DE19610916C2

DE19610916C2 - Tripodegelenk mit Kugelzapfen

Info

Publication number: DE19610916C2
Application number: DE19610916A
Authority: DE
Inventors: Hans-Heinrich Dipl In Welschof
Original assignee: Loehr and Bromkamp GmbH
Current assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Priority date: 1996-03-20
Filing date: 1996-03-20
Publication date: 1998-04-09
Anticipated expiration: 2016-03-21
Also published as: US5803814A; DE19610916A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleichlaufdrehgelenk in Tripodebauart mit einem Gelenkaußenteil mit drei achsparallelen Ausnehmungen, die jeweils sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende Paare von Laufrillen bilden, einem Gelenkinnenteil mit drei umfangsver teilten radialen Zapfen mit Kugelköpfen, die jeweils in eine der Ausnehmungen eingreifen, und mit Führungsstücken für Wälzkörper, die jeweils bei im wesentlichen rechteckiger Gestalt eine zen trale radial gerichtete zylindrische Innenöffnung aufweisen, in die jeweils einer der Kugelköpfe radial verschieblich und abwin kelbar gleitend eingreift, und die längsgerichtete Führungs rillen aufweisen, in denen in den Laufrillen abwälzende Wälzkör per gehalten sind.

Ein Gelenk der vorstehenden Art ist aus der DE 40 24 534 A1 bekannt. Zur Reduzierung der Reibungskräfte sind bei diesem Gelenk die Wälzkörper jeder Laufrille in einer geschlossenen Kugelumlaufführung gehalten, die mit dem Führungsstück in der betreffenden Ausnehmung fest verbunden ist. Diese Ausgestaltung ist äußerst kostenaufwendig und erfordert eine sehr genaue Fer tigung der Kugelumlaufführung, um die erwarteten Resultate hin sichtlich der Leichtgängigkeit und der Geräuscharmut zu erfül len.

Aus der DE 39 05 566 C1 ist ein Gelenk ähnlicher Bauart bekannt, bei dem die Wälzkörper jeder Laufrille jeweils in einer einsei tig offenen Führungsrille im Führungsstück in der betreffenden Ausnehmung gehalten sind. Um eine verliersichere Halterung der Wälzkörper zu ermöglichen ist die Konstruktion von Käfigelemen ten vorgesehen, die die Wälzkörper in konstanter Zuordnung zu einander in Käfigfenstern aufnehmen. Die Konstruktion ist auf wendig und vielteilig und erschwert die Montage.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gleichlaufdrehgelenk der eingangs genannten Art bereitzustellen, das gute Ergebnisse hinsichtlich niedriger Reibungsverluste und geringer Geräuschanregung bei einfachem Aufbau und billiger Herstellbarkeit sichert.

Die Lösung hierfür besteht darin, daß die Führungsrillen jeweils beidendig mit Endanschlägen versehen sind und die Wälzkörper zwischen den Endanschlägen einen freien Rollweg in den Führungs rillen haben.

Mit dieser außerordentlich vereinfachten Konstruktion ist si chergestellt, daß im Betrieb bei abgebeugtem Gelenk die Wälzkör per im wesentlichen reibungsfrei zwischen den Führungsrillen in den Führungsstücken und den Laufrillen im Gelenkaußenteil ab wälzen, wobei eine verliersichere Führung für die Wälzkörper sichergestellt ist. Die Führungsrillen ebenso wie die Laufrillen sind im Querschnitt so auszubilden, daß ein formschlüssiges Umfassen der Wälzkörper im Querschnitt durch das Gelenk sicher gestellt ist. Mit Ausnahme der Ausformung der Führungsrillen können die Führungsstücke als einfache plattenförmige Stanzteile hergestellt werden. Vorteilhafte Ausführungen und Abwandlungen werden nachstehend im einzelnen erläutert.

In einer ersten Variante können jeweils mehrere Wälzkörper in einer Führungsrille zwischen den axialen Endanschlägen gehalten sein, vorzugsweise jeweils drei Wälzkörper um eine hinreichend große Abstützbasis bei noch geringer Wälzkörperzahl zu haben.

Nach einer anderen Variante ist jeweils ein Wälzkörper zwischen zwei axialen Endanschlägen in einer Führungsrille gehalten, wobei mehrere insbesondere jeweils zwei hintereinanderliegende Führungsrillen auf jeder Seite eines Führungsstückes ausgebildet sind. Durch eine geeignete Anordnung der Endanschläge ist auch hiermit eine ausreichende Abstützbasis möglich, wobei die Rei bung dadurch reduziert ist, daß kein gegenseitiger Wälzkörper kontakt stattfinden kann.

Die Endanschläge können in einer ersten günstigen Ausgestaltung einstückig mit den Führungsstücken ausgebildet sein. Nach einer zweiten Ausführungsform ist es möglich, daß die Endanschläge durch bezüglich der Längsachse des Gelenkes quer auf die Füh rungsstücke aufgesetzte Formteile, insbesondere aus Kunststoff, gebildet werden. Nach einer dritten Ausgestaltungsform ist es möglich, daß die Endanschläge durch im Verhältnis zur Gelenk achse quer auf die Führungsstücke aufgeschobene und formschlüs sig auf diesen aufsitzende Blechelemente gebildet werden.

Ein weiterer Beitrag zur Vereinfachung des Gelenkes besteht darin, daß die radiale Dicke der Führungsstücke geringer ist als der Durchmesser der als Kugeln ausgebildeten Wälzkörper. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Führungsstücke als ein fache Blechstanzteile ausgebildet sind. Da hierbei die Breite der Führungsrillen relativ gering wird, ist es besonders vor teilhaft, wenn hierbei die Führungsstücke unmittelbaren Kontakt mit Führungsbahnen im Gelenkaußenteil haben. Die Führungsbahnen können hierbei als vertiefte Längsnuten innerhalb der Laufrillen ausgebildet sein oder von den Laufrillen selber unmittelbar gebildet werden. Im ersten Fall ist es günstig, daß die Füh rungsstücke selber unmittelbar in die Längsnuten eingreifen. Im zweiten Fall kann der Eingriff durch auf die Führungsstücke aufgesetzte Formteile bewirkt werden.

Zur Verringerung der Reibung ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Führungsrillen im Gelenkaußenteil zwei oder ggfs. drei par allel zueinander verlaufende Kontaktbereiche für die Wälzkörper aufweisen, insbesondere wenn diese als Kugeln ausgebildet sind.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele, aus denen der Gegenstand der Erfindung und bevorzugte Ausgestaltungsformen erkennbar werden, sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend an hand dieser beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenk im Teilquerschnitt in einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 zeigt ein Gelenk nach Fig. 1 im Tangentialschnitt durch ein Führungsstück in Wälzkörpermitte;

Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenk im Teilquerschnitt in einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 4 zeigt ein Gelenk nach Fig. 3 im Tangentialschnitt durch ein Führungsstück in Wälzkörpermitte;

Fig. 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenk in einer dritten Ausführung im Teilquerschnitt;

Fig. 5a zeigt ein Detail aus Fig. 5 in abgewandelter Darstel lung im Bereich der Führungsrillen;

Fig. 6 zeigt ein Gelenk nach Fig. 5 im Tangentialschnitt durch ein Führungsstück in Wälzkörpermitte;

Fig. 7 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenk in einer vierten Ausführung im Teilquerschnitt gemäß der Schnittlinie 7-7 aus Fig. 8;

Fig. 8 zeigt ein Gelenk gemäß Fig. 7 im Tangentialteilschnitt durch ein Führungsstück in Wälzkörpermitte;

Fig. 9 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenk im Teilquerschnitt in einer fünften Ausführungsform mit rollenförmigen Wälzkörpern;

Fig. 9a zeigt eine Einzelheit nach Fig. 9 in abgewandelter Ausführung im Bereich der Laufrillen;

Fig. 10 zeigt ein Gelenk nach Fig. 9 im Tangentialteilschnitt durch ein Führungsstück in Wälzkörpermitte;

Fig. 10a zeigt ein Führungsstück nach Fig. 10 als Einzelheit im Längsschnitt.

Die Fig. 1 und 2 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Es ist ein Gelenkaußenteil 1 mit einer von drei umfangsverteilten Ausnehmungen 2 gezeigt, in der ein Paar von Laufrillen 3 ausge bildet ist. Weiter ist ein Gelenkinnenteil 4 mit einem von drei umfangsverteilten Zapfen 5 mit einem Kugelkopf 6 erkennbar. Der Kugelkopf 6 ist stirnseitig jeweils abgeflacht. Auf dem Kugel kopf 6 ist ein Führungsstück 7 von im wesentlichen rechteckiger Gestalt gehalten, wobei der Kugelkopf 6 in eine radiale zylin drische Innenöffnung 8 im Führungsstück 7 eingreift. Im Füh rungsstück 7 sind sich gegenüberliegende Führungsrillen 9 ausge bildet, die jeweils Endanschläge 10 und 11 aufweisen. Zwischen diesen können sich jeweils drei als Kugeln ausgebildete Wälzkör per 12₁, 12₂, 12₃ frei axial bewegen. Sowohl die Laufrillen 3 als auch die Führungsrillen 9 umschließen die Wälzkörper 12 form schlüssig.

Die Fig. 3 und 4 werden anschließend gemeinsam beschrieben. Es ist ein Gelenkaußenteil 1 mit einer von drei umfangsverteil ten Ausnehmungen 2 gezeigt, in der ein Paar von Laufrillen 3 ausgebildet ist. Weiter ist ein Gelenkinnenteil 4 mit einem von drei umfangsverteilten Zapfen 5 mit einem Kugelkopf 6 erkennbar. Der Kugelkopf 6 ist stirnseitig jeweils abgeflacht. Auf dem Kugelkopf 6 ist ein Führungsstück 7 von im wesentlichen recht eckiger Gestalt gehalten, wobei der Kugelkopf 6 in eine radiale zylindrische Innenöffnung 8 im Führungsstück 7 eingreift. Im Führungsstück 7 sind beidseitig jeweils zwei Führungsrillen 9₁, 9₂ ausgebildet, die durch Axialanschläge 10₁, 11₁, 10₂, 11₂ axial begrenzt sind. In jeder der Führungsrillen 9₁, 9₂ ist ein einzel ner als Kugel ausgebildeter Wälzkörper 12₁, 12₂ aufgenommen.

Die Fig. 5 und 6 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Es ist ein Gelenkaußenteil 1 mit einer von drei umfangsverteilten Ausnehmungen 2 gezeigt, in der ein Paar von Laufrillen 3 ausge bildet ist. Weiter ist ein Gelenkinnenteil 4 mit einem von drei umfangsverteilten Zapfen 5 mit einem Kugelkopf 6 erkennbar. Auf dem Kugelkopf 6 ist ein Führungsstück 7 von im wesentlichen rechteckiger Gestalt gehalten, wobei der Kugelkopf 6 in eine radiale zylindrische Innenöffnung 8 im Führungsstück 7 ein greift. Im Führungsstück 7 sind beidseitig jeweils zwei Füh rungsrillen 9₁, 9₂ ausgebildet, die durch Axialanschläge 10₁, 11₁, 10₂, 11₂ axial begrenzt sind. In jeder der Führungsrillen 9₁, 9₂ ist ein einzelner als Kugel ausgebildeter Wälzkörper 12₁, 12₂ aufgenommen. Die radiale Dicke des Führungsstückes 7 ist wesent lich geringer als der Durchmesser der als Kugeln ausgebildeten Wälzkörper 12. Um ungeachtet dessen eine hinreichende Führung der Wälzkörper 12 gegenüber dem Führungsstück 7 sicherzustellen, ist jeweils zwischen den Anschlägen 11₁ und 10₂ ein Führungs bereich 13 ausgebildet, der in eine vertiefte Führungsnut 14 im Gelenkaußenteil 1 eingreift, die jeweils mittig innerhalb der Laufrillen 3 ausgebildet ist.

In Fig. 5 ist auf diese Weise der Kontakt zwischen den als Kugeln ausgebildeten Wälzkörpern 12 und den Laufrillen 3 auf zwei parallel verlaufende tragende Tragbereiche 16₁, 16₂ be schränkt.

In Fig. 5a ist der Kontakt zwischen Führungsstück 7, Wälzkör pern 12 und Laufrille 3 vergrößert und unter Eintragung von Kräften dargestellt. Die Umfangskraft F₁ vom Führungsstück 7 auf die Wälzkörper 12 entspricht der Umfangskraft F₂ vom Gelenkaußen teil 1 auf die Wälzkörper. Die Umfangskraft F₂ ist zerlegt in die Bahnkräfte A₁, A₂, die radiale Führungskomponenten haben. F₂ ist die Resultierende der Bahnkräfte.

In Fig. 5b ist eine Abwandlung dargestellt, die von einem Füh rungsstück 7 größerer Dicke und dementsprechend von einer Füh rungsnut 14 größerer Breite ausgeht. Deren Tiefe ist im Verhält nis zur Laufrille 3 so bemessen, daß die Laufrille 3 drei par allel zueinander verlaufende Tragbereiche 16₁, 16₂, 16₃ gegenüber den als Kugeln ausgebildeten Wälzkörpern 12 hat.

Die Umfangskraft F₁ vom Führungsstück 7 auf die Wälzkörper 12 entspricht der Umfangskraft F₂ vom Gelenkaußenteil 1 auf die Wälzkörper. Die Umfangskraft F₂ ist zerlegt in die Bahnkräfte A₁, A₂, A₃, von denen die beiden erstgenannten radiale Führungskom ponenten haben. F₂ ist die Resultierende der drei Bahnkräfte.

Die Fig. 7 und 8 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Es ist ein Gelenkaußenteil 1 mit einer von drei umfangsverteilten Ausnehmungen 2 gezeigt, in der ein Paar von Laufrillen 3 ausge bildet ist. Weiter ist ein Gelenkinnenteil 4 mit einem von drei umfangsverteilten Zapfen 5 mit einem Kugelkopf 6 erkennbar. Auf dem Kugelkopf 6 ist ein Führungsstück 7 von im wesentlichen rechteckiger Gestalt gehalten, wobei der Kugelkopf 6 in eine radiale zylindrische Innenöffnung 8 im Führungsstück 7 ein greift. Im Führungsstück 7 sind beidseitig jeweils zwei Füh rungsrillen 9₁, 9₂ ausgebildet, die durch Axialanschläge 10₁, 11₁, 10₂, 11₂ axial begrenzt sind. Das Führungsstück 7 ist wiederum mit geringer radialer Dicke im Verhältnis zum Durchmesser der als Kugeln ausgebildeten Wälzkörper 12 ausgebildet. Um gleich wohl eine sichere Abstützung der Kugeln gegenüber dem Führungs stück 7 zu garantieren, ist das Führungsstück 7 beidseitig mit aufgeschobenen Führungselementen 15 versehen, die formschlüssig in die Laufrillen 3 eingreifen. Zugleich bilden die Führungs elemente 15, die beispielsweise aus Kunststoff bestehen können, die Endschläge 10₁, 10₂, 11₁, 11₂ für die als Kugeln ausgebildeten Wälzkörper 12₁ 12₂ aus.

Die Fig. 9 und 10 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Es ist ein Gelenkaußenteil 1 mit einer von drei umfangsverteil ten Ausnehmungen 2 gezeigt, in der ein Paar von Laufrillen 3 ausgebildet ist. Weiter ist ein Gelenkinnenteil 4 mit einem von drei umfangsverteilten Zapfen 5 mit einem Kugelkopf 6 erkennbar. Auf dem Kugelkopf 6 ist ein Führungsstück 7 von im wesentlichen rechteckiger Gestalt gehalten, wobei der Kugelkopf 6 in eine radiale zylindrische Innenöffnung 8 im Führungsstück 7 eingreift. Am Führungsstück 7 sind sich gegenüberliegende Führungsrillen 9 ausgebildet, die jeweils Endanschläge 10, 11 aufweisen. Die Führungsrillen 9 sind hierbei durch ein auf das Führungsstück 7 aufgeschobenes Blechelement 18 ausgebildet. Das Blechelement 18 bildet dabei zugleich die Endanschläge 10, 11 für die in diesem Fall als Rollen ausgebildeten Wälzkörper 12₁, 12₂, 12₃. Die Lauf rillen 3 sind entsprechend im Querschnitt rechteckig ausgebil det.

In Fig. 9a ist das Gelenkaußenteil mit einer im Bereich der Ausnehmungen 2 geschlitzten inneren Blechhülse 17 bestückt, um die Laufrillen 3 mit rechteckiger Querschnittsform bei radial hinterschnittfreier Form des Gelenkaußenteils 1 auszubilden. Die Führungsrillen 9 sind hierbei einstückig aus dem Führungsstück 7 ausgebildet.

In Fig. 10a ist die Form des Blechelements 18 erkennbar, das im Längsschnitt etwa kastenförmig ist und das Führungsstück 7 um faßt.

Claims

1. Gleichlaufdrehgelenk in Tripodebauart mit einem Gelenkau ßenteil (1) mit drei achsparallelen Ausnehmungen (2), die jeweils sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende Paare von Laufrillen (3) bilden, einem Gelenkinnenteil (4) mit drei umfangsverteilten radialen Zapfen (5) mit Kugelköpfen (6), die jeweils in eine der Ausnehmungen (2) eingreifen, und mit Führungsstücken (7) für Wälzkörper (12), die jeweils bei im wesentlichen rechteckiger Gestalt eine zentrale radial gerichtete zylindrische Innenöffnung (8) aufweisen, in die jeweils einer der Kugelköpfe (6) radial verschieb lich und abwinkelbar gleitend eingreift, und die längs gerichtete Führungsrillen (9) aufweisen, in denen in den Laufrillen (3) abwälzende Wälzkörper (12) gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrillen (9) jeweils beidendig mit Endan schlägen (10, 11) versehen sind und die Wälzkörper (12) zwischen den Endanschlägen (10, 11) einen freien Rollweg in den Führungsrillen (9) haben.

2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Wälzkörper (12₁, 12₂, 12₃) in einer Führungsrille (9) zwischen den axialen Endanschlägen (10, 11) gehalten sind, insbesondere jeweils drei Wälzkörper.

3. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Wälzkörper (12₁, 12₂) zwischen zwei axialen Endanschlägen (10₁, 11₁, 10₂, 11₂) in jeweils einer Führungs rille (9₁, 9₂) gehalten ist, wobei mehrere hintereinander liegende Führungsrillen auf jeder Seite eines Führungs stückes (7) ausgebildet sind.

4. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Endanschläge (10, 11) jeweils einstückig mit den Führungsstücken (7) ausgebildet sind.

5. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Endanschläge (10, 11) jeweils als Formkörper (15) auf die Führungsstücke (7) seitlich aufgesetzt sind.

6. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Endanschläge (10, 11) jeweils durch quer auf die Führungsstücke (7) aufgeschobene Blechelemente (18) gebil det sind.

7. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Führungsstücke (7) geringer ist als der Durchmesser der als Kugeln ausgebildeten Wälzkörper (12).

8. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsstücke (7) als ebene Blechteile ausgebildet sind.

9. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsstücke (7) unmittelbaren Kontakt mit Füh rungsbahnen (14) im Gelenkaußenteil (1) haben.

10. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbahnen (14) für die Führungsstücke (7) als vertiefte Längsnuten innerhalb der Laufrillen (3) ausgebil det sind.

11. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrillen (3) jeweils zwei parallele Kontakt bereiche mit den Wälzkörpern (12) haben.

12. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrillen (3) jeweils drei parallele Kontakt bereiche min den Wälzkörpern (12).

13. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Führungsstücke (7) Paare von Führungsschuhen (15) seitlich aufgesetzt sind, die führenden Kontakt mit den Führungsrillen (3) im Gelenkaußenteil (1) haben.

14. Gelenk nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschuhe (15) zugleich die Endanschläge (10, 11) ausbilden.