DE19600798A1 - Gleitendes Antriebsgelenk, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein gleitendes Antriebs­ gelenk einer Art mit einem Vaterteilelement, welches für eine Befestigung an einer ersten Welle bestimmt ist und Beine aufweist, die jeweils einen Kugelgelenkzapfen, der damit fest verbunden ist, tragen, einem Mutterteilelement, welches für eine Befestigung an einer zweiten Welle bestimmt ist und zwei Führungsbahnen definiert, die beiderseits eines jeden Zapfens gelegen sind, und Zwischenelementen, die zwi­ schen jedem Kugelgelenkzapfen und den zugehörigen Führungs­ bahnen zwischengelegt sind.

Bei den bekannten Antriebsgelenken dieser Art wurden zahlreiche Anstrengungen unternommen, den Widerstand gegen ein freies axiales Gleiten unter Drehmoment und unter Winkel zu reduzieren, um eine Übertragung von Vibrationen auf den Fahrzeugaufbau zu vermeiden und um die Erzeugung zyklischer axialer Erregungen unter Drehmoment und unter Winkel zu vermindern. Es wurden wirksame Lösungen vorgeschlagen, aber um den Preis einer Erhöhung der Komplexität und der Kosten der Gelenke (siehe beispielsweise FR-A-2 506 872 und 2 628 803 der Anmelderin).

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gleitendes Antriebs­ gelenk zu schaffen, dessen Aufbau bei besserer Anpassung an die tatsächlichen Einsatzbedingungen und gleichzeitig bei verminderten Kosten die Gewinnung eines vergleichbaren Er­ gebnisses während praktisch der gesamten Lebensdauer des Ge­ lenks gestattet.

Hierzu schlägt die Erfindung ein Antriebsgelenk der eingangs genannten Art vor, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zwischenelemente ein erstes Element aufweisen, das mit einer ersten der Führungsbahnen hinsichtlich der Über­ tragung und/oder der Erzeugung von Vibrationen mit Eigen­ schaften zusammenwirkt, die von denjenigen verschieden sind, die durch das Zusammenwirken des zweiten Elements mit der zweiten Führungsbahn zeigt.

Das Antriebsgelenk gemäß der Erfindung kann eine oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:

• - die erste Führungsbahn ist plan und das erste Zwi­ schenelement ist eine Kufe, die innen sphärisch ist und deren vom Zapfen abgekehrte Fläche plan ist und sich auf der zweiten Führungsbahn über eine Reihe von Nadeln versetzt,
• - die erste Führungsbahn ist zylindrisch mit kreisför­ migem Querschnitt, und das erste Zwischenelement weist ei­ nerseits einen, insbesondere selbstrezentrierenden, Steg, der auf der Seite des Zapfens eine sphärische Ausnehmung und auf der entgegengesetzten Seite wenigstens eine Piste mit kreisförmigem Querschnitt aufweist, und andererseits wenig­ stens zwei Kugeln auf, die auf dieser Piste oder diesen Pisten und auf der zweiten Führungsbahn rollen,
• - die erste Führungsbahn ist zylindrisch und das erste Zwischenelement ist ein innen sphärischer und außen tori­ scher Sektor, der auf dieser Führungsbahn abrollt,
• - die zweite Führungsbahn ist zylindrisch und das zwei­ te Zwischenelement ist ein innen sphärisches und außen zy­ lindrisches Stück für ein Gleiten in dieser Führungsbahn,
• - die zweite Führungsbahn ist plan und das zweite Zwi­ schenelement ist eine Kufe, die innen sphärisch ist und deren dem Zapfen abgekehrte Fläche plan ist und direkt auf der Führungsbahn gleitet,
• - die zweite Führungsbahn ist zylindrisch und das zwei­ te Zwischenelement ist ein innen sphärischer und außen tori­ scher Sektor, der auf dieser Führungsbahn abrollt,
• - die zweite Führungsbahn ist zylindrisch mit kreisför­ migem Querschnitt und das zweite Zwischenelement weist ei­ nerseits einen, insbesondere selbstzentrierenden, Steg, welcher zapfenseitig eine sphärische Ausnehmung und auf der entgegengesetzten Seite wenigstens eine Piste mit kreisför­ migem Querschnitt aufweist, und andererseits wenigstens zwei Kugeln auf, die auf dieser Piste oder diesen Pisten und auf der zweiten Führungsbahn abrollen,
• - die Führungsbahnen haben eine zur Achse des Mutter­ teilelements parallele geradlinige Hauptachse,
• - das Vaterteilelement ist ein Dreibein.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, auf welchen

Fig. 1 schematisch im Querschnitt längs Linie I-I der Fig. 2 ein Drittel eines Antriebsgelenks gemäß der Erfindung darstellt,

Fig. 2 eine Schnittansicht längs Linie II-II der Fig. 1 ist, und

Fig. 3 bis 16 entsprechende Ansichten weiterer Ausfüh­ rungsformen sind, wobei die Fig. 3, 5, 7, 9, 11, 13 und 15 der Fig. 1 entsprechen und in Schnitten längs Linien III-III, V-V, VII-VII, IX-IX, XI-XI, XIII-XIII und XV-XV der Fig. 4, 6, 8, 10, 12, 14 und 16 genommen sind, während die Fig. 4, 6, 8, 10, 12, 14 und 16 in Schnitten längs Linien IV-IV, VI-VI, VIII-VIII, X-X, XII-XII, XIV-XIV und XVI-XVI der Fig. 3, 5, 7, 9, 11, 13 und 15 genommen sind.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Antriebsgelenk ist zur Verbindung von zwei (nicht dargestellten) Wellen be­ stimmt, die in Bezug zueinander sowohl in wechselseitiger Ausrichtung als auch unter einem Knickwinkel gleiten können, der typischerweise ungefähr 25° erreichen kann. Es umfaßt im wesentlichen ein Vaterteilelement oder Dreibein 1, ein Mut­ terteilelement oder Backe 2, drei Aufbauten 3 mit Kufe und Nadeln sowie drei torische Sektoren 4.

Das Dreibein besteht aus einem Stück und weist eine zentrale Nabe 5 auf, die für eine Verbindung mit der einen der beiden Wellen eingerichtet ist und von der radial drei Beine 6 abragen, die winkelmäßig im Abstand von 120° liegen. Der radial äußere Teil eines jeden Beins hat die Form eines Kugelgelenkzapfens 7.

Die Backe 2 definiert für jedes Bein 6 ein Paar von einander gegenüberliegenden Laufbahnen: eine erste Rollbahn 8, die durch eine geradlinige Nut mit ebenem Boden, parallel zur Achse X-X der Backe gebildet ist, und eine zweite Roll­ bahn 9, die durch eine zylindrische Nut mit kreisförmigem Querschnitt mit zur gleichen Achse X-X paralleler Achse gebildet ist.

Der Aufbau 3 weist eine Kufe 10 mit sphärischer Innen­ fläche, die zum Zapfen 7 konjugiert ist und mit diesem zu­ sammenwirkt, und mit ebener Außenfläche auf, die sich auf dem Boden der Nut 8 unter Zwischenlage einer Reihe von zur Achse X-X senkrechten Nadeln 11 versetzt, die durch einen Käfig 12 gehalten werden. Der Aufbau 3, der beispielsweise in der vorgenannten FR-A-2 506 872 beschrieben ist, weist einen sehr geringen Rollwiderstand, insbesondere unter Dreh­ moment und unter Winkel, auf.

Der torische Sektor 4 weist eine sphärische Innenfläche auf, die zum Zapfen 7 im wesentlichen konjugiert ist und mit diesem zusammenwirkt, sowie eine torische Außenfläche, die im wesentlichen zur Rollbahn 9 konjugiert ist und mit dieser zusammenwirkt. Auf diese Weise rollt der Sektor 4 auf der Bahn 9, aber mit einem Rollwiderstand, der offensichtlich größer als derjenige des Aufbaus 3 ist. Umgekehrt ist der Sektor 4 deutlich einfacher und weniger teuer als der Aufbau 3, und außerdem ist es einfacher und wirtschaftlicher, die zylindrische Rollbahn 9 zu bearbeiten als die plane Rollbahn 8.

Im Betrieb ist das Gelenk in einer Kraftübertragung des Kraftfahrzeugs so angebracht, daß sich im Vorwärtsgang das Antriebsmoment des Dreibeins auf die Backe über die drei Aufbauten 3 überträgt. Unter Drehmoment erscheint ein leich­ tes Spiel auf der Seite der Sektoren 4, so daß der Rollwiderstand praktisch derjenige ist, der durch die Aufbauten 3 definiert wird, und damit selbst unter Winkel sehr gering ist. Anders ausgedrückt ist im Vorwärtsgang, d. h. für prak­ tisch das gesamte Arbeiten des Gelenks, die Größe der axia­ len Erregungen, die von dem Gelenk auf den Fahrzeugaufbau übertragen werden, äußerst gering.

Im Rückwärtsgang ist es der Rollwiderstand der Sektoren 4, der den Gleitwiderstand des Gelenks definiert. Dieser Widerstand ist größer als derjenige, der dem Vorwärtsgang entspricht, aber in Anbetracht der sehr kurzen Funktions­ dauer des Fahrzeugs im Rückwärtsgang annehmbar.

Bei dem Gelenk der Fig. 3 und 4 ist der Aufbau 3 der gleiche wie bei den Fig. 1 und 2, der torische Sektor 4 aber durch ein Stück 13 ersetzt ist, das außen zylindrisch, im wesentlichen konjugiert zur zylindrischen Rollbahn 9 und mit dieser zusammenwirkend, und innen sphärisch, im wesentlichen zum Zapfen 7 konjugiert und mit diesem zusammenwirkend, ist. Auf diese Weise gleitet bei einer Axialverschiebung des Gelenks das Stück 13 in der Bahn 9, wobei es folglich einen Gleitwiderstand bietet, der größer als derjenige ist, den der torische Sektor 4 der Fig. 1 und 2 bietet.

Das Gelenk der Fig. 5 und 6 weist wiederum den vorge­ nannten Aufbau 3 auf, während die Führungsbahn 9 plan und das zugehörige Zwischenelement eine Kufe 10A entsprechend der Kufe 10, aber direkt auf der Führungsbahn gleitend, ist.

Die Antriebsgelenke der Fig. 7-8, 9-10 und 11-12 sind bis auf zwei Unterschiede mit denjenigen der Fig. 1-2, 3-4 und 5-6 identisch.

Einerseits ist die Nut 8 zylindrisch, mit kreisförmigem Querschnitt, dessen Achse parallel zur Achse X-X ist, wobei die Außenform der Backe 2 entsprechend modifiziert ist. Andererseits ist der Aufbau 3 durch einen Aufbau 3A ersetzt, der durch einen selbstrezentrierenden Steg 14 und zwei Ku­ geln 15 gebildet ist. Der Steg 14 weist innen eine sphäri­ sche Ausnehmung, die zum Zapfen im wesentlichen konjugiert ist und mit diesem zusammenwirkt, und außen zwei Rollpisten 16 mit kreisförmigem Querschnitt auf, die durch einen Mit­ telvorsprung 17 getrennt sind. Die Pisten 16 befinden sich in der Draufsicht in der wechselseitigen Verlängerung; von der Seite gesehen (Fig. 8) entfernen sie sich zunehmend von der Bahn 8 ausgehend vom Vorsprung 17. Jede Kugel 15 ist zwischen der einen dieser Pisten und der Rollbahn 8 zwi­ schengelegt, und die Form der beiden Pisten gewährleistet eine Selbstrezentrierung der beiden Kugeln, wie dies in der vorgenannten FR-A-2 628 803 beschrieben ist. Der Aufbau 3A wird durch einen Haltekäfig 18 für die Kugeln vervollstän­ digt.

Der Aufbau 3A bietet einen Rollwiderstand, der ungefähr genauso gering ist als bei dem Aufbau 3 der Fig. 1 bis 5, so daß die weiter oben hinsichtlich dieser Figuren gemachten Bemerkungen auch hier gelten.

Die Fig. 13 bis 16 stellen Antriebsgelenke dar, deren Teil auf der Vorwärtsgangseite, mit geringem Rollwiderstand, identisch mit dem rückwärtsgangseitigen Teil der Fig. 1-2 und 7-8 ist, d. h. einen torischen Sektor 4 aufweist, der in einer zylindrischen Rollbahn abrollt.

Im Falle der Fig. 13-14 ist der rückwärtsgangseitige Teil des Gelenks identisch mit demjenigen der Fig. 3-4 und 9-16 (außen zylindrisches Teil 13).

Im Falle der Fig. 15-16 ist er identisch mit demjeni­ gen der Fig. 5-6 und 11-12 (außen plane Kufe 10A, die direkt auf der planen Führungsbahn 9 gleitet).

Eine (nicht dargestellte) weitere Abwandlung besteht darin, einen Aufbau aus Kufe 10, Nadeln 11 und Käfig 12 auf der einen Seite des Zapfens 7 mit einem Aufbau aus Steg 14, Kugeln 15 und Käfig 18 auf der anderen Seite dieses Zapfens zu kombinieren.

Claims (10)

1. Gleitendes Antriebsgelenk einer Art mit einem Vater­ teilelement (1), welches für eine Befestigung an einer er­ sten Welle bestimmt ist und Beine (6) aufweist, von denen jedes einen damit fest verbundenen Kugelgelenkzapfen (7) trägt, einem Mutterteilelement (2), welches für eine Befe­ stigung an einer zweiten Welle bestimmt ist und zwei Füh­ rungsbahnen (8, 9) definiert, die jeweils beiderseits eines jeden Zapfens liegen, und mit Zwischenelementen (3; 3A; 4, 4; 13; 10A), die zwischen jedem Kugelgelenkzapfen und den zugehörigen Führungsbahnen zwischengelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenelemente ein erstes Element (3; 3A; 4) aufweisen, welches mit einer ersten (8) der Füh­ rungsbahnen hinsichtlich der Übertragung und/oder die Erzeu­ gung von Vibrationen mit Eigenschaften zusammenwirkt, die von denjenigen verschieden sind, die das Zusammenwirken des zweiten Elements (4; 13; 10A) mit der zweiten Führungsbahn (9) zeigt.

2. Antriebsgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste Führungsbahn (8) plan ist und daß das erste Zwischenelement (3) eine Kufe ist, die innen sphärisch und deren vom Zapfen (7, 8) abgekehrte Fläche plan ist und die sich auf der ersten Führungsbahn über eine Reihe von Nadeln (11) versetzt.

3. Antriebsgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste Führungsbahn (8) zylindrisch mit kreis­ förmigem Querschnitt ist und daß das erste Zwischenelement (3A) einerseits einen Steg, insbesondere selbstrezentrieren­ den Steg (14), der auf der Seite des Zapfens (7) eine sphä­ rische Ausnehmung und auf der entgegengesetzten Seite wenig­ stens eine Piste (16) mit kreisförmigem Querschnitt zeigt, und andererseits wenigstens zwei Kugeln (15) aufweist, die auf dieser Piste oder diesen Pisten und auf der ersten Füh­ rungsbahn (8) abrollen.

4. Antriebsgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste Führungsbahn (8) zylindrisch ist und daß das erste Zwischenelement (4) ein innen sphärischer und außen torischer Sektor ist, der auf der Führungsbahn ab­ rollt.

5. Antriebsgelenk nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Führungsbahn (9) zylindrisch ist und daß das zweite Zwischenelement (13) ein innen sphärisches und außen zylindrisches Stück für ein Gleiten in dieser Führungsbahn ist.

6. Antriebsgelenk nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Führungsbahn (9) plan ist und daß das zweite Zwischenelement (10A) eine Kufe ist, die innen sphärisch ist und deren vom Zapfen (7) abge­ kehrte Fläche plan ist und direkt auf der Führungsbahn glei­ tet.

7. Antriebsgelenk nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweite Führungsbahn (9) zylindrisch ist und daß das zweite Zwischenelement (4) ein innen sphäri­ scher und außen torischer Sektor ist, der auf dieser Füh­ rungsbahn abrollt.

8. Antriebsgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die zweite Führungsbahn (8) zylindrisch mit kreis­ förmigem Querschnitt ist und daß das zweite Zwischenelement (3A) einerseits einen Steg, insbesondere selbstzentrierenden Steg (14), welcher auf der Seite des Zapfens (7) eine sphä­ rische Ausnehmung und auf der entgegengesetzten Seite wenig­ stens eine Piste (16) mit kreisförmigem Querschnitt zeigt, und andererseits wenigstens zwei Kugeln (15) aufweist, die auf dieser Piste oder diesen Pisten und auf der zweiten Führungsbahn abrollen.

9. Antriebsgelenk nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbahnen (8, 9) eine zur Achse (X-X) des Mutterteilelements (2) par­ allele geradlinige Hauptachse haben.

10. Antriebsgelenk nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vaterteilelement (1) ein Dreibein ist.