DE3141479C2

DE3141479C2 - Gleichlaufgelenkkupplung

Info

Publication number: DE3141479C2
Application number: DE3141479A
Authority: DE
Inventors: Michel Alexandre Conflans-Sainte-Honorine Orain
Original assignee: Glaenzer Spicer SA
Current assignee: Glaenzer Spicer SA
Priority date: 1980-12-19
Filing date: 1981-10-20
Publication date: 1984-11-29
Also published as: IT1145230B; DE3141479A1; MX154438A; BR8108178A; ES8207621A1; GB2090374A; FR2496798B1; JPS57129924A; SU1152531A3; ES507071A0; FR2496798A1; US4421196A; JPH0118296B2; IT8168597A0; GB2090374B

Abstract

Das Gelenk besteht aus zwei gegenüberliegenden, um 60 ° zueinander versetzten und axial durch Nasen (12, 16) mit kugeliger Innenfläche (34, 35) verlängerten äußeren Mitnehmern (2, 3). Die Nasen sind auf einem Ring (6) geführt, durch den eine Welle hindurchverläuft, deren beide Enden je eine zu dem entsprechenden Mitnehmer passende Tripode (5) mit Rollen (18) tragen. Der Ring (6) wird etwa in der winkelhalbierenden Ebene des Gelenkes durch Berührung bzw. Quasi-Berührung mit den Rollen (18) der beiden Tripoden (5) gehalten. Solche Gelenke sind für große Beugewinkel von 50 ° und mehr, beispielsweise für den Antrieb der gelenkten Räder eines Kraftfahrzeuges gedacht, ohne daß die Übertragungskapazität negativ beeinflußt wird.

Description

3 4

ehe mechanische Festigkeit behält wie bei gestrecktem jeweils um 120° zueinander versetzt Jedes Tulpenblatt

Gelenk, und zwar trotz geringem Rotationsdurchmes- 10 ist axial durch eine Nase 12 verlängert.

2er und einfacher Herstellung. Der äußere Mitnehmer 3 besteht im wesentlichen aus

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß im we- einem Ringkörper 13 mit drei parallel zur Achse X-X sentlichen dadurch, daß die beiden äußeren Kupplungs- 5 angeordneten Aussparungen mit kreisförmigem Querhälften jeweils zwischen zwei Bahnen axial vorspringen- schnitt, die jeweils um 120° zueinander versetzt sind und de Nasen mit kugeliger Innenfläche aufweisen, mit der drei Rollbahnen 14 analog zu den Bahnen 11 der Tulpe 2 sie auf einer kugeligen Außenfläche eines Ringes ge- bilden. Ein Flansch 15 ist an einem Ende des Ringkörführt sind, welcher im wesentlichen koaxial zur Zvi- pers 13 angeordnet, während drei Nasen 16 axial an der schenwelle angeordnet ist und einen Innendurchmesser io entgegengesetzten Stirnfläche zwischen den Rollbahaufweist, der größer ist als der Außendurchmesser der nen 14 hervorragend angeordnet sind (F i g. 2).
Zwischenwelle, und daß die Tripodesterne in Umfangs- Jede Tripode 5 besteht aus drei um jeweils 120° zurichtung um 60° zueinander versetzt angeordnet sind. einander versetzten und radial sich erstreckenden Zap-

Weitere relevante Erfindungsmerkmale, die der be- fen 17, auf denen je eine außen sphärische, insbesondere

sonderen Ausgestaltung des die vorliegende Erfindung is kugelige. Rolle 18 drehbar und verschiebbar angeordnet

tragenden Gedankens dienen, lassen sich den Ansprii- ist, z. B. wie dargestellt, über ein Nadellager 19 (F i g. 1

chen 2 bis 8 entnehmen. und 3). Die Zapfen 17 der beiden Tripoden 5 sind um 60°

Mit der Erfindung geht eine Reihe von Vorteilen ein- zueinander versetzt, und jede der sechs Rollen 18 ist in

her, deren wohl wesentlichster darin besteht, daß die einer der Rollbahnen 11,14 aufgenommen. Die Zapfen

Einzelgelenke — und demgemäß auch deren Teile — 20 17 können Bestandteil der Welle 4 sein oder mit einer

aufgrund ihres günstigen Beugewinkels relativ klein di- die Zapfen 7 tragenden mittig angeordneten Nabe auf

mensioniert werden können. Schwächungen der Bautei- dieser befestigt sein.

Ie werden trotz eines relativ großen Gesamtbeugewin- Die sechs Nasen 12 und 16 greifen kammartig inein-

kels vermieden. Darüber hinaus führt die kompakte ander. Ihre Innenflächen 34,35 sind kugelig und wirken

Bauweise der vorgeschlagenen Gleichlaufgelenkkupp- 25 mit der ebenfalls kugeligen Außenfläche 20 des Ringes 6

lung zu einer günstigen Beeinflußung des Antriebsstran- zusammen, dessen zylindrische Innenbohrung 21 einen

ges bei den angetriebenen Rädern eines Kraftfahrzeu- Durchmesser aufweist, der wesentlich größer ist, als der

ges. Dies bedeutet, daß die Vorteile der erfindungsgc- Außendurchmesser der Welle 4. Der Ring 6 umschließt

mäßen Kupplung bei ihrer Anwendung zum Antrieb der die Welle zwischen den beiden Tripoden 5.

Räder eines Kraftfahrzeuges besonders deutlich wer- 30 Wie aus Fig.! ersichtlich, entsteht bei gestrecktem

den. Gelenk eine tangentiale Berührung der sechs Rollen 18

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsge- mit den Stirnflächen 22 des Ringes 6. So wird die Baumäßen Gleichlaufgelenkkupplung, im Folgenden als einheit — erste Tripode 5, Welle 4 und zweite Tripode 5 Gleichlaufdrehgelenk bezeichnet, sind in der Zeichnung — vom Ring 6 axial geführt und hält dabei den Ring 6 dargestellt Es zeigt 35 etwa parallel zur Welle 4.

F i g. 1 einen Längsschnitt eines Gleichlaufdrehgelen- Bei gebeugtem Gelenk wird die axiale Führung der

kes Baueinheit 5—4—5 durch die aufeinanderfolgende Be-

F i g. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in rührung der Rollen 18 mit der Führungsfläche 23 der Fig. 1; gegenüberliegenden Nasen 12, 16 sichergestellt, wobei Fig.3 eine ähnliche Darstellung wie bei Fig. 1, die 40 das Profil dieser Führungsfläche 23 dem Außenprofil

das Gelenk unter seinem maximalen Beugewinkel zeigt; der Rollen 18 bei unterschiedlichen Beugewinkeln ange-

Fig.4 einen Teilschnitt einer Einzelheit entlang der paßt ist. Außerdem sind die Rollen 18 so bemessen, daß Linie 4-4 von F i g. 3; wenigstens ein Teil von ihnen bei jedem möglichen Beu- F i g. 5 eine ähnliche Darstellung wie bei F i g. 3 für gewinkel des Gelenkes in der Nähe der Stirnflächen 22

eine Ausführungsvariante des Gelenks nach Fig. 1 —3; 45 des Ringes 6 bleibt, so daß der Ring 6 höchstens eine

Fig. 6 eine Teilansicht einer weiteren Ausführungs- geringe Winkelausschlagfreiheit gegenüber der Baueinvariante desselben Gelenks unter maximalem Beuge- heit 5—4—5 hat. Geometrische Überlegungen zeigen, winkel; daß dadurch der Ring 6 etwa in der Winkelhalbierenden

Fig.7 eine Darstellung der Variante nach Fig.6 in Ebene Pdes Gelenkes verbleibt, während die Achsen

gestreckter Lage. 50 der Welle 9 und des Flansches 15 sich weiterhin im

Das in den F i g. 1 bis 3 dargestellte Gleichlaufdrehge- Mittelpunkt 0 des Ringes 6 schneiden. So kann sich der

lenk I besteht aus zwei äußeren Mitnehmern 2, 3 und Ring 6 nicht durch Kippen aus den Nasen 12,16 lösen,

einer zylindrischen Welle 4, die an beiden Enden je eine Zu bemerken ist, daß die Nasen 12 und 16 eine hohe

Tripode 5 trägt, einem außen kugeligen und innen zylin- Festigkeit aufweisen,

drischen Ring 6 sowie einem Faltenbalg 7 aus Gummi. 55 Der maximale Beugewinkel δ des Gelenkes 1 F i g. 3

Für die Beschreibung stellt man sich das Gelenk 1 ist erreicht, wenn der Wellenabschnitt 4 die Bohrung 21

gestreckt auf einer horizontalen Achse X-X vor. des Ringes 6 berührt. Hierdurch entsteht eine ständige

Der angetriebene äußere Mitnehmer 2 ist tulpenför- Sicherheitsgrenze, wenn das Gelenk über seine geome-

mig ausgebildet. Er besteht aus einem Schaft 8, der über trische Winkelkapazität hinaus beansprucht wird. Um

eine Seitenwelle 9 und ein weiteres Gelenk mit dem bo diese Position zu erreichen, kann eine Aussparung 24

Getriebe eines Fahrzeugs mit Frontantrieb verbunden am unteren Ende jedes Zapfens 17 vorgesehen werden, ist. An diesem Schaft sind drei parallel zur Achse X-X und zwar in der Nabe, die diese Zapfen 17 trägt, oder in

umfangsverteilt angeordnete Tulpenblätter 10 ange- der Welle 4 selbst, um so das Ende der im allgemeinen in

schlossen, deren Zwischenräume drei Paare von Roll- derselben Radialcbcne befindlichen Nase 12, 16 aufzu-

bahnen 11 bilden (Fig.3). Die beiden Rollbahnen U 65 nehmen. In dieser Position erreichen die Rollen 18 das

jedes einzelnen Paares liegen sich gegenüber, und zwar Ende ihrer Rollbahnen 11,14.

auf ein und demselben Zylinder, dessen Achse V- Y par- Um dabei eine Schwächung der Welle 4 zu vermei-

allel zur Achse X-X verläuft. Die drei Achsen K-V sind den, kann man alternativ das Ende der Nasen 12. tfi mit

einer Fase 25 versehen, wie in Fig.4 dargestellt. In dieser F i g. 4 ist zu sehen, daß die Nasen 16 — in der Ebene betrachtet — die Form eines Dreiviertelkreises haben, der mit dem übrigen Teil des äußeren Mitnehmers 3 über eine Anschlußzone 26 mit annähernd paral- ■> lelen Seiten verbunden ist. Diese Form ist gewählt worden, um den Nasen 16 eine maximale Stützfläche 35 auf dem Ring 6 zu bieten, ohne daß es dabei zu Überschneidungen beim Gelenkausschlag aufgrund von elastischen Verformungen unter extremen Drehmomentwerten kommt. Jede Nase 12,16 ist außerdem so bemessen, daß sie sich in die Rollbahnen 14,11 des gegenüberliegenden äußeren Mitnehmers 3,2 hineinbewegen kann, welcher sich während der Drehung des gebeugten Gelenkes in der gleichen Radialebene befindet ι <=,

Das Schleifen der kugeligen Innenflächen der Nasen

12 und 16 wird zweckmäßigerweise auf den funktionsmäßig notwendigen Bereich beschränkt. Hierzu können Einstiche 12,4, 16/4 an den Nasenwurzeln über diesen Nutzbereich hinaus — wie in F i g. 1,3 und 4 dargestellt — vorgesehen werden.

Das gesamte Gelenk 1 wird durch den Faltenbalg 7 geschützt, der das Schmiermittel zurückhält und von dem nur eine Hälfte in F i g. 1 als Beispiel gezeigt ist. Aus Übersichtlichkeitsgründen wurde dieser Faltenbalg 7 in den anderen Figuren fortgelassen. Ein Ende dieses Faltenbalgs 7 umschließt die Tulpe (äußerer Mitnehmer 2) und ist an deren Schaft 8 befestigt. Das andere Ende ist auf dem Ringkörper 13 des äußeren Mitnehmers 3 in der Nähe der entsprechenden Wurzeln der Nasen 16 jo befestigt. Etwa in der Mitte weist der Faltenbalg 7 einen bei der Herstellung innen angeformten Wulst 27 auf, die sich auf den Nasen 12 und 16 abstützt und verhindert, daß diese in Berührung mit den Falten des Balgs 7 kommen.

Der Flansch 15 dient zur Befestigung des Gelenkes an einer Radnabe. Alternativ kann der äußerer Mitnehmer 3 wie aus F i g. 5 ersichtlich Bestandteil der Nabe 28 sein, die einen Flansch 29 zur Befestigung des Rades trägt und das Innenteil eines zweireihigen Kugellagers 30 bildet, dessen Außenteil 31 an einem Achsträger befestigt wird.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel (Fig,6) wurde der Flansch 15 fortgelassen und der Ringkörper

13 an eine mit dem Achszapfen 33 verbundene Schale geschweißt. Als weitere Alternative kann, wie in F i g. 7 dargestellt, der Ringkörper 13 Bestandteil des Zapfens 33 sein.

Grundsätzlich kann natürlich jede geeignete Aufbau- und Verbindungsart der beiden Mitnehmer mit den Antriebs- und Abtriebselementen vorgesehen werden. Das Gelenk könnte insbesondere auch aus zwei äußeren Mitnehmern mit Tulpenblättern wie bei dem äußeren Mitnehmer 2 oder aus zwei geschlossenen Mitnehmern ohne Tulpenblättern wie beim Mitnehmer 3 bestehen.

Das nach der Erfindung konstruierte Gelenk kann ohne Einschränkung seiner mechanischen Festigkeit unter Beugewinkeln von mindestens 50° (52° in den dargestellten Beispielen) arbeiten. Sein Aufbau ist einfach und robust, sei?>e Herstellung ist problemlos und erfordert keine genaue Fertigung und Montage. Sein Rotationsdurchmesser ist gering.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

:

Claims

1 2 ■■ dung zum Antrieb der Räder eines Kraftfahrzeuges, Patentansprüche: wobei die eine der äußeren Kupplungshälften (3) mit einer Radnabe (28) oder einem Achszapfen (33) und

1. Gleichlaufgelenkkupplung, bestehend aus zwei die andere der äußeren Kupplungshilften (2) mit äußeren Kupplungshälften und einem in diese einge- s einer Antriebswelle (9) verbunden ist
schobenen Zwischenstück, das aus zwei in axialem

Abstand zueinander auf einer Zwischenwelle dreh-

fest angebrachten Tripodesternen besteht, wobei jeder Tripodestern mit drei sich radial erstreckenden,

um jeweils 120° zueinander versetzten Zapfen aus- io Die Erfindung betrifft eine Gleichlaufgelenkkuppgebildet ist, auf denen eine sphärische Außenfläche lung, bestehend aus zwei äußeren Kupplungshälften aufweisende Rollen drehbar und entlang deren Ach- und einem in diese eingeschobenen Zwischenstück, das se verschiebbar angeordnet sind, und wobei die au- aus zwei in axialem Abstand zueinander auf einer Zwißeren Kupplungshälften jeweils drei, entsprechend schenwelle drehfest angebrachten Tripodesternen beden Zapfen des darin eingeschobenen Tripodesterns 15 steht, wobei jeder Tripodestern mit drei sich radial erangeordnete, axial verlaufende Bahnen aufweisen, in streckenden, um jeweils 120° zueinander versetzten denen die Rollen geführt sind und deren Querschnitt Zapfen ausgebildet ist, auf denen eine sphärische Audem der Rollen angepaßt ist, dadurch gekenn- ßenfläche aufweisende Rollen drehbar und entlang dezeichnet, daß die beiden äußeren Kupplungs- ren Achse verschiebbar angeordnet sind, und wobei die hälften (2,3) jeweils zwischen zwei Bahnen (11 bzw. 20 äußeren Kupplungshälften jeweils drei, entsprechend 14) axial vorspringende Nasen (12 bzw. 16) mit kuge- den Zapfen des darin eingeschobenen Tripodesterns anliger Innenfläche (34,35) aufweisen, mit der sie auf geordnete, axial verlaufende Bahnen aufweisen, in deeiner kugeligen Außenfläche (20) eines Ringes (6) nen die Rollen geführt sind und deren Querschnitt dem geführt sind, welcher im wesentlichen koaxial zur der Rollen angepaßt ist

Zwischenwelle (4) angeordnet ist und einen Innen- 25 Nach dem Tripode-Prinzip aufgebaute Gelenke sind

durchmesser aufweist, der größer ist als der Außen- an sich bekannt Aus der DE-PS 11 94 205 ergibt sich

durchmesser der Zwischenwelle (4), und daß die Tri- u. a„ daß der Beugewinkel derartiger Gelenke auf etwa

podesterne (5) in Umfangsrichtung um 60° zueinan- 40°... 45° begrenzt ist. Zum Erreichen größerer Beuge-

der versetzt angeordnet sind. winkel müßten Gelenke dieser Art stark vergrößert

2. Gleichlaufgelenkkupplung nach Anspruch 1, da- 30 werden. Eine solche Vergrößerung aber erfordert entdurch gekennzeichnet, sprechend großen Bauraum, der aber in der Regel, insdaß der Außendurchmesser der Zwischenwelle (4) besondere in dem angetriebenen Rädern eines Kraft- und der Durchmesser der Bohrung (21) des Ringes fahrzeuges, nicht zur Verfügung steht.

(6) so ausgelegt sind, daß bei Erreichen des maximal Bekannterweise finden derartige Gleichlaufgelenke

zulässigen Beugewinkels (<J) der Gleichlaufgelenk· 35 in den Antriebs- und Lenkrädern von Kraftfahrzeugen

kupplung die Welle (4) in der Bohrung (21) zur AnIa- mit Frontantrieb Anwendung. Sie sind am Achszapfen

ge kommt. oder neben bzw. innerhalb der Radnabe angeordnet Bei

3. Gleichlauf gelenkkupplung nach Anspruch 1, da- steigendem Maximal-Arbeitswinkel werden die BeIadurch gekennzeichnet, stungen, denen die einzelnen Teile der Gelenke ausgedaß die Nasen (12, 16) der beiden äußeren Kupp- 40 setzt sind, sowie die Reibung und damit auch die lungshälften (2,3) bei gestreckter Lage des Gelenkes Klemm- und Freßneigung größer. Dies wiederum bekammförmig ineinandergreifen. dingt, daß die notwendigen Bauteile, insbesondere die

4. Gleichlaufgelenkkupplung nach Anspruch 1,da- äußeren tulpenförmigen Mitnehmer, immer kleiner gedurch gekennzeichnet, baut und mit immer mehr Aussparungen versehen werdaß die Rollen (18) der beiden Tripodesterne (5) 45 den müssen, um so Überschneidungen zwischen den einStirnflächen (22) zu beiden Seiten des Ringes (6) be- zelnen Gelenkteilen zu vermeiden. Durch derartige rühren. Maßnahmen verlieren sie natürlich an Festigkeit.

5. Gleichlaufgelenkkupplung nach Anspruch 1, da- Gelenke der genannten Art sind aber Sicherheitsteile. ' durch gekennzeichnet, Deshalb hat man bisher entweder den Beugewinkel die- ^ daß zur axialen Zentrierung des aus den beiden Tri- so ser Gelenke auf 40° ... 45° begrenzt oder aber die Ge- ;- podesternen (5) mit Rollen (18) und der Zwischen- lenke stark überdimensioniert. Diese zweite Maßnahme

welle (4) bestehenden Zwischenstückes (5, 4,5) bei ist jedoch kostspielig und führt aufgrund der größeren

\ \> Beugung der äußeren Kupplungshälften (2,3) zuein- Einbaumaße zu einer relativen Veringerung des Radein-

^ ander die Nasen (12,16) außen mit einer Führungs- Schlages, was dem angestrebten Ziel entgegensteht

fläche (23) für die Rollen (18) versehen sind. 55 Inder FR-PS 14 40 820 wurde des weiteren schon ein

^

6. Gleichlaufgelenkkupplung nach einem der An- Doppelgelenk vorgeschlagen, bei welchem die Zentrie-

sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, rung mittels ineinandergreifender Flächen der beiden

... daß das freie Ende jeder Nase (12,16) eine Fase (25) Kupplungshälften bewerkstelligt wird. Dieser bekannte

¹i aufweist, die an der Zwischenwelle (4) bei Errei- Lösungsvorschlag erfordert jedoch axial unverschiebli-

Gj| chung des maximalen Beugewinkels (O) anliegt. 60 ehe Einzelgelenke. Auch erlaubt diese bekannte Ausfüh-

If

7. Gleichlaufgelenkkupplung nach einem der An- rung keine großen Beugewinkel, wie sie beispielsweise

Sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, /um Frontantrieb von Kraftfahrzeugen unerläßlich sind.

t daß die Zwischenwelle (4) bzw. eine Nabe der Tripo- Angesichts der den bekannten Lösungen konstruktiv

desterne (5) Aussparungen (24) aufweist, in die das vorgegebenen Grenzen hat sich die vorliegende Erfin-

freie Ende der Nasen (12, 16) bei Erreichung des b5 dung die Aufgabe gestellt, eine Gleichlaufgelenkkupp-

maximalen Beugewinkels (J) hineinragt. lung nach dem Tripode-Prinzip zu schaffen, welche zum

8. Gleichlaufgelenkkupplung nach einem der An- einen Beugewinkel in der Größenordnung von 50° und

sprüche 1 oder 2. gekennzeichnet durch die Verwen- mehr zuläßt, und zum anderen unter Beugung die glei-