DE69031598T2 - Homokinetisches universalgelenk mit schwingungsarmem dreibein - Google Patents
Homokinetisches universalgelenk mit schwingungsarmem dreibeinInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft das Gebiet der Gleichlaufdrehgelenke der Tripodeart und insbesondere ein Gleichlauftripodegelenk nach dem Oberbegriff des selbständigen Anspruchs, wobei die Rolle gegenüber dem Zapfen, auf dem sie befestigt ist, schwenkbar und radial verschiebbar ist.
- Gleichlaufdrehgelenke der Tripodeart, wie von Drevard et al in dem US-Patent 3 613 396 oder von Orain in dem US-Patent 3 757 534 gezeigt, weisen ein Gelenkinnenteil und ein Gelenkaußenteil auf. In herkömmlichen Ausführungsformen ist das Gelenkinnenteil mit drei radial sich erstreckenden, in gleichem Abstand voneiander um die Drehachse des Gelenkinnenteils angeordneten Zapfen versehen. Auf den Zapfen ist jeweils eine Rolle gelagert, wobei die Zapfen jeweils zwischen zwei in dem Gelenkaußenteil vorgesehene, parallel zueinander sich erstreckende Führungen oder Bahnen eingueifen. Bei den anfänglich entwickelten Drehgelenken waren die Zapfen zylindrisch ausgebildet und die Rollen waren auf den Zapfen mittels zwischen dem Zapfen und der Rolle angeordneten Rollen- oder Nadellagern gelagert. Normalerweise wurden elastische Mittel vorgesehen, um eine Bewegung der Rolle gegenüber dem Zapfen zu ermöglichen wenn das Gelenkinnenteil gegenüber dem Gelenkaußenteil abgewinkelt war. Bei diesen Gleichlauf- oder Drehgelenken bleibt die Rollenebene im allgemeinen dauernd parallel zu der Drehachse des Gelenkinnenteils.
- Wenn daher das Gelenkinnenteil gegenüber dem Gelenkaußenteil abgewinkelt ist, ist die Rolle gegenüber der Führung abgewinkelt, so daß sich eine zusammengesetzte Bewegung der Rolle entlang der Führung ergibt. Ein Teil dieser Bewegung bestand aus einer Gleitbewegung der Rolle in der Führung, wodurch sich eine Schüttelbewegung (Shudder) des Drehgelenks ergab, die wiederum zu einem reduzierten Wirkungsgrad führte. Bei einigen dieser Drehgelenke waren die Führungen eben ausgeführt, Diese Maßnahme löste einige Probleme, aber schaffte auch neue.
- Wahlmark schlug in dem US-Patent 3 818 721 eine erste Lösung für dieses Problem vor, indem er eine Mehrkomponentenrolle bereitstellte, bei der die Kontaktflächen von wenigstens zwei Rollenkomponenten kugelig ausgebildet waren, so daß der äußere Rollenkörper gegenüber der Zapfenachse eine Schwenkbewegung ausführen konnte. Infolgedessen konnte die Rolle in einer parallelen Stellung gegenüber den Führungen verbleiben, wenn das Gelenkinnenteil gegenüber dem Gelankaußenteil abgewinkelt war. Wahlmark schlägt die Verwendung einer Mehrkomponentenrolle mit Lagern mit kugeligem Käfig oder mit tonnenförmigen Lagerrollen zwischen dem inneren Rollenkörper und dem äußeren Rollenkörper vor.
- Im Gegensatz zu der Lehre von Wahlmark schlägt Orain in dem US- Patent 4 472 156 diaboloförmige Lagerrollen zwischen dem kugelförmigen Zapfen und einer konvex ausgeführten Innenfläche der Rolle vor. Als Alternative sieht Peterson in dem US-Patent 4 505 688 die Verwendung von Mehrschichtelastomerlagern an der Kontaktstelle zwischen den kugeligen Eingriffsflächen der vielteiligen Rolle vor.
- Otsuka et al schlagen in dem US-Patent 4 379 706 in einer ersten Ausführungsform die Verwendung eines Rollenlagers vor, das in einer ringförmigen Innennut der Rolle angeordnet ist und mit einem Zapfen mit einem kugelförmigen Kopf zusammenwirkt. Als Alternative sehen Otsuka et al eine Mehrkomponentenrolle mit drei ringförmigen Elementen vor. Das innere ringförmige Element ist gleitbar auf einem zylindrischen Zapfen aufgenommen und gegenüber dem Zapfen in axialer Richtung frei bewegbar. Ein Zwischenelement weist eine konkav-kugelige Innenfläche auf, die die äußere kugelige Fläche des inneren Elements umgreift. Die konturierte Außenfläche des äußeren Elements der Rolle greift in die konturierte Oberfläche der im Gelenkaußenteil ausgebildeten parallelen Führungen ein. Die inneren Flächen zwischen dem äußeren Element und Zwischenelement der Mehrkomponentenrolle weisen übereinstimmende ringförmige Ausnehmungen auf, in denen eine Vielzahl von Lagerrollen angeordnet ist. Die Axialverschiebung der Mehrkomponentenrolle gegenüber dem Zapfen wird dadurch erreicht, daß das innere Element der Rolle auf der zylindrischen Fläche des Zapfens gleitet, wie nach den oben beschriebenen Lehren von Drevard et al, Orain und Peterson.
- In dem US-Patent 4 472 156 wird von Orain eine Mehrkomponentenrolle vorgeschlagen, die mit der von Otsuka et al vorgeschlagenen Rolle vergleichbar ist, mit Ausnahme davon, daß sie auf einem kugelig ausgebildeten Zapfen angeordnet ist, und es sind keine Maßnahmen getroffen, die eine Radialverschiebung der Rolle gegenüber dem Zapfen ermöglichen.
- Ein Anti-Shudder-Gleichlaufdrehgelenk der Tripodeart weist ein Außenteil und ein Innenteil auf. Das Außenteil ist mit einem Innenraum versehen, der drei in Längsrichtung verlaufende Ausnehmungen hat, die in gleichem Abstand voneinander um eine Drehachse angeordnet sind. Jede der in Längsrichtung verlaufenden Ausnehmungen weist zwei einander gegenüberliegende Seitenwände auf, die jeweils eine Längsführung definieren. Das Innenteil ist in dem Außenteil angeordnet und weist einen Gelenkstern auf, der drei in radialer Richtung sich erstreckende Zapfen in einer Ebene trägt, die senkrecht zu der Drehachse des Gelenksterns verläuft. Jeder Zapfen ist in einer entsprechenden Ausnehmung des Innenraums angeordnet. Eine Mehrkomponentenrolle weist ein schwenkbar an dem Zapfen befestigtes, ringförmiges inneres Bahnelement und ein ringförmiges Rollenelement auf, wobei letzteres das innere Bahnelement umschreibt und zwischen die von den Seitenwänden der entsprechenden Ausnehmungen definierten Führungen eingreift. Eine Vielzahl von Rollenlagerelementen ist zwischen dem inneren Bahnelement und dem Rollenelement angeordnet, um das Rollenelement auf dem inneren Bahnelement drehbar zu lagern. Weiterhin sind Mittel zur Begrenzung der Axialverschiebung des Rollenelements gegenüber dem entsprechenden Zapfen vorgesehen, um die Stellung des Rollenelements gegenüber den von den Seitenwänden des Außenteils definierten Führungen aufrechtzuerhalten, wenn das Innenteil sich gegenüber dem Außenteil in einer abgewinkelten Stellung befindet.
- Die genannten Mittel werden zwischen dem ringförmigen Rollenelement und dem jeweiligen inneren Bahnelement vorgesehen. Die Mittel zur Begrenzung der genannten Axialverschiebung weisen eine Umfangslippe auf, die sich von einem Ende der zylindrisch ausgebildeten Außenfläche des ringförmigen inneren Bahnelements aus erstreckt. Ein Haltering ist an dem anderen Ende der genannten zylindrisch ausgebildeten Außenfläche angebracht, wobei die Umfangslippe und der Haltering die Axialverschiebung des ringförmigen Rollenelements begrenzen, um die zylindrisch ausgeführte Innenfläche des ringförmigen Rollenelements in Rollkontakt mit der Vielzahl der Lagerelemente zu halten. Die Dicke des ringförmigen Rollenelements ist geringer als die Breite der zylindrisch ausgebildeten Außenfläche des ringförmigen inneren Bahnelements zwischen der Umfangslippe und dem Haltering.
- Die US 4 578 048 A bzw. die US 4 891 035 A beziehen sich auf ein Tripodegelenk der beschriebenen Art mit Mitteln, um die Position der ringförmigen Rollenelemente gegenüber den Längsführungen aufrechtzuerhalten, wenn sich das Innenteil gegenüber dem Außenteil in einer abgewinkelten Stellung befindet. Die Mittel hierfür sind in den Mitteln enthalten, die vorgesehen sind, um eine beschränkte Axial- und Winkelverschiebung zwischen jedem Zapfen und dem ensprechenden inneren Bahnelement der Mehrkomponentenrolle zu erlauben. Die Lageranordnung zwischen dem inneren Bahnelement und dem ringförmigen Rollenelement ist von herkömmlicher Art, wobei diese Teile axial relativ zueiander festgelegt sind.
- Die US 4 371 356 A bezieht sich auf eine andere Art von Tripodegelenk, wobei eine winkelmäßig feststehende Beziehung zwischen den ringförmigen Rollenelementen und den Zapfen des Gelenkinnenteils besteht. Natürlich ergibt sich die erforderliche Radialbewegung zwischen den ringförmigen Rollenelementen und dem Gelenkinnenteil, wenn das Gelenk in gekippter Stellung ist, durch die Gleitbewegung der ringförmigen Rollenelemente auf ihren Zapfen. Der Kontakt zwischen den Zapfen und den ringförmigen Rollenelementen wird durch die eingepreßten reibungsarmen Büchsen oder Hülsen hergestellt.
- Aufgabe der Erfindung ist es, den Shudder in den Gleichlaufdrehgelenken der Tripodeart durch Eliminierung der Gleitreibung zwischen den Rollen und den Längsführungen in dem Gelenkaußenteil auszuschalten.
- Die Erfindung betrifft ein Gelenk mit einer Mehrkomponentenrolle für ein Gleichlaufdrehgelenk der Tripodeart, die dauernd in Parallelstellung gegenüber den in Längsrichtung verlaufenden Bahnen des Gelenkaußenteils verbleibt.
- Die Erfindung betrifft ein Gelenk mit einer Mehrkomponentenrolle, die ein inneres Bahnelement aufweist, das schwenkbar auf einem Zapfen mit einer in das innere Bahnelement eingreifenden kugelförmigen Oberfläche befestigt ist.
- Die Erfindung betrifft ein Gelenk mit einem Rollenelement, das gegenüber dem inneren Bahnelement axial beweglich ist.
- Die Erfindung betrifft ein Gelenk mit einem Rollenelement, bei dem die Axialverschiebung des Rollenelements entlang der Oberfläche der Lagerrollen stattfindet,
- Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden für den Fachmann offensichtlicher, wenn er diese Beschreibung liest, insbesondere im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
- Figur 1 zeigt einen Teilguerschnitt durch ein Gleichlauftripodegelenk mit einer Mehrkomponentenrolle.
- Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Mehrkomponentenrolle.
- Figur 1 zeigt ein Gleichlauftripodegelenk 25 oder Drehgelenk mit einem Außenteil 10 und einem Innenteil 12. Das Außenteil 10 weist ein äußeres Gehäuse 14 auf, an dem eine Welle 16 konzentrisch befestigt ist. Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann das äußere Gehäuse 14 kreisförmig sein, oder es stellt einen tulpenförmigen Schmiedekörper dar mit einem darin ausgebildeten, in Längsrichtung verlaufenden Innenraum 18. Der in Längsrichtung verlaufende Innenraum 18 weist einen zylindrischen Mittelabschnitt und drei damit verbundene in Längsrichtung verlaufende Ausnehmungen 20 auf, die in gleichem Abstand voneinander um den zylindrischen Innenabschnitt angeordnet sind. Die Ausnehmungen 20 weisen jeweils zwei sich gegenüberliegende Seitenwände 22 und 24 auf, wie es aus Figur 2 deutlicher hervorgeht. Die Seitenwände 22 und 24 weisen jeweils konkave Oberflächen auf, die eine Bahn oder Längsführung für eine an dem Innenteil 12 befestigte Mehrkomponentenrolle 26 definieren.
- Das Innenteil 12 ist mit einem Gelenkstern 28 versehen, der mit bekannten ineinandergreifenden Keilverzahnungen an einer Welle befestigt werden kann. Der Gelenkstern 28 weist drei radial verlaufende Zapfen 32 auf, die in einer gemeinsamen, senkrecht zur Drehachse 34 der Welle 30 sich erstreckenden Ebene angeordnet sind.
- Die Zapfen 32 erstrecken sich jeweils radial in jede der drei in Längsrichtung verlaufenden Ausnehmungen 20 hinein und sind zwischen den von den Seitenwänden 22 und 24 bildeten Führungen angeordnet. Die den Seitenwänden 22 bzw. 24 zugewandten Abschnitte der Außenflächen 36 und 38 der Zapfen sind kugelig ausgebildet. Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, können die senkrecht zu der Drehachse 34 der Welle 30 verlaufenden Außenflächen der Zapfen 32 flach ausgebildet sein oder irgendeine andere geeignete Konfiguration aufweisen.
- Die Einzelheiten der Mehrkomponentenrolle 26 sind in Figur 2 gezeigt. Die Mehrkomponentenrolle 26 weist ein ringförmiges inneres Bahnelement 40 mit einer konkaven Innenfläche 42 auf, die den kugelig ausgebildeten Abschnitt der Außenflächen 36 und 38 der Zapfen 32 umgreift. Das innere Bahnelement 40 weist außerdem eine zylindrische Außenfläche 44 auf, die an einem Ende mit einer Umfangslippe 46 ausgebildet ist. Weiterhin weist das innere Bahnelement 40 eine ringförmige Schulter 48 und eine ringförmige Sprengringrille 50 auf, die an dem der Umfangslippe 46 gegenüberliegenden Ende vorgesehen ist.
- Die Mehrkomponentenrolle 26 weist weiterhin einen ringförmigen Rollenkörper 52 auf, der das innere Bahnelement 40 umschreibt. Das ringförmige Rollenelement 52 ist mit einer konvexen oder kugeligen, in die konkave Fläche der Seitenwände 22 und 24 eingreifenden Außenfläche 54 und mit einer zylindrischen Innenfläche 56 versehen, die in einem vorbestimmten Abstand von der zylindrischen Außenfläche 44 des inneren Bahnelements angeordnet ist, um eine ringförmige Rollenlagerkammer zu bilden. Eine Vielzahl von Lagernadeln oder Lagerrollen 58 ist in der ringförmigen Rollenlagerkammer zwischen der zylindrischen Außenfläche 44 des inneren Bahnelements 40 und der zylindrischen Innenfläche 56 des ringförmigen Rollenelements 52 angeordnet. Die zylindrische Außenfläche 44 des inneren Bahnelements 40 und die zylindrische Innenfläche 56 des ringförmigen Rollenelements 52 dienen als innere und äußere Lagerbahnen für die Lagerrollen 58.
- Die Lagernadeln oder Lagerrollen 58 sind in Längsrichtung angeordnet zwischen der Umfangslippe 46 und einem auf der ringförmigen Schulter 48 angeordneten Sicherungsring 60. Ein Sprengring 62 sichert den Sicherungring 60 gegenüber der ringförmigen Schulter 48.
- Die Dicke des ringförmigen Rollenelements 52 ist geringer als die Breite der zylindrischen Außenfläche 44 des inneren Bahnelements 40 zwischen der Umfangslippe 46 und dem Sicherungsring 60, so daß das ringförmige Rollenelement 52 gegenüber dem inneren Bahnelement 40 entlang den Oberflächen der Lagerrollen 58 parallel zu der Achse der Zapfen 32 axial verschoben werden kann. Hierdurch ist es dem ringförmigen Rollenelement 52 möglich, seine Stellung in der durch die zylindrischen Seitenwände 22 und 24 definierten Führung aufrechtzuerhalten, wenn das Gelenkinnenteil 12 sich gegenüber dem Gelenkaußenteil 10 in einer abgewinkelten Stellung befindet. Außerdem wird hierdurch verhindert, daß die Mehrkomponentenrolle an den Seitenwänden 22 und 24 klemmt, wenn Gelenkinnenteil und außenteil sich in einer abgewinkelten Stellung zueinander befinden.
- Die Außendurchmesser der Umfangslippe 46 und des Sicherungsrings 60 sind vorzugsweise größer als der Durchmesser der zylndrischen Innenfläche 56 des ringförmigen Rollenelements 52, um die Axialverschiebung des ringförmigen Rollenelements 52 gegenüber dem inneren Bahnelement 40 zu begrenzen. Durch die Begrenzung der Axialverschiebung des ringförmigen Rollenelements 52 verbleibt die zylindrische Innenfläche 56 des Rollenelements in vollem Wälzkontakt mit den Lagernadeln oder Lagerrollen 58.
- Durch die ineinander eingreifenden kugeligen Flächen des inneren Bahnelements 40 und der Zapfen 32 wird es der Mehrkomponentenrolle im Betrieb gestattet, ihre parallele Stellung gegenüber den in Längsrichtung verlaufenden konkaven Flächen der Seitenwände 22 und 24 aufrechtzuerhalten, wenn das Gelenkinnenteil 12 sich gegenüber dem Gelenkaußenteil in einer abgewinkelten Stellung befindet. Die geringere Dicke des ringförmigen Rollenelements 52 im Vergleich zu der Breite der zylindrischen Außenfläche 44 des inneren Bahnelements 40 erlaubt es dem ringförmigen Rollenelement 52, in seiner Stellung gegenüber den Seitenwänden 22 und 24 zu verbleiben, so daß die einzige bei Drehgelenkbetrieb auftretende Reibung eine Wälzreibung der Rollen entlang den konkaven Längsführungen ist. Dies bedeutet, daß jegliche Gleitreibung zwischen der Rolle und den Führungen eliminiert ist, was wiederum jegliches Shudder des Gleichlaufgelenks wirksam ausschaltet.
- Der Umfang der hier offenbarten Erfindung wird in den beigefügten Patentansprüchen beschrieben.
Claims (7)
1. Anti-Shudder-Gleichlaufdrehgelenk, das folgende Bauteile
aufweist:
ein Außenteil (10) mit einem Innnenraum, wobei der genannte
Innenraum (18) drei in Längsrichtung verlaufende Ausnehmungen
(20) aufweist, die in einem Abstand voneinander um eine
Drehachse angeordnet sind und wobei jede der in Längsrichtung
verlaufenden Ausnehmungen zwei einander gegenüberliegende
Seitenwände (22, 24) aufweist, die jeweils eine Längsführung
definieren,
ein in dem Außenteil (10) angeordnetes Innenteil (12) mit einem
Gelenkstern (28), der drei in radialer Richtung sich
erstreckende Zapfen (32) in einer Ebene trägt, die senkrecht zu der
Drehachse (34) des Gelenksterns (28) verläuft, wobei jeder der drei
Zapfen (32) in einer entsprechenden in Längsrichtung sich
erstreckenden Ausnehmung (20) zwischen den genannten
Längsführungen angeordnet ist, und
Mehrkomponentenrollen (26), die jeweils ein an einem der
genannten Zapfen (32) schwenkbar befestigtes ringförmiges inneres
Bahnelement (40) und ein ringförmiges Rollenelement (52), das
das in die Längsführungen eingreifende innere Bahnelement
umschreibt, aufweisen, sowie
eine Vielzahl von Rollenlagerelementen (58), die zwischen dem
inneren Bahnelement (40) und dem ringförmigen Rollenelement (52)
angeordnet sind, um das ringförmige Rollenelement (52) auf dem
inneren Bahnelement (40) drehbar zu lagern,
gekennzeichnet
durch Mittel, die eine begrenzte Axialverschiebung eines jeden
ringförmigen Rollenelements (52) gegenüber dem entsprechenden
Zapfen (32) ermöglichen, um die Stellung des ringförmigen
Rollenelements (52) gegenüber den Längsführungen
aufrechtzuerhalten, wenn das Innenteil (12) sich in einer abgewinkelten
Stellung gegenüber dem Außenteil (10) befindet, wobei die genannten
Mittel zwischen dem ringförmigen Rollenelement (52) und dem
entsprechenden inneren Bahnelement (40) angeordnet sind, sowie
durch Mittel zur Begrenzung der Axialverschiebung, die eine sich
von einem Ende der zylindrisch ausgebildeten Außenfläche (44)
des ringförmigen inneren Bahnelements aus erstreckende
Umfangslippe (46) und einen an dem anderen Ende der zylindrisch
ausgebildeten Außenfläche (44) befestigten Haltering (60) umfassen,
wobei die Umfangslippe (46) und der Haltering (60) die
Axialverschiebung des ringförmigen Rollenelements (52) begrenzen, um die
zylindrisch ausgebildete Innenfläche (56) des ringförmigen
Rollenelements (52) in Rollkontakt mit der Vielzahl von
Lagerelementen (58) zu halten, wobei die Dicke der ringförmigen
Rollenelemente (52) geringer ist als die Breite der zylindrisch
ausgebildeten Außenfläche (44) des ringförmigen inneren
Bahnelements (40) zwischen der Umfangslippe (46) und dem Haltering
(60).
2. Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die durch die sich gegenüberliegenden Seitenwände (22, 24)
einer jeden in Längsrichtung sich erstreckenden Ausnehmung (20)
definierten Längsführungen jeweils eine konkave Längsfläche
aufweisen und daß das ringförmige Rollenelement (52) eine
konvexe Außenfläche (54) aufweist, die in die konkaven Längsflächen
der Längsführungen eingreift.
3. Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens sich gegenüberliegende, den Längsführungen
zugewandte Flächenabschnitte (36, 38) eines jeden Zapfens (32)
eine kugelige Form aufweisen und daß das innere Bahnelement (40)
eine konkave Innenfläche (42) aufweist, die die kugelige Form
wenigstens der sich gegenüberliegenden Flächenabschnitte (36,
38) eines jeden Zapfens (32) umgreift.
4. Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das innere Bahnelement (40) eine zylindrisch ausgebildete
Außenfläche (44) und das ringförmige Rollenelement (52) eine
zylindrisch ausgebildete Innenfläche (56) aufweist, die in einem
Abstand von der zylindrisch ausgebildeten Außenfläche (44) des
inneren Bahnelements (40) angeordnet ist, und daß die Vielzahl
der Rollenlagerelemente (58) in dem Raum zwischen der
zylindrisch ausgebildeten Außenfläche (44) des inneren Bahnelements
(40) und der zylindrisch ausgebildeten Innenfläche (56) des
ringförmigen Rollenelements (52) angeordnet ist.
5. Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vielzahl der Rollenlagerelemente (58) eine Länge
aufweist, die etwas geringer als der Abstand oder gleich dem
Abstand ist, der zwischen der ringförmigen Schulter (48) und der
Umfangslippe (46) besteht.
6. Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das ringförmige innere Bahnelement (49) der
Mehrkomponentenrolle (26) schwenkbar an jedem Zapfen (32) befestigt ist und daß
das ringförmige Rollenelement (52) der Mehrkomponentenrolle (26)
eine Außenfläche (54) aufweist, die mit den in einem Abstand
voneinander angeordneten Führungen auf beiden Seiten des Zapfens
(32) zusammenwirkt.
7. Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die in einem Abstand voneinander angeordneten Führungen
konkave zylindrisch ausgebildete Flächen aufweisen und daß die
Außenfläche (54) des Rollenelements (52) eine konvexe Fläche
darstellt, deren Krümmungsradius einem Krümmungsradius der
konkaven zylindrisch ausgebildeten Flächen der in einem Abstand
voneinander angeordneten Führungen entspricht.
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