DE2601479A1 - Homokinetisches gelenk mit axialer abstuetzung - Google Patents

Description

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DIpI.-Ing. E. Edef
Dipl.-Ing. K. Schieschks
8 München 40, öisabethsiraßea*

10, due J-F. Timbaud
£''-7ü;;01 Poissy/ Frankreich

Homokinetisch es Gelenk mit axialer Abstützung

Die Erfindung bezieht sich auf ein homokinetisches Gelenk mit Rollkörpern, die für gewöhnlich auf einem Lreizapfenstern angeordnet sind. Derartige Gelenke gestatten einen großen Arbeitswinkel und dienen insbesondere sun antrieb der Antriebsräder von Fahrzeugen mit Vorderradantrieb.

Zur Kraftübertragung zxtfischen Antriebs- und Abtriebsuelle sind homokinetische Gelenke bekannt, welche aus einem mit der einen Welle verbundenen Hülseneleraent bestehen, in welchem paarweise zusammenwirkende Wälzbahnen ausgebildet sind, und aus einem mit der anderen Welle verbundenen zweiten Element, mit zwischen den V/älzbahnen des Hülsenelements aufnehmbaren Hollkörpern, die drehend gleitbar auf Zapfen gelagert sind.

Gelenke dieser Art gestatten große Arbeitswinkel, in der Größenordnung von 45 , wenn man ihre axiale Gleirfähigkeit durch eine axiale Abstützung eingrenzt, die z.B. epLenkig vorgesehen sein kann. Eine solche Abstützung besteht im allgemeinen aus zwei fest mit der einen Welle verbundenen An-

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schlagstücken mit Anschlagflächen in Form balliger Kalotten, die in Gleitanlage zwischen zwei nahezu ebenen und parallelen Anlageflächen gehalten werden, die auf der anderen Welle vorgesehen sind. Eine zwischen den beiden Anschlagstücken vorgesehene Feder übt eine ^vorspannkraft aus, um die Anlage der balligen Kalotten an den beiden planen Flächen zu gewährleisten. Diese Anordnung bietet aber folgende Schwierigkeit:

Bei winkelförmiger Übertragung des Drehmoments durch das sich drehende Gelenk sind die auf die Achse der einen Welle projizierten .Reibungskräfte der drei Eollkörper nicht gleichmäßig verteilt, so daß durch die resultierende Kraft wechselweise axiale Belastungen der Abstützung auftreten können, die dann durch die Stöße zwischen den die Anlageflächen und den die balligen Kalotten bildenden Bauteilen Lärmgeräusch erzeugen. Solche Stöße treten auf, wenn die durch die Feder ausgeübte Vorspannung nicht hoch genug ist. Dies ist insbesondere bei Übertragung des höchsten Drehmoments der Fall und bei neuer Aufbringung eines höheren zu übertragenden Drehmoments ohne eine entsprechende Erhöhung der Vorspannkraft, was sogar zur Resonanzschwingung führen kann, wenn die Frequenz der axialen Störbelastungen der Eigenfrequenz der axialen Abstützung nahekommt .

Andererseits läßt sich jedoch die durch die Feder ausgeübte axiale Vorspannkraft nicht wesentlich erhöhen, da sowohl die balligen als auch die ebenen Anschlagflächen der Abstützung gegenüber Anpreßdruck nur begrenzt beständig und damit auch nur begrenzt verschleißfest sind. Je starrer außerdem die die Vorspannung bewirkende Feder ist, desto schneller wird sie zusammengedrückt und um so schwächer x-jird ihre Leistung. Die Fabrikationstoleranzen müssen daher entsprechend enger gehalten werden, was die Herstellung kompliziert und damit verteuert.

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Da somit einer gleichbleibenden Vorspannkraft durch die verschiedenen, vorstehend genannten Faktoren Grenzen gesetzt sind, führt das Auftreten solcher Stöße zu einer Beschädigung der Anschlagflächen der axialen Abstützung und damit zum VerschMß des Gelenks.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die mit bekannten Gelenken dieser Art verbundenen Schwierigkeiten auszuräumen durch Schaffung eines für die Serienherstellung geeigneten homokinetischen Gelenks mit Rollkörpern, bei welchem die axiale Abstützkraft abhängig von dem übertragenen Drehmoment und völlig stoßfrei wirksam ist, so daß sich ein geringerer Verschleiß und damit eine bessere Konstanz der Kennlinie ergeben.

Die Erfindung geht aus von einem homokinetischen Gelenk zwischen einem Antriebs- und einem Abtriebsglied, wovon das eine Glied fest mit einem drei Paare zusammenwirkender Wälzbahnen begrenzenden Hülsenelement verbunden ist und am anderen Glied mindestens drei Zapfen fest angeordnet sind, welche ebensoviele zwischen den Wälzbahnen des Hülsenelements aufnehmbare Eollkörper tragen, mit einer axialen Abstützung des Gelenks, bestehend aus zwei fest auf der einen Welle vorgesehenen Anschlagflächen, zwei fest auf der anderen Welle vorgesehenen Anlageflächen und aus einer die Anschlagflächen und Anlageflächen gegeneinander belastenden Vorrichtung. Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß jedes Paar zusammenwirkender Wälzbahnen zur Achsrichtung der zugehörigen Welle unter einem vorbestimmten Winkel ausgerichtet ist zur Erzeugung einer zum Wert des Drehmoments proportionalen axialen Vorspannung.

Nach einem Merkmal der Erfindung kann die Achse jeden Paares zusammenwirkender Wälzbahnen geradlinig unter dem vorbestimmten Winkel zur Achsrichtung der zugehöriger·. Welle verlaufen.

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Die Achse je zweier zusammenwirkender Wälzbahnen kann aber auch schraubenförmig verlaufen, wobei der Steigungswinkel derart wählbar ist, daß die Tangente an jeden Punkt dieser Achse mit der Achse der Welle im wesentlichen den vorbestimmten Winkel einschließt.

Ist die eine Anlagefläche zweier auf der einen Welle vorgesehener Anlageflächen mechanisch härter und fester ausgebildet als die andere Anlagefläche derselben Welle, so sind nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Achsen der paarweise zusammenwirkenden Wälzbahnen derart ausrichtbar, daß bei Normalbetrieb die ausgeübte axiale Abstützkraft die Anschlagfläche der anderen Welle gegen die Anlagefläche der ersten Welle belastet, die die höhere Festigkeit besitzt.

Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht, zum Teil im Schnitt, eines homokinetischen Gelenks nach einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine entsprechende Ansicht des Gelenks, in einer anderen Richtung betrachtet.

Das dargestellte homokinetische Gelenk dient z.B. zur Kraftübertragung zwischen einer Hauptwelle und dem gleichzeitig als Leit- und Antriebsrad wirkenden Vorderrad eines Fahrzeuges mit Vorderradantrieb. Die in der Zeichnung links gezeigte Welle 1 soll die Antriebswelle sein, die über ein (nicht dargestelltes) Gleitgelenk mit dem Differentialausgang des Fahrzeuges verbunden ist; die rechte Welle 2 ist mit dem Achsschenkel des rechten Vorderrades des Fahrzeuges verbunden.

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Ein Hülsenelement 3 ist fest auf der Welle 1 angeordnet, in welchem drei paarweise zusammenwirkende Wälzbahnen 4 ausgebildet sind, die im gezeigten Ausführungsbeispiel ebenflächig vorgesehen sind. Der Boden des Hülsenelements bildet eine nahezu ebene Anlagefläche 5. Mit dem Hülsenelement fest verbunden ist ein Element 6, mit drei sternförmig angeordneten Armen 7) welches eine dem Hülsenboden 5 gegenüberliegende Anlagefläche 8 aufweist. Auf der Abtriebswelle 2 ist eine Buchse 9 mit drei sich nach innen erstreckenden Zapfen 10 vorgesehen, die an ihrem achsnächsten Abschnitt über eine zylindrische Hülse 11 miteinander verbunden sind. Auf jedem dieser Zapfen sitzt drehbar gleitend ein sphärischer Rollkörper 12, Diese Rollkörper sind entweder über Nadellager oder im Gleitsitz gelagert.

An den beiden Enden der zylindrischen Hülse 11 sitzen pilzförmige Anschlagstücke 13 und 14, welche J3iieils einerseits sich mit einer zylindrischen Führungsfläche 13a? 14a in die zj/lindrische Hülse erstrecken und andererseits eine äußere Anschlagfläche 13b, 14b in Form balliger Kalotten bilden, die den Boden 5 des Hülsenelementes einerseits und die Anlagefläche 8 andererseits beaufschlagen. Vorzugsweise sitzen zwischen den zwei Radialflächen zwischen der zylindrischen Hülse und jeder Kalotte zwei Ringe 15 aus Kunststoff oder aus Stahl, die die Fabrikationsungenauigkeiten ausgleichen. Die Anschlagstücke 13 und 14 können auch von einer verhältnismäßig schwachen, zwischen ihnen vorgesehenen Feder nach außen belastet werden. Diese Feder ist jedoch nicht unbedingt erforderlich und daher in der Zeichnung nicht dargestellt. Ein Schutzbalg 16 aus Elastomer umgibt das Gelenk.

Nach der Erfindung sind, wie aus Fig. 2 ersichtlich, die Achsen X-X zweier zusammenwirkender Wälzbahnen gegenüber der Achsrichtung X-Y der Welle 1 geneigt, wobei der Neigungswinkel (X zwischen 1 und 3° betragen kann, vorzugsweise zwischen 1 und

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2°. Wenn, wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, die Wälzbahnen ebenflächig ausgebildet sind, so genügt es, sie lediglich versetzt auszubilden, um die gewünschte Neigung zu erhalten, was keinerlei Herstellungsschwierigkeiten bietet.

Die Erfindung ist aber auch dann anwendbar, wenn die Achse Jeden Wälzbahnenpaares schraubenförmig verläuft. In diesem Fall bildet die Tangente an jeden Punkt der Schraube mit der Achsrichtung T-Y einen in der vorgenannten Größenordnung liegenden Winkel.

Dank des erfindungsgemäßen Merkmals wird bei Drehung des Gelenks in der durch den Pfeil F angegebenen Richtung - die der häufigsten Beanspruchung im Vorwärtsgang entspricht - aufgrund der Neigung der Wälzbahnen gegenüber der Wellenachse eine axiale Vorspannkraft erzeugt, die sich auf die Rollkörper überträgt und die ballige Kalotte 13b gegen den Boden 5 des Hülsenelements belastet. Da diese beiden Teile für gewöhnlich aus sehr hartem Zemeiitstahl bestehen und die axiale Abstützkraft stets dem Wert des übertragenden Drehmoments angepaßt ist, ergibt sich hierbei ein minimaler Verschleiß, da die am häufigsten verwendeten Drehmomente, insbesondere bei höchstem Übersetzungsverhältnis, nur einen Bruchteil des maximal möglichen Drehmoments ausmachen. Außerdem werden durch diese Anpassung der axialen Kraft an den Wert des übertragenden Drehmoments sämtliche Stoß- und Schlagwirkungen zwischen den einzelnen Bauteilen der Abstützung ausgeschlossen, so daß diese Nebenerscheinung bekannter Vorrichtungen nicht mehr gegeben ist. Bei Richtungsumkehr des Drehmoments wird auch die Vorspannung in entgegengesetzter Richtung ausgeübt, unter gleichbleibend vorteilhafter Arbeitsweise der axialen Abstützung. Darüber hinaus sind auch die durch Federn gegebenen Unzulänglichkeiten ausgeschaltet, da das Vorspannverhältnis, das einmal rechnerisch und empirisch ermittelt und in einen entsprechenden zu wählenden Winkel tX. umgesetzt wurde, auch in der

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Serienfabrikation sicher und fehlerfrei eingehalten werden kann und'sich- auch im Laufe des Betriebs des Gelenks nicht verändert. Somit ergeben sich eindeutige Vorteile gegenüber Vorspannvorrichtungen mit Feder, deren gleichbleibende Spannung für eine Serienfabrikation zu niedrigem Preis stets problematisch war.

Dank der zwischen der zylindrischen Hülse 11 und den Anschlagstücken 13, 14 vorgesehenen Ringe 15 wird bei einer abrupten Umkehrung des Drehmoments, was zwar selten, aber immerhin möglich ist, vor allem, wenn plötzlich der Fuß vom Gaspedal genommen wird, ein Schlaggeräusch, wie es sich bei einem Spiel der Abstützung ergeben würde, völlig vermieden.

Die Abstützung nach der Erfindung erzielt somit durch eine einfache Abwandlung eines der Gelenkteile wesentliche Vorteile hinsichtlich Komfort, Wirksamkeit und Lebensdauer eines solchen Gelenks.

Patentanwälte DinF.-lng. E. Ecter

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Claims (1)

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   iio'nokinetisches Gelenk zwischen einem Antrieb.?- und einem Abtrieboglied, wovon das eine Glied, fest mit einem droi P'iare zu samin einwirkend or Wälzbahnen eingrenzenden Hiilsenelement verbunden ist uul an dem anderen Glied mindestens drei Zapfen fest angeordnet sind, welche ebensoviele zwischen" den Wälzbabnen des Ilülsenelements aufnebmbare liollkörper tragen, mit einer axialen Abstützung des Gelenks, bestehend aus zwei fest auf der einen Welle vorgesehenen AnscW.ngflächen, zwei fest auf der anderen Welle vorge-.soheneii Anlage fläch cn ■ und aus einer die Anschlag— und Anlage flächen gegeneinander belastenden Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß 'jedes Paar zusammenwirkender Wälzbab-Iien (4) zur Achsrichtung (Υ-Γ) der zugehörigen Welle unter einem vorbestimmten Winkel ausgerichtet ist zur Erzeugung einer zum Wert des .Drehmomentrs proportionalen axialen Vorspannung.

   lJomokinet;j.Gche£5 Gelenk nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Achije (X-X) ,JeHen wfilzbahnpao.res (^;0 geradlinig und lintel ; P.<iung einer, .jdnkels in der Größenordnung von 1 - ;>° und vcri:utrpwe;ii>o '.v/jischcn 1 und 2° mit der Achs richtung (Y-Y) Ί'Μ zugehörigen belle (Ό verläuft.

   iiüj'iol;in(}t.iuchfi£: Gel.enk uacli Anspruch 1, dadurch gekeim not, daß die Ach nc ,jeden V/älzbahnpaares schraubenförmig verläuft und daß ihr Staigunfr.winke] derart wählbar int, daß die iVingontc nn Jtjtler. J\mkt <.j:io.^r5er Acl^se mit der Aohs •riclitung der zugchörigon UoHf (.jt'on Uinke]. zwischen 1 und ca. 3 bildet. ^

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   4. IIomokinetiscbes Gelenk nach einem dor vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtung der Achsen der zusammenwirkenden Wälsbahnen derart wählbar ist, daß durch die Vorspannkraft bei liormalbetrieb die An;3chlag.i: lachen mit der größten mechanischen Festigkeit gegeneinander belastbar sind.

   5* Homokinetisches.üelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen mit der einen v/elle verbundenen zwei Anschlagstücke gleitend in einer Spannhülse gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Anscbi.^stücken (13, 1^ZO und der Hülse (11) ein spielverringernder Ring (15) vorgesehen ist.

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