DE4300793B4 - Zentrierfeder für Triplan-Kugelgleichlaufgelenke - Google Patents

Zentrierfeder für Triplan-Kugelgleichlaufgelenke Download PDF

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Abstract

Positionierfeder (80, 180) zum Positionieren einer Mehrzahl von Wälzkörpern (72) in einem Triplan-Drehgelenk (10) mit:
einem Körper (82) mit einem ersten und einem zweiten Ende,
zwei Armen (84), die sich von den beiden Enden des Körpers (82) aus erstrecken und jeweils einen Rahmen (94) mit zwei Öffnungen (96) aufweisen, in denen jeweils ein Wälzkörper (72) gehalten ist, sowie
elastischen Haltemitteln (86) zur Befestigung der Positionierfeder (80, 180) an einem Zapfenkörper (54) des Drehgelenks (10) und zur Positionierung der Wälzkörper (72) gegenüber dem Zapfenkörper (54), wobei die elastischen Haltemittel (86) zwischen den beiden Armen (84) angeordnet sind und sich von dem Körper (82) aus erstrecken.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft Drehgelenke. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Zentrierfeder für Triplan-Kugelgleichlaufgelenke.
  • Triplan-Versionen von Tripodegleichlaufgelenken werden in der Automibilindustrie seit vielen Jahren verwendet. Das Triplan-Gleichlaufgelenk wurde entwickelt, um die "shudder"-Probleme zu eliminieren, die den herkömmlichen Tripodegelenken anhaften.
  • Ein herkömmliches Tripodegelenk weist ein glockenförmiges Außenteil mit einem inneren Hohlraum, ein Innenteil, drei ringförmige Rollen und eine Vielzahl von Nadeln auf. Jede Rolle ist um einen entsprechenden sich radial erstreckenden Zapfen des Innenteils herum angeordnet. Die Vielzahl der Nadeln befindet sich zwischen den Rollen und den Zapfen. Diese Anordnung erlaubt eine freie Drehung der Rollen gegenüber den Zapfen. Innenteil, Rollen und Nadeln sind in dem von dem Außenteil gebildeten inneren Hohlraum angeordnet. Bei einem Betriebswinkel von null Grad rollt jede Rolle entlang der entsprechenden Seitenwand des inneren Hohlraums des Außenteils ab. Diese Rollbewegung hat zur Folge, daß eine niedrige Axialkraft zwischen den Rollen und dem Außenteil ausgeübt wird, die durch die Rollreibung erzeugt wird.
  • Wenn das Tripodegelenk gebeugt ist, ist die Rollenebene relativ zu der Ebene des inneren Hohlraums geneigt. Dieses Neigungsverhältnis verursacht eine Kombination von Roll- und Gleitbewegungen der Rolle gegenüber dem Außenteil. In dem Maße, wie sich der Beugungswinkel des Gelenks erhöht, erhöht sich der Anteil der Gleitbewegung der Rollen, während der Anteil der Rollbewegung fällt.
  • Diese Gleitbewegung der Rolle gegenüber dem Gelenkaußenteil erzeugt eine pulsierende Axiallast, bei der drei Impulse pro Umdrehung auftreten. Diese Last kann durch das Gelenkaußenteil auf andere Bauteile des Fahrzeugs übertragen werden und erweist sich schließlich für die im Fahrzeug sitzenden Personen als auffallend und unangenehm. Diese unangenehme Schwingung wird als "shudder" (schütteln, zittern, beben) bezeichnet.
  • Die Triplan-Gelenke sind so konstruiert, daß sie dieses "shudder"-Phänomen reduzieren oder eliminieren. Bei den Triplan-Gelenken werden die Teile innerhalb des Gelenks, die dafür verantwortlich sind, die Winkelbewegungen und die Translationsbewegungen des Gelenks zu bewerkstelligen, voneinander getrennt. Durch diese Trennung der Aufgabenbereiche ist es den Gelenken möglich, anstelle von Gleitreibung Rollreibung einzusetzen, um die Übergangsbewegung auszuführen, wenn die Gelenke in gebeugtem Zustand laufen. Was die Reibkräfte betrifft, ist die Rollreibung wesentlich geringer als die Gleitreibung, so daß der Anteil der zwischen Rolle und Außenteil erzeugten Axiallast wesentlich reduziert ist. Hierdurch wird das "shudder"-Phänomen reduziert oder eliminiert.
  • Leider ist der diesen Triplan-Gelenktypen zur Verfügung stehende Rollweg durch die Konstruktion ihrer Innenteile begrenzt. Im eigentlichen Fahrbetrieb übersteigen die Weganforderungen vom Fahrzeug die Rollwegkapazität dieser Gelenke. Den Triplan-Gelenken steht ein bestimmter Rollweg zur Verfügung. Dieser Rollweg reicht aus, um Motorbewegungen und -schwingungen sowie kleinere Radaufhängungsbewegungen aufzunehmen. Wenn diese Triplan-Gelenke das Ende ihres Rollwegs erreicht haben, werden weitere Weganforderungen durch eine Gleitbewegung aufgenommen. Dies bedeutet, daß das Triplan-Gelenk während der Gleitbewegung mit den gleichen Problemen wie herkömmliche Tripodegelenke behaftet ist.
  • Dieses Problem der Wegbegrenzung wird durch das Wandern der inneren Gelenkteile bei Gelenkbetrieb überlagert. Dieses Wandern der inneren Gelenkteile bedeutet, daß der erforderliche maximale Anteil an Rollweg dem Gelenk nicht immer zur Verfügung steht. Infolgedessen läßt es sich nicht bestimmen oder vorhersagen, wann Rollweg zur Verfügung steht.
  • Bei dem Versuch, diese Probleme des begrenzten Rollwegs zu überwinden, wurde bei früheren Triplan-Gelenkkonstruktionen ein Positioniermechanismus für die inneren Gelenkteile eingebaut. Dieser Positioniermechanismus war so konstruiert, daß dem Gelenk zu allen Zeiten der maximale Anteil an Rollweg zur Verfügung stand. Frühere Versuche in Bezug auf eine Positioniervorrichtung waren entweder zu teuer, zu kompliziert für die Massenproduktion, oder sie erwiesen sich als unzuverlässig.
  • Aus der US 5 125 873 ist Gleichlaufverschiebegelenk nach Art eines sogenannten "Triplan"-Gelenks bekannt. Dieses umfaßt ein Gelenkaußenteil mit drei achsparallelen Kugelbahnen, ein Gelenkinnenteil mit in die Kugelbahnen eingreifenden Zapfenteilen sowie Kugeln, die sich an den Zapfenteilen abstützen und in den Kugelbahnen geführt sind. Dabei bestehen die Zapfenteile aus sich in Umfangsrichtung gegenüberliegenden innenzylindrischen Backen, in denen ein Trägerelement gehalten ist. Das Trägerelement weist einen zentralen Kugelkörper und hieran anschließende Ansätze mit Kugelbahnen auf, in denen die Kugeln geführt sind. Die Kugeln sind in einem Käfig gehalten, der gegenüber dem Trägerelement in Richtung der Kugelbahnen beweglich ist und mit diesem über eine Rückstellfeder verbunden ist.
  • Aus der nachveröffentlichten WO 92/19879 ist ein Triplan-Gelenk mit einem Gelenkaußenteil mit drei achsparallelen Bahnpaaren, einem Gelenkinnenteil mit in die Bahnpaare eingreifenden Zapfen sowie Wälzkörpern bekannt, die mittels einer Positionierfeder zwischen dem Zapfen und der zugehörigen Bahn gehalten sind. Die Positionierfeder umfaßt einen Grundkörper mit einem Paar von den Zapfen umgreifenden elastischen Federarmen sowie sich hierzu parallel erstreckende Paare von Haltearmen. Jedes Paar von Haltearmen trägt an seinem Ende einen Rahmen, in dem eine Vielzahl von Nadelrollen in einer Öffnung gehalten sind.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Positioniermittel für ein Triplan-Kugelgelenk zu schaffen, die relativ billig und zuverlässig sind.
  • Inhaltsangabe der Erfindung
  • Die gegenwärtige Erfindung offenbart ein verbessertes teleskopisches Triplan-Kugelgleichlaufgelenk. Die gegenwärtige Erfindung offenbart einen verbesserten Positioniermechanismus für das teleskopische Triplan-Kugelgleichlaufgelenk. Der Positioniermechnismus stellt die Kugeln fortwährend gegenüber den Schuhen ein, um sicherzustellen, daß der maximale Rollweg immer zur Verfügung steht. Der Stellmechanismus stellt hat nicht nur Positioniereigenschaften, sondern dient auch als Montagehilfe. Die inneren Gelenkteile (z.B. Gelenkinnenteil, Schuhe, Kugeln und Stellmechnismus) werden zu einer Untergruppe zusammengebaut, die dann problemlos in das Gelenkaußenteil eingesetzt werden kann.
  • Aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen und Patentansprüchen ergeben sich für den Fachmann weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Triplan-Anordnung.
  • 2 ist ein Schnitt durch die Anordnung nach 1 entlang der Linie 2-2.
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Gelenkinnenteil-Untergruppe.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Gelenkinnenteil-Untergruppe gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • Ein erfindungsgemäßes teleskopisches Drehgelenk wird in den 1 bis 3 dargestellt und erhält das Bezugszeichen 10. Das teleskopische Triplan-Drehgelenk 10 weist eine Gelenkinnenteilanordnung 32 auf.
  • Bei dem Gelenkaußenteil 30 handelt es sich um ein glockenförmiges Gehäuse, das um eine Achse 34 drehbar ist. Das glockenförmige Gehäuse weist drei in seiner Innenwand ausgebildete Längskammern 36 auf. Die Kammern 36 verlaufen im wesentlichen parallel zu der Achse 34. Die Längskammern 36 werden jeweils von sich gegenüberliegenden Seitenwänden 40 definiert, die im wesentlichen parallel zu der Achse 34 verlaufen.
  • Die Gelenkinnenteilanordnung 32 weist einen Gelenkstern 42, eine Welle 44, Schuhe 64, Kugeln 72 und eine Positionierfeder 80 auf. Der Gelenkstern kann einteilig mit der Welle 44 oder gesondert davon hergestellt werden. Ist der Gelenkstern 42 gesondert von der Welle 44 hergestellt, so ist er über eine Keilverzahnung 46 und einen Sprengring 48 befestigt. Der Gelenkstern 42 weist drei gleichmäßig umfangsverteilte und radial sich erstreckende Zapfen 54 auf. Die Zapfen erstrecken sich jeweils in eine der Kammern 36, wie dies in 2 gezeigt ist. Die Zapfen 54 weisen je zwei teilkugelige Flächen 56 und zwei im wesentlichen ebene Flächen 58 auf.
  • Ein Schuh 64 und zwei Kugeln 72 sind jeweils zwischen der kugeligen Zapfenfläche 56 und deren entsprechender Seitenwand 40 angeordnet. Die Schuhe 64 weisen jeweils eine teilweise innenkugelige Fläche 66 auf, die sich mit der entsprechenden teilkugeligen Zapfenfläche 56 in Berührung befindet. Zwei teilzylindrische Rillen 68 sind auf der anderen Seite des Schuhs 64 vorgesehen. Die zylindrischen Rillen 68 sind durch eine Wand 70 voneinander getrennt. Die Wand 70 ist am Mittelpunkt des Schuhs 64 ausgebildet. Die Kugeln 72 sind sowohl mit den teilzylindrischen Rillen 68 als auch mit den Seitenwänden 40 in Berührung.
  • Eine Positionierfeder 80 hält die Kugeln 72 und die Schuhe 64 auf dem Zapfen 54. Die Feder 80 weist einen Körperabschnitt 82, zwei Arme 84 und zwei Federfinger 86 auf. Jeweils einer der Arme 84 erstreckt sich von jedem Ende des Körpers 82 aus. Die Arme weisen jeweils einen Schulterabschnitt 88, einen oberen Armabschnitt 90 und einen unteren Armabschnitt 92 auf. Die Schulter ist nach unten gekrümmt und geht in den einteilig damit hergestellten oberen Armabschnitt 90 über, der im wesentlichen senkrecht dazu verläuft. Der untere Armabschnitt weist einen Rahmen 94 auf, der zwei kreisförmige Öffnungen 96 ausbildet. Der Durchmesser der kreisförmigen Öffnungen 96 ist etwas kleiner als der Durchmesser der Kugeln 72. Hierdurch ist es der Positionierfeder 80 möglich, die Kugeln 72 in der Gelenkinnenteil-Untergruppe 32 zu halten, bevor diese in das Gelenkaußenteil eingeführt wird. Jeweils ein Flansch 98 an den äußeren Längskanten des Rahmens 94 wird gebildet, indem die Kanten des Rahmens senkrecht zu dem Rahmenkörper 95 umgebogen werden. Der Flansch 98 verleiht dem Rahmen 94 Steifigkeit.
  • Die Federfinger 86 erstrecken sich von dem Körper 82 aus jeweils zwischen den Armen 84. Die Federfinger sind gekrümmt ausgebildet und weisen ein nach oben gebogenes, frei sich erstreckendes Ende 100 auf. Die frei sich erstreckenden Enden 100 der Finger 86 sind nach innen in Richtung aufeinander in der Weise abgewinkelt, daß die Finger 86 auseinanderspringen, wenn der Zapfen 54 zwischen ihnen positioniert ist, um die Feder 80 auf dem Zapfen 54 zu halten, wie dies in 3 dargestellt ist. Die Federfinger 86 halten die Kugeln 72 in einer vorbestimmten Position in den teilweise zylindrischen Rillen 68. Die Position des Schuhs 64 wird durch die Berührung zwischen der teilkugeligen Fläche 56 des Zapfens und der teilkugeligen Fläche 66 des Schuhs bestimmt. Während der Längsbewegung des Schuhs 64 gegenüber den Kugeln 72 werden die Federfinger 86 abgelenkt und erzeugen eine Kraft, die darauf hinwirkt, die Kugeln 72 auf ihre vorbestimmte Position zurückzustellen.
  • Bei Betrieb des Gelenks 10 unter Drehmoment bewegt sich der Schuh 64 in Längsrichtung, wodurch die Kugeln 72 wieder entlang den Längswänden 40 rollen, wodurch dem Zapfen 54 eine Längsbewegung gegenüber den Längsseitenwänden 40 unter rollendem Kontakt ermöglicht wird. Diese Bewegung kann das Ergebnis einer Winkelbewegung oder einer teleskopischen Bewegung des Gelenks sein. Nach einer vorbestimmten Bewegungslänge berührt eine der Kugeln 72 die in dem Schuh 64 ausgebildete Wand 70. Die Gesamtrollbewegung wird durch die Länge der teilzylindrischen Rille 68 und den Durchmesser der Kugeln 72 bestimmt. Jegliche weitere Bewegung des Zapfens 54 gegenüber den Längsseitenwänden 40 wird durch eine Gleitbewegung der Kugeln 72 bewirkt.
  • Während Verschiebebewegungen oder Winkelveränderungen des Gelenk unter Drehmoment werden die Kugeln 72 von ihrer gegenüber dem Schuh 64 oder dem Zapfen 54 vorbestimmten Position wegbewegt. Diese Verschiebung erzeugt eine Repositionierungskraft in den Federfingern 86, die die Kugeln 72 bei Drehmomentwegnahme in ihre vorbestimmte Position zurückführt. Dadurch, daß die Kugeln 72 gegenüber dem Zapfen 54 und dem Schuh 64 wieder in ihre Position zurückgeführt werden, arbeitet das Gelenk 10 wieder als rollendes teleskopisches Gelenk und nicht als gleitendes teleskopisches Gelenk.
  • Die 4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform, die mit Ausnahme des Anschlagmechnismus mit der in den 1 bis 3 gezeigten Übereinstimmt. Die Bauteile dieser Ausführungsform, die mit den der Ausführungsform nach den 1 bis 3 identisch sind, tragen die gleichen Bezugszeichen.
  • In 4 sind ein Schuh 164 und zwei Kugeln 72 jeweils zwischen einer kugeligen Zapfenfläche 56 und deren entsprechender Seitenwand 40 angeordnet. Die Schuhe 164 weisen jeweils eine innenkugelige Fläche 166 auf, die mit der entsprechenden kugeligen Zapfenfläche 56 in Berührung ist. Eine teilzylindrische Rille 168 erstreckt sich entlang der gesamten Länge des Schuhs und ist auf der der innenkugeligen Fläche 166 gegenüberliegenden Seite angeordnet. Wie in 4 gezeigt ist, ist eine Zunge 170 an jedem Ende des Schuhs 164 ausgebildet.
  • Eine Positionierfeder 180 hält die Kugeln 72 und die Schuhe 164 auf dem Zapfen 54. Die Positionierfeder 180 stimmt mit der im Zusammenhang mit der vorherigen Ausführungsform beschriebenen Positionierfeder 80 mit Ausnahme zweier Finger 172, die hinzugefügt sind, überein.
  • Die Finger 172 sind jeweils aus dem oberen Armabschnitt 90 der Positionierfeder 180 ausgebildet. Jeder Finger verläuft im wesentlichen senkrecht zu dem oberen Armabschnitt 90 und erstreckt sich in Richtung auf die Federfinger 86.
  • In einem zusammengebauten Gelenk sind die Finger 172 zwischen den an dem Schuh 164 ausgebildeten Zungen 170 angeordnet.
  • Läuft das Gelenk unter Drehmoment, so bewegt sich der Schuh 64 in Längsrichtung, wodurch die Kugeln 72 wiederum entlang den Längsseitenwänden 40 rollen und eine Bewegung des Zapfens 54 gegenüber den Längsseitenwänden 40 unter rollendem Kontakt ermöglichen. Diese Bewegung kann das Ergebnis einer Winkelbewegung oder einer teleskopischen Bewegung des Gelenks sein. Nach einer vorbestimmten Bewegungslänge berühren die Finger 172 eine der an dem Schuh 164 ausgebildeten Zungen 170. Die Gesamtrollbewegung wird durch die Breite der Finger 172 und die Entfernung zwischen den Zungen 170 bestimmt. Jegliche weitere Bewegung des Zapfens 54 gegenüber den Längsseitenwänden 40 wird durch eine Gleitbewegung der Kugeln 72 bewirkt. Die in den Federfingern 86 erzeugte Repositionierungskraft ist identisch mit der der vorherigen Ausführungsform.
  • Obgleich sich die obige detaillierte Beschreibung auf die bevorzugte Ausführungsform der gegenwärtigen Erfindung bezieht, versteht es sich, daß die Erfindug modifiziert, variiert und geändert werden kann, ohne von dem Umfang und der Bedeutung der nachfolgenden Ansprüche abzuweichen.

Claims (11)

  1. Positionierfeder (80, 180) zum Positionieren einer Mehrzahl von Wälzkörpern (72) in einem Triplan-Drehgelenk (10) mit: einem Körper (82) mit einem ersten und einem zweiten Ende, zwei Armen (84), die sich von den beiden Enden des Körpers (82) aus erstrecken und jeweils einen Rahmen (94) mit zwei Öffnungen (96) aufweisen, in denen jeweils ein Wälzkörper (72) gehalten ist, sowie elastischen Haltemitteln (86) zur Befestigung der Positionierfeder (80, 180) an einem Zapfenkörper (54) des Drehgelenks (10) und zur Positionierung der Wälzkörper (72) gegenüber dem Zapfenkörper (54), wobei die elastischen Haltemittel (86) zwischen den beiden Armen (84) angeordnet sind und sich von dem Körper (82) aus erstrecken.
  2. Positionierfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Haltemittel (86) zwei Federfinger aufweisen, die sich von sich gegenüberliegenden Seiten des genannten Körpers (82) aus zwischen den beiden Armen (84) erstrecken und jeweils freie Enden (100) aufweisen, die so in einem Abstand voneinander angeordnet sind, daß sie durch Reibschluß die Positionierfeder (80, 180) auf dem Zapfen (54) halten.
  3. Positionierfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Federfinger eine gekrümmte Form aufweisen.
  4. Positionierfeder nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden (100) der ersten und zweiten Federfinger teilkugelig ausgebildet sind.
  5. Positionierfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Rahmen (94) Anschlagmittel aufweist, die die Bewegung eines Schuhs (64) gegenüber dem Rahmen (94) begrenzen.
  6. Teleskopisches Triplan-Drehgelenk (10) mit: einem Gelenkaußenteil (30) mit wenigstens drei Längskammern (36), wobei jede Längskammer (36) zwei sich gegenüberliegende Längsseitenwände (40) aufweist, einem Gelenkinnenteil (32), das innerhalb des Gelenkaußenteils (30) angeordnet ist und wenigstens drei Zapfen (54) aufweist, wobei jeder Zapfen (54) sich in jeweils eine Längskammer (36) zwischen den sich gegenüberliegenden Längsseitenwänden (40) hinein erstreckt und wobei jeder Zapfen (54) teilkugelige Flächen (56) aufweist, die den beiden Längsseitenwänden (40) zugewandt sind, einer Vielzahl von Wälzkörpern (72), die mit einer entsprechenden Fläche der Längsseitenwände (40) rollend zusammenwirken, einer Vielzahl von Schuhen (64, 164), die jeweils eine innenkugelige Fläche (66) aufweisen, die mit den teilkugeligen Flächen (56) der Zapfen (54) zusammenwirken, sowie wenigstens eine teilzylindrische Lagerfläche (68), die mit den Wälzkörpern (72) zusammenwirkt, einer Vielzahl von Positionierfedern (80, 180), die jeweils einen Körper (82) mit einem ersten und einem zweiten Ende, zwei Arme (84), die sich von den beiden Enden des Körpers (82) aus erstrecken und jeweils einen Rahmen (94) mit zwei Öffnungen (96) aufweisen, in denen jeweils einer der Wälzkörper (72) gehalten ist, sowie elastische Haltemittel (86) aufweisen, die die Wälzkörper (72) in einer vorbestimmten Position in der Weise halten, daß sie während der Längsbewegung der Wälzkörper (72) gegenüber dem genannten Schuh (64, 164) ausgelenkt werden und eine Kraft erzeugen, die darauf hinwirkt, die Wälzkörper (72) auf ihre vorbestimmte Position zurückzustellen.
  7. Gelenk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Haltemittel (86), die zur Befestigung der Positionierfeder an dem genannten Zapfen (54) dienen, zwischen den beiden Armen (84) angeordnet sind und sich von dem genannten Körper (82) aus erstrecken.
  8. Gelenk nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Haltemittel (86) zwei Federfinger aufweisen, die sich von sich gegenüberliegenden Seiten des Körpers (82) aus zwischen den Armen (84) erstrecken und jeweils freie Enden (100) aufweisen, die so in einem Abstand voneinander angeordnet sind, daß sie durch Reibschluß die Positionierfeder (80, 180) auf dem Zapfen (54) halten.
  9. Gelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Federfinger eine gekrümmte Form aufweisen.
  10. Gelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden (100) der ersten und zweiten Federfinger teilkugelig ausgebildet sind.
  11. Gelenk nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Rahmen (94) Anschlagmittel (172) aufweist, die die Bewegung eines Schuhs (164) gegenüber dem Rahmen (94) begrenzen.
DE4300793A 1992-01-23 1993-01-14 Zentrierfeder für Triplan-Kugelgleichlaufgelenke Expired - Lifetime DE4300793B4 (de)

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