DE3128389C2 - Homokinetisches Gelenk in Tripod-Bauart - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein homokinetisches Gelenk in Tripod-Bauart mit axialer Abstützung mittels eines elastischen Halteorgans. Erfindungsgemäß ist im unbelasteten Zustand des Gelenks jeder Finger (15) des Halteorgans (12) gekrümmt und erstreckt sich mit einem Radialspiel längs des benachbarten Segments (11) des Glockenteils (4) im wesentlichen über seine gesamte Länge. Damit gewährleistet das elastische Halteorgan als solches eine genaue Vorspannung des Mittelstückes des Tripodelements gegen den Boden des Glocken teils und vermag gleichzeitig auch sehr hohen axialen Kräften standzuhalten. Das Gelenk ist im wesentlichen zum Einsatz im Getriebe von Kraftfahrzeugen mit Vorderradantrieb bestimmt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein homokinetisches Gelenk in Tripod-Bauart, bestehend aus einer inneren Kupplungshälfte und einer äußeren Kupplungshälfte mit einem Tripod-Stern, dessen Mittelstück mit radialer Bewegungsfreiheit gegenüber dem Boden der inneren Kupplungshälfte drehbar und gegen diesen über eine elastische Halteklammer unter Vorspannung angepreßt ist, wobei die Halteklammer mit im wesentlichen axial gerichteten Fingern versehen ist, die mit ihren freien Enden auf axialen Segmenten der inneren Kupplungshälfte verankert sind. Homokinetische Gelenke dieser Art finden im allgemeinen Einsatz im Getriebe für Leit- und Antriebsräder von Fahrzeugen mit Vorderradantrieb.

Zur Vermeidung axialer Ausschwenkbewegungen des als Tulpe bezeichneten Glockenteils gegenüber dem Tripod-Element, die z. B. durch vom Antriebsaggregat, Straßenzustand und verschiedenen Reibungskräften herrührenden wechselseitigen Belastungen wie auch durch die eigentliche Arbeit des Gelenks unter Drehbelastung und unter Winkelbelastung bedingt werden, muß das Halteorgan bzw. der Clip das axiale Einbauspiel aufzunehmen und außerdem eine axiale Dauervorspannung vorbestimmten Wertes aufzubringen imstande sein, die das Mittelstück des Tripod-Elements, ungeachtet der Herstellungsungenauigkeiten der Bauteile und trotz der nach langer Lebensdauer auftretenden Verschleißerscheinungen in Anlage gegen den Boden der Tulpe hält, ohne eine axiale Elastizität zwischen das Tripod-Element und die Tulpe einzubringen.

Diese Vorspannung darf außerdem nicht zu groß sein, da dies ja die Gleichmäßigkeit der Gelenkarbeit beeinträchtigen würde. Andererseits muß das Halteorgan auch ungewöhnlich hohe Axialkräfte aufzunehmen vermögen, ohne dabei Schaden zu nehmen.

Um diesen Bedingungen zu genügen, hat man versucht, die Halteorgane durch verschiedenartige Spielausgleichsorgane zu ergänzen. Die bisher bekannten Lösungen (z. B. DE-OS 28 38 235) erlauben aber aufgrund ihrer nachstehenden Eigenschaften keine Herstellung in Großserie:

— hohe Anzahl der im Inneren des homokinetischen Gelenks zusammenzubauenden Teile;

— Notwendigkeit einer besonderen Einstellung und Kontrolle jeden einzelnen Teils.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein Gelenk mit innerer axialer Abstützung zu schaffen, dessen elastisches Halteorgan auf einfache Weise einen axialen Spielausgleich sowie die axiale Vorspannung des Mittelstücks des Tripod-Elements gegen den Boden der

Tulpe gewährleistet, ohne daß hierzu ein zusätzliches elastisches Teil erforderlich ist

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein homokinetisches Gelenk der eingangs beschriebenen Art vor, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß in unbelastetem Zustand des Gelenks jeder Finger der Halteklammer in radialer Richtung gekrümmt ist und das ihm benachbarte Segment der inneren Kupplungshälfte mit einem solchen radialen Abstand übergreift, daß bei axialen Zugkräften geringer Größe zwischen den Kupplungshälften eine Streckung der gekrümmten Finger stattfindet und bei größeren axialen Kräften die Finger in Anlage an das Segment geraten.

Zur Erleichterung des Zusammenbaus des Gelenks ist jeder Verankernngnpunkt im Bereich der inneren Enden der im Inneren der Schulter ausgebildeten Wälzbahnen angeordnet Zum Zusammenbau des Gelenks eignet sich sehr gut ein Werkzeug mit einem Hebelarm, der an seinen äußeren Enden jeweils mit Ansätzen zur Anlage an den Enden der in der Tulpe ausgebildeten Wälzbahnen und andererseits mit einem in das freie Ende des Fingers des elastischen Halteorgans eingreifbaren Element ausgebildet ist

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche. Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein homokinetisches Gelenk nach einer Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 der Verlauf der axialen Anpreßkraft, abhängig vom axialen Federweg des elastischen Halteorgans,

F i g. 3 und 4 in zueinander senkrechten Richtungen zwei Seitenansichten der sog. Tulpe, zur Veranschaulichung des Einbaus des elastischen Halteorgans,

F i g. 5 einen Schnitt analog F i g. 1 durch eine abgewandelte Ausführungsform des Gelenks,

F i g. 6 und 7 eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht des elastischen Halteorgans des homokinetischen Gelenks nach F i g. 5, *o

Fig.8 bis 10 Längsteilschnitte durch drei weitere Ausführungsformen.

Das homokinetische Gelenk nach F i g. 1 verbindet die Transmissionswelle 2 mit der Antriebswelle 3 eines Vorderrades eines Fahrzeuges mit Vorderradantrieb. Es *5 besteht aus einem fest mit der Welle 2 verbundenen, als sog. Tulpe bezeichneten Glockenteil 4 und einem fest mit der Welle 3 verbundenen Schalenteil 5. Das Tripodelement 6 des Gelenks ist als Dreizapfenstern mit drei radialen, in einer Ebene liegenden Zapfen ausgebildet, dessen Mittelstück ein fest mit dem Zapfenstern verbundener Kugelkörper 7 bildet und dessen Enden am Eintrittsbereich des Schalenteils 5 festgelegt sind. Auf jedem Zapfen 8 ist drehbar und gleitbar ein Rollkörper 9 sphärischer Außengestalt gelagert, welcher in einer in der Tulpe parallel zu deren Achse ausgebildeten Wälzbahn 10 kreiförmigen Profils aufnehmbar ist. Jede Wälzbahn wird durch zwei einander gegenüberliegende Rillen gebildet, die in den Kanten je zweier Segmente der Tulpe eingearbeitet sind, welche in drei im wesentlichen zur Achse X-X ausgerichtete und dieser abgewandte Segmente 11 unterteilt ist.

Weiter gehören zum Gelenk ein elastisches Halteorgan bzw. ein Clip 12 zur axialen Abstützung des mit der Tulpe verbundenen Tripodelements sowie ein Faltenbalg 13, der einerseits am öffnungsumfang des Schaltenteils 5 und andererseits an der Welle 2 dichtend befestigt ist

Das elastische Halteorgan 12 ist einstückig aus einer elastischen Metallbahn hergestellt, ζ. B. aus Federstahl. Wie das gesamte Gelenk ist es mit ternärer Symmetrie zu dessen als vollkommen fluchtend angenommenen Längrachse X-Xausgebildet In seinem Mittelbereich ist es in Form eines Beckens 14 eingetieft von dessen Umfang sich drei lange elastische Finger 15 erstrecken.

Das Becken 14 schließt einen ebenen Boden 16 ein, der den Kugelkörper 7 beaufschlagt und gegen den planen Boden 17 der Tulpe drückt wobei beide Böden 16 und 17 sich senkrecht zur Achse X-X erstrecken. Die Seitenwandung des Beckens 14 besteht aus drei bauchigen Abschnitten 18, welche den Übergang zwischen dem Boden 16 und der Wurzel der Finger 15 bilden, und aus drei im wesentlichen axialen Abschnitten 19 zwischen diesen Abschnitten 18.

Jeder Finger 15 besitzt ein konvexes Längsprofil. Seine Wurzel wird in Umfangsrichtung über die Kanten eines in der Außenfläche des freien Endes eines Tulpensegments 11 vorgesehenen Einschnitts 20 geführt, ohne jedoch dessen Boden zu berühren. Der Finger 15 erstreckt sich anschließend mit einem kleinen Radialspiel längs der Außenfläche des Tulpensegments bis zu einer als Verankerungspunkt für den Finger vorgesehenen Vertiefung 21, in der er mit seinem freien verdickten Ende 22 elastisch eingreifbar ist. Die Vertiefungen 21 liegen auf die Achse X-X bezogen im Bereich der inneren Enden der Wälzbahnen 20, d. h. nahe den Wurzeln der Tulpensegmente 11, wo diese dünner ausgebildet sind und Flächen 23 mit einer zur Welle 2 gerichteten Komponente aufweisen.

Die axiale Flexibilität des Halteorgans 12 ist in F i g. 4 dargestellt. Sobald die Axialkraft Fzunimmt, verringert sich die Krümmung der Finger 15, bis sie in Anlage an die Außenfläche der Segmente 11 gelangen. Darüber hinaus arbeiten die Finger 15 praktisch nur noch auf Zug, und die Kraft wird über die axialen Abschnitte 19 des Beckens 14 aufgebracht, so daß das Halteorgan sehr starr wird und hohe Belastungen aufzunehmen vermag.

Dank dieser Merkmale lassen sich folgende zwei Bedingungen leicht erfüllen:

— Beibehaltung des Radialspiels zwischen den Fingern 15 und den Segmenten 11 im unbelasteten Zustand des Gelenks,

— Aufnahmefähigkeit hoher axialer Kräfte im Halteorgan, ohne die Gefahr eines Bruchs oder einer Lösung von der Tulpe.

Diese Merkmale lassen sich in einer gedrängten Bauform verwirklichen, welche die Arbeit des Gelenks unter den erforderlichen hohen Winkeln gestattet und bei kostensparendem, einfachen Herstellungsverfahren eine hohe Funktionszuverlässigkeit gewährleistet.

Um ein zahlenmäßiges Beispiel zu geben: Bei einem Gelenk mittlerer Baumaße besitzt das Halteorgan 12 eine axiale elastische Verformung von ca. 1,5 mm bei einer Kraft von ca. 150 kg, wobei die axiale Vorspannung im Größenbereich von 60 bis 150 kg leigt; die Finger 15 gelangen bei Einwirkung einer ca. 200 kg übersteigenden Kraft in Anlage an die Außenfläche der Tulpe; das Halteorgan vermag Kräften in der Größenordnung von 1500 kg standzuhalten, so daß es ohne Bruchgefahr auch etwaige anormal hohe axiale Belastungen aushalten kann.

Da bei entferntem Schutzbalg 13 die freien Enden 22 der Finger 15 aus dem Schalenteil 5 vorstehen, ist dieses

Gelenk sehr leicht zusammenzubauen. Für den Zusammenbau eignet sich insbesondere das in Fig.3 und 4 angedeutete Werkzeug 24. Dieses Werkzeug weist. einen Hebelarm 25 auf, dessen leicht nach oben abgewinkeltes und verbreitertes Ende 26 zwei im wesentlichen auf seiner Innenfläche quer fluchtend ausgebildete zylindrische Ansätze 27 und dazwischen einen Haken 50 aufweist.

Zum Zusammenbau des Gelenks wird das Halteorgan 12 in das Schalenteil 5 eingesetzt und die Tulpe 4 eingedrückt. Dabei gelangen die über die Einschnitte 20 geführten Finger bis in die Nähe der Vertiefungen 21, und es muß eine axiale Kraft von—= 20 kg bis^^-=

50 kg auf jeden Finger ausgeübt werden, um die gewünschte Vorspannung zu erzeugen.

Zu diesem Zweck werden die beiden äußeren Ansätze 27 des Werkzeuges 25 gegen die beiden Flächen 23 eines Tulpensegments 11 angesetzt und der Haken 50 in ein in dem verdickten Ende 22 des entsprechenden Fingers 15 vorgesehenes Loch 28 in Eingriff gebracht. Durch einfache Drehung des Hebelarms 25 zur Welle 2 in Richtung des Pfeils /in Fig.3 rastet das verdickte Ende 22 in die zugehörige Vertiefung 21 ein. Dieser Vorgang wiederholt sich auch für die anderen beiden Finger 15.

Zur rascheren, gleichzeitigen Befestigung aller drei Finger 15 läßt sich ein weiter entwickeltes (nicht dargestelltes), z. B. hydraulisch betätigbares Werkzeug verwenden, was bei automatischem Zusammenbau in Großserienfertigung vorzuziehen ist.

Auch andere Ausführungsformen von Halteorganen zur axialen Abstützung eines Tripodelements unter Vorspannung lassen sich ebenso vorteilhaft mit entsprechenden Fingern 15 ausbilden. Fig.5 bis 10 zeigen einige solcher Halteorgane.

Die Gelenke la bis Xd nach Fig.5 bis 10 weisen halbmondförmige Zwischenstücke auf: das Mittelstück des Zapfensterns des Tripodelements 6a ist mit zwei entgegengesetzten, zur Achse X-X senkrechten, planen Flächen ausgebildet, welche jeweils eine plane Fläche einer sphärischen bzw. halbmondförmigen Kalotte 7a beaufschlagen. Die innere Kalotte dreht auf einer sphärischen Gegenfläche 17a im Boden der Tulpe, und die andere Kalotte dreht auf einer sphärischen Fläche 16a des elastischen Halteorgans.

Bei dem Geienk nach F i g. 5 ergibt sich die Fläche 16a durch die Gesamtheit der kreisförmigen Profilkante dreier axialer Laschen 29 des elastischen Halteorgans 12a (Fig.6 und 7), welches einstückig aus einem Stahlband im kostensparenden Tiefziehverfahren herstellbar ist. Jede Lasche 29 verbindet die benachbarten Kanten zweier Finger 15 über eine Kante eines planen und dreieckförmigen Mittelbereichs 30 des Halteorgans. Die Außenkanten der Laschen 29 verlaufen geradlinig und zentrieren den Mittelbereich des elastischen Halteorgans gegenüber der Innenausnehmung 4a der Tulpe.

Bei den Gelenken \b— id nach F i g. 8 bis 10 hingegen ist das Halteorgan zweistückig ausgebildet: aus einem elastischen Teil aus gebogenem und gehärtetem Blech, welches drei Finger 15 und ein Mittelstück aufweist, und aus einer getrennt ausgebildeten Lagerschale mit sphärisch-konkaver Fläche, die sich über ihren Außenrand zwischen den Segmenten 11, d.h. in der Ausnehmung 4a der Tulpe selbst zentriert.

Wie aus F i g. 8 ersichtlich, ist das elastische Teil 326 in seinem Mittelstück 31Zj plan, und die Lagerschale 33£> ist in einem Block aus gehärtetem Stahl oder anderem Material ausgebildet, das eine gute Gleitfähigkeit des zugehörigen halbmondförmigen Zwischenteils 7a gewährleistet, wobei sich dieser Block über eine ebene Fläche am ebenen Mittelstück 316 anlegt.

F i g. 9 zeigt die Lagerschale 33c, welche zur Erzielung höherer Stabilität einen sphärischen Abschnitt 34 und sechs axiale Laschen 35 aufweist, welche das elastische Halteorgan 32c im Mittelstück 31c nur über ihr radial äußerstes Ende beaufschlagen.

Beim Gelenk id nach F i g. 10 ist jeder Finger 15 des elastischen Teils 32c/ in das Innere des benachbarten Segments 11 hinein über einen entsprechenden axialen Fortsatz 36 verlängert, und sein Mittelstück 31c/ ist entsprechend bauchig. Die Lagerschale 33c/besteht aus einem sphärischen Blattelement, welches an seiner Kante eine Außenschulter 37 aufweist, die die Enden der Verlängerungsfortsätze 36 axial beaufschlagt.

Bei jeder Ausführungsform können die Finger des Halteorgans kürzer als hier dargestellt ausgebildet sein, solange die in F i g. 2 dargestellte abgestuft zunehmende Steifigkeit der elastischen Halteklammer 15 erhalten bleibt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Homokinetisches Gelenk in Tripod-Bauart, bestehend aus einer inneren Kupplungshälfte und einer äußeren Kupplungshälfte mit einem Tripod-Stern, dessen Mittelstück mit radialer Bewegungsfreiheit gegenüber dem Boden der inneren Kupplungshälfte drehbar und gegen diesen über eine elastische Halteklammer unter Vorspannung angepreßt ist, wobei die Halteklammer mit im wesentlichen axial gerichteten Fingern versehen ist, die mit ihren freien Enden auf axialen Segmenten der inneren Kupplungshälfte verankert sind, dadurch gekennzeichnet, daßin unbelastetem Zustand des Gelenks jeder Finger (15) der Halteklammer (12, 12a, \2b, 12c; \2d)m radialer Richtung gekrümmt ist und das ihm benachbarte Segment (11) der inneren Kupplungshälfte (4) mit einem solchen radialen Abstand übergreift, daß bei axialen Zugkräften geringer Größe zwischen den Kupplungshälften eine Streckung der gekrümmten Finger (15) stattfindet und bei größeren axialen Kräften die Finger in Anlage an das Segment geraten.

2. Homokinetisches Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei unbelastetem Zustand des Gelenks jeder Finger (15) konvex nach außen gekrümmt ist und am benachbarten Segment

(11) lediglich an der auf dem Segment vorgesehenen Verankerungsstelle (21) anliegt.

3. Homokinetisches Gelenk nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Halteklammer (12, 12a, 126. 12c, Md) ein Mittelteil mit einem im wesentlichen axialen Abschnitt (19,29; 336; 35; 36) aufweist, der die axialen Kräfte vom Mittelstück (7; Ta) des Tripod-Elements (6; 6a) auf die Finger (15) überträgt.

4. Homokinetisches Gelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Halteklammer (12) einstückig ausgebildet und in ihrem Mittelbereich (14) in Form eines Beckens vertieft ist, dessen Boden (16) das Mittelstück (7) des Tripod-Elements (6) beaufschlagt.

5. Homokinetisches Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Halteklammer (12a,} einstückig ausgebildet ist und in ihrem Mittelbereich axiale Laschen (29) aufweist, welche das Mittelstück (7a^des Tripod-Elements (6) beaufschlagen.

6. Homokinetisches Gelenk nach einem der so Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Halteklammer (12£>; 12c; i2d) das Mittelstück (Ja) des Tripod-Elements (6a) über ein Zwischenstück (33c; 33c/)beaufschalgt.

7. Homokinetisches Gelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verankerungspunkt (21) im Bereich der dem Boden der inneren Kupplungshälfte (4) zugewandten inneren Enden der an den Seitenflächen der Segmente (11) ausgebildeten Wäizbahnen &o (10) angeordnet ist.

8. Werkzeug zum Zusammenbau eines Gelenks nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Hebelarm (25), dessen dem Gelenk zugewandtes Ende (26) einerseits zwei Ansätze (27) aufweist, die sich im Bereich der inneren, sich in Umfangsrichtung erweiternden Enden (23) der Wälzbahnen (10) zu beiden Seiten jeweils eines Segments (11) abstützen und andererseits einen in das freie Ende (22) des benachbarten Fingers (15) der elastischen Halteklammer (12; 12a; 120; 12c; YId) eingreifbaren, zwischen den Ansätzen (27) angeordneten Haken (50) aufweist

9. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze (27) und der Haken (50) zur Längsachse des Hebelarms im wesentlichen senkrecht verlaufen, wobei der Haken (50) jeweils in ein durchgehendes Loch (28) eingreift, das am freien Ende (22) jedes Fingers (15) angeordnet ist