DE19606625A1 - Homokinetisches Universalgelenk - Google Patents
Homokinetisches UniversalgelenkInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein homokinetisches Univer
salgelenk zur Verwendung für die Kraftübertragung in Automobilen
und verschiedenen Industriemaschinen, insbesondere ein Dreizap
fen-Universalgelenk.
Ein Dreizapfen-Universalgelenk weist ein Dreizapfen-Element mit
drei radial hervorragenden Drehzapfen auf, welche über den Um
fang jeweils um 120° voneinander entfernt angeordnet sind, und
einen Außenring mit Führungsnuten, in welchen die drei Drehzap
fen zur integralen Rotation angeordnet sind. Das Gelenk weist
Eigenschaften auf, gemäß welchen selbst dann, wenn zwei Wellen
einen Arbeitswinkel bilden, das Drehmoment homokinetisch über
tragen und ein axialer relativer Versatz ermöglicht wird.
Bei homokinetischen Universalgelenken dieser Art ist eine Anord
nung vorgesehen, bei der sphärische Wälzkörper drehbar auf den
Drehzapfen gelagert sind, um den Reibungswiderstand zwischen den
Drehzapfen und den Führungsnuten zu verringern.
In letzter Zeit führten weitere Verbesserungen zu einer Anord
nung gemäß Fig. 8, bei der auf jedem Drehzapfen 2a eines Drei
zapfen-Elements eine innere Rolle 3′ mit sphärischer Außenfläche
und eine äußere Rolle 4′ mit sphärischer Außenfläche und zylin
drischer Innenfläche in linearem Kontakt mit der Außenfläche der
inneren Rolle 3′ drehbar gelagert sind.
In Fig. 8a liegt ein Außenring 1 in Form eines im wesentlichen
zylindrischen Bechers vor, welcher an einem Ende offen und am
anderen Ende geschlossen ist, wobei eine Welle 5 am Ende inte
griert ist und drei axiale Führungsnuten 1a′ im inneren Umfang
jeweils im Abstand von 120° ausgebildet sind.
Das Dreizapfen-Element 2 ist auf einem an einem Ende einer Welle
6 ausgebildeten gezahnten Bereich (oder Keilnutbereich) 6a ange
ordnet und wird durch einen Stufenbereich 6b und eine Haltevor
richtung 6c so gehalten, daß es gegen Wegrutschen gesichert ist.
Die drei Drehzapfen 2a des Elements 2 liegen im Bereich der Füh
rungsnuten 1a′ des Außenrings 1.
Die Drehmomentübertragung zwischen dem Außenring 1 und dem Drei
zapfen-Element 2 erfolgt durch den Kontakt zwischen den Außen
flächen der äußeren Rollen 4′ und den Führungsnuten 1a′. Zum
axialen Versatz des Außenrings 1 und des Dreizapfen-Elements 2
werden die äußeren Rollen 4′ entlang den Führungsnuten 1a′ ge
führt, während zum Schrägversatz die Außenflächen der inneren
Rollen 3′ entlang den Innenflächen der äußeren Rollen 4′ geführt
sind, was eine ruhige Versetzung ermöglicht.
Die in Fig. 8 dargestellte bekannte Anordnung, bei der die inne
re Rolle 3′ und die äußere Rolle 4′ auf den Drehzapfen 2a befe
stigt sind, ist gegenüber den vorherigen Anordnungen dahingehend
vorteilhaft, daß der erzeugte Axialdruck, der während der Dreh
momentübertragung hervorgerufen wird, wenn der Außenring 1 und
das Dreizapfen-Element 2 einen Arbeitswinkel bilden, niedrig
ist. Der Grund hierfür ist, daß (bei einer bekannten Anordnung)
in Arbeitswinkelstellung, bei der sphärische Rollen auf den
Drehzapfen angeordnet sind, die sphärischen Rollen, die bei
einer Schrägstellung eine axiale Gleitbewegung ausführen, direkt
mit den Führungsnuten des Außenrings in Kontakt stehen, wobei
der Schubwiderstand klein ist. Bei der in Fig. 8 dargestellten
Anordnung- wo zwischen den inneren Rollen 3′ und den äußeren
Rollen 4′ eine relative Versetzung möglich ist - müssen die
äußeren Rollen 4′ nur entlang der Führungsnuten 1a′ des Außen
rings 1 im wesentlichen eine konstante Axialbewegung ausführen,
wodurch der Axialdruck-Widerstand verringert wird.
Obwohl bei der bekannten Anordnung gemäß Fig. 8 der erzeugte
Axialdruck geringer ist als bei vorherigen Anordnungen, war eine
weitere Verringerung des Drucks begrenzt. Es wurden Experimente
durchgeführt, um die Ursache hierfür zu ermitteln; dabei fand
man heraus, daß in Arbeitswinkel-Stellung, bei welcher die inne
ren Rollen 3′ schräggestellt werden, während sie mit den Innen
flächen der äußeren Rollen 4′ in Kontakt stehen, die äußeren
Rollen 4′ aufgrund des Reibungswiderstandes ebenfalls dazu ten
dieren, der Bewegung der inneren Rollen 3′ zu folgen.
Wie vergrößert in Fig. 9 dargestellt, nehmen zu diesem Zeitpunkt
die Kontaktlasten zu, welche im Kontaktbereich A zwischen dem
Flanschbereich 1b′ am äußeren Bereich der Führungsnut 1a′ des
Außenrings und der dem distalen Ende des Drehzapfens zugeord
neten Endfläche 4c′ der äußeren Rolle 4′ und im Kontaktbereich B
zwischen dem inneren Bereich (gegenüber dem Flansch) der Füh
rungsnut 1a′ auf der lastfreien Seite des Außenrings 1 auftre
ten; man geht hier davon aus, daß die Einschränkung von der Tat
sache herrührt, daß der Rollwiderstand der äußeren Rollen 4′
aufgrund der in diesen Kontaktbereichen A und B erzeugten Rei
bungskräfte zunimmt.
Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrun
de, ein Dreizapfen-Universalgelenk zu schaffen, bei dem der
erzeugte Axialdruck, der während der Drehmomentübertragung zwi
schen dem Außenring und dem Dreizapfen-Element bei der Bildung
eines Arbeitswinkels erzeugt wird, weiter verringert wird, wo
durch wiederum die Vibration weiter verringert wird.
Bei einem homokinetischen Universalgelenk nach Anspruch 1 ist
die Innenfläche der äußeren Rolle derart geformt, daß eine auf
das distale Ende des Drehzapfens gerichtete Lastkomponente im
Kontaktbereich zwischen der Innenfläche und der Außenfläche der
inneren Rolle gebildet wird. Diese Lastkomponente drückt die
äußere Rolle zum distalen Ende des Drehzapfens, wodurch im last
freien Bereich der Führungsnut des Außenrings die im Kontaktbe
reich auf der Innenseite verursachte Kontaktlast verringert
wird.
Was die Form der Innenfläche der äußeren Rolle betrifft, so ist
es möglich, hierfür eine konisch zulaufende, kegelförmige Fläche
zu verwenden, deren Durchmesser zum distalen Ende des Drehzap
fens hin stetig abnimmt (Anspruch 2),
- - eine konkave Fläche, deren Mitte der Erzeugenden sich an einem Punkt befindet, der bezüglich der Mitte der Erzeugenden der Außenfläche der inneren Rolle zum proximalen Ende des Drehzap fens hin versetzt ist (Anspruch 3),
- - eine konkave Fläche, deren Mitte der Erzeugenden sich an einem Punkt befindet, der bezuglich der Mitte der Erzeugenden der Außenfläche der inneren Rolle zum distalen Ende des Drehzapfens hin versetzt ist (Anspruch 4),
- - eine zusammengesetzte Fläche aus einer konvexen Fläche und einer konisch zulaufenden, kegelförmigen Fläche, deren Durch messer zum distalen Ende des Drehzapfens hin stetig abnimmt (Anspruch 5),
- - und eine zusammengesetzte Fläche aus einer zylindrischen und einer konvexen Fläche (Anspruch 6).
Bei einem Universalgelenk nach Anspruch 7 ist der Radius der
Erzeugenden der Außenfläche der inneren Rolle kleiner als der
maximale Radius der Außenfläche. Das Kontaktoval im Kontaktbe
reich zwischen der Außenfläche der inneren Rolle und der Innen
fläche der äußeren Rolle wird kleiner, wodurch der Reibungswi
derstand im Kontaktbereich verringert wird, mit dem Ergebnis,
daß insbesondere die Schrägstellung der äußeren Rolle während
des Auftretens eines Arbeitswinkels unterdrückt wird.
Bei einem Universalgelenk nach Anspruch 8 bilden die Führungs
nuten des Außenrings einen Kontakt mit den Außenflächen der
äußeren Rollen, jedoch nicht mit den den distalen Enden der
Drehzapfen zugeordneten Endflächen der äußeren Rollen. Während
der Drehmomentübertragung zwischen dem Außenring und dem Drei
zapfen-Element in Arbeitswinkelstellung existiert selbst dann,
wenn die äußeren Rollen der Verschiebung der inneren Rollen
folgen und daher schräggestellt sind, keine Kontaktlast zwischen
ihren jeweiligen, den distalen Enden der Drehzapfen zugeordneten
Endflächen und den Führungsnuten.
Bei einem Universalgelenk nach Anspruch 9 ist der dem distalen
Ende des Drehzapfens zugeordnete Bereich der äußeren Rolle be
züglich der Breite ausgedehnt. Wenn die äußeren Rollen sich
axial entlang der Führungsnuten bewegen, wenn ein Arbeitswinkel
auftritt, wird die Schrägstellung der äußeren Rollen unter
drückt, wenn die äußeren Rollen der Bewegung der inneren Rollen
folgen.
Darüberhinaus können zwei oder mehrere der Anordnungen gemäß
Anspruch 1 (oder 2, oder 3, oder 4, oder 5, oder 6), 7, 8 und 9
beliebig kombiniert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung darge
stellter Ausführungsformen näher erläutert. In der Zeichnung
zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt (Fig. a) durch eine Ausführungsform, eine
vergrößerte Teilansicht im Schnitt (Fig. b), in der ein
Umfangsbereich einer Führungsnut gemäß Fig. a darge
stellt ist, und eine Darstellung (Fig. c) einer Kraft
komponente, die in einem Kontaktbereich zwischen einer
inneren und einer äußeren Rolle entsteht;
Fig. 2 einen Schnitt (Fig. a) durch eine andere Ausführungs
form, und eine vergrößerte Teilansicht im Schnitt (Fig.
b), die einen Umfangsbereich einer Führungsnut gemäß
Fig. a darstellt;
Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht im Schnitt, die einen Um
fangsbereich einer Führungsnut in einer weiteren Aus
führungsform darstellt;
Fig. 4 eine vergrößerte Teilansicht im Schnitt, die einen Um
fangsbereich einer Führungsnut in einer weiteren Aus
führungsform darstellt;
Fig. 5 eine vergrößerte Teilansicht im Schnitt, die einen Um
fangsbereich einer Führungsnut in einer weiteren Aus
führungsform darstellt;
Fig. 6 eine vergrößerte Teilansicht im Schnitt, die einen Um
fangsbereich einer Führungsnut in einer weiteren Aus
führungsform darstellt;
Fig. 7 eine graphische Darstellung der Ergebnisse bei der Mes
sung des erzeugten Axialdrucks;
Fig. 8 einen Längsschnitt (Fig. a) durch eine bekannte Anord
nung und einen entsprechenden Querschnitt (Fig. b); und
Fig. 9 einen vergrößerten Schnitt durch einen Umfangsbereich
eines Drehzapfens gemäß Fig. 3.
In den Zeichnungen sind die Elemente und Teile, die im wesentli
chen denen einer bekannten Anordnung gemäß den Fig. 8 und 9
entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichnen bezeichnet, um
Wiederholungen bei der Beschreibung zu vermeiden.
Wie in Fig. 1 dargestellt, ist eine innere Rolle 3 mittels einer
Vielzahl von Nadelrollen 7 drehbar auf einem Drehzapfen 2a eines
Dreizapfen-Elements 2 gelagert und wird durch einen ein Abrut
schen verhindernden Ring 8 und einen Anschlagring 9, welche auf
dem distalen Ende des Drehzapfens 2a befestigt sind, so festge
halten, daß sie nicht vom Drehzapfen 2a abrutscht.
Wie in Fig. 1(b) dargestellt, ist die Innenfläche 3a der inne
ren Rolle 3 eine zylindrische Fläche, während deren Außenfläche
3b eine Kugelfläche ist. Bei dieser Ausführungsform ist die
Erzeugende der Außenfläche 3b ein Bogen mit einem Radius R1,
wobei die Mitte der Erzeugenden an einem Punkt 01 liegt, der um
einen vorherbestimmten Wert vom Radiusmittelpunkt 02 des maxima
len Radius R2 der inneren Rolle 3 nach außen versetzt ist, und
wobei der Radius R1 der Erzeugenden kleiner ist als der maximale
Radius R2 der Außenfläche 3b.
Die Erzeugende der Außenfläche 3b ist eine Kreisbogenlinie, wie
aus dem Querschnitt der inneren Rolle 3 in Fig. 1(b) er
sichtlich. In diesem Text bezieht sich also das Wort "Erzeugen
de" auf eine in den Querschnitten gemäß Fig. 1 - Fig. 6 auftre
tende Linie.
Eine äußere Rolle 4 ist drehbar auf der Außenfläche 3b der inne
ren Rolle 3 gelagert. In dieser Ausführungsform ist die In
nenfläche 4a der äußeren Rolle 4 eine konisch zulaufende, kegel
förmige Fläche, deren Durchmesser zum distalen Ende des Dreh
zapfens 2a hin stetig abnimmt, so daß die Innenfläche 4a und die
Außenfläche 3b der äußeren Rolle 3 miteinander in linearem Kon
takt stehen, wodurch eine relative Verschiebung zwischen ihnen
ermöglicht wird. Darüberhinaus beträgt beispielsweise der Kegel
winkel der Innenfläche 4a vorzugsweise 0,1° bis 3°. Die Außen
fläche 4b der äußeren Rolle 4 ist eine Kugelfläche mit einem
Radius R3 der Erzeugenden, wobei die Mitte der Erzeugenden an
einem Punkt 03 liegt.
Die Führungsnut 1a des Außenrings 1 ist im wesentlichen V-förmig
oder doppelsphärisch (in Form eines gotischen Bogens) darge
stellt, doch im Gegensatz zu der in den Fig. 8 und 9 darge
stellten bekannten Anordnung exisitiert an deren Außenseite kein
Flansch. Infolgedessen steht die Führungsnut 1a an zwei Punkten
p und q mit der Außenfläche 4b der äußeren Rolle 4 in Winkelkon
takt, jedoch nicht mit der Endfläche 4c der äußeren Rolle 4, die
dem distalen Ende des Drehzapfens zugeordnet ist.
Das Universalgelenk dieser Ausführungsform weist die oben be
schriebene Anordnung auf, wodurch der Axialdruck wie folgt ver
ringert wird:
- (1) Die Form ist so festgelegt, daß die Führungsnut 1a des Au ßenrings 1 an zwei Punkten p und q mit der Außenfläche 4b der äußeren Rolle 4 in Winkelkontakt steht, jedoch nicht mit der Endfläche 4c der äußeren Rolle 4, die dem distalen Ende des Drehzapfens zugeordnet ist. Wenn ein Drehmoment zwischen dem Außenring 1 und dem Dreizapfen-Element 2 in Arbeitswinkelstel lung übertragen wird, wird deshalb selbst in dem Fall, daß die äußere Rolle 4 geneigt wird, wenn sie der Verschiebung der inne ren Rolle 3 folgt, zwischen der Endfläche 4c und der Führungsnut 1a keine Kontaktlast hervorgerufen. Daher wird im Gegensatz zu der bekannten Anordnung der Axialdruck-Widerstand und damit der erzeugte Axialdruck verringert.
- (2) Außerdem wird - da die Innenfläche 4a der äußeren Rolle 4 eine konisch zulaufende, kegelförmige Fläche ist, deren Durch messer zum distalen Ende des Drehzapfens hin stetig abnimmt - eine Kraftkomponente F im Kontaktbereich S zwischen der Innen fläche 4a und der Außenfläche 3b der inneren Rolle 3 erzeugt, durch welche die äußere Rolle 4 zum distalen Ende des Drehzap fens hin gedrückt wird (siehe Fig. 1(c)).
- Aufgrund dieser Kraftkomponente F wird im Bereich der Führungs nut 1a auf der lastfreien Seite des Außenrings 1 die im Kontakt bereich auf der Innenseite (dem in Fig. 9 dargestellten Bereich B) erzeugte Kontaktlast verringert. Hieraus folgt, daß im Ver gleich zu der bekannten Anordnung der axiale Schubwiderstand und damit der erzeugte Axialdruck verringert wird.
- (3) Da außerdem der Radius R1 der Erzeugenden der Außenfläche 3b der inneren Rolle 3 kleiner ist als der maximale Radius R2, wird die Fläche im Kontaktbereich S zwischen der Außenfläche 3b der inneren Rolle 3 und der Innenfläche 4a der äußeren Rolle 4 klei ner, wodurch der Reibungswiderstand im Kontaktbereich S verrin gert wird, was dazu führt, daß insbesondere die Neigung des Außenrolle 4 während des Auftretens eines Arbeitswinkels unter drückt wird. Hierdurch wird im Vergleich zu der bekannten Anord nung der axiale Schubwiderstand und damit der entstehende Axial druck verringert.
Bei einem in Fig. 2 dargestellten Universalgelenk dehnt sich der
Bereich der äußeren Rolle 4, der dem distalen Ende des Drehzap
fens zugeordnet ist, bezüglich der Weite aus. Die Außenfläche 4b
der äußeren Rolle 4 ist in bezug zu deren Kugelflächenmitte H
asymmetrisch. Da an der Außenseite der Führungsnut 1a des Außen
rings 1 kein Flansch vorhanden ist, bildet die Führungsnut 1a
keinen Kontakt mit der dem distalen Ende des Drehzapfens zuge
ordneten Endfläche 4c der äußeren Rolle 4, selbst wenn der dem
distalen Ende des Drehzapfens zugeordnete Bereich der äußeren
Rolle 4 sich in bezug auf die Breite ausdehnt. Der Rest der
Anordnung entspricht der Anordnung gemäß Fig. 1.
Mit der obengenannten Anordnung wird auch bei dem Universalge
lenk gemäß dieser Ausführungsform der erzeugte Axialdruck in der
gleichen Weise verringert, wie es oben unter (1), (2) und (3)
beschrieben wurde; gleichzeitig wird der dem distalen Ende des
Drehzapfens zugeordnete Bereich der äußeren Rolle 4 bezüglich
der Breite ausgedehnt. Wenn die äußere Rolle 4 sich axial ent
lang der Führungsnut 1a bewegt, während ein Arbeitswinkel gebil
det wird, wird deshalb die Neigung der äußeren Rolle 4 unter
drückt, welche hervorgerufen wird, wenn die äußere Rolle 4 der
Bewegung der inneren Rolle 3 folgt. Damit wird eine noch wirksa
mere Verminderung des Axialdrucks erreicht - Variante 4.
Auftretende bzw. erzeugte Axialdrücke wurden sowohl bei dem
Universalgelenk nach der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform
als auch bei dem in Fig. 8 und Fig. 9 dargestellten bekannten
Gelenk gemessen. Das Ergebnis ist in Fig. 7 dargestellt:
In Fig. 7 bezeichnet die Linie X den erfindungsgemäßen Gegen
stand und die Linie Y einen bekannten Gegenstand. Wie in dieser
Figur dargestellt, zeigte der bekannte Gegenstand Y, daß der
Axialdruck mit zunehmendem Winkel des Gelenks (Arbeitswinkel)
anstieg, und daß er dazu tendierte, insbesondere von dem Zeit
punkt an extrem anzusteigen, wenn der Winkel des Gelenks einen
vorherbestimmten Wert erreichte.
Im Gegensatz dazu blieb bei dem erfindungsgemäßen Gegenstand X
der Axialdruck im wesentlichen auf einem konstant niedrigen
Niveau, ohne jegliche Tendenz, abhängig vom Winkel des Gelenks
extrem anzusteigen.
Die in den Fig. 3 bis 6 dargestellten Universalgelenke glei
chen von der grundsätzlichen Anordnung her dem Gelenk gemäß Fig.
2; ihre Axialdrücke werden in derselben Weise verringert, wie
dies oben unter (1), (2), (3) und (4) beschrieben wurde; sie
unterscheiden sich jedoch durch die Form der Innenfläche 4a der
äußeren Rolle 4 von der Anordnung gemäß Fig. 2.
Das in Fig. 3 dargestellte Universalgelenk ist so aufgebaut, daß
die Innenfläche 4a der äußeren Rolle 4 eine konkave Fläche mit
einem Radius R4 der Erzeugenden ist, wobei die Mitte der Erzeu
genden an einem Punkt 04 liegt, welcher zum Außendurchmesser hin
bezüglich der Mitte 01 der Erzeugenden der Außenfläche 3b der
inneren Rolle 3 jenseits der Radiusmitte 02 der Außenfläche 3b
der inneren Rolle 3 und des Endes des Drehzapfens 2a versetzt
ist. Da die Innenfläche 4a der äußeren Rolle 4 eine konkave
Fläche ist, wird eine Kraftkomponente F im Kontaktbereich S
zwischen der Innenfläche 4a und der Außenfläche 3b der inneren
Rolle 3 erzeugt, wodurch die äußere Rolle 4 zum distalen Ende
des Drehzapfens hin gedrückt wird.
Das in Fig. 4 dargestellte Universalgelenk ist so aufgebaut, daß
die Innenfläche 4a der äußeren Rolle 4 eine konvexe Fläche mit
einem Radius R5 der Erzeugenden ist, wobei die Mitte der Erzeu
genden an einem Punkt 05 liegt, welcher zum Außendurchmesser hin
bezüglich der Mitte 01 der Erzeugenden der Außenfläche 3b der
inneren Rolle 3 jenseits der Außenfläche 4b der äußeren Rolle 4
und des Endes des Drehzapfens 2a versetzt ist.
Da die Innenfläche 4a der äußeren Rolle 4 eine derartige konvexe
Fläche ist, wird eine Kraftkomponente F im Kontaktbereich S zwi
schen der Innenfläche 4a und der Außenfläche 3b der inneren
Rolle 3 erzeugt, wodurch die äußere Rolle 4 zum distalen Ende
des Drehzapfens hin gedrückt wird.
Das in Fig. 5 dargestellte Universalgelenk ist so aufgebaut, daß
die Innenfläche 4a der äußeren Rolle 4 eine zusammengesetzte
Fläche aus einer konisch zulaufenden, kegelförmigen Fläche 4a1,
deren Durchmesser zum distalen Ende des Drehzapfens 2a hin ste
tig abnimmt, und einer teilweise konvexen Fläche 4a2 ist, wobei
die Mitte der Erzeugenden an einem Punkt 06 liegt, welcher zum
Außendurchmesser hin bezüglich der Mitte 01 der Erzeugenden der
Außenfläche 3b der inneren Rolle 3 jenseits der Außenfläche 4b
der äußeren Rolle 4 versetzt ist.
Die konisch zu laufende kegelförmige Fläche 4a1 befindet sich auf
der dem distalen Ende des Drehzapfens 2a zugeordneten Seite; die
teilweise konvexe Fläche 4a2 befindet sich auf der dem proxima
len Ende des Drehzapfens 2a zugeordneten Seite, wobei die beiden
Flächen glatt ineinander übergehen.
Da die Innenfläche 4a der äußeren Rolle 4 eine derartige zusam
mengesetzte Fläche ist, wird eine Kraftkomponente F im Kontakt
bereich s zwischen der Innenfläche 4a und der Außenfläche 3b der
inneren Rolle 3 erzeugt, wodurch die äußere Rolle 4 zum distalen
Ende des Drehzapfens hin gedrückt wird.
Das in Fig. 6 dargestellte Universalgelenk ist so aufgebaut, daß
die Innenfläche 4a der äußeren Rolle 4 eine zusammengesetzte
Fläche aus einer zylindrischen Fläche 4a3 und einer teilweise
konvexen Fläche 4a2 ist, wobei die Mitte der Erzeugenden an
einem Punkt 06 liegt, welcher zum Außendurchmesser hin bezüglich
der Mitte 01 der Erzeugenden der Außenfläche 3b der inneren
Rolle 3 jenseits der Außenfläche 4b der äußeren Rolle 4 versetzt
ist.
Die zylindrische Fläche 4a3 befindet sich auf der dem distalen
Ende des Drehzapfens 2a zugeordneten Seite; die teilweise kon
vexe Fläche 4a2 befindet sich auf der dem proximalen Ende des
Drehzapfens 2a zugeordneten Seite, wobei die beiden Flächen
glatt ineinander übergehen. Da die Innenfläche 4a der äußeren
Rolle 4 eine derartige zusammengesetzte Fläche ist, wird eine
Kraftkomponente F im Kontaktbereich S zwischen der Innenfläche
4a und der Außenfläche 3b der inneren Rolle 3 erzeugt, wodurch
die äußere Rolle 4 zum distalen Ende des Drehzapfens 2a hin
gedrückt wird.
Darüberhinaus ist die Ausführungsform gemäß Fig. 1 so ausgebil
det, daß der erzeugte Axialdruck durch die Kombination der oben
genannten Elemente (1), (2) und (3) verringert wird, während die
Ausführungsformen gemäß Fig. 2 bis Fig. 6 dazu vorgesehen sind,
den erzeugten Axialdruck durch die Kombination der Elemente (1),
(2), (3) und (4) zu verringern. Es ist jedoch möglich, Anord
nungen durch die Verwendung der Elemente (1), (2), (3) und (4)
jeweils einzeln oder in Kombination zu konstruieren; auch in
diesem Fall können beträchtliche Wirkungen erwartet werden.
Außerdem kann die Form der Innenfläche 4a der äußeren Rolle 4
auch auf die Anordnung gemäß Fig. 1 angewendet werden, wobei
ebenfalls entsprechende Wirkungen erzielt werden können.
Wie vorstehend beschrieben, kann nach der Erfindung der erzeugte
Axialdruck, welcher bei der Drehmomentübertragung entsteht, wenn
der Außenring und das Dreizapfen-Element einen Arbeitswinkel
bilden, im Vergleich zu der bekannten Anordnung stark verringert
werden, wodurch eine Verbesserung der Vibrationseigenschaften
dieses Dreizapfen-Universalgelenks ermöglicht wird.
Claims (9)
1. Homokinetisches Universalgelenk mit einem Außenring (1), in
dessen innerer Umfangsfläche drei axiale Führungsnuten (1a)
ausgebildet sind, mit einem Dreizapfen-Element (2) mit drei
radial hervorragenden Drehzapfen (2a), wobei auf jedem Dreh
zapfen (2a) eine innere Rolle (3) mit sphärischer Außenfläche
(3b) und eine äußere Rolle (4) mit sphärischer Außenfläche
(4b) und zylindrischer Innenfläche in linearem Kontakt mit
der Außenfläche der inneren Rolle (3) drehbar gelagert sind,
wobei das Dreizapfen-Element (2) in der inneren Umfangsfläche
des Außenrings (1) aufgenommen wird und die äußeren Rollen
(4) des Dreizapfen-Elements (2) in den Führungsnuten (1a) in
der äußeren Rolle (4) lagern, dadurch gekennzeichnet, daß die
Innenfläche (4a) der äußeren Rolle (4) derart geformt ist,
daß eine auf das distale Ende des Drehzapfens (2a) gerichtete
Lastkomponente im Kontaktbereich zur Außenfläche (3b) der
inneren Rolle (3) gebildet ist.
2. Universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Innenfläche der äußeren Rolle (4) eine konisch zulaufen
de, kegelförmige Fläche (4a) ist, deren Durchmesser zum di
stalen Ende des Drehzapfens (2a) hin stetig abnimmt.
3. Universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Innenfläche der äußeren Rolle (4) eine konkave Fläche
(4a) ist, deren Mitte der Erzeugenden sich an einem Punkt
befindet, der bezüglich der Mitte der Erzeugenden der Außen
fläche (3b) der inneren Rolle (3) zum proximalen Ende des
Drehzapfens (2a) hin versetzt ist (Fig. 3).
4. Universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Innenfläche der äußeren Rolle (4) eine konkave Fläche
(4a) ist, deren Mitte der Erzeugenden sich an einem Punkt
befindet, der bezüglich der Mitte der Erzeugenden der Außen
fläche (3b) der inneren Rolle (3) zum distalen Ende des Dreh
zapfens (2a) hin versetzt ist (Fig. 4).
5. Universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Innenfläche der äußeren Rolle (4) eine zusammengesetzte
Fläche aus einer konisch zulaufenden, kegelförmigen Fläche,
deren Durchmesser zum distalen Ende des Drehzapfens (2a) hin
stetig abnimmt, und einer konvexen Fläche ist (Fig. 5).
6. Universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Innenfläche der äußeren Rolle (4) eine aus einer zylin
drischen und einer konvexen Fläche zusammengesetzte Fläche
ist (Fig. 6).
7. Universalgelenk mit einem Außenring (1), in dessen innerer
Umfangsfläche drei axiale Führungsnuten (1a) ausgebildet
sind, mit einem Dreizapfen-Element (2) mit drei radial her
vorragenden Drehzapfen (2a), wobei auf jedem Drehzapfen (2a)
eine innere Rolle (3) mit sphärischer Außenfläche (3b) und
eine äußere Rolle (4) mit sphärischer Außenfläche (4b) und
zylindrischer Innenfläche in linearem Kontakt mit der Außen
fläche der inneren Rolle (3) drehbar gelagert sind, wobei das
Dreizapfen-Element (2) in der inneren Umfangsfläche des Au
ßenrings (1) aufgenommen wird und die äußeren Rollen (4) des
Dreizapfen-Elements in den Führungsnuten (1a) in der äußeren
Rolle (4) lagern, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der
Erzeugenden der Außenfläche der inneren Rolle (3) kleiner ist
als der maximale Radius der Außenfläche.
8. Universalgelenk mit einem Außenring (1), in dessen innerer
Umfangsfläche drei axiale Führungsnuten (1a) ausgebildet
sind, mit einem Dreizapfen-Element (2) mit drei radial her
vorragenden Drehzapfen (2a), wobei auf jedem Drehzapfen (2a)
eine innere Rolle (3) mit sphärischer Außenfläche (3b) und
eine äußere Rolle (4) mit sphärischer Außenfläche (4b) und
zylindrischer Innenfläche in linearem Kontakt mit der Außen
fläche der inneren Rolle (3) drehbar gelagert sind, wobei das
Dreizapfen-Element (2a) in der inneren Umfangsfläche des
Außenrings (1) aufgenommen wird und die äußeren Rollen (4)
des Dreizapfen-Elements (2) in den Führungsnuten in der äuße
ren Rolle (4) lagern, dadurch gekennzeichnet, daß die Füh
rungsnuten (1a) des Außenrings (1) einen Kontakt mit den
Außenflächen (4b) der äußeren Rollen (4) bilden, jedoch nicht
mit den den distalen Enden der Drehzapfen (2a) zugeordneten
Endflächen der äußeren Rollen (4).
9. Universalgelenk mit einem Außenring (1), in dessen innerer
Umfangsfläche drei axiale Führungsnuten (1a) ausgebildet
sind, mit einem Dreizapfen-Element (2) mit drei radial her
vorragenden Drehzapfen (2a), wobei auf jedem Drehzapfen (2a)
eine innere Rolle (3) mit sphärischer Außenfläche (3b) und
eine äußere Rolle (4) mit sphärischer Außenfläche (4b) und
zylindrischer Innenfläche in linearem Kontakt mit der Außen
fläche der inneren Rolle (3) drehbar gelagert sind, wobei das
Dreizapfen-Element (2) in der inneren Umfangsfläche des Au
ßenrings (1) aufgenommen wird und die äußeren Rollen (4) des
Dreizapfen-Elements (2) in den Führungsnuten (1a) in der
äußeren Rolle (4) lagern, dadurch gekennzeichnet, daß der
Bereich der äußeren Rolle (4), der dem distalen Ende des
Drehzapfens (2a) zugeordnet ist, sich bezüglich der Weite
ausdehnt.
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