DE3626544A1 - Drehgelenk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehgelenk, z. B. für Kraftfahr­ zeugantriebe, insbesondere ein Gleichlaufgelenk zum Ein­ satz in Kraftfahrzeugen mit Frontantrieb.

Das Gelenk besteht aus einem Innenteil mit vorzugsweise drei Radialzapfen, die eine Tripode bilden, wobei die Radialzapfen mit einer Welle fest verbunden sind und je einen Rollkörper tragen, der in einem Paar Rollenbahnen eingeschlossen ist, die in einem Gelenkaußenteil ausge­ bildet sind und einen gemeinsamen Mittelpunkt aufweisen, während die Radialzapfen eine zur Achse der Welle senk­ recht stehende Symmetrieebene besitzen.

Die französische Patentschrift 80 06 768 beschreibt ein Gelenk dieser Gattung, das insbesondere in seiner Ausfüh­ rungsart mit Gleitlagerung der Rollkörper einen sehr ro­ busten Aufbau, verbunden mit einer hohen Lebensdauer auf­ weist, und dies bei geringem Einbauvolumen.

Man stellt jedoch fest, daß die Gleitlagerung der als Rollkörper dienenden Rollen eine sehr spürbare Reibung mit sich bringt, wenn das Gelenk neu ist. Die natürliche axiale Sicherung dieses Gelenks, die auf die Einpassung der torus­ förmig konvexen Rollensegmente in den torusförmig konkaven Rollenbahnen zurückzuführen ist, erweist sich unter Umstän­ den als unzureichend, um die axiale Fixierung der Welle bei Einwirkung der alternierenden Reibungskräfte der auf den Zapfen schwenkenden Rollensegmente voll aufrechtzuer­ halten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Axialver­ schiebungen der Welle während der Einlaufzeit des Gelenks zu unterbinden.

Erfindungsgemäß weist das Gelenk Vorrichtungen auf, die die Symmetrieebene der Zapfen so fixieren, daß sie ständig durch den gemeinsamen Mittelpunkt der Rollenbahnen ver­ läuft, um somit jegliche Axialverschiebung der Welle ge­ genüber dem Gelenkaußenteil zu verhindern.

In einer Ausführungsart der Erfindung bestehen diese Vor­ richtungen aus einem axial zwischen der Welle und dem Außenteil eingesetzten Anschlagklotz, der in der Welle gehalten ist und eine kugelförmig konvexe Fläche aufweist, die sich an einem kugelförmig konkaven Boden mit entspre­ chendem Radius abstützt, und der so dimensioniert ist, daß er auf die Welle eine axiale Vorspannung ausübt, die dazu tendiert, die Welle von dem kugelförmig konkaven Boden abzuhalten, wobei der Anschlagklotz aus einem hinsicht­ lich Festigkeit und Gleitfähigkeit geeigneten Material besteht.

In einer anderen Ausführungsart der Erfindung bestehen diese Vorrichtungen aus einem axial zwischen der Welle und dem Außenteil eingesetzten Anschlagklotz, der in dem Boden der Glocke befestigt ist und auf der zur Welle gewandten Seite eine annähernd ebene Fläche aufweist, auf der eine an einem axialen Vorsprung der Welle ausgebildete kugel­ förmig konvexe Fläche gleitend lagern kann, wobei der An­ schlagklotz so dimensioniert ist, daß er eine Vorspannung auf die Welle ausübt, die dazu geeignet ist, die Welle von der Glocke wegzudrücken, um jegliche Axialverschiebung der Glocke gegenüber der Welle zu unterbinden; dies gilt zu­ mindest für einen zentralen Abwinkelbereich des Gelenks.

Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, die zwei mögliche Ausführungsarten darstellen und nur als Beispiele zu betrachten sind, näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt einer ersten Ausführungs­ art eines erfindungsgemäßen Antriebsgelenks im ge­ streckten Zustand.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungs­ art eines erfindungsgemäßen Antriebsgelenks bei maximalem Beugewinkel.

Das in Fig. 1 und 2 dargestellte Antriebsgelenk ist ein Gleichlaufgelenk, das insbesondere für Kraftfahrzeuge mit Frontantrieb bestimmt ist.

Dieses Gelenk weist einen ähnlichen allgemeinen Aufbau wie das Gelenk der bereits zitierten französischen Patent­ schrift auf. Es besitzt also ein Innenteil 1, das in diesem Beispiel aus einer Tripode mit drei Radialzapfen 2 besteht, wobei die Zapfen mit einer Antriebswelle 3 fest verbunden sind und je einen Rollkörper tragen, der aus zwei vonein­ ander unabhängigen Rollensegmenten 4 gebildet wird, die an ihrer Außenseite torusförmig konvexe Flächen 4 a aufweisen.

Jedes mit einem Radialzapfen 2 zusammenarbeitendes Segmen­ tenpaar 4 ist in einem Paar torusförmigen Rollenbahnen 5 eingeschlossen, die in einem Außenteil 6 ausgebildet sind, das in diesem Beispiel aus einer mit einem Achszapfen 7 fest verbundenen Glocke besteht, wobei der Achszapfen mit einem Längsprofil versehen ist und in eine nicht darge­ stellte Radnabe eingreifen kann.

Die sechs kreisringförmigen Rollenbahnen 5 sind um einen gemeinsamen Mittelpunkt 0 angeordnet, der auf der Achse X-X der Welle 3 liegt, während die Zapfen 2 eine zur Achse X-X senkrecht verlaufende Symmetrieebene P besitzen, die durch die drei in der gleichen Ebene liegenden Achsen 10 der Zap­ fen 2 festgelegt ist.

Erfindungsgemäß weist das Gelenk Vorrichtungen auf, die die Symmetrieebene P so fixieren, daß sie ständig durch den gemeinsamen Mittelpunkt 0 verläuft, um somit jegliche Axialverschiebung der Welle 3 gegenüber dem Außenteil 6 zu unterbinden.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel bestehen diese Vorrichtungen aus einem axial zwischen der Welle 3 und dem Außenteil 6 eingesetzten Anschlagklotz 8, der in der Welle 3 verankert ist und eine kugelig konvexe Fläche 9 auf­ weist, die sich an einem kugelig konkaven Boden 11 mit ent­ sprechendem Radius R abstützt. Der Anschlagklotz 8 besteht aus einem hinsichtlich Festigkeit und Gleitfähigkeit geeig­ neten Kunststoff - z. B. aus "Nylon" - und ist so dimensio­ niert, daß er auf die Welle 3 eine axiale Vorspannung aus­ übt, die dazu tendiert, die Welle 3 von dem kugelförmig konkaven Boden 9 auf Abstand zu halten, wobei der Boden koaxial zur Achse der Glocke 6 liegt, die wiederum dek­ kungsgleich mit der Achse X-X ist, wenn sich das Gelenk ­ wie in Fig. 1 dargestellt - im gestreckten Zustand be­ findet. Der Anschlagklotz 8 weist einen Führungsbolzen 12 auf, der in einer Bohrung 13 gelagert ist, die am Ende der Welle 3 koaxial zur Achse X-X in einem nicht torsionsbe­ anspruchten Bereich eingearbeitet ist. Diese Bohrung 13 ist zylindrisch ausgebildet und besitzt einen kegelför­ migen Boden, dessen Kegelspitze mit dem gemeinsamen Mit­ telpunkt 0 deckungsgleich ist, wobei ihr Durchmesser etwas - z.B. um 1 bis 3 mm - über dem Durchmesser des Führungs­ bolzens 12 liegt. Der Führungsbolzen 12 geht in ein Kopf­ teil 14 über, das mit der kugelförmig konvexen Fläche 9 abschließt und an den Führungsbolzen 12 mit einem Kragen 14 a anschließt, der seinerseits durch eine zur Bohrung 13 koaxial angeordnete ebene Auflagefläche 15 begrenzt wird, wobei der Kragen 14 a über seine Auflagefläche 15 auf einer entsprechenden Auflagefläche 16 der Welle 3 gleitend gela­ gert ist. Außerdem ist der Anschlagklotz 8 über seine ku­ gelförmige konvexe Fläche 9 auf dem konkaven Boden 11 gleitend gelagert, wobei sich der Boden auf einem halben Zentriwinkel A erstreckt, der kleiner ist als der maximale Beugewinkel des Gelenks. Über diesen Winkel A hinaus nimmt der Krümmungsradius R′ des Bodens zu und kann sogar unbe­ stimmt sein (gerade Mantellinie), um an den Bereich der Rollenbahnen 5 anzuschließen.

Der Abstand zwischen dem Scheitelpunkt 17 der konvexen Fläche 9 und der durch die Auflagefläche 15 des Anschlag­ klotzes gebildeten Stützebene ist größer - z. B. um 0,1 bis 0,3 mm - als der freie Abstand zwischen der Auflagefläche 16 am Ende der Welle 3 und dem Mittelpunkt der konkaven Fläche 11 des Bodens, so daß der Anschlagklotz 8 nach der Montage eine axiale Vorspannung erzeugt, die dazu ten­ diert, die Welle 3 von dem Boden 11 der Glocke 6 wegzu­ drücken.

Somit können die Reibungskräfte an den Rollen während der Einlaufzeit des Gelenks keinerlei axiale Verschiebung der Welle 3 gegenüber der Glocke 6 mit sich bringen, und zwar bei allen Arbeitswinkeln, die kleiner oder gleich dem Win­ kel A sind, d. h. ca. 30°.

Bei größeren Winkeln nimmt die auf den Anschlagklotz 8 aus­ geübte axiale Vorspannung durch den zunehmenden Krümmungs­ radius des Bodens der Glocke 6 ab, da der Radius R zu R′ wird. Bei diesen großen Winkeln hat man jedoch mit sehr geringen Drehzahlen des Gelenks zu tun, bei denen die her­ vorgerufenen Reibungskräfte keine Störungen verursachen können (Fahrt in sehr engen Kurven).

In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsart des unter maxima­ len Beugewinkel stehenden Gelenks dargestellt.

Das Außenteil besteht hier aus einer mit einem rohrför­ migen Antriebsschaft 19 fest verbundenen Glocke 18, und die kurze Welle 28 ist so ausgeführt, daß sie an einer nicht dargestellten Radnabe mittels Kegelprofil 33 nach dem in der französischen Patentschrift 15 86 668 beschrie­ benen Verfahren befestigt werden kann. Die Welle 28 kann in axialer Richtung durch eine nicht dargestellte Schraube gesichert werden, die in ein Innengewinde 34 eingedreht werden kann.

In dieser Ausführung bestehen die oben erwähnten Vorrich­ tungen aus einem Anschlagklotz 20 - z. B. aus "Nylon" bzw. aus einem anderen Kunststoff - mit hinsichtlich Festigkeit und Gleitfähigkeit ähnlichen Eigenschaften. Dieser An­ schlagklotz 20 ist in axialer Richtung durch eine feste Einpassung - z. B. in zwei in Längsrichtung abgestuften Bohrungen 22 und 23 - in dem Boden 21 der Glocke 18 be­ festigt, wobei der Anschlagklotz 20 von einem eben ausge­ bildeten Querabsatz 24 axial gesichert wird.

Der Anschlagklotz 20 weist auf der zur Welle 28 gewandten Seite eine ebene bzw. annähernd ebene Fläche 25 auf, auf der eine an einen axialen Endvorsprung 27 der Welle 28 aus­ gebildete kugelförmig konvexe Fläche 26 gleitend lagern kann. An die kugelförmige Fläche 26 mit dem Krümmungsra­ dius R schließen sich an den Seiten des Vorsprungs 27 Ab­ rundungen 29 mit einem kleineren Radius an, die den An­ satz der Gleitbewegung zwischen der konvexen Fläche 26 und der Gleitebene 25 des Anschlagklotzes 20 erleichtern, wo­ bei der Anschlagklotz zur Achse Y-Y des Zapfens 19 konzen­ trisch angeordnet ist. Jeder Zapfen 32 der Tripode ist mit zwei Rollensegmenten 30 ausgestattet und mit einer Buchse 31 fest verbunden. Außerdem steht der durch seine Gleit­ ebene 25 begrenzte Kopf des Anschlagklotzes 20 gegenüber dem Boden der Glocke 18 leicht hervor, so daß bei Gleit­ bewegung der kugelig konvexen Fläche 26 auf der Ebene 25 jegliche Möglichkeit einer axialer Verschiebung des An­ triebsschaftes 19, die während der Einlaufzeit des Gelenks durch die Reibung der Segmente 30 auf der Buchse 31 her­ vorgerufen werden könnte, unterbunden wird. Diese glei­ tende Verbindung zwischen den Flächen 25 und 26 erzeugt also eine axiale Vorspannung auf die Welle 28 bei Arbeits­ winkeln, die in der Praxis kleiner als ca. 20° sind.

Die Erfindung ist nicht auf die obenbeschriebenen Ausfüh­ rungsarten beschränkt und kann auch andere Ausführungsvari­ anten umfassen. So ist sie auch auf Gelenke anwendbar, deren Innenteil nicht aus einer Tripode besteht, also z. B. auch auf Gelenke mit einem aus zwei oder vier Zapfen beste­ henden Innenteil.

Claims (14)

1. Drehgelenk, insbesondere für Kraftfahrzeugantriebe, mit einem Innenteil (1) mit Radialzapfen (2), die mit einer Welle (3) fest verbunden sind und je einen Roll­ körper (4) tragen, der in einem Paar Rollenbahnen (5) eingeschlossen ist, die in einem Außenteil (6) ausge­ bildet sind und einen gemeinsamen Mittelpunkt (0) auf­ weisen, während die Radialzapfen (2) eine zur Achse (X-X) der Welle (3) senkrecht stehende Symmetrieebene (P) besitzen, gekennzeichnet durch Vorrichtungen, die aus einem axial zwischen der Welle (3) und dem Außenteil (6) eingesetzten Anschlagklotz (8) bestehen, der in der Welle (3) gehalten ist und eine kugelig konvexe Fläche (9) aufweist, die sich an einem kugelig konkaven Boden (11) des Außenteils (6) mit entsprechendem Radius (R) abstützt und so dimensioniert ist, daß er auf die Welle (3) eine axiale Vorspannung ausübt, die geeignet ist, die Welle von dem kugelförmig konkaven Boden (11) abzuhalten, um die Symmetrieebene (P) der Zapfen (2) so zu fixieren, daß sie ständig durch den gemeinsamen Mittelpunkt (0) der Rollenbahnen (5) verläuft, um somit jegliche Axialverschiebung der Welle gegenüber dem Außenteil zu verhindern.

2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlagklotz (8) einen Führungsbolzen (12) aufweist, der in einer Bohrung (13) gelagert ist, die am Ende der Welle (3) eingearbeitet ist.

3. Gelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Bohrung (13) 1 bis 3 mm größer ist als der Durchmesser des Führungsbolzens (12).

4. Gelenk nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsbolzen (12) in ein Kopfteil (14) über­ geht, das mit der kugelig konvexen Fläche (9) ab­ schließt und an den Führungsbolzen (12) mit einem Kragen (14 a) anschließt, der durch eine ringförmig ebene Auflagefläche (15) begrenzt wird und sich auf eine entsprechende, koaxial zur Bohrung (13) angeord­ nete ebene Auflagefläche (16) an der Welle (3) ab­ stützt.

5. Gelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand zwischen dem Scheitelpunkt (17) der konvexen Fläche (9) und der Auflagefläche (15) des Anschlagklotzes um 0,1 bis 0,3 mm größer ist als der freie Abstand zwischen der Auflagefläche (16) am Ende der Welle (3) und dem Mittelpunkt der konkaven Fläche (11) des Außenteils (6).

6. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die kugelig konkave Fläche (11) des Außen­ teils (6) über einen halben Zentriwinkel A von ins­ besondere A30° erstreckt, der kleiner ist als der maximale Beugewinkel B des Gelenks.

7. Anschlagklotz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlagklotz (8) aus einem gleitfähigen und elastischen Material, insbesondere Nylon oder Kunst­ stoff besteht.

8. Drehgelenk, insbesondere für Kraftfahrzeugantriebe, mit einem Innenteil mit Radialzapfen (32), die mit einer Welle (28) fest verbunden sind und je einen Rollkörper (30) tragen, der in einem Paar Rollenbahnen eingeschlossen ist, die in einem Außenteil (18) aus­ gebildet sind und einen gemeinsamen Mittelpunkt (0) aufweisen, während die Radialzapfen (32) eine zur Achse (X-X) der Welle (28) senkrecht stehende Symme­ trieebene besitzen, gekennzeichnet durch Vorrichtungen, die aus einem Anschlagklotz (20) bestehen, der axial in dem Boden der Glocke (18) befestigt ist und auf der zur Welle gewandten Seite eine annähernd ebene Fläche (25) auf­ weist, auf der eine an einem axialen Endvorsprung (27) der Welle (28) ausgebildete kugelig konvexe Fläche (26) gleitend lagern kann und der so dimensioniert ist, daß er eine axiale Vorspannung auf die Welle (28) ausübt, um die Symmetrieebene der Zapfen (32) so zu fixieren, daß sie ständig durch den gemeinsamen Mit­ telpunkt (0) der Rollenbahnen verläuft, um somit jegliche Axialverschiebung der Welle (28) gegenüber der Glocke (18) zu verhindern.

9. Gelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlagklotz (20) in axialer Richtung durch eine feste Einpassung, insbesondere in zwei in Längs­ richtung abgestuften Bohrungen (22, 23) in dem Boden (21) der Glocke (18) gehalten ist.

10. Gelenk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlagklotz (20) durch einen eben ausge­ bildeten Querabsatz (24) axial gesichert ist.

11. Gelenk nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der annähernd ebenen Fläche (25) eine gleitende Bewegung der kugelförmig konvexen Fläche (26) am Vorsprung (27) über einen Beugewinkel abdeckt, der kleiner ist als der maximale Beugewinkel des Gelenks von insbesondere weniger als 20°.

12. Gelenk nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die kugelig konvexe Fläche (26) des Vor­ sprungs (27) eine Abrundung (29) kleineren Durchmes­ sers anschließt, die den Übergang zur Gleitbewegung der konvexen Fläche (26) des Vorsprungs (27) auf dem Anschlagklotz (20) erleichtern.

13. Gelenk nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Abstand zwischen dem Mittelpunkt der nahezu ebenen Fläche (25) und dem Gelenkmittelpunkt (0) bei maximal gebeugten Gelenk um 0,1 bis 0,3 mm geringer ist als der dem Radius der konvexen Fläche (26) am Vorsprung (27) entsprechenden Abstand vom Gelenkmittelpunkt (0) bis zu dieser Oberfläche.

14. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 13, daß der Anschlagklotz (20) aus einem gleitfähigen und elastischen Material, insbesondere Nylon oder Kunst­ stoff besteht.