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Die
Erfindung betrifft ein Gleichlauf-Verschiebegelenk.
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Als
Gleichlauf-Verschiebegelenke sind aus der Praxis Tripodegelenke
und Topfgelenke bekannt. Solche Gleichlauf-Verschiebegelenke weisen
im Allgemeinen ein Gelenkinnenteil, ein Gelenkaußenteil sowie
dazwischen Übertragungselemente auf, die bei Tripodegelenken
beispielsweise als Tripodestern, Tripodeglocke und Laufrollen ausgebildet
sind. Tripodegelenke werden in der Praxis insbesondere bei Seitenwellen
von Kraftfahrzeugen verwendet.
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Über
die Seitenwellen von Kraftfahrzeugen werden zum Teil sehr hohe Momente übertragen. Dementsprechend
treten an dem Gelenkinnenteil, dem Gelenkaußenteil sowie
an dem Übertragungselement hohe Flächenpressungen
auf. Um diesen Flächenpressungen gerecht zu werden und
gleichzeitig eine vereinfachte Herstellung zu ermöglichen,
ist in der
EP 1 266
069 A1 ein Tripodegelenk vorgeschlagen, welches an einem
Tripodestern Kugelkörper aufweist, die auf Druckkörper
wirken, die sich ihrerseits über Wälzkörper
an der Tripodeglocke abstützen, wobei sich die Kugelkörper über
Führungsringe gegenüber den Druckkörpern
abstützen. Gemäß der
EP 1 266 069 A1 sind je
Druckkörper mehrere Wälzkörper vorgesehen,
die in Käfigen gehalten in Aufnahmeräumen der
Tripodeglocke angeordnet werden, wobei in den Aufnahmeräumen
für die Wälzkörper ebene Laufflächen
ausgebildet sind.
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Mit
den aus der
EP 1 266
069 A1 bekannten Tripodegelenken sind in der Praxis gute
Erfahrungen gemacht worden. Es haben sich jedoch bei einer Verwendung
in Antriebssträngen, die ein Wandlergetriebe aufweisen,
Betriebssituationen gezeigt, in denen störende Vibrationen
aufgetreten sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gleichlauf-Verschiebegelenk
zur Verfügung zu stellen, mit welchem der Ausbreitung von
Vibrationen über einem Antriebstrang begegnet werden kann.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit
den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Gemäß der
Erfindung ist bei einem Gleichlauf-Verschiebegelenk mit einem Gelenkinnenteil,
einem Gelenkaußenteil sowie dazwischen angeordneten Übertragungselementen,
die sich über Wälzkörper an dem Gelenkaußenteil
abstützen, vorgesehen, dass die Wälzkörper
gruppenweise als erste und zweite Wälzkörper angeordnet
sind, wobei die Tragrichtungen der ersten Wälzkörper
zu den Tragrichtungen der zweiten Wälzkörper unter
einem Verschränkungswinkel α < 180° verlaufen. Die gruppenweise
Anordnung von ersten und zweiten Wälzkörpern,
deren Tragrichtungen unter einem Verschränkungswinkel verlaufen,
kann als V-Führung bezeichnet werden, wobei eine solche
Anordnung eine definierte Lagerung der Wälzkörper
bewirkt, bei der ein Verkanten der Wälzkörper
sicher vermieden werden kann. Dadurch kann gewährleistet
werden, dass Krafteinwirkungen auf die Wälzkörper
infolge von Relativbewegungen des Gelenkinnenteils gegenüber dem
Gelenkaußenteil stets zu einem Abrollen führen, wodurch
die Übertragung von Vibrationen über das Gleichlauf-Verschiebegelenk
hinweg vermieden werden. Durch die gruppenweise Anordnung der Wälzkörper
und deren damit einhergehender definierten Lagerung wird auch der
Verschiebewiderstand des Gleichlauf-Verschiebegelenks reduziert.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass der Verschränkungswinkel α im Bereich von
etwa 80° bis 100° liegt und insbesondere 90° beträgt.
Eine solche Ausgestaltung ist sowohl hinsichtlich des Betriebsverhaltens
als auch hinsichtlich der Fertigung besonders vorteilhaft. Dies
gilt auch für eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der
Erfindung, gemäß der vorgesehen ist, dass die
Tragrichtungen symmetrisch zu einer Tangentialebene verlaufen, die
senkrecht zu einer Mittenachse der Übertragungselemente
orientiert ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die ersten und die zweiten Wälzkörper inneren
bzw. äußeren Lagerflächen zugeordnet
sind. Eine solche Ausgestaltung erleichtert die Fertigung der einzelnen Komponenten
des Gleichlauf-Verschiebegelenks.
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Hinsichtlich
der Montage ist es vorteilhaft, wenn – wie vorzugsweise
vorgesehen – erste und zweite Wälzkörper
mit jeweils einem gemeinsamen Wälzkörperkäfig
zu Lineareinheiten zusammengefasst sind.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Wälzkörper als zylindrische Rollen, insbesondere
als Nadeln ausgeführt sind. Eine solche Ausgestaltung erleichtert
die Fertigung. Dies gilt auch für eine weitere bevorzugte
Ausgestaltung der Erfindung, der gemäß die Übertragungselemente
einstückig mit dem Gelenkinnenteil ausgebildet sind.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Übertragungselemente Kugelabschnittsflächen
aufweisen und mit Druckstücken, insbesondere Andruckschalen
zusammenwirken, an deren Innenseite Zylinderteilflächen
ausgebildet und an deren Außenseite jeweils eine erste
und eine zweite Abstützfläche für die ersten
bzw. zweiten Wälzkörper ausgebildet sind.
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Gemäß einer
weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
das Gelenkinnenteil als Tripodestern und das Gelenkaußenteil
als Tripodeglocke oder Gelenkring ausgebildet ist. Durch eine solche
Ausgestaltung, durch die das erfindungsgemäße
Gleichlauf-Verschiebegelenk als ein Tripodegelenk vorliegt, das
als V-Triplan Gelenk bezeichnet werden könnte, eignet sich
das Gleichlauf-Verschiebegelenk insbesondere für einen
Einsatz im Bereich der Gelenkwellen eines Kraftfahrzeuges und insbesondere
zur Verwendung in einem Antriebsstrang eines ein Wandlergetriebe aufweisenden
PKWs.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung
im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
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Es
zeigen:
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1 eine
besonders bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Gleichlauf-Verschiebegelenks in einem Schnitt und
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2 das
Gleichlauf-Verschiebegelenk in 1 in einer
Explosionsdarstellung.
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Das
in den 1 und 2 gezeigte Gleichlauf-Verschiebegelenk 100 gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist ein
als Tripodestern 102 ausgebildetes Gelenkinnenteil 104 sowie
ein als Gelenkring 106 ausgebildetes Gelenkaußenteil 108 auf.
An dem Gelenkinnenteil 104 sind drei Übertragungselemente 110 nach
Art sternförmig nach außen vorspringender Zapfen
einstückig ausgebildet, wobei die Übertragungselemente 110 außen
Kugelabschnittsflächen 112 aufweisen. Innen weist
das Gelenkinnenteil 104 eine Wellenaufnahme 114 auf,
an der eine Kerbverzahnung ausgebildet sein kann. Die Wellenaufnahme 114 dient
dem Anschluss einer ersten Welle (nicht gezeigt).
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Um
Momente von der ersten Welle (nicht gezeigt) über das Gelenkinnenteil 104 auf
das Gelenkaußenteil 108 zu übertragen,
sind ferner Druckstücke 116 vorgesehen, die in
Wirkrichtung zwischen dem Gelenkinnenteil 104 und dem Gelenkaußenteil 108 angeordnet
und an dem Gelenkaußenteil 108 mittels Wälzkörpern 118, 120 gelagert
sind. Zur Führung der Wälzkörper 118, 120 sind
Wälzkörperkäfige 122 vorgesehen.
Die an jedem Druckstück 116 in radialer Richtung
betrachtet innen liegenden Wälzkörper 118 werden
nachfolgend auch als erste Wälzkörper 118 bezeichnet,
und die in radialer Richtung betrachtet außen liegenden
Wälzkörper 120 als zweite Wälzkörper 120.
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Die
Druckstücke 116, die paarweise an jedem Übertragungselement 110 angeordnet
sind, sind global betrachtet keilförmig ausgebildet, und
sie weisen an ihrer Außenseite jeweils eine erste und eine zweite
Abstützfläche 124, 126 auf.
Die Abstützflächen 124, 126,
die sich in zueinander senkrechten Ebenen, die im montierten Zustand
parallel zu einer Längsachse 128 des Gelenkaußenteils 108 erstrecken,
dienen der Abstützung der Wälzkörper 118, 120.
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An
einer dritten Seite der Druckstücke 116, die – weil
sie dem Gelenkinnenteil 104 zugewandt ist – als
Innenseite 130 bezeichnet wird, weisen die Druckstücke 116 jeweils
eine Zylinderteilfläche 132 auf, deren Radius
dem Radius der Kugelabschnittsflächen 112 entspricht.
Im montierten Zustand (1) stützen sich die Übertragungselemente 110 an
den Druckstücken 116 über deren Zylinderteilflächen 132 ab,
wobei je nach Drehrichtung je Übertragungselement 110 nur
eines der beiden Druckstücke 116 wirksam ist.
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Zur
Aufnahme der Übertragungselemente 110, der Druckstücke 116 sowie
der Wälzkörper 118, 120 mit
ihren Wälzkörperkäfigen 122 in
dem Gelenkaußenteil 108 sind in diesem Eingriffskonturen 134 ausgebildet,
die sich in Richtung der Längsachse 128 des Gelenkaußenteils 108 erstrecken.
Die Eingriffskonturen 134 weisen je aufzunehmenden Übertragungselement 110 zwei
innere Lagerflächen 136, 138 sowie zwei äußere
Lagerflächen 140, 142 auf, die sich jeweils
in einer zu der Längsachse 128 parallel erstreckenden
Ebene liegen. Die jeweils einem Druckstück 116 zugeordneten
inneren und äußeren Lagerflächen 136, 140 bzw. 138, 142 liegen
in zueinander senkrecht verlaufenden Ebenen, wobei eine Schnittlinie 144, 146 dieser
Ebenen von einer Tangentialebene 148 geschnitten wird,
die jeweils senkrecht zu einer Mittenachse 150 des jeweiligen Übertragungselements 110 orientiert
ist. Die inneren Lagerflächen 136, 138 sind
zu der jeweils zugehörigen äußeren Lagerfläche 140, 142 bezüglich
der entsprechenden Tangentialebene 148 symmetrisch angeordnet,
so dass je Druckstück 116 eine V-förmige
Lageranordnung geschaffen ist, die durch die Tangentialebenen 148 mittig
geschnitten wird.
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Im
Betrieb wirken die Komponenten des Gleichlauf-Verschiebegelenks 100 wie
folgt zusammen:
Wird über eine erste Welle ein Moment
auf das Gelenkinnenteil 104 übertragen, stützt
sich dieses mit seinen drei Übertragungselementen 110,
die zueinander 120° versetzt sind, an jeweils einem Druckstück 116 ab.
Das betreffende Druckstück 116 seinerseits stützt
sich über seine erste und zweite Abstützfläche 124, 126 immer
gleichzeitig an den jeweiligen ersten und zweiten Wälzkörpern 118, 120 ab,
wobei sich die Wälzkörper 118, 120 an
den inneren bzw. äußeren Lagerflächen 136, 140 bzw. 138, 142 abstützen.
Durch diese Abstützung wird das Moment auf das Gelenkaußenteil 108 übertragen
und kann von dem Gelenkaußenteil 108 auf eine
zweite Welle (nicht gezeigt) weitergeleitet werden.
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Durch
die Kugelabschnittsflächen 112 der Übertragungselemente 110 und
die Zylinderteilflächen 132 der Druckstücke 116 ist
ein Verschwenken der Achsen der ersten und zweiten Welle möglich. Eine
Verschiebebewegung der Wellen in Längsrichtung wird durch
die ersten und zweiten Wälzkörper 118, 120 ermöglicht.
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Anhand
von 1 ist erkennbar, dass die ersten und zweiten Wälzkörper 118, 120,
von denen je Lagerfläche 136, 138, 140, 142 in
den zugehörigen Wälzkörperkäfigen 122 acht
vorhanden sind, gruppenweise angeordnet sind, nämlich derart,
dass die Tragrichtungen 150, 152 der Wälzkörper 118,
die innen angeordnet sind, zu den Tragrichtungen 154, 156 der
Wälzkörper 120, die außen angeordnet
sind, unter einem Verschränkungswinkel α verlaufen,
der < 180° ist
und in der in den 1 und 2 gezeigten besonders
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung 90° beträgt.
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Durch
die gruppenweise Anordnung der Wälzkörper 116, 118,
bei der je Lagerfläche 136, 138, 140, 142 die
als Nadeln ausgebildeten Wälzkörper 118, 120 eine
Gruppe bilden, wird eine definierte Lagerung zur Verfügung
gestellt, bei der ein Verkanten der Wälzkörper
ausgeschlossen ist. Es liegt somit immer eine Rollreibung vor, wodurch
der Verschiebewiderstand des Gelenks verringert und das Weiterleiten von
Vibrationen über das Gelenk vermieden wird.
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Es
sei noch darauf hingewiesen, dass bei der in den 1 und 2 gezeigten
besonders bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichlauf-Verschiebegelenks 100 die
Wälzkörperkäfige 122 V-förmig
geknickte Elemente sind, die sowohl Wälzkörper 118,
die inneren Lagerflächen zugeordnet sind, als auch Wälzkörper 120 die äußeren Lagerflächen 140, 142 zugeordnet
sind, aufnehmen, was die Montage erleichtert. Die Gesamtheit aus Wälzkörperkäfigen 122 und
zugehörigen Wälzkörpern 118, 120 kann
auch als Lineareinheit 160 bezeichnet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1266069
A1 [0003, 0003, 0004]