterung der Rolle 3 und des Nadelkranzes 22 in ihrer Position. Jede zylindrische Rolle 3 befindet sich in einem Ring 9, dessen Außenfläche 91The constant velocity universal joint has an outer part 1 and an inner part 2 in the usual manner. A track 11 in the outer part 1 is designed as a hollow cylinder. The inner part 2 has three radial pins 21 on each of which rollers 3 with needle roller and cage assemblies 22 are rotatably mounted. One holding disk 23 each and a locking ring 24 are used to hold the roller 3 and the needle roller assembly 22 in their position. Any cylindrical Roller 3 is located in a ring 9, the outer surface 91 of which

kugelig geformt ist. Die Innenfläche 92 des Ringes 9 ist ebenfalls zylindrisch. Das diametrale Spiel zwischen der Rolle 3 und dem Ring 9 kann beliebig festgelegt werden, wird jedoch bei diesem Beispiel mit einer normalen Spielpassung ausgeführt. Dadurch ist eine große Berührungsfläche zwischen der Rolle 3 und dem Ring 9 gegeben. Beim Drehen des Gelenkes im gebeugten Zustand bewegt sich der Ring 9 radial hin und her entlang der Rolle 3. Ein Drehen zwischen dem Ring 9 und der Rolle 3 kann als Notlauf in Betracht gezogen werden, z.B. wenn die Rolle 3 über die Nadeln 22 an einem Drehen durch etwaige Schaden behindert wird.is spherical in shape. The inner surface 92 of the ring 9 is also cylindrical. The diametrical play between the role 3 and the ring 9 can be set arbitrarily, but in this example is carried out with a normal clearance fit. This creates a large contact area between the roller 3 and the ring 9 given. When the joint is turned in the flexed state, the ring 9 moves radially back and forth along the roller 3. A rotation between the ring 9 and the roller 3 can be considered as emergency running, e.g. if the roller 3 is prevented from rotating by possible damage via the needles 22.

Der Reibwert der Nadellagerung ist, wie an sich bekannt, sehr niedrig. Ferner ist der Radius des Nadelkranzes kleiner als der der Passung Rolle 3/Ring 9, so daß die relative Bewegung zwischen dem Ring 9 und der Rolle 3 hauptsächlich radial vorkommt. Die Auslegung dieser Passung kann somit im Sinne eines Kolbens optimiert werden.As is known per se, the coefficient of friction of the needle bearing is very low. Furthermore, the radius of the needle roller and cage is smaller than that of the fit roller 3 / ring 9, so that the relative movement between the ring 9 and the roller 3 mainly radially occurs. The design of this fit can thus be optimized in the sense of a piston.

Bei einer Nadellagerung dieser Art soll die Wandstärke des Außenringes (hier Rolle 3) bestimmte Verhältnisse nicht unterschreiten, um die Tragfähigkeiten der Nadellagerung weitgehend zu erhalten. Durch die Umschlingung des Ringes 9 kann die Wandstärke der Rolle 3 jedoch relativ klein gehalten werden, so daß die gesamten Außenmaße - siehe kugeligen Durchmessers 91 - gering gehalten werden mit der Folge, daß dasWith a needle bearing of this type, the wall thickness of the Outer ring (here roller 3) do not fall below certain ratios, largely to the load capacities of the needle bearing to obtain. By wrapping around the ring 9, however, the wall thickness of the roller 3 can be kept relatively small, so that the overall external dimensions - see spherical diameter 91 - are kept small with the result that the

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Gelenk als solches einen verhältnismäßig kleinen Raum benötigt. Joint as such requires a relatively small space.

Zur Reduzierung der Reibkräfte kann der Verlauf der Bahnen 11 nicht wie gezeigt achsparallel, sondern bogenförmig ausgeführt werden. Somit reduziert sich der axiale Hub zwischen der Rolle 3 und dem Ring 9 und folglich die Schrägstellung zwischen dem Ring 9 und der Bahn, so daß sich die Gleitreibungsanteile auch ohne Herabsetzung der Reibwerte reduzieren .In order to reduce the frictional forces, the course of the webs 11 cannot be axially parallel, as shown, but rather arcuate will. This reduces the axial stroke between the roller 3 and the ring 9 and consequently the inclination between the ring 9 and the track, so that the sliding friction components are also reduced without reducing the coefficient of friction .

Die Kraftübertragungskapazität zwischen dem Ring 9 und der Rolle 3 ist dank der großzügigen Berührungsfläche recht hoch. Eine Kunststoffbeschichtung oder ähnliches auf einer Fläche dieser Paarung zur Reduzierung der Reibkräfte ist durchaus empfehlenswert, zumal die durchschnittliche relative Geschwindigkeit der Flächen dieser Paarung verhältnismäßig klein ist.The power transmission capacity between the ring 9 and the Roll 3 is quite high thanks to the generous contact area. A plastic coating or something similar on one Area of this pairing to reduce the frictional forces is definitely recommended, especially since the average relative Speed of the surfaces of this pairing is proportionate is small.

Wird der Ring 9 im Tauchverfahren oberflächenbehandelt, z.B. mit Kunststoff imprägniert oder mit Gleitlack behandelt, so erzielt man einen doppelten Effekt, nämlich die Reduzierung der linearen Reibung zwischen dem Ring 9 und der Rolle 3, als auch zwischen dem Ring 9 und der Bahn 11. Die periodischen Axialkräfte verbessern sich damit zweimal entsprechend. Die axiale Fixierung der Rollen 3 auf ihren jeweili-If the ring 9 is surface-treated by dipping, e.g. Impregnated with plastic or treated with anti-friction varnish, a double effect is achieved, namely the reduction the linear friction between the ring 9 and the roller 3, as well as between the ring 9 and the track 11. The periodic Axial forces thus improve twice accordingly. The axial fixation of the rollers 3 on their respective

gen Zapfen kann darüberhinaus in einer reibungsarmen Ausführung ausgestattet werden.The pin can also be equipped with a low-friction design.

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Claims (4)

PATENTANHALT Fasanenstr. 7 DIPL.-ING. WERNER LORENZ 7920 Heidenheim 29.11.1985 - sb Akte: GI 1465 Anmelder: Sobhy Labib Girguis Magdal enenstraße 19 5210 Troisdorf 14 Patentansprüche:PATENT PENDING Fasanenstr. 7 DIPL.-ING. WERNER LORENZ 7920 Heidenheim 11/29/1985 - sb file: GI 1465 Applicant: Sobhy Labib Girguis Magdalenstrasse 19 5210 Troisdorf 14 claims: 1. Gleichlaufdrehgelenk mit einem hohlen Außenteil, mit drei am Umfang verteilten in der Hauptrichtung axial verlaufenden und im Querschnitt kreisförmig ausgeführten Bahnen, einem im Außenteil befindlichen Innenteil mit drei radial nach außen gericheten Zapfen, drei auf den Zapfen um deren Längsachse drehbar gelagerten Rollen und drei auf den Rollen in Richtung deren Längsachse verschiebbar gelagerten und in den Bahnen des Außenteiles eingreifenden Ringen mit kugeligen Außenfl ächen,1. Constant velocity swivel with a hollow outer part, with three on the circumference distributed axially in the main direction and circular in cross-section, one im Outer part located inner part with three radially outwardly directed pins, three on the pin around their longitudinal axis rotatably mounted rollers and three on the rollers displaceable in the direction of their longitudinal axis and mounted in the tracks of the outer part engaging rings with spherical outer surfaces areas, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ringe (9) auf ihren jeweiligen Rollen (3) drehbar gleit-characterized in that
the rings (9) on their respective rollers (3) rotatably sliding OQpy"OQpy " 3U80743U8074 gelagert sind.are stored. 2. Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest jeweils eine der Lagerflächen zwischen den Ringen (9) und den Rollen (3) ein reibungsarmes Material aufweist.2. constant velocity universal joint according to claim 1, characterized in that at least one of the bearing surfaces between the rings (9) and the rollers (3) has a low-friction material. 3. Gleich!aufdrehgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen- und Außenflächen (91,92) der Ringe (9) ein reibungsarmes Material aufweisen.3. Equal! Swivel joint according to claim 1, characterized in that the inner and outer surfaces (91,92) of the rings (9) have a low friction Have material. 4. Gleichi aufdrehgelenk nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantellinie einer der Lagerflächen ballig bzw. bogenförmig bzw. wellenförmig ausgebildet ist.4. Gleichi swivel joint according to one of claims 1-3, characterized in that the surface line of one of the bearing surfaces is spherical or arcuate or is wave-shaped.