DE2911344A1

DE2911344A1 - Homokinetisches gelenk

Info

Publication number: DE2911344A1
Application number: DE19792911344
Authority: DE
Inventors: Michel Alexandre Orain
Original assignee: Glaenzer Spicer SA
Current assignee: Glaenzer Spicer SA
Priority date: 1978-03-22
Filing date: 1979-03-22
Publication date: 1979-10-04
Also published as: GB2017257A; US4255945A; FR2420688A1; MX147650A; FR2420688B1; SU743593A3; ES478877A1; GB2017257B; JPS54130746A; DE2911344C2; IT7967409A0; BR7901741A; IT1165160B

Description

■München 40, ciisr.je'.h3tr«fle84 — 3 —

Glaenzer Spicer
78301 Poissy / Frankreich

Homokinetisches Gelenk

Di· Erfindung bezieht sich auf ein homokinetisches Gelenk in Tripod-Bauart mit großem Arbeitswinkel, insbesondere »um Antrieb der Antriebsräder von Fahrzeugen mit Vorderradantrieb.

Bekannte Gelenke dieser Art weisen ein mit einer zweier zu verbindender Wellen verbundenes Tripod-Element mit drei Zaffen auf, auf welchen /'drehbar gleitend sphärische RoIlkirper sitaen, welche in Wälzbahnen aufnehmbar sind, die im einem mit der anderen Welle verbundenen Hülsenelement ausgebildet sind. Diese Gelenke sind mit einer axialen lM.*nabstiitzung in Form einer Kugelfläche auf dem Tripodllement und zweier parallelen diese führenden, planen !lachen am Hülsenelement versehen. Die beiden planen Flächen verlaufen senkrecht zur Hauptachse des Hülsenelements und

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sind im allgemeinen auf dem Boden des Hülsenelements einerseits und auf dem Mittelabschnitt einer am Hülsenelement befestigten elastischen Klammer andererseits ausgebildet.

Die Kugelfläche besteht aus zwei balligen Bereichen mit einem Durchmesser r^,, welche die planen Flächen unter einer Vorspannkraft Q beaufschlagen, die in der Achse des Hülsenelements wirkt und einen Anpreßdruck erzeugt, der rechnerisch in der Mitte des Anlagebereichs seinen höchsten Wert erreicht und sich nach folgender Formel errechnet:

P_n = 0,6

Hierbei ist:

Q = Wert der axialen Vorspannkraft; E = Elastizitätsmodul des Stahls, aus dem die einzelnen Elemente bestehen;

r„| = Radius der beiden balligen Flächen;

Γρ = Radius der den beiden balligen Flächen als Anschlagsitz dienenden Flächen.

Bei den planen Anschlagflächen nach dem Stand der Technik ist der Radius r^ unbegrenzt, so daß sich ein Anpreßdruck

ergibt. Bei winkliger Belastung des Gelenks, z.B. unter einem Winkel S , kann sich der auf der Achse des Hülsen elements festgelegte Mittelpunkt 0 des Tripod-Elements radial verlagern, und zwar um einen Wert λ J

R
X= ₂ ( 1 - cos S)

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Der maximale Arbeitswinkel eines solchen Gelenks liegt meist über 40°. Zu 99^" der gefahrenen Strecke bleibt dieser Winkel jedoch unter 12°. Daher beschränkt sich der Reibungsdruck unter der Last Q auf einen begrenzten Bereich der planen Anschlagflächen. Unter bestimmten Gegebenheiten konzentriert sich diese Last außerdem auf eine sehr kleine Anschlagfläche, so daß ein hoher Druck P entsteht. Daraus ergibt sich ein nicht unerheblicher Verschleiß der vier einander beaufschlagenden Flächen, insbesondere der planen Anschlagflächen, da sich der Verschleiß auf die Hauptachse des Hiilsenelements beschränkt und nicht verteilt wie bei den balligen Flächen des Tripod-Elements. Dieser Verschleiß führt zu einem Nachlassen der Vorspannkraft und kann schließlich eine völlige Unwirksamkeit der axialen Abstützung bedingen, so daß bei Arbeit des Gelenks unter Drehbelastung oder Winkerbelastung Klappergeräusche und unerwünschte Vibrationen entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese zur Verringerung der Vorspannung führenden Abnutzungserscheinungen bei gleichbleibenden Herstellungskosten und ohne Erschwerung der Fertigungsarbeiten zu verhindern, und zwar ohne Beeinträchtigung der Winkelbeweglichkeit oder anderer Funktionen des Gelenks.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Gelenk nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die am Hülsenelement vorgesehenen Anschlagflächen in ihrem Mittelbereich mit einer gewölbten Vertiefung ausgebildet sind, deren Krümmungsradius den Radius der am Tripod-Element ausgebildeten balligen Flächen geringfügig übersteigt.

Nach einem Merkmal der Erfindung bestehen diese gewölbten Vertiefungen vorzugsweise aus einem kugelförmig vertieften Mittelbereich, der über eine ringförmig anschließende Kegelstumpffläche mit einem planen Bereich der Anschlagflächen verbunden ist.

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Die Erfindung gewährleistet bei einer höheren Vorspannkraft Q einen geringeren Anpreßdruck P , wobei sich durch die Zusammenwirkung dieser beiden Faktoren eine absolut zuverlässige axiale Abstützung ergibt, die spielfrei über die gesamte Lebensdauer des Gelenks erhalten bleibt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein homokinetisches Gelenk nach der Erfindung;

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch die am Hülsenelement ausgebildete Anschlagflache.

Fig. 1 zeigt ein zwei Wellen verbindendes homokinetisches Gelenk, wobei die Welle 1 über das Triebwerk eines Fahrzeugs angetrieben wird und die Welle 2 mit einem Achsschenkel verbunden ist. Das als Kopf der Welle 1 ausgebildete Hülsenelement 3 begrenzt drei Wälzbahnen 4- mit kreisförmigen Profil. Auf der Welle 2 sitzt ein Glockenteil bzw. eine Buchse 5, die fest mit einem Tripod-Element 6 verbunden ist, das drei Zapfen 7 aufweist, auf welchen drehbar gleitend sphärische Rollkörper 8 sitzen, die in den Wälzbahnen des Hülsenelements aufnehmbar sind. Die Nabe 9 des Tripod-Elements besitzt eine ballige Anlagefläche 10 für den Mittelabschnitt 11 einer elastischen Klammer 12, welche, wie an sich bekannt, bei 1$ auf den die Wälzbahnen begrenzenden Armen des Hülsenelements befestigt ist. In einer axialen Ausnehmung 14 der Habe ist ein pilzförmiges Anschlagstück 15 aufnehmbar, dessen Außenfläche als zweite ballige Anlagefläche 16 mit einem dem Radius der balligen Fläche 10 vorzugsweise entsprechenden Radius ausgebildet ist und den Boden I7 des Hülsenelements beaufschlagt. Zwischen dem An-

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schlagstück 15 und der diesem zugewandten Fläche 9a der Tripod-Nabe sitzt ein elastischer Dichtungsring 18. Bei dieser in ihrer Gesamtheit an sich bekannten Anordnung wirkt auf der Achse X-X des Hülsenelements zwischen den balligen Flächen des Tripod-Elements und den Anschlagflächen des Hülsenelements eine Vorspannung Q.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist jede Anschlagfläche 11 und 17 in Form einer gewölbten "Vertiefung 20 ausgebildet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht diese Vertiefung aus einem ersten Bereich in Form einer Kugelkalotten-Fläche 21, deren Mittelpunkt S auf der Achse des Hülsenelements liegt und deren Radius rp den Radius r^ der zugehörigen Anlagefläche leicht übersteigt. Der Zentriwinkel <* dieser Kugelkalotten-Fläche beträgt nur wenige Grade, in der Grössenordnung von z.B. 3 oder 4°. An dieser .Fläche 21 schließt sich ringförmig eine Kegelstumpffläche 22 an, welche die Kugelkalotten-Fläche 21 mit dem sich andererseits anschliessenden planen Bereich 23 der Anschlagfläche verbindet. Die Kegelstumpffläche verläuft tangential zur Kugelkalotten-Fläche und schließt daher einen dem Winkel ot gleichen Spitzenwinkel ein. Zum besseren Verständnis ist dieser Winkel ot in der Zeichnung übertrieben wiedergegeben.In der Zeichnung ist 0 der Mittelpunkt der balligen Flächen des Tripod-Elements; S ist der Mittelpunkt des balligen Hohl·- sitzes im Boden des Hülsenelements, wobei natürlich auf der Klammer 12 ein symmetrischer Sitz ausgebildet ist. Der Abstand OS beträgt ^-r^; I ist der theoretische Schnittpunkt des Hohloitzes mit dem planen Bereich 23; H ist der Tangentialpunkt zwischen der Kegelstumpffläche und der Kugelkalotten-Fläche, und J der Schnitt der Kegelstumpffläche mit dem planen Bereich 23. Der Schnittwinkel HJ mit dem planen. Flächenbereich 23 beträgt nicht mehr als 3 oder 4° und ist praktisch nicht wahrnehmbar.

Die gewölbten Hohlsitzflächen im Boden des Hülsenelements und auf der elastischen Klammer lassen sich mit hoher Prä-

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zision und praktisch ohne zusätzliche Kosten in Serienfertigung während der Kaltformgebung der beiden Teile herstellen, wobei lediglich, die Werkzeuge (Formstanzelement) für das Hülsenelement und der Ziehstempel für die Klammer einer etwas anderen Formgebung bedürfen. Diese Werkzeuge brauchen lediglich so gearbeitet werden, daß sie eine zu den gewünschten vertieften Anschlagflächen komplementäre Rundung besitzen, natürlich unter Berücksichtigung der bei der Kaltformgebung auftretenden Rückfederung.

Dank dieser Ausbildung läßt sich unter geringerem Anpreßdruck eine höhere Kraft in Höhe der Anschlagflächen aufbringen, ohne daß die Beweglichkeit des Gelenks leidet, d.h. die radiale Verlagerungsmöglichkeit des Mittelpunkts der balligen Anlageflächen zwischen ihren Anschlagflächen bleibt erhalten, da die Tiefe des geweiligen Hohlsitzes sehr gering und nahezu nicht wahrnehmbar ist, denn'der Zentriwinkel ist bei einem Kugelradius von 20 mm sehr klein und liegt in der Größenordnung von 3 oder 4-°. Die Tiefe des Hohlsitzes beträgt unter diesen Bedingungen bei einem Durchmesser von 2,5 bis 3 mm nicht mehr als 0,05

Ein Vergleich mit einem bekannten Gelenk ergibt:

bekanntes Gelenk - ballige Fläche/ebene Fläche:

r^| = 15*25 ¹^¹* ^r2 ⁼ ^v-^I^^eS^renz^ Erfindung - ballige Fläche/Hohlsitz:

r^j = 15»25 mm, ^ = 20 mm

Bei gleichem Druck P in der Höhe der einander beaufschla genden Flächen läßt sich bei der Ausführung nach der Erfindung folgende Vorspanniingskraft aufbringen:

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ORIGINAL INSFECTED

Da eine derartige Vorspannung nicht erforderlich, ist, kann man vorzugsweise Q^ = 2 Qo wählen, was sich in einer wesentlichen Herabsetzung des Anpreßdrucks gegenüber dem Vergleichsdruck P ausdrückt.

Dadurch werden die Anschlagflächen wesentlich geringer "beansprucht, so daß die axiale Vorspannung während der gesamten Lebensdauer des Gelenks bestehen bleibt.

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Leerseite

Claims

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Glaenzer Spicer
78301 Poissy / Frankreich

Homokinetisches Gelenk

Patentansprüche

1y Homokinetisches Gelenk in Tripod-Bau.&rt ,bestehend aus einem mit einer zweier zu verbindender Wellen verbundenen Tripod-Element mit drei Zapfen, auf welchen drehbar gleitend sphärische Rollkörper sitzen, welche in Wälzbahnen aufnehmbar sind, die in einem mit der anderen Welle verbundenen Hülsenelement ausgebildet sind, und aus einer axialen Abstützung, bestehend aus zwei auf dem Tripod— Element vorgesehenen balligen Flächen und von diesen beaufschlagten Anschlagflächen auf dem Hülsenelement, dadurch gekennzeichnet, daß die am Hülsenelement (3) vorgesehenen Anschlagflächen (11, 17) mit einer gewölbten Vertiefung(20) ausgebildet sind, deren Krümmungsradius den Radius der am Tripod-Element (6) ausgebildeten balligen Flächen (10, 16) geringfügig übersteigt.
2. Homokinetisches Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (20) einen balligen Mittel-

bereich (21) in Form einer Kugelkalotten-Fläche aufweist, der über eine sich ringförmig anschließende Kegelstumpffläche (22) mit dem planen Flächenbereich (23) der Anschlagfläche verbunden ist.
3. Homokinetisches Gelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der ballige Vertiefungsbereich (21) über einen Zentriwinkel von wenigen Graden erstreckt.
4. Homokinetisches Gelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Kegelstumpffläche (22) tangential zum balligen Vertiefungsbereich (21) verläuft.

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