DE19605636A1 - Gleitendes Antriebsgelenk, insbesondere mit Dreibein - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein gleitendes Antriebsge­ lenk einer Art mit einem Vaterteilelement, insbesondere einem Dreibein, welches für eine Befestigung an einer ersten Welle bestimmt ist und Beine aufweist, die jeweils direkt oder über eine Rolle eine sphärische Fläche definieren, einem Mutterteile­ lement, welches für eine Befestigung an einer zweiten Welle bestimmt ist und zwei Pisten definiert, die beiderseits eines jeden Beins liegen, und Führungseinrichtungen, welche jeweils das Zusammenwirken eines jeden Beins mit den beiden zugeordneten Pisten gewährleisten.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei gegebenem Platzbedarf des Gelenks eine Erhöhung der Drehmomentübertragungskapazität wäh­ rend gleichsam der gesamten Lebensdauer des Gelenks zu erzielen.

Diese Aufgabe wird mit einem Antriebsgelenk der eingangs­ genannten Art dadurch gelöst, daß

• - die Führungseinrichtungen eines jeden Beins unterschied­ lichen Platzbedarf entlang den beiden Umfangsrichtungen haben, und
• - die einem jeden Bein zugeordnete sphärische Fläche eine Achse aufweist, welche zu demjenigen Radius des Vaterteilele­ ments parallel ist, der zu der die Mitte der sphärischen Fläche mit der Mitte der platzaufwendigsten Führungseinrichtung ver­ bindenden Geraden senkrecht ist, und welche in Bezug auf diesen Radius auf die von der platzaufwendigsten Führungseinrichtung abgekehrte Seite versetzt ist.

Gemäß bevorzugter Ausgestaltungen kann das erfindungsgemäße Antriebsgelenk eines oder mehrere der folgenden Merkmale auf­ weisen:

• - die Wandstärke des Mutterteilelements an der Stelle der radial äußeren Enden der Pisten ist im wesentlichen gleich,
• - eine Führungseinrichtung umfaßt einerseits einen, ins­ besondere selbstrezentrierenden, Steg, welcher auf der Seite des Beins eine sphärische Ausnehmung und auf der entgegengesetzten Seite wenigstens eine Rollbahn mit kreisförmigem Querschnitt aufweist, und andererseits wenigstens zwei Kugeln, die auf die­ ser oder diesen Rollbahnen und auf der zugeordneten Piste, die eine Kehle ist, abrollen,
• - eine Führungseinrichtung ist durch eine innen sphärische Kufe gebildet, deren dem Bein abgekehrte Fläche plan ist und sich auf der zugeordneten Piste, die plan ist, über eine Reihe von Nadeln oder direkt durch Gleiten versetzt,
• - eine Führungseinrichtung ist durch einen innen sphäri­ schen und außen torischen Sektor gebildet, der auf der zugeord­ neten Piste, die eine Kehle ist, abrollt,
• - eine Führungseinrichtung weist eine Kugel auf, die mit einer an einer Seite des Beins ausgebildeten ersten Rollkehle und einer die zugeordnete Piste bildenden zweiten Rollkehle zusammenwirkt, wobei die erste Kehle mit der zweiten Kehle einen Winkel bildet,
• - die am wenigsten platzaufwendige Führungseinrichtung ist durch einen direkten Kontakt zwischen der dem Bein zugeordneten sphärischen Fläche und der entsprechenden Piste gebildet,
• - die Pisten haben zur Achse des Mutterteilelements par­ allele Leitlinien.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Auf diesen ist bzw. sind

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Antriebsgelenks gemäß der Erfindung in gestreckter Stellung,

Fig. 2 und 3 Teil-Querschnittsansichten von zwei weiteren Ausführungsformen des Antriebsgelenks gemäß der Erfindung,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungs­ form des Antriebsgelenks gemäß der Erfindung,

Fig. 5 eine Teil-Querschnittsansicht einer weiteren Aus­ führungsform des Antriebsgelenks gemäß der Erfindung, und

Fig. 6 eine Teilansicht im Schnitt längs Linie VI-VI der Fig. 5.

Das in Fig. 1 dargestellte Antriebsgelenk ist dazu bestimmt, zwei (nicht dargestellte) Wellen zu verbinden, die in Bezug zueinander sowohl in wechselseitiger Ausrichtung als auch unter einem Knickwinkel, der typischerweise ungefähr 25° errei­ chen kann, gleiten können. Es umfaßt im wesentlichen ein Vater­ teilelement oder Dreibein 1, ein Mutterteilelement oder Backe 2, drei Rollen 3 und drei Antivibrationsaufbauten 4.

Das Dreibein ist einteilig ausgebildet und weist eine zen­ trale Nabe 5 auf, die für eine feste Verbindung mit einer von zwei Wellen eingerichtet ist und von der drei winkelmäßig regel­ mäßig verteilte Beine 6 abragen. Jedes Bein ist zylindrisch mit kreisförmigem Querschnitt und trägt eine Rolle 3, die eine sphä­ rische Außenfläche 3A hat und drehbar und verschiebbar auf dem Bein angebracht ist.

Die Backe 2, die außen zylindrisch mit kreisförmigem Quer­ schnitt ist, definiert für jedes Bein 6 ein Paar von einander gegenüberliegenden Pisten: einer ersten Piste 7, die durch eine zylindrische Kehle mit kreisförmigem Querschnitt, mit zur Achse X-X der Backe paralleler Achse und im wesentlichen konjugiert zur Rolle 3 gebildet ist, und einer zweite Piste 8, die eben­ falls durch eine zylindrische Kehle mit zur Achse X-X paralleler Achse mit kreisförmigem Querschnitt, aber mit kleinerem Radius, gebildet ist.

Der Aufbau 4 ist wie in FR-A-2 628 803 beschrieben. Er ist durch einen selbstzentrierenden Steg 9 und zwei Kugeln 10 gebil­ det. Der Steg 9 weist innen eine zur Rolle 4 im wesentlichen konjugierte und mit ihr zusammenwirkende sphärische Ausnehmung und außen zwei Rollbahnen 11 mit kreisförmigem Querschnitt, die durch einen (in der Zeichnung nicht sichtbaren) Mittelvorsprung getrennt sind, auf. Die Bahnen 11 sind in der Draufsicht gerad­ linig und in der wechselseitigen Verlängerung liegend; in der Seitenansicht entfernen sie sich ausgehend von dem Mittelvor­ sprung zunehmend von der Piste 8.

Jede Kugel 10 ist zwischen der einen dieser Rollbahnen und der Piste 8 angeordnet, wobei die Form der beiden Bahnen 11 eine Selbstrezentrierung der beiden Kugeln gewährleistet, wie dies in der genannten FR-A-2 628 803 beschrieben ist. Der Aufbau 4 wird durch einen Maltekäfig 12 für die Kugeln vervollständigt.

Im Querschnitt (Fig. 1) ist die Achse Y-Y eines jeden Beins parallel zum Radius 13 des Dreibeins, der von der Mitte O des­ selben ausgeht und senkrecht zu der Geraden ist, die die Mitte der Fläche 3A mit der Mitte A der Kugeln 10 verbindet, und diese Achse Y-Y ist um einen bestimmten Abstand d in Bezug auf diesen Radius 13 nach der zum Aufbau 4 entgegengesetzten Seite ver­ setzt. Die Versetzung ist so, daß an der Stelle des radial äuße­ ren Randes der beiden Pisten 7 und 8 die Dicke e der Backe, radial gemessen, im wesentlichen die gleiche ist.

Im Einsatz ist das Gelenk in einer Kraftübertragung eines Kraftfahrzeugs so angebracht, daß sich im Vorwärtsgang das An­ triebsmoment über die drei Aufbauten 4 von der Backe auf das Dreibein überträgt. Unter Drehmoment erscheint ein leichtes Spiel auf der Seite der Pisten 7, so daß der Gleitwiderstand praktisch der durch die Aufbauten 4 definierte und damit selbst unter Winkel sehr gering ist. Anders ausgedrückt ist im Vor­ wärtsgang, d. h. gleichsam während der gesamten Funktionsdauer des Gelenks, die Stärke der axialen Erregungen, die durch das Gelenk auf den Fahrzeugaufbau übertragen werden, besonders ge­ ring.

Im Rückwärtsgang ist es der Rollwiderstand der Rollen 3 auf den Pisten 7, der den Gleitwiderstand des Gelenks bestimmt. Dieser Widerstand ist deutlich größer als derjenige, der dem Vorwärtsgang entspricht, aber in Anbetracht der sehr kurzen Funktionsdauer des Fahrzeugs im Rückwärtsgang akzeptabel.

Ferner hat die genannte Versetzung d der Achse Y-Y des Beins 6 in Bezug auf den Radius 3 für einen gegebenen radialen Platzbedarf des Gelenks (Außendurchmesser D der Backe) und für eine gegebene Dicke e eine wesentliche Vergrößerung des Aktions­ radius R der das zu übertragende Drehmoment erzeugenden Kraft und folglich eine wesentliche Vergrößerung der Leistungsfähig­ keit des Gelenks zum Ergebnis, dies verglichen mit dem Fall, wo die Achse Y-Y mit dem Radius 13 zusammenfällt. Die so erzielte Erhöhung der Leistungsfähigkeit des Gelenks kann Werte von der Größenordnung 20% erreichen.

Fig. 2 zeigt die Anwendung der Erfindung auf ein Antriebs­ gelenk, das sich von demjenigen der Fig. 1 in zweierlei Hinsicht unterscheidet: einerseits ist die Rolle 3 weggelassen und das Bein weist selbst eine sphärische Fläche 3B auf, die mit ihm einstückig ist. Ferner ist dem Steg-Kugeln-Aufbau 4 gegenüber eine Kufe 14 hinzugefügt. Die Kufe weist eine konkave sphärische Innenfläche 15, die mit der Fläche 3B zusammenwirkt, und eine plane äußere Fläche 16 auf, die direkt auf der Piste 7, die plan ist, gleitet.

In diesem Beispiel ist die Achse Y-Y des Beins in Bezug auf den Radius 13 wiederum in der Richtung entgegengesetzt zum Auf­ bau 4 versetzt, und das Drehmoment überträgt sich im Vorwärts­ gang wiederum über die Aufbauten 4. Man erhält damit Vorteile, die den weiter oben in Bezug auf Fig. 1 erläuterten entsprechen.

Ferner sieht man in Fig. 2, daß man Material des Mutter­ teilelements ohne Erhöhung seines Platzbedarfs einsparen kann, in dem man seine Stärke ausgehend von außen in den zwischen den Beinen des Dreibeins liegenden Bereichen vermindert.

Das Antriebsgelenk der Fig. 3 unterscheidet sich von dem vorstehenden dadurch, daß auf der dem Aufbau 4 abgekehrten Seite das Bein 6 eine geradlinige Kehle 17 mit wie oben definierter Achse Y-Y und kreisförmigem Querschnitt aufweist. Das Bein hat auf diese Weise die Form einer Dachrinne. Die Piste 7 ist eine weitere geradlinige Kehle mit kreisförmigem Querschnitt parallel zur Achse der Backe. Eine alleinige Kugel 18 wirkt mit dem Paar von Kehlen 7, 17 zusammen. Ihr Mittelpunkt A′ befindet sich im Mittelpunkt der sphärischen Fläche 3B, wenn das Gelenk gestreckt ist.

Das in Fig. 4 dargestellte Antriebsgelenk unterscheidet sich von denjenigen der Fig. 2 nur dadurch, daß die Kufe 14 weggelassen ist, während die sphärische Fläche 3B des Beins 6 in direkter Berührung mit der Piste 7 ist. Letztere ist in diesem Fall zylindrisch mit kreisförmigem Querschnitt und zentriert auf die Mitte A der Kugeln 10.

Im Falle der Fig. 4 ist wie in demjenigen der Fig. 2 das überschüssige Material der Backe zwischen den Beinen des Drei­ beins weggelassen, so daß die Backe durch ein rohrförmiges Pro­ filteil etwa konstanter Stärke gebildet ist.

Mit maximaler Erhöhung des Durchmessers D′ der sphärischen Fläche 3B bei gleichzeitigem Eingeschrieben-Belassen der Backe in ein und demselben Umkreis C gelangt man zum Gelenk der Fig. 5 und 6, das besser ausbalanciert ist und die Erzielung redu­ zierter Hertzscher Pressungen an den Berührflächen gestattet. In diesem Fall kann man zur Begrenzung des axialen Platzbedarfs des Gelenks die Beine mit zwei Flächen 19, 20, die etwa senkrecht zur Achse des Dreibeins sind, abschneiden, wie dies in Fig. 6 gut zu sehen ist.

Bei allen Ausführungsformen ist es die Dissymmetrie des Gelenks in Bezug auf die beiden Drehrichtungen, die eine Erhö­ hung der Drehmomentübertragungsfähigkeit für einen gegebenen Platzbedarf (oder natürlich eine Verminderung des Platzbedarfs für eine gegebene Leistungsfähigkeit) durch einfaches Versetzen derjenigen Achse Y-Y der dem Bein zugeordneten sphärischen Flä­ che, die zu der die Mitte der sphärischen Fläche 3A oder 3B mit der Mitte der platzaufwendigsten Führungseinrichtung 4 des Beins verbindenden Geraden senkrecht ist, in der zu dieser platzauf­ wendigsten Führungseinrichtung des Beins entgegengesetzter Rich­ tung gestattet.

Bei allen obigen Beispielen sind die platzaufwendigsten Führungseinrichtungen ein Steg-Kugeln-Aufbau 4, und die entge­ gengesetzten Führungseinrichtungen sind entweder eine direkte Berührung (Fig. 1, 4, 5) oder eine Kufe mit planer Fläche (Fig. 2) oder auch eine Kugel, die mit zwei sich schneidenden Kehlen zusammenwirkt (Fig. 3). Bei gleichem Aufbau 4 können die ent­ gegengesetzten Führungseinrichtungen auch durch andere (nicht dargestellte) Elemente mit weniger Platzbedarf als die Aufbauten 4 gebildet sein: durch einen Sektor, der für ein Zusammenwirken mit der Fläche 3A oder 3B innen sphärisch und für ein Zusammen­ wirken mit einer Kehle 7 mit kreisförmigem Querschnitt außen torisch ist; eine der Kufe 14 entsprechende Kufe, aber mit einer Reihe von Nadeln, die zur Achse Y-Y parallel sind, durch einen Käfig gehalten werden und zwischen der planen Fläche 16 und der planen Piste 7 liegen; oder eine der Kufe 14 entsprechende Kufe, bei der aber die plane Fläche 16 durch eine konvexe Zylinder­ fläche mit kreisförmigem Querschnitt ersetzt ist, die in einer durch eine Kehle mit kreisförmigem Querschnitt gebildeten Piste 7 gleitet und oszilliert.

In weiterer Abwandlung können auch andere Zusammenstellun­ gen von Führungseinrichtungen mit unterschiedlichem Platzbedarf im obigen Sinne zur Ausführung der Erfindung passend sein. Es ist zu beachten, daß, wenn die platzaufwendigste Führungsein­ richtung eine auf einer planen Piste 7 gleitende Kufe, wie die Kufe 14 der Fig. 2, ist, die Mitte dieser Führungseinrichtung in Richtung senkrecht zu dieser planen Piste ins Unendliche gewor­ fen wird.

Claims (8)

1. Gleitendes Antriebsgelenk mit einem Vaterteilelement (1), insbesondere einem Dreibein, welches für eine Befestigung an einer ersten Welle bestimmt ist und Beine (6) aufweist, die jeweils direkt oder über eine Rolle eine sphärische Fläche (3A; 3B) definieren, einem Mutterteilelement (2), welches für eine Befestigung an einer zweiten Welle bestimmt ist und zwei Pisten (7, 8) definiert, die auf beiden Seiten eines jeden Beines lie­ gen, und Führungseinrichtungen (4), welche das Zusammenwirken eines jeden Beines mit den beiden zugeordneten Pisten gewähr­ leisten, dadurch gekennzeichnet, daß
die Führungseinrichtungen eines jeden Beines (6) unter­ schiedlichen Platzbedarf entlang den beiden Umfangsrichtungen haben, und
die einem jeden Bein zugeordnete sphärische Fläche (3A; 3B) eine Achse (Y-Y) aufweist, die zu demjenigen Radius (13) des Vaterteilelements (1) parallel ist, der zu der den Mittelpunkt der sphärischen Fläche (3A; 3B) mit dem Mittelpunkt der platz­ aufwendigsten Führungseinrichtung (4) verbindenden Geraden senk­ recht ist, und die in Bezug auf diesen Radius (13) auf die von der platzaufwendigsten Führungseinrichtung (4) abgekehrte Seite versetzt ist.

2. Antriebsgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke (e) des Mutterteilelements an der Stelle des radial äußeren Randes der beiden Pisten (7, 8) im wesentlichen gleich ist.

3. Antriebsgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Führungseinrichtung (4) einerseits einen, insbesondere selbstrezentrierenden, Steg (10), weicher auf der Seite des Beins (6) eine sphärische Aufnehmung und auf der ent­ gegengesetzten Seite wenigstens eine Rollbahn (11) mit kreisför­ migem Querschnitt zeigt, und andererseits wenigstens zwei Kugeln (10) aufweist, welche auf dieser oder diesen Rollbahnen und der zugeordneten Piste (8), die eine Kehle ist, abrollen.

4. Antriebsgelenk nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Führungseinrichtung durch eine innen sphärischen Kufe (14) gebildet ist, deren dem Bein (6) abgekehrte Fläche (16) plan ist und sich auf der zugeordneten Piste (8), die plan ist, über eine Reihe von Nadeln oder durch direktes Gleiten versetzt.

5. Antriebsgelenk nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Führungseinrichtung durch einen innen sphärischen und außen torischen Sektor gebildet ist, der auf der zugeordneten Piste, die eine Kehle ist, abrollt.

6. Antriebsgelenk nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Führungseinrichtung eine Kugel (18) aufweist, die mit einer in einer Seite des Beins (6) ausge­ bildeten ersten Rollkehle (17) und mit einer die zugehörige Piste bildenden zweiten Rollkehle (7) zusammenwirkt, wobei die erste Kehle mit der zweiten Kehle einen Winkel bildet.

7. Antriebsgelenk nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die raumsparendste Führungseinrich­ tung durch direkte Berührung zwischen der durch das Bein (6) definierten sphärischen Fläche (3A; 3B) und der zugeordneten Piste (7), gebildet ist.

8. Antriebsgelenk nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pisten (7, 8) zur Achse des Mutterteilelements (2) parallele Leitlinien haben.