DE112004002573T5

DE112004002573T5 - Homokinetisches Antriebsgelenk

Info

Publication number: DE112004002573T5
Application number: DE112004002573T
Authority: DE
Inventors: Marc Francois
Original assignee: GKN Driveline SA
Current assignee: GKN Driveline SA
Priority date: 2003-12-29
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2007-02-08
Also published as: WO2005073578A1; FR2864591A1; US20070135219A1; JP2007517174A; FR2864591B1; CN1902410B; US7753799B2; CN1902410A

Abstract

Homokinetisches Antriebsgelenk (1) einer Art mit einem Vaterteilelement (2), welches mehrere Beine (4) aufweist, einem Mutterteilelement (8), welches eine Mittelachse (X'-X') aufweist und für jedes Bein ein Paar von einander gegenüberliegenden Pisten (9A, 9B) bestimmt, die beiderseits des Beins liegen und in Bezug auf eine Längs- und Radialebene (P) des Mutterteilelements (8) symmetrische sind, und, angebracht an jedem Bein (4), einem mechanischen Übertragungsorgan (11), welches eine äußere Drehrolle (12) aufweist, die kugelgelenkartig und gleitend in Bezug auf das Bein (4) beweglich angebracht und für ein Rollen auf der einen oder anderen der beiden entsprechenden Pisten (9A, 9B) mit einer peripheren Rollfläche (30) mit kreisförmigem Querschnitt eingerichtet ist, wobei das Mutterteilelement (8) ferner wenigstens eine Auflagerfläche (15; 15A, 15B) aufweist, welche die Rolle (12) gegen eine Radialverlagerung nach außen zurückhält,
dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Bein (4):
– jede Piste (9A, 9B) und die Rollfläche (30) an wenigstens einem...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein homokinetisches Antriebsgelenk des Typs mit einem Vaterteilelement, welches mehrere Beine aufweist, einem Mutterteilelement, welches eine zentrale Achse aufweist und für jedes Bein ein Paar von einander gegenüberliegenden Pisten bestimmt, die beiderseits des Beins liegen und in Bezug auf eine Längs- und Radialebene des Mutterteilelements symmetrisch sind, und, angebracht an jedem Bein, einem mechanischen Übertragungsorgan, welches eine äußere Rolle aufweist, die kugelgelenkartig und gleitend in Bezug auf das Bein beweglich angebracht und dazu bestimmt ist, auf der einen oder anderen der beiden entsprechenden Pisten mit einer peripheren Rollfläche mit kreisförmigen Querschnitt abzurollen, wobei das Mutterteilelement ferner wenigstens eine Auflagerfläche aufweist, die die Rolle gegen eine Versetzung radial nach außen zurückhält.
Die Erfindung ist insbesondere auf homokinetische Dreibeingelenke für die Kraftübertragungen bei Kraftfahrzeugen anwendbar.
Ein solche homokinetisches Dreibeingelenk weist im Allgemeinen ein Vaterteilelement mit ternärer Symmetrie, oder Dreibein, auf, das mit einer ersten Drehwelle fest verbunden ist, und ein Mutterteilelement mit ternärer Symmetrie, oder Tulpe, das mit einer zweiten Drehwelle fest verbunden ist, auf.
US-B-5 330 389 beschreibt ein Gelenk, welches ein Vaterteilelement mit drei Beinen aufweist, von denen jedes mit einer äußeren Rolle versehen ist. Die Beine haben eine sphärische Außenfläche. Jede der Rollen ist mit dem Bein über einen inneren Ring und einen zwischen dem inneren Ring und der Rolle zwischengelegten Nadelkranz verbunden. Das Vaterteilelement ist in ein Mutterteilelement eingesetzt, welches mit Rollpisten und Auflagern versehen ist.
Zur Vermeidung eines Verklemmens zwischen der äußeren Rolle und der Rollpiste im Betrieb schlägt diese Schrift einerseits vor, dass ein ausreichendes Spiel zwischen Rolle und Piste auf der zur Antriebsseite entgegengesetzten Seite vorliegt. Andererseits schlägt sie vor, dass die Rollfläche der Rolle zylindrisch sein soll, wobei die Pisten dann ausgebauchte Oberflächen haben, oder dass die Pisten ebene Oberflächen haben, wobei die Rollfläche der Rolle dann ausgebaucht ist.
Die Auflager des Mutterteilelements und die Frontfläche der äußeren Rolle sind im Schnitt in Bezug auf die Längs- und Radialebene des Mutterteilelements geneigt. Durch diese Neigung legt sich die Frontfläche der Rolle im Betrieb des Gelenks nur gegen die Auflagerfläche, die auf der Seite der Berührung zwischen Piste und Rolle liegt.
Bei einem solchen Arbeiten unter Drehmoment und unter einem Knickwinkel ist jede Rollfläche der äußeren Rolle in Anlage an einer Piste des entsprechenden Pistenpaares, wobei ein geringes Spiel zwischen dieser Rollfläche und der anderen Piste des Paares besteht.
Ferner wird jedes Bein zu einer translatorischen Wechselbewegung in Bezug auf das entsprechende Paar von Pisten parallel zur entsprechenden Längs- und Radialebene angeregt. Diese Wechselbewegung in der Längs- und Radialebene geht einerseits auf die Neigung des Beins und andererseits auf die Orbitalbewegung, genannt Offset, des Dreibeins mit einer Frequenz zurück, die das Dreifache der Drehgeschwindigkeit ist, wie dies im Stand der Technik wohlbekannt ist.
Eine solche Wechselbewegung des Beins führt für jede äußere Rolle eine Kippwechselbewegung der Rolle um den Teil ihrer Rolloberfläche herbei, der gegen eine der Pisten in Anlage ist. Die Kippbewegung wird einerseits durch die Reibung zwischen dem sphärischen Auflager des Beins und dem entsprechenden inneren Ring und andererseits durch die Versetzung des Berührpunkts zwischen dem Auflager des Beins und dem entsprechenden inneren Ring hervorgerufen.
Auf diese Weise oszilliert für jedes Bein der Teil der Rolloberfläche der Rolle, der derjenigen, die in Anlage ist, diametral gegenüberliegt.
Eine solche Oszillationsbewegung zieht Reibungserscheinungen und unter Umständen Klemmerscheinungen zwischen Rolle und Piste, an welcher sie nicht in Anlage ist, nach sich.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Probleme zu lösen, indem ein mechanisches Gelenk mit reduzierter Reibung und eingeschränkten Risiken einer Klemmung bei Arbeiten unter Knickwinkel bereitgestellt wird.
Ferner muss das erfindungsgemäße Gelenk preiswert und leicht herzustellen sein.
Hierzu ist Gegenstand der Erfindung ein homokinetisches Antriebsgelenkt der vorstehend genannten Art, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Bein:

– jede Piste und die Rollfläche miteinander an wenigstens einem ersten und einem zweiten Berührpunkt in Berührung treten können, die radial im Abstand voneinander liegen,
– für wenigstens einen von erstem und zweitem Berührpunkt die Berührebenen der Piste und der Rollfläche zusammenfallen und parallel zur Längs- und Radialebene sind,
– das Querprofil der Piste in wenigstens dem zweiten Berührpunkt geradlinig oder konvex ist, und
– das Querprofil der Rollfläche in wenigstens dem zweiten Berühr punkt geradlinig oder konvex ist.

Gemäß besonderen Ausgestaltungen weist das Gelenk eines oder mehrere der folgenden Merkmale, einzeln oder in allen technisch möglichen Kombinationen, auf:

– der zweite Berührpunkt liegt radial innen in Bezug auf den ersten Berührpunkt;
– das Querprofil der Piste ist auf Höhe des ersten Berührpunkts geradlinig oder konvex, und
– das Querprofil der Rollfläche ist auf Höhe des ersten Berührpunkts geradlinig oder konvex;
– das Querprofil der Piste ist auf Höhe des ersten Berührpunkts konkav und das Querprofil der Rollfläche ist auf Höhe des ersten Berührpunkts konvex;
– das Querprofil der Piste und der Rollfläche auf Höhe des ersten Berührpunkts ist ein Kreisbogen, insbesondere mit identischem Radius;
– für jedes Bein weist die Rollfläche zwei Teilrollflächen auf, von denen jede einem Berührpunkt zugeordnet ist, und die beiden Teilrollflächen sind voneinander axial längs der Achse der äußeren Rolle durch ein Relief der äußeren Rolle getrennt;
– das Relief der äußeren Rolle ist eine Ringnut;
– das Relief der äußeren Rolle ist ein Ringwulst;
– jede Piste weist zwei Teilpisten auf, von denen jede einem der Berührpunkte zugeordnet ist, und dass die beiden Teilpisten durch ein Pistenrelief radial voneinander getrennt sind;
– das Pistenrelief ist eine sich parallel zur Mittelachse erstreckende Ausnehmung;
– das Pistenrelief ist ein sich parallel zur Mittelachse erstreckender Wulst;
– die äußere Rolle und das Mutterteilelement weisen Anschlagflächen auf, die zusammenwirken und für eine Begrenzung einer Versetzung der äußeren Rolle radial nach innen eingerichtet sind;
– die Anschlagflächen sind durch die Wülste des Mutterteilelements und durch die Ringnut der äußeren Rolle gebildet;
– die Anschlagflächen sind durch den Wulst der äußeren Rolle und die Ausnehmungen des Mutterteilelements gebildet;
– die Anschlagflächen sind durch wenigstens einen auf der radial inneren Seite der Pisten angeordneten Wulst und durch eine radial innere Frontfläche der äußeren Rolle gebildet;
– die Anschlagflächen definieren mit der Radial- und Längsebene einen Winkel zwischen 20° und 40°, und vorzugsweise zwischen 27,5° und 32,5°;
– die Auflagerfläche ist durch das Relief der äußeren Rolle und durch das Pistenrelief gebildet;
– die Rolle weist eine ebene Frontfläche, angeordnet senkrecht zu einer Achse der Rolle und eingerichtet für ein Inberührungkommen mit der Auflagerfläche, auf, und
– die Auflagerfläche ist durch ein Auflager gebildet, das ein Querprofil im Wesentlichen senkrecht zur Längs- und Radialebene hat, das den Berührstellen mit der ebenen Frontfläche entspricht;
– für jedes Bein ist das Auflager durch zwei Auflagerflächen gebildet, die sich beiderseits der Radial- und Längsebene erstrecken, und die beiden Oberflächen des Auflagers sind durch einen nach außen radial zurückgesetzten Teil des Mutterteilelements getrennt;
– für jedes Bein ist das Auflager durch eine einzelne Auflagerfläche gebildet, die sich beiderseits der Radial- und Längsebene von ihr ausgehend erstreckt, und die Auflagerfläche ist von jeder zugeordneten Piste durch einen radial nach außen zurückgesetzten Teil des Mutterteilelements getrennt;
– das Auflager hat ein geradliniges Querprofil; und
– das mechanische Kraftübertragungsorgan weist einen inneren Ring, der im Inneren der äußeren Rolle angeordnet ist, Kupplungsmittel für den inneren Ring und die äußere Rolle, die deren Relativschwenken um eine gemeinsame Drehachse gestatten, auf, wobei der innere Ring kugelgelenkartig und gleitend um das genannte Bein beweglich angebracht ist.

Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus dem Lesen der nachstehenden Beschreibung, die allein als Beispiel gegeben wird, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, auf welchen
1 eine Querschnittsteilansicht des homokinetischen Antriebsgelenks mit Dreibein gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist, und
die 2 bis 5 der 1 entsprechende Ansichten sind, die jeweils eine andere Ausführungsform des homokinetischen Dreibeingelenks gemäß der Erfindung veranschaulichen.
1 zeigt partiell ein homokinetisches Dreibeingelenk 1, das für eine Kraftübertragung bei einem Kraftfahrzeug bestimmt ist und im Wesentlichen die folgenden Komponenten aufweist.

(1) Ein Vaterteilelement oder Dreibein 2 mit ternärer Symmetrie in Bezug auf eine Mittelachse X-X (senkrecht zur Ebene der 1), welches eine Nabe 3 und drei radiale Beine 4, die in einem Winkelabstand von 120° liegen und von denen nur eines gezeigt ist, aufweist. Der Endabschnitt eines jeden Beines 4 bildet ein einstückiges sphärisches Auflager 5, das auf die Achse Y-Y des entsprechenden Beins 4 zentriert ist. Dieses Vaterteilelement 2 ist mit einer ersten Drehwelle 6 fest verbunden.
(2) Ein Mutterteilelement oder Tulpe 8 mit ternärer Symmetrie in Bezug auf eine Mittelachse X'-X', wobei diese letztere Achse mit der Achse X-X in der dargestellten geradlinigen Stellung des Gelenks zusammenfällt. Beiderseits eines jeden Beins 4 weist diese Tulpe zwei einander gegenüberliegende Pisten 9A und 9B sowie ein sich zwischen den Pisten 9A und 9B erstreckendes Gewölbe auf. Das Gewölbe 10 bildet ein Auflager 10A. Das Mutterteilelement 8 ist mit einer nicht dargestellten zweiten Drehwelle fest verbunden. Ohne gegenteilige Angabe werden im Folgenden die Ausdrücke „radial" und „axial" in Bezug auf die Achse X'-X' des Mutterteilelements 8 verwendet.
(3) Für jedes Bein 4 ist ein mechanisches Übertragungsorgan 11 vorgesehen, welches eine äußere Rolle 12 mit Drehachse Z-Z, zusam menfallend mit der Achse Y-Y des entsprechenden Beins 4 in der in 1 dargestellten Stellung, aufweist. Die äußere Rolle 12 ist für ein Abrollen auf der einen oder anderen der entsprechenden Pisten 9A und 9B eingerichtet.

Da die drei mechanischen Übertragungsorgane 11 identisch sind, und auf Grund ternärer Symmetrien des Vaterteilelements 2 und des Mutterteilelements 8 wird nur der in 1 dargestellte Teil des Gelenks beschrieben.
Die Leitlinie der Pisten 9A und 9B ist beispielsweise im Wesentlichen geradlinig und zur Achse X'-X' parallel. Diese Pisten 9A, 9B sind in Bezug auf eine Längs- und Radialebene P (senkrecht zur Ebene der 1) des Mutterteilelements 8 zueinander symmetrisch.
Die Pisten 9A, 9B erstrecken sich jeweils beiderseits einer Mittelebene Q (senkrecht zur Ebene P). Die Querprofile, d.h., wie in einer Querebene zur Achse X'-X', wie etwa der Ebene der 1, gesehen, der Pisten 9A, 9B sind geradlinig und parallel zur Längs- und Radialebene P.
Das Auflager 10A ist durch zwei Auflagerflächen 15A, 15B gebildet, deren Querprofile geradlinig und senkrecht zur Längs- und Radialebene P sind. Das Auflager 10A liegt radial nach außen in Bezug auf das Organ. Die Querprofile der Pisten 9A, 9B und der Flächen des Auflagers 15A, 15B schließen also einen Winkel von 90° ein.
Die Auflagerflächen 15A, 15B und die Pisten 9A, 9B sind durch Abschnitte mit gekrümmten Querprofilen verbunden.
Die beiden Auflagerflächen 15A und 15B sind voneinander durch einen radial nach außen zurückspringenden Abschnitt 16 getrennt. Die zu härtende Fläche ist also gering.
Das mechanische Übertragungsorgan 11 weist einerseits einen inneren Ring 18 mit allgemein zylindrischer Form mit Rotationsachse Z-Z, der im Inneren der äußeren Rolle 12 angeordnet ist, und andererseits Kupplungsmittel 19 zum Kuppeln des inneren Rings 18 und der äußeren Rolle 12 auf.
Diese Kupplungsmittel 19 weisen einen Nadelkranz 21 auf, der zwischen einer in Bezug auf die Achse Z-Z äußeren zylindrischen Fläche 22 des Rings 18 und einer in Bezug auf die Achse Z-Z radial inneren zylindrischen Fläche 23 der äußeren Rolle 12 liegt. Diese Kupplungsmittel 19 weisen ferner zwei ebene Anlagescheiben 24 und 25, die beiderseits des Rings 18 und des Nadelkranzes 21 angeordnet sind, auf.
Der Rand jeder Anlagescheibe 24, 5 ist in einer Ringnut aufgenommen, die in der Fläche 23 ausgebildet ist. Die Scheiben 24 und 25 halten zwischen sich den Nadelkranz 21 und den inneren Ring 18 mit einem leichten Spiel längs der Achse Z-Z. Die radiale Höhe des Rings 18 ist geringer als die radiale Höhe der Rolle 12.
Die Kupplungsmittel 19 gestatten also eine Relativschwenkung zwischen der Rolle 12 und dem Ring 18 um die Achse Z-Z sowie ihre beschränkte Relativverschiebung längs der Achse Z-Z.
Der innere Ring 8 weist eine in Bezug auf die Achse Z-Z radial innere, im Wesentlichen zylindrische Fläche 27 auf, welche eine Aufnahmeöffnung für das Bein 4 begrenzt. Das sphärische Auflager 5 des Beins 4 und die Fläche 27 des Rings 18 gestatten eine Kugelgelenk- und Gleitbewegung um die Achse Y-Y zwischen dem Ring 18 und dem Bein 4.
Die äußere Rolle 12 weist eine sphärische Rollfläche 13 auf, die in Bezug auf die Achse Z-Z radial außen liegt. Diese Rolle 12 weist auch eine Frontfläche 32 und eine Rückfläche 33 auf.
Die Rollfläche 30 erstreckt sich längs der Achse Z-Z beiderseits einer Mittelebene Q' der Rolle 12. Diese zur Achse Z-Z orthogonale Ebene Q' fällt in der in 1 dargestellten Position im Wesentlichen mit der Ebene Q zusammen. Die Pisten 9A und 9B und die Flächen 15A und 15B halten die Mittelebene Q' der Rolle 12 im Wesentlichen senkrecht zur Ebene P.
Die Rollfläche 30 ist mit kreisförmigem Querschnitt zylindrisch. Ihr Querprofil ist also wie diejenigen der Pisten 9A und 9B geradlinig.
Im Betrieb des Gelenks 1 ist der Kontakt zwischen der einen der Pisten 9A bzw. 9B und der Rollfläche 30 ein geradliniger Kontakt. Wie für die Piste 9A in 1 dargestellt, existieren somit also zwei Berührpunkte Z1 und Z2, die radial beabstandet sind und beiderseits der Ebene Q' liegen. Die beiden Berührpunkte Z1 und Z2 sind radial voneinander durch einen Nicht-Berührabschnitt getrennt, in welchem die Rolle 12 außer Berührung mit dem Mutterteilelement 8 ist.
Die Frontfläche 32 ist im Wesentlichen ein ebener Kranz mit Achse Z-Z. Diese Fläche 32 liegt auf der radial äußeren Seite der Fläche 30. Das Querprofil der Frontfläche 32 ist also wie diejenigen der Auflagerflächen 15A und 15B geradlinig. Die Rückfläche 33 ist im Wesentlichen ein planer Kranz mit Achse Z-Z, und sie liegt radial innen im Gelenk 1.
Die Fläche 30 der äußeren Rolle 12 ist mit der Frontfläche 32 und der Rückfläche 33 durch Teile der Rolle 12 mit im Meridianschnitt gekrümmten Profilen verbunden.
Das Mutterteilelement 8 weist ferner zwei Haltewulste 34A, 34B auf, die radial innen in Bezug auf die Pisten 9A, 9B angeordnet sind.
Die Wülste 34A, 34B bilden Anschlagflächen 35A, 35B, die für eine Beschränkung der Versetzung der Rolle 12 radial nach innen eingerichtet sind. Die Anschlagsflächen 35A, 35B erstrecken sich unter einem Winkel α von 30° in Bezug auf die Ebene P. Allgemeiner liegt der Winkel α vorzugsweise zwischen 20° und 40° und insbesondere zwischen 27,5° und 32,5°. Auf diese Weise lässt sich das Mutterteilelement durch Schmieden bei gleichzeitiger Unterdrückung einer Klemmgefahr der Rolle 12 leicht herstellen.
Die Rolle 12 weist eine entsprechende Anschlagfläche 36 auf, die zwischen der Fläche 30 und der Fläche 33 liegt.
Das Gelenk 1 arbeitet folgendermaßen:
Wenn beispielsweise das Vaterteilelement 2 im Gegenuhrzeigersinn in 1 angetrieben wird, kommt die Rollfläche 30 zur Übertragung des Drehmoments auf das Mutterteilelement 8 zur Anlage an der Piste 9A.
Das Bein 4 übertragt also auf das entsprechende mechanische Übertragungsorgan 11 eine zur Ebene Q' parallele Kraft F. Der Angriffspunkt M dieser Kraft F ist der Berührpunkt zwischen dem Auflager 5 und der Fläche 27 des Rings 18.
Für jedes mechanische Übertragungsorgan 11 sind die Piste 9A und die Rollfläche 30 der Rolle 12 in den Berührpunkten Z1 und Z2 in gegenseitiger Anlage. In dem vorliegenden Fall ist der Kontakt zwischen der Piste 9A und der Fläche 30 in Linearkontakt, nicht ein punktueller.
Die Fläche 32 der Rolle 12 tritt in etwa senkrecht in eine Berührung mit den Auflagerflächen 15A und 15B ein, wodurch keine Gefahr eines Verklemmens besteht.
Wenn das Gelenk 1 unter einem Knickwinkel zwischen den Wellen X-X und X'-X' arbeitet, wird das Bein 4 zu einer radialtranslatorischen Wechselbewegung in Bezug auf die Pisten 9A und 9B in der Ebene P angeregt, wie dies im Stand der Technik bekannt ist.
Wenn im Verlauf dieser Wechselbewegung sich das Bein 4 radial ins Innere des Gelenks (zum Bein in der 1) verschiebt, verschiebt sich der Angriffspunkt M der Kraft F radial ins Innere des Gelenks 1, was tendenziell die Rolle 12 im Uhrzeigersinn in 1 kippen lässt. Ferner übt bei dieser Verschiebung das Bein 4 durch Reibung eine Kraft F1 auf den inneren Ring 18 längs der Achse Z-Z aus, wobei diese Kraft F1 radial nach innen in die Tulpe 8 gerichtet ist. Diese Kraft F1 würde auch die Rolle 12 im Uhrzeigersinn in 1 tendenziell kippen lassen.
Durch die Berührung zwischen der Fläche 30 und der Piste 9A, die in zwei radial beabstandeten Punkten Z1 und Z2 hergestellt wird, wird die Mittelebene Q' der Rolle 12 im Wesentlichen parallel zur Ebene Q gehalten. Die Rolle 12 verschiebt sich also im Wesentlichen translatorisch längs der Pisten 9A, 9B. Die Rolle 12 wird durch gleichzeitiges Anlegen der Fläche 36 an die Flächen 35A und 35B radial nach innen gehalten.
Wenn sich das Bein 4 bezüglich des Gelenks 1 radial nach außen verschiebt (nach oben in 1), verschiebt sich der Angriffspunkt der Kraft F in der gleichen Richtung. Gleichzeitig übt das Bein 4 durch Reibung eine Kraft F2 auf den äußeren Ring 18 längs der Achse Z-Z und gerichtet nach außen bezüglich der Tulpe 8 aus. Die Verschiebung des Punktes M und die Kraft F2 verschieben die Rolle 12 radial nach außen, bis die Frontfläche 32 in Anlage gegen die Flächen 15A und 15B kommt. Die Kraft F2 trachtet die äußere Rolle 12 in Anlage an den Auflagerflächen 15A und 15B zu halten.
Auf diese Weise bleibt die äußere Rolle stabil, ohne dass ihr vor der Piste 9B liegender Abschnitt, an welcher sie nicht anliegt, oszilliert.
Die Oszillationen der Rolle 12 und damit die Gefahr einer Verklemmung der letzteren, wenn das Gelenk 1 unter Knickwinkel arbeitet, sind also begrenzt.
Schließlich lassen sich mit den gekrümmten Profilen in den Teilen, die die Pisten 9A und 9B mit den Auflagerflächen 15A und 15B verbinden, hohe Drucke an den Enden der Anlage zwischen dem Mittelbereich der äußeren Rolle 12 und den Pisten 9A und 9B vermeiden.
Das erfindungsgemäße Gelenk lässt sich ferner dank der zylindrischen Rollfläche 30 und der beiden Pisten 9A, 9B mit geradlinigen Profilen einfach und preiswert herstellen.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines homokinetischen Gelenks gemäß der Erfindung, wobei sich diese von der in 1 dargestellten durch Folgendes unterscheidet.
Das Gelenk 1 weist eine äußere Rolle 12 auf, deren Rollfläche 30 aus zwei Teilrollflächen 30A, 30B gebildet ist. Diese Teilrollflächen 30A, 30B sind radial voneinander, also axial längs der Achse Z-Z getrennt.
Die Flächen 30A, 30B sind durch zwei Rippen 39A, 39B gebildet, die durch eine ringförmige Mittelnut 40 getrennt sind. Der radial äußere Teil dieser Nut 40 bildet die Anschlagsfläche 36.
Ferner weist jede Piste 9A und 9B zwei Paare von Teilpisten 9AA, 9AB und 9BA, 9BB auf. Die Teilpisten 9AA, 9AB und 9BA, 9BB jedes der Pistenpaare sind radial voneinander durch einen Mittelwulst 34A, 34B getrennt, der die Anschlagfläche 35A, 35B bildet.
Die Teilrollfläche 30A und die Teilpisten 9AA, 9BA bilden eine erste Berührzone, die den Punkt Z1 aufweist, während die Teilrollfläche 30B und die Teilpisten 9AB, 9BB eine zweite Berührzone bilden, die den Punkt Z2 enthält.
Die Querprofile der Teilpisten 9AA, 9AB und 9BA, 9BB sind geradlinig und die beiden Teilpisten der gleichen Piste 9A oder 9B sind koplanar.
Anders ausgedrückt, sind die Wülste 34A, 34B in Bezug auf das Gelenk der 1 radial nach außen verschoben. Folglich können sich die Wülste 34A, 34B bis zum axialen Ende der Pisten 9A, 9B auf der offenen Seite des Mutterteilelements 8 erstrecken. Auf diese Weise wird die Rolle durch die Wülste 34A, 34B auch dann radial nach innen gehalten, wenn sie sich am axialen Ende der Piste 9A, 9B befindet.
Ferner kann durch diese Merkmal jeder Teil 44 des Mutterteilelements 8, der sich zwischen den Pisten 9A, 9B von zwei Paaren benachbarter Pisten erstreckt, am offenen Ende des Mutterteilelements gefast sein. Auf diese Weise kann das Gelenk 1 einen großen maximalen Knickwinkel haben, wenn sich das Dreibein am Boden des Mutterteilelements 8 befindet.
Es ist darauf hinzuweisen, dass zwischen der Nut 40 und den Wülsten 34A, 34B ein ausreichend großes Spiel verbleibt, dass die Anlage der Frontfläche 32 der Rolle 12 an den Flächen 15A, 15B möglich wird.
3 zeigt eine dritte Ausführungsform eines homokinetischen Gelenks 1 gemäß der Erfindung, die sich von derjenigen der 2 durch Folgendes unterscheidet.
Die Teilrollflächen 30A, 30B sind voneinander durch einen Mittelringwulst 50 getrennt, der die Anschlagfläche 36 bildet.
Die Teilpisten 9AA, 9AB und 9BA, 9BB sind durch eine Nut 52A, 52B getrennt, die sich parallel zur Achse X-X erstreckt und die Anschlagfläche 35A, 35B bildet.
4 zeigt eine vierte Ausführungsform eines homokinetischen Gelenks 1 gemäß der Erfindung, die sich von der 1 dargestellten durch Folgendes unterscheidet.
Das Mutterteilelement 8 dieses Gelenks weist ein Auflager 10 auf, das durch eine einzige Auflagerfläche 15 gebildet wird, die sich von der Radial- und Längsebene P beiderseits derselben erstreckt.
Das Auflager 10 ist von jeder Piste 9A, 9B durch einen radial nach außen zurückspringenden Abschnitt 16A, 16B des Mutterteilelements 8 getrennt.
Die zurückspringenden Abschnitte 16, 16A und 16B der Gelenke der 1 bis 4 ermöglichen eine Verminderung des Bereichs vor thermischer Behandlung und führen also zu einer nur geringen Verformung des Mutterteilelements 8 bei der Herstellung.
Durch das Vorsehen eines inneren Rings, dessen radiale Höhe geringer als die Höhe der Rolle 12 ist, ist das Gelenk wenig raumgreifend. Der Übergangsabschnitt zwischen der Nabe 3 und dem Bein 4 kann ferner groß sein und verleiht dem Gelenk bei einem gegebenen Baumaß eine große Steifigkeit. Ferner führt die Tatsache, dass die Rolle 12 sich gegen die Flächen 15, 15A, 15B und 35A, 35B legt, zu einer guten Führung derselben.
Ferner kann dank der den Pisten 9A, 9B mit geradlinigem Profil zugeordneten zylindrischen Fläche 30 das Spiel zwischen der Rolle 12 und den Pisten 9A, 9B gering sein, was das Gelenk bei einem Wechsel des Drehsinns geräuscharm macht.
In 5 ist eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gelenks dargestellt.
Dieses Gelenk weist Teilpisten 9AA und 9BA auf, von denen jede einen konkaven Querschnitt in Form eines Kreisbogens mit Radius R hat. Die Teilpisten 9AB und 9BB haben geradlinige Schnitte, identisch denjenigen der Teilpisten 9AB und 9BB des Gelenks der 3.
Die Teilrollfläche 30A hat einen konvexen Radialschnitt in Form eines Kreisbogens, dessen Radius gleich dem Radius R ist. In einer Abwandlung ist er kleiner als der Radius R. Die Teilrollfläche 30B hat zylindrische Form und ist identisch zu der Teilrollfläche 30B der Rolle der 3.
Dieses Gelenk ist besonders vorteilhaft, denn die Radialposition der Rolle 12 ist durch die Pisten 9AA, 9BA und die Teilrollfläche 30A mit kreisbogenförmigen Schnitten definiert. Die Rückhaltung der Rolle 12 gegen eine Radialversetzung nach außen wird also wenigstens teilweise durch die konkaven Teilpisten 9AA und 9BA und die Teilrollfläche 30A der Rolle mit kreisbogenförmigem Radialschnitt bewirkt. Ferner ist die Berührfläche für eine gegebene Axialabmessung groß.
Gleichzeitig beseitigt die Teilpiste mit geradlinigem Schnitt 9AB, 9BB die Notwendigkeit einer Einhaltung geringer radialer Positioniertoleranzen zwischen den Teilpisten 9AB, 9BB und 9AA, 9BA.
Die Tatsache der Anordnung der Teilpisten 9AA, 9BA mit konkavem Querschnitt radial außerhalb der Teilpisten 9AB, 9BB mit geradlinigem Querschnitt führt zu einem großen Übergangsradius zwischen der Piste 9A, 9B und der Wölbung 10. Diese Anordnung ist günstig für das Schmieden des Mutterteilelements 8.
In einer weiteren Abwandlung ist das Gelenk der 5 mit durch das Gewölbe 10 gebildeten Auflagerflächen 15, 15A, 15B ausgebildet.
Gemäß einer nicht dargestellten Abwandlung des Gelenks bilden die Wülste 34A, 34B des Mutterteilelements 8 die Auflagerflächen der Rolle 12. Hierzu ist das zwischen der Frontfläche der Rolle 32 und dem Gewölbe 10 vorhandene Spiel größer als das zwischen den Wülsten 34A, 34B und der Nut 40 vorhandene Spiel. Dieses Merkmal des Gelenks kann in analoger Weise auf alle beschriebenen Gelenke angewandt werden. Ferner können die Auflagerflächen 15A, 15B durch den Wulst 50 und die Nuten 52A, 52B gebildet sein. Auf diese Weise ist die Rolle 12 durch Anlage gegen die Wülste 34A, 34B oder gegen die Nuten 52A, 52B axial nach außen rückgehalten.
Gemäß einer nicht dargestellten weiteren Abwandlung umfasst das Gelenk ein Mutterteilelement 8 mit kontinuierlichen Pisten 9A, 9B, wie in 1 dargestellt, und eine äußere Rolle, wie die Rolle 12 der 2, weiche zwei Teilrollflächen 30A, 30B aufweist, die durch eine zentrale Ringnut 40 getrennt sind.
Gemäß einer weiteren Abwandlung umfasst das Gelenk ein Mutterteilelement 8, welches mit Teilpisten 9AA, 9AB, 9BA, 9BB versehen ist, welche durch eine Nut 52A, 52B getrennt sind, wie das Mutterteilelement 8 der 3, und eine äußere Rolle 12 mit einer kontinuierlichen Rollfläche 30, wie diejenige der 1, oder mit Teilrollflächen 30A, 30B, die durch eine Ringnut getrennt sind, wie diejenige der 2.
In einer weiteren Abwandlung ist jede Teilrollpiste durch eine Rippe mit konvex bombiertem Querschnitt gebildet und/oder jede der Rippen 39A, 39B der Rolle hat einen konvex bombierten Querschnitt. Diese Querschnitte sind so angeordnet, dass die Berührebenen der Piste und der Rollfläche in den Berührpunkten Z1, Z2 zusammenfallen und sich parallel zur Längs- und Radialebene P erstrecken.
Diese Abwandlungen sind durch die relativ kleine Fläche, die einen Schnitt parallel zur Ebene P hat, leicht herzustellen.
Zusammenfassung
Die Erfindung bezieht sich auf ein homokinetisches Antriebsgelenk (1), welches aufweist: ein Vaterteilelement (2) mit mehreren Beinen (4), ein Mutterteilelement (8), welches eine Mittelachse (X'-X') hat und in Bezug auf eine Längs- und Radialebene (P) symmetrische Pisten (9A, 9B) bestimmt, und eine äußere Rolle (12) mit einer Rollfläche (30). Die Pisten und die Rollfläche definieren zwischen sich zwei Berührpunkte (Z1, Z2). Die Berührebenen der Piste und der Rollfläche fallen zusammen und sind zur Ebene (P) in wenigstens einem Berührpunkt parallel. Die Querprofile der Pisten und der Rollfläche sind in wenigstens einem Berührpunkt geradlinig und konvex. Anwendung auf homokinetische Dreibeingelenke für die Kraftübertragung bei Kraftfahrzeugen.

Claims

Homokinetisches Antriebsgelenk (1) einer Art mit einem Vaterteilelement (2), welches mehrere Beine (4) aufweist, einem Mutterteilelement (8), welches eine Mittelachse (X'-X') aufweist und für jedes Bein ein Paar von einander gegenüberliegenden Pisten (9A, 9B) bestimmt, die beiderseits des Beins liegen und in Bezug auf eine Längs- und Radialebene (P) des Mutterteilelements (8) symmetrische sind, und, angebracht an jedem Bein (4), einem mechanischen Übertragungsorgan (11), welches eine äußere Drehrolle (12) aufweist, die kugelgelenkartig und gleitend in Bezug auf das Bein (4) beweglich angebracht und für ein Rollen auf der einen oder anderen der beiden entsprechenden Pisten (9A, 9B) mit einer peripheren Rollfläche (30) mit kreisförmigem Querschnitt eingerichtet ist, wobei das Mutterteilelement (8) ferner wenigstens eine Auflagerfläche (15; 15A, 15B) aufweist, welche die Rolle (12) gegen eine Radialverlagerung nach außen zurückhält, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Bein (4): – jede Piste (9A, 9B) und die Rollfläche (30) an wenigstens einem ersten (Z1) und einem zweiten (Z2) Berührpunkt, die radial im Abstand voneinander liegen, in Berührung treten können, – für wenigstens einen von erstem und zweitem Berührpunkt (Z1, Z2) die Berührebenen der Piste (9A, 9B) und der Rollfläche (30) zusammenfallen und zur Längs- und Radialebene (P) parallel sind, – das Querprofil der Piste (9A, 9B), mindestens im zweiten Berührpunkt (Z2), geradlinig oder konvex ist, und – das Querprofil der Rollfläche ist, wenigstens im zweiten Berührpunkt (Z2), geradlinig oder konvex ist, und dass das mechanische Übertragungsorgan (11) einen inneren Ring (18), der im Inneren der äußeren Rolle (12) angeordnet ist, Kupplungsmittel (19) zum Kuppeln des inneren Rings (18) und der äußeren Rolle (12), die deren Relativschwenken um eine gemeinsame Drehachse (Z-Z) gestatten, aufweist, und dass der innere Ring (18) kugelgelenkartig und gleitend um das Bein (4) beweglicht angebracht ist.
Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Berührpunkt (Z2) radial innen in Bezug auf den ersten Berührpunkt (Z1) liegt.
Gelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – das Querprofil der Piste (9A, 9B) auf Höhe des ersten Berührpunkts (Z1) geradlinig oder konvex ist, und – das Querprofil der Rollfläche (30) auf Höhe des ersten Berührpunkts (Z1) geradlinig oder konvex ist.
Gelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Querprofil der Piste (9A, 9B) auf Höhe des ersten Berührpunkts (Z1) konkav ist und das Querprofil der Rollfläche (30) auf Höhe des ersten Berührpunkts (Z1) konvex ist.
Gelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Querprofil der Piste (9A, 9B) und der Rollfläche (30) auf Höhe des ersten Berührpunkts ein Kreisbogen, insbesondere mit identischem Radius (R), ist.
Gelenk nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, für jedes Bein (4), die Rollfläche (30) zwei Teilrollflächen (30A, 30B) aufweist, von denen jede einem Berührpunkt (Z1, Z2) zugeordnet ist, und dass die beiden Teilrollflächen voneinander längs der Achse der äußeren Rolle (12) durch eine Relief (40, 50) der äußeren Rolle (12) getrennt sind.
Gelenk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Relief der äußeren Rolle (12) eine Ringnut (40) ist.
Gelenk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Relief der äußeren Rolle (12) ein Ringwulst (50) ist.
Gelenk nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Piste (9A, 9B) zwei Teilpisten (9AA, 9AB, 9BA, 9BB) aufweist, von denen jede einem der Berührpunkte (Z1, Z2) zugeordnet ist, und dass die beiden Teilpisten radial voneinander durch ein Pistenrelief (34A, 34B; 52A, 52B) getrennt sind.
Gelenk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Pistenrelief eine Ausnehmung (52A, 52B) ist, die sich parallel zur Mittelachse (X'-X') erstreckt.
Gelenk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Pistenrelief ein Wulst (34A, 34B) ist, der sich parallel zur Mittelachse (X'-X') erstreckt.
Gelenk nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Rolle (12) und das Mutterteilelement zusammenwirkende Anschlagflächen (35A, 35B, 36) aufweisen, die für eine Begrenzung einer Versetzung der äußeren Rolle (12) radial nach innen eingerichtet sind.
Gelenk nach den Ansprüchen 7, 11 und 12 zusammengenommen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagflächen (35A, 35B, 36) durch Wülste (34A, 34B) des Mutterteilelements (8) und durch die Ringnut (40) der äußeren Rolle (12) gebildet sind.
Gelenk nach den Ansprüchen 8, 10 und 12 zusammengenommen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagflächen (35A, 35B, 36) durch den Wulst (50) der äußeren Rolle (12) und durch die Ausnehmungen (52A, 52B) des Mutterteilelements (8) gebildet sind.
Gelenk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagflächen (35A, 35B, 36) durch wenigstens einen Wulst (34A, 34B), der auf der radial inneren Seite der Pisten (9A, 9B) angeordnet ist, und durch eine radial innere Frontfläche der äußeren Rolle (12) gebildet sind.
Gelenk nach irgendeinem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagflächen (35A, 35B, 36) mit der Radial- und Längsebene (P) einen Winkel definieren, der zwischen 20° und 40° und vorzugsweise zwischen 27,5° und 32,5° liegt.
Gelenk nach wenigstens einem der Ansprüche 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagerfläche durch das Relief (40; 50) der äußeren Rolle (12) und das Pistenrelief (34A, 34B; 52A, 52B) gebildet ist.
Gelenk nach irgendeinem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle (12) eine ebene Frontfläche (32), angeordnet senkrecht zu einer Achse der Rolle (Z-Z) und eingerichtet für in Inberührungkommen mit der Auflagerfläche (15; 15A, 15B) aufweist, und dass die Auflagerfläche durch ein Auflager (10A) gebildet ist, welches ein Querprofil aufweist, das im Wesentlichen senkrecht zu der Längs- und Radialebene (P) ist, und den Berührstellen mit der ebenen Frontfläche (32) entspricht.
Gelenk nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass, für jedes Bein (4), das Auflager (10A) durch zwei Auflagerflächen (15A, 15B) gebildet ist, die sich beiderseits der Radial- und Längsebene (P) erstrecken, und dass die beiden Auflagerflächen (15A, 15B) durch einen radial nach außen zurückspringenden Abschnitt (16) des Mutterteilelements (8) getrennt sind (1 bis 3).
Gelenk nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass, für jedes Bein (4), das Auflager (10A) durch eine einzige Auflagerfläche (15) gebildet ist, die sich beiderseits der Radial- und Längsebene (P) von dieser erstreckt, und dass die Auflagerfläche (15) von jeder zugeordneten Piste (9A, 9B) durch einen radial nach außen zurückspringenden Abschnitt (16A, 16B) des Mutterteilelements getrennt ist (4).
Gelenk nach irgendeinem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflager (10A) ein geradliniges Querprofil hat.