DE3006135C2 - Laufruhiges Tripodegelenk - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein laufruhiges Tripodegelenk, bei dem die für das Zustandekommen einer gleichförmigen Drehbewegung während einer Winkelbewegung erforderliche radiale Verschiebung der drei das J5 Drehmoment übertragenden Rollen gegenüber der inneren Gelenkhälfte mit Hilfe eines Federelementes erfolgt, welches eine auf den Rollen angebrachte kugelförmige Steuerfläche gegen eine an der äußeren Gelenkhälfte angebrachte Gegensteuerfläche drückt.

In Würdigung des Standes der Technik von Tripodegelenken der vorgenannten Art muß vor allem die deutsche Auslegeschrift 22 16 345 genannt werden. In ihr ist eine Ausfühningsform dargestellt und beschrieben, bei der ein zentral angeordnetes Federelement die drei das Drehmoment übertragenden Rollen gleichzeitig beaufschlagt.

Auch die deutsche Auslegeschrift 23 55 766 befaßt sich mit einer solchen Ausführungsform, bei der zwischen dem zentral angeordneten Federelement und den drei von ihm beaufschlagten Rollen noch ein die Federkraft verstärkendes Zwischenglied vorgesehen ist.

Schließlich muß noch die deutsche Auslegeschrift 25 58 059 erwähnt werden, weil in ihr ein zentral angeordnetes Federelement ein mit den drei das Drehmoment übertragenden Rollen in Verbindung stehendes Steuerglied beaufschlagt. Aber dieses Federelement hat eine ganz andere Funktion. Es dient nicht zur radialen Verschiebung der drei Rollen gegenüber der inneren Gelenkhälfte sondern zum Ausgleich der Axialbewegung der inneren Gelenkhälfte gegenüber der äußeren bei einem als Verschiebegelenk ausgebildeten Tripodegelenk.

Diesen in Würdigung des Standes der Technik zitierten Ausführungsformen von Tripodegelenken &⁵ haftet der systembedingte Nachteil einer großen Relativbewegung zwischen den drei das Drehmoment übertragenden Rollen und der inneren Gelenkhälfte an, die dadurch zustande kommt, daß beim Beugen des Gelenkes die Rollen radial verschoben werden, und zwar so, daß sie zweimal während jeder Umdrehung des Gelenkes zwei Extremlagen einnehmen. In einer dieser Extremlagen nähert sich die Rolle der Mitte der inneren Gelenkhälfte um ein gewisses Maß, während sie sich in der anderen Extremlage um das Dreifache dieses Maßes von dieser Mitte wegbewegt hat Diese Maße verändern sich näherungsweise so wie die Quadrate der Beugungswinkel. Bei einem für ein maximales Betriebsdrehmoment von 1500 Nm dimensionierten Tripodegelenk heutiger Bauweise ergibt sich schon bei einem Beugungswinkel von 20° ein Maß für diese radial nach außen erfolgende Bewegung der Rolle, welches bei ca 3 mm liegt Da Tripodegelenke vorwiegend für Gelenkwellen zum Antrieb der Räder von Kraftfahrzeugen verwendet werden, und da bei einem Frontantrieb der Beugungswinkel bis zu 47° ansteigt, können bei den heutigen Ausführungsformen Relativbewegungen bis zu 15 mm erreicht werden. Tripodegelenke haben aber außerdem noch den systembedingten Nachteil, daß sich beim Beugen des Gelenkes die Mitte der inneren Gelenkhälfte relativ zur Mitte der äußeren Gelenkhälfte exzentrisch verlagert. Infolge der sich daraus ergebenden Oszillierbewegung wird die Laufruhe, die bereits durch die Radialbewegung der drei Rollen beeinträchtigt ist, noch weiter verschlechtert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten systembedingten Nachteile entscheidend zu verringern und ein laufruhiges und vibrationsarmes Tripodegelenk zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich der Mittelpunkt des Kugelradius der auf den Rollen angebrachten kugelförmigen Steuerfläche in Strecklage des Tripodegelenkes in der Gelenkmitte befindet, und daß die an der äußeren Gelenkhälfte angebrachten Gegensteuerflächen in Umfangsrichtung gerade und rechtwinklig zur Drehachse der Rollen des in Strecklage befindlichen Tripodegelenkes verlaufen. Hierbei wirkt das Federelement, wie an sich bekannt, auf ein zentral angeordnetes Steuerglied ein, welches die inneren Enden der Rollen beaufschlagt, die kegelförmig ausgebildet sind, und zwar so, daß der Neigungswinkel des Kegels kleiner als 20° ist.

Die erfindungsgemäße Gestaltung eines laufruhigen Tripodegelenkes bringt große technische und wirtschaftliche Vorteile mit sich. Einmal wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, sowohl die Relativbewegung der drei das Drehmoment übertragenden Rollen gegenüber der inneren Gelenkhälfte als auch die Oszillierbewegung der inneren Gelenkhälfte im Vergleich zu den Werten der heutigen Tripodegelenke entscheidend zu verringern, auf eine besonders einfache und funktionssichere Weise gelöst. Zum anderen ist es möglich, sowohl ein Festgelenk mit einem großen Beugungswinkel als auch ein Verschiebegelenk mit einem großen Verschiebeweg weitgehend aus den gleichen Einzelteilen zusammenzubauen.

In der Zeichnung ist eine mögliche Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch ein laufruhiges Tripodegelenk gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Seitenansicht der Ausführung nach Fig. 1,

Fig.3 einen Querschnitt durch eine der drei Nuten der äußeren Gelenkhälfte im Maßstab 4:1, wobei die das Drehmoment übertragende Rolle in einer der Strecklage des Tripodegelenkes entsprechenden Lage dargestellt ist und

F i g. 4 einen Querschnitt entsprechend F i g. 3, wobei die das Drehmoment übertragende Rolle in der verschränkten Lage dargestellt ist, die sie bei einer Beugung des Tripodegelenkes von etwa 30° relativ zur Nut einnimmt

Die äußere Gelenkhälfte 1 ist mit drei gleichmäßig verteilten und achsparallel verlaufenden Nuten 16 versehen, in die die drei das Drehmoment übertragenden Rollen 3 eingreifen. Die Rollen 3 sind über ihre Lagerzapfen 24 drehbar und radial verschiebbar in der inneren Gelenkhälfte 5 gelagert Am äußeren Ende der Rollen 3 it: eine kugelförmige Steuerfläche 11 angebracht die im Gegensatz zu heutigen Tripodegelenken so flach gewölbt ist. daß sich der Mittelpunkt 14 ihres Kugelradius 13 in Strecklage des Tripodegelenkes in der Gelenkmitte befindet. Die kugelförmige Steuerfläche 11 wird mittels eines Federelementes 4 an die Gegensteuerfläche 10 spielfrei angedrückt, die sich auf einer schmalen sich in Längsrichtung erstreckenden Leiste 9 befindet welche aus dem Grund 12 der Nut 16 herauswächst Alle drei Gegensteuerflächen 10 verlaufen in Umfangsrichtung gerade und rechtwinklig zur Drehachse der Rollen 3 des in Strecklage befindlichen Tripodegelenkes.

Zur Bildung eines sogenannten Verschiebegelenkes verläuft die Gegensteuerfläche 10 in Längsrichtung als eine gerade und achsparallele Fläche 22, während die Gegensteuerfläche 10 zur Bildung eines sogenannten Festgelenkes in Längsrichtung gekrümmt ist und zwar so, daß ihre Krümmung 21 dem Krümmungsradius 13 der kugelförmigen Steuerfläche 11 der Rollen 3 folgt. Infolge der flachen Wölbung der kugelförmigen Steuerfläche 11 und der sich daraus ergebenden neuen Steuerungskinematik wird eine Verringerung der radialen Verschiebung der drei Rollen 3 gegenüber der inneren Gelenkhälfte 5 auf weniger als die Hälfte der heute üblichen Werte erreicht Da sich auch die Oszillierbewegung der inneren Gelenkhälfte entsprechend verringert, wird die Laufruhe im Vergleich zu den heutigen Ausführungsformen von Tripodegelenken, die ausnahmslos zu Vibrationen neigen, entscheidend verbessert.

Ein weiterer Vorteil der neuen Steuerungskinematik besteht darin, daß sich beim Beugen des erfindungsgemäßen Tripodegelenkes der Abstand der inneren Enden der drei Lagerzapfen 24 zueinander nicht verändert, so daß der Neigungswinkel 27 des Kegels 8 kleiner als 20° sein kann. In praktischen Versuchen wurde bereits ein Neigungswinkel von 12° angewendet, und es darf angenommen werden, daß die unterste Grenze bei etwa 7° liegt, ehe zwischen dem Kegel 8 und dem Steuerglied 7, das ein starrer Körper mit einem kreisrunden Querschnitt ist eine Selbsthemmung eintritt Das alle drei Rollen gleichzeitig beaufschlagende Steuerglied 7 ist über seinen Schaft 6 im Federelement 4 pendelartig aufgehängt

Wie Fig.4 veranschaulicht tritt beim Beugen des Tripodegelenkes zwischen der Nut 16 und der zugeordneten Rolle 3 eine Verschränkung auf, so daß die kreisrunde Wälzfläche 15 der Rollen 3 auch in

ίο Längsrichtung der Rollen gekrümmt sein muß. Um die Hertz'sche Pressung so niedrig wie möglich zu halten, ist der Krümmungsradius 19 größer als der Halbmesser der kreisrunden Wälzfläche 18, was zur Folge hat daß mit der Zunahme des Beugungswinkels das Flankenspiel 17 zwischen der Nut 16 und der Wälzfläche 15 der Rollen 3 kleiner wird, was sich vorteilhaft auf die Laufruhe auswirkt Diese Verschränkung der Achsen ist bestimmend für die Breite der Leiste 9 und der auf ihr befindlichen Gegensteuerfläche 10, 21, 2Z Infolge der geringen Breite der Leiste ergibt sich beim Fräsen der bogenförmig gekrümmten Gegensteuerfläche 21, die in der Zeichnung nur bruchstückweise angedeutet ist, nur eine sehr kleine Zerspanungsarbeit

Laufruhige Tripodegelenke gemäß der Erfindung haben infolge der flachen Wölbung der Steuerfläche 11 der Rollen 3 trotz des vorteilhaft großen Abstandes 28 des Angriffspunktes der Umfangskraft 2 von der Gelenkmitte 14 ein kleines Bauvolumen. Infolge des großen Unterschiedes zwischen dem Durchmesser 25 des Lagerzapfens 24 und dem Durchmesser 23 der Wälzfläche 15 der drei das Drehmoment übertragenden Rollen 3 ergeben sich auch geringe Reibungsverluste, so daß trotz der Gleitlagerung, die viel billiger und funktionssicherer als die heute notwendige Nadellagerung ist, ein guter Wirkungsgrad erreicht wird. Da die Nuten 16 der äußeren Gelenkhälfte 1 infolge ihres geraden und achsparallelen Verlaufes auch beim sogenannten Festgelenk geräumt werden können, wenn man, wie heute bereits häufig praktiziert die äußere Gelenkhälfte 1 mit ihrem Lagerzapfen 20 mittels einer Reibschweißung verbindet, liegen auch die Herstellungskosten erheblich unter denen von heutigen Tripodegelenken. Kostengünstig wirkt sich natürlich auch die Tatsache aus, daß sowohl für das Verschiebegelenk als auch für das Festgelenk die gleichen Rollen, die gleichen inneren Gelenkhälften und die gleichen Steuerglieder verwendet werden können. Die Gleichheit dieser Einzelteile wirkt sich auch vorteilhaft auf den Reparaturbetrieb und die Lagerhaltung der heute weltweit operierenden Automobilindustrie aus.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Lauf ruhiges Tripodegelenk, bei dem die für das Zustandekommen einer gleichförmigen Drehbewegung während einer Winkelbewegung erforderliche radiale Verschiebung der drei das Drehmoment übertragenden Rollen gegenüber der inneren Gelenkhälfte mit Hilfe eines Federelementes erfolgt, welches eine auf den Rollen angebrachte kugelförmige Steuerfläche gegen eine an der äußeren Gelenkhälfte angebrachte Gegensteuerfläche drückt, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Mittelpunkt (14) des Kugelradius (13) der auf den Rollen (3) angebrachten kugelförmigen Steuerfläche (11) in Strecklage des Tripodegelenkes in der Gelenkmitte (14) befindet, und daß die an der äußeren Gelenkhälfte (1) angebrachten Gegensteuerflächen (10) in Urnfangsrichtung gerade und rechtwinklig zur Drehachse der Rollen (3) des in Strecklage befindlichen Tripodegelenkes verlaufen.

2. Laufruhiges Tripodegelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (4), wie an sich bekannt, auf ein zentral angeordnetes Steuerglied (7) einwirkt, welches die inneren Enden der Rollen (3) beaufschlagt, die kegelförmig ausgebildet sind, und zwar so, daß der Neigungswinkel (27) des K egels (8) kleiner als 20° ist.