DE3217567A1

DE3217567A1 - Gleichlaufdrehgelenk

Info

Publication number: DE3217567A1
Application number: DE19823217567
Authority: DE
Inventors: Michel Alexandre 78700 Conflans-Sainte-Honorine Orain
Original assignee: Glaenzer Spicer SA
Current assignee: Glaenzer Spicer SA
Priority date: 1981-06-01
Filing date: 1982-05-11
Publication date: 1982-12-30
Also published as: ES265297U; IT8267703A0; US4565540A; JPS58628A; JPH0338451B2; FR2506874B1; BR8203190A; IT1156352B; FR2506874A1; ES265297Y; GB2099549A; GB2099549B; DE3217567C2

Description

GIeichlaufdrehgelenk

Die Erfindung betrifft ein Gleichlaufdrehgelenk bestehend aus einem ersten Gelenkteil mit einer drei umfangsverteilt und in einer Ebene angeordneten Zapfen aufweisende Tripode, deren Zapfen mit kugelförmigen Zonen versehen sind, auf denen Rollen dreh- und schwenkbeweglich gelagert sind, wobei die Rollen in zu den Zapfen entsprechend umfangsverteilten Bahnpaaren eines zweiten Gelenkteiles angeordnet sind und die Rillen entlang der Achse der Rollbahnen bewegbar geführt sind.

Bei Gelenken mit axialer Verschiebung ist bereits vorgeschlagen worden, die Schrägstellung der Rollen gegenüber den Rollbahnen zu vermeiden, wenn das Gelenk unter Beugewinkel arbeitet (DE-OS 27 48 044, und DE-OS 28 31 044). Hierdurch sollte eine Ursache der vorhandenen Reibungskräfte bei den herkömmlichen Tripodegelenken mit auf den Zapfen der Tripode drehbar und verschiebbar montierten Rollen beseitigt werden. Die vorgeschlagenen Lösungen konnten jedoch diese Reibungskräfte nur teilweise beseiti-

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gen, da Reibungskräfte bei Dreh- und Verschiebebewegungen der Rollen weiterhin auftreten. Außerdem erfordern diese Lösungen aufwendige Konstruktionen, durch Hinzukommen zusätzlicher Teile. Darüber hinaus wird der erforderliche Bauraum vergrößert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Tripodegelenkes mit sehr einfachem, kompaktem und robustem Aufbau, bei dem die inneren Reibungskräfte in erheblichem Maße vermindert sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Rollen eine kreisringförmig-konvexe Innenfläche aufweisen und daß zwischen der kreisringförmig-konvexen Innenfläche und der kugelförmigen Zone des zugehörigen Zapfens als Diabolorol- , len ausgebildete Lagerkörper angeordnet sind.

Von Vorteil bei dieser Ausbildung ist

- eine kompakte Bauweise, da die Rollen unmittelbar unter Zuhilfenahme der Diabolorollen auf dem zugehörigen Zapfen gelagert sind,

- ein automatisches Ausrichten der Diabolorollen, so daß ein freies Drehen ohne Klemmen der Rollen gewährleistet ist,

- Mittel zur axialen Sicherung der Diabolorollen sind nicht erforderlich und die Stirnseiten der Diabolorollen können im Gegensatz zu den herkömmlichen Rollen bzw. Nadeln unbearbeitet und ungenau bleiben, was eine Vereinfachung der Montage, eine Verringerung der anfälligen Teile, eine Verbesserung der Lebensdauer sowie eine wirtschaftliche Herstellung mit sich bringt.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die innere Form des die Rollbahnen enthaltenden Gelenkteiles sowie die Abmessungen und die Anzahl der Diabolorollen so gewählt sind, daß die großen Außendurchmesser der

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Diabolorollen sich einander zur Begrenzung der Bewegung der Rollen zur freien Stirnseite der Zapfen der Tripode hin in Endstellung berühren. Hierdurch werden Sicherungsmittel überflüssig.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der kugelförmigen Fläche jedes Zapfens und der Achse der Tripode etwas größer als der Abstand zwischen der Symmetrieebene der Rollbahnen und der Achse des Rollbahnen enthaltenden Gelenkteiles ist.

Die Rollen können außen eine Vielzahl von Formen haben, die zusammen mit den Bahnen des Außenteiles ein Festhalten jeder Rolle in der Symmetrieebene der beiden entsprechenden Bahnen sicherstellen.

Bevorzugt ist vorgesehen, daß die Rollen außen kreisringförmig ausgebildet sind und die Rollbahnen einen entsprechenden Querschnitt aufweisen.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgeschlagen, daß der Radius der Mantellinie der Außenfläche der Rollen kleiner als ein Viertel des Außendurchmessers dieser Rollen ist.

Eine Ausführungsform sieht vor, daß die Rollen eine kreisringförmig-konkave Außenfläche haben.

Alternativ ist es jedoch auch möglich, daß die Rollen außen zylindrisch ausgebildet sind und Mittel zur seitlichen Sicherung der Rollen aufweisen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen, die nur einige Ausführungsformen darstellen, näher erläutert.

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Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt eines Gleichlaufgelenkes im gestreckten Zustand,

Fig. 2 einen Längsschnitt desselben Gelenkes in gebeugtem Zustand,

Fig. 3 einen Längsschnitt in vergrößertem Maßstab durch eine Rolle des Gelenkes,

Fig. 4 die Sicherung einer Rolle auf dem zugehörigen Zapfen,

Fig. 5 bis 7 die Anordnung einer Rolle auf dem zugehörigen Zapfen, wobei Fig. 5 und 7 Längsschnitte der Rolle und Fig. 6 eine Ansicht in der Richtung des Pfeils 6 von Fig. 5 darstellen,

Fig. 8 und 9 ähnliche Ansichten wie Fig. 1 bzw. 2 von einer zweiten Ausführungsform des Gelenkes,

Fig.10 und 11 ähnliche Ansichten wie Fig. 1 bzw. 2 von einer dritten Ausführungsform des Gelenkes,

Fig.12 bzw.13 einen Querschnitt bzw. Längsschnitt eines Außenteiles des Gelenkes einer vierten Ausführungsform,

Fig. 14 einen Längsschnitt einer Rolle des Gelenkes Fig. 10 und 11 bzw. gemäß Fig. 12 und 13,

Fig. 15 einen Querschnitt einer fünften Ausführungsform des Gelenkes.

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Das in Fig. 1 und 2 dargestellte Gleichlaufgelenk 1 besteht aus einer Tripode 2, einem Außenteil 3, drei Rollen 4 und drei Kränzen von Diabolorollen 5.

Die Tripode 2 besitzt eine zentrale Nabe, die am Ende einer Welle 7 mit Achse X-X befestigt ist. Von dieser Nabe erstrecken sich drei Zapfen 8 mit je einer kugelförmigen Zone 9 mit dem Radius Rl radial nach außen. Das Außenteil 3 ist eine hohle Muffe mit der Achse Y-Y, die an beiden Enden offen ist und die Tripode 2 aufnimmt. An ihrem der Welle 7 gegenüberliegenden Ende ist sie mit einem Außenflansch 10 zur Befestigung an eine zweite (nicht dargestellte) Welle versehen.

Innen besitzt das Außenteil 3 drei Paare von gegenüberliegenden Rollbahnen 11. Jede Rollbahn 11 erstreckt sich entlang einer ' geradlinigen Achse Z-Z und besteht im Querschnitt aus einem Kreisbogenabschnitt mit dem Radius R2. We,nn D den maximalen Abstand zwischen den Rollbahnen 11 eines Paares bezeichnet, wählt man vorzugsweise R2 ·< D/4. Die radial außen liegenden Enden der Rollbahnen 11 eines Paares sind durch einen Kreisringabschnitt 12 mit einem Radius, der deutlich größer als R2 ist, miteinander verbunden. Ihre Achsen Z-Z liegen in einer Ebene P, die im Abstand r_ zur Achse Y-Y des Außenteiles verläuft.

In jedem Paar von Rollbahnen 11 ist radial eine Rolle 4 eingeschlossen. Diese Rolle 4 ist ringförmig und relativ flach ausgebildet und hat eine kreisförmig-konvexe Außenfläche 13 mit einem maximalen Durchmesser D', der etwas kleiner als der Abstand der Rollbahnen 11 eines Paares ist, sowie einen Mantellinienradius R'2, der etwas kleiner ist als der Radius der Rollbahn 11. Die Innenfläche 14 der Rollen 4 ist kreisringförmig-konvex ausgebildet und hat einen Mantellinienradius, der gleich dem der kugelförmigen Zone 9 des Zapfens 8 ist. In axia-

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ler Richtung sind die Rollen 4 durch zwei ebene Stirnseiten 15

begrenzt, deren Abstand kleiner als die entlang der Achse der

Zapfen 8 gemessene Länge der kugelförmigen Zone 9 der Zapfen 8 ist.

Die Diabolorollen 5 haben einen Mantellinienradius, der in etwa dem der kugelförmigen Zone 9 des Zapfens 8 bzw. der Innenfläche 14 der Rollen 4 entspricht. Die Länge der Diabolorollen entspricht etwa der Dicke der Rollen 4, und sie passen genau zwischen die Flächen 9 der Zapfen 8 und der Innenfläche 14 der Rollen 4.

Be_;i unter Beugewinkel arbeitendem Gelenk (Fig. 2) wird jede Rolle 4 von zwei Rollbahnen 11 in einer Ebene P (parallel zur Achse Y-Y des Außenteiles 3) gehalten, und das Abrollen auf der Fläche 14 der zwingt diese, ihre Achsen senkrecht zu dieser Ebene P zu halten.

Außerdem wird die relative axiale Verschiebung der Rolle auf dem Zapfen praktisch ohne Gleiten erreicht. Bei einer axialen Verschiebung ä des Zapfens gegenüber der Rolle betrüge nämlich das Gleiten m, wenn das Gelenk nicht drehte:

m = a Rl

2 Rl + d

wobei d für den minimalen Durchmesser der Diabolorollen 5 steht. Bei arbeitendem Gelenk drehen jedoch die Diabolorollen ständig gelenkig, was, durch einen kombinierten Gleit- und Rolleffekt eine Art Reibungsunterdrückung bewirkt. Es läßt sich in der Tat feststellen, daß diese Axialverschiebung praktisch widerstandslos erfolgt.

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Bei allen Tripodegelenken ist es notwendig, das Auseinanderfallen der Rollen und der Rollkörper der Tripode zu verhindern, bevor diese in das Außenteil eingesetzt wird, sowie bei extremen Einsatzbedingungen, wenn eine Rolle aus den Rollbahnen 11 austritt. Bei dem oben beschriebenen Gelenk 1 wird das Auseinanderfallen der Rollen 4 und der Diabolorollen 5 auf besonders einfache und vorteilhafte Weise ohne Einsatz einer Zusatzvorrichtung zur axialen Sicherung verhindert.

Das Umfangsspiel, d.h. die Summe der Abstände zwischen den großen Durchmessern der Diabolorollen, gemessen bei Durchgang des Mittelpunktes der kugelförmigen Zone 9 des Zapfens 8 durch die Symmetrieebene P der Rolle ist nämlich so gewählt, daß die großen Durchmesser der Diabolorollen sich alle berühren, wie in Fig. 4 dargestellt, wenn die Rolle 4 sich axial um einen bestimmten Wert gegenüber ihrem Zapfen 8 verschiebt, was eine größere axiale Verschiebung, die zum Auseinanderfallen führen könnte, verhindert.

Dieses umfangsspiel muß groß genug sein, um die Montage der Diabolorollen 5 zu ermöglichen. Es zeigt sich, daß es notwendig ist, die letzte Diabolorolle 5 nach Zusammendrücken der anderen Diabolorollen 5 an ihrem Platz einzudrücken, wozu die Elastizität der zu montierenden Teile, die aus sehr hartem Stahl bestehen, ausgenutzt wird.

Die in den Figuren 5 bis 7 dargestellte Weise erläutert genauer die Vorgehensweise. Bei gegenüber der Achse des Zapfens 8 schräg stehender Rolle 4 (Fig. 5 und 6) werden entlang der Innenfläche 14 alle Diabolorollen 5 außer einer, die mit 5A gekennzeichnet ist, eingeführt und ihre großen Außendurchmesser 16 miteinander in Berührung gebracht (Fig. 6). Das Einsetzen der Diabolorolle 5A kann nur schräg erfolgen, indem ihr großer

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Innendurchmesser 17 in die Einschnürungszone 18 der beiden benachbarten Diabolorollen 5 gebracht wird. Eine axiale Schubkraft F in Pfeilrichtung, gemäß Fig. 5, auf die Diabolorolle 5A und auf den benachbarten Teil der Rolle 4 bewirkt dann das elastische Zusammendrücken der anderen Diabolorollen 5 sowie die
elastische Verlängerung der Rolle 4 über ihren Umfang und ermöglicht nach Überwindung eines kritischen Punktes, alle Teile
in die normale Betriebslage, gemäß Fig. 7, zu bringen. Das Auseinanderfallen wäre dann nur mit einer Kraft in der gleichen
Größenordnung wie F möglich, d.h. mit einer Kraft, die viel
stärker als die im Betrieb auftretenden Axialkräfte sein müßte.

Wenn das Gelenk 1 unter Beugewinkel cT (Fig. 2) dreht, verschieben sich die Rollen durch das Prinzip der Tripodeverbindung gegenüber ihrer neutralen Lage um einen Weg:

j = + 3 r (1 - cos cT) radial nach außen
und um einen Weg:

i= r ( 1 - 1) radial nach innen.
1 cos £

Dies führt zu axialen Versetzungen zwischen der Symmetrieebene
der Diabolorolle 5 und dem Mittelpunkt der kugelförmigen Zone 9 des Zapfens 8. Diese axialen Versatzgrößen können für einen bestimmten Winkel cT ausgeglichen werden, wenn der Abstand I_- zwischen dem. Mittelpunkt S der kugelförmigen Zone 9 und der Achse
X-X der Tripode größer als r. gewählt wird, so daß:

λ = j - X bzw. λ =

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Für r = 20 mm und cf = 10° ergibt sich beispielsweise j = 0,455 und i = 0,154, so daß der Ausgleich λ den Wert:

Ti = 0,455 - 0,154

2 = 0,150 nun hat.

Dadurch haben die nach innen und nach außen gleichen Versatzgrößen einen gemeinsamen Wert:

ρ = 0,455 -> 0,150 = 0,305 mm.

Der Ausgleich Λ führt zu einer Vergrößerung des Radialspiels in der Verbindung Zapfen/Rolle, aber diese Spielvergroßerung beträgt:

P ⁼ p² , d.h. für Rl = 10,5 mm und d = 4 mm ' 4Rl + 2d

P ~ 0>305² = 0,0018 mm, also p 2 Mm, was durchaus zu-42+8 ' lässig ist.

Durch die leichte Verschiebung nach außen λ des Mittelpunktes der kugelförmigen Zone 9 gegenüber der Ebene P erhält man also eine gute Zentrierung der Last auf den Diabolorollen 5 und eine gute Verteilung dieser Last entlang ihrer Mantellinien, was die maximale Drehmomentübertragungskapazität sicherstellt.

Das Gelenk 101 gemäß Fig. 8 und 9 unterscheidet sich von dem gemäß Fig. 1 und 2 dadurch, daß die Tripode 102 als Ring ausgebildet ist, von dem die Zapfen 108, die die Rollen 4 über Dia-

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bolorollen 5 tragen, radial nach außen ausgehen. Außerdem sind die Rollbahnen 111 auf den drei Flügeln eines Profilstahls 103 mit sternförmigem Querschnitt vorgesehen.

Das Gelenk 201 gemäß Fig. 10 und 11 unterscheidet sich von dem vorgenannten Gelenk nur durch die Art des Festhaltens jeder Rolle in ihrer Ebene P. Jede Rolle 204 ist nämlich außen zylindrisch ausgebildet, und die Rollbahnen 211 sind ebene Flächen.

Diese Rollbahnen 211 sind innen durch eine Schulter 220 auf den Flügeln des Sterns und außen durch vorstehende Kanten 221 von drei an _;den Enden dieser Flügel befestigten Platten 222 begrenzt.

Fig. 12 und 13 zeigen ein Gelenk 301, das eine Kombination der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 und der nach Fig. 10 und 11 darstellt. Die (nicht dargestellte) Tripode ist nämlich die identisch zu der in Fig. 1 und 2 dargestellten, trägt aber drei außen zylindrische Rollen 204. Die Rollbahnen 311 des Außenteils 303 sind eben ausgebildet, und die mit Schrauben 322A zwischen den benachbarten Rollbahnen der benachbarten Rollen befestigten Leisten 322 bilden die Innenflächen 320 zur axialen Steuerung jeder Rolle 204 in ihrer Ebene P, wobei die äußeren Steuerungsflächen 321 durch Schultern des Außenteils an beiden Seiten der Rollbahnen 311 gebildet werden.

Das Gelenk 401 gemäß Fig. 15 ist im Prinzip das gleiche wie das Gelenk 1 gemäß Fig. 1 und 2, mit dem Unterschied, daß die Rollen 404 eine kreisringförmig-konkave Außenfläche 413 mit einem Radius, der etwa Rl entspricht, aufweisen und auf zylindrischen Rollbahnen 411 mit konvexem Querschnitt abrollen. Jede konvexe Rollbahn 411 kann vorteilhaft die zylindrische Verlängerung der an die benachbarte.Rolle angrenzenden Rollbahn 411 sein. Diese

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Rollbahnen 411 lassen sich durch Kaltverformung der ursprünglich kreisförmigen Wand des Außenteils 403, das wie vorher mit einem Endflansch 410 versehen ist, leicht herstellen.

Die Arbeitsweise sowie die Vorteile der Gelenke nach den Figuren 8 bis 15 sind die gleichen wie beim Gelenk 1 gemäß Fig. 1 und 2. Bei jeder Ausführungsform ist das Außenteil 3, 102, 202, 303, 403 an einem Ende mit einer Außennut 30 versehen, die .zur Verankerung des großen Endes eines nicht dargestellten Faltenbalgs dient, dessen kleines Ende die mit dem anderen Teil des Gelenkes verbundene Welle umschließt. Dieser Faltenblag hält das Schmiermittel zurück und schützt den Mechanismus, den er abdeckt.

Alle in den Zeichnungen dargestellten Gelenke sind als Verschiebegelenk ausgebildet; man kann jedoch eine ähnliche Montage der Rollen auf dem Zapfen der Tripode auch bei Festgelenken vornehmen, d.h. bei denen die Tripode gegenüber dem Rollbahnelement axial unverschieblich gehalten ist.

Claims

Glaenzer Spicer "; "-_ . "; :^: '-'_' } 10. Mai 1982 10, Rue J.P. Timbaud ,:. .:. ".."... "..".:.. Hw/Nb F-78301 Poissy S0160.001

Patentansprüche

Gleichlaufdrehgelenk bestehend aus einem ersten Gelenkteil mit einer drei umfangsverteilt und in einer Ebene angeordneten Zapfen aufweisende Tripode, deren Zapfen mit kugelförmigen Zonen versehen sind, auf denen Rollen dreh- und schwenkbeweglich gelagert sind, wobei die Rollen in zu den Zapfen entsprechend umfangsverteilten Bahnpaaren eines zweiten Gelenkteiles angeordnet sind und die Rollen entlang der Achse der Rollbahnen bewegbar geführt sind, dadurch gekennzeichnet,

daß die Rollen (4, 204, 404) eine kreisringförmig-konvexe Innenfläche (14) aufweisen und daß zwischen der kreisringförmig-konvexen Innenfläche (14) und der kugelförmigen Zone (9) des zugehörigen Zapfens (8,108) als Diabolorollen (5) ausgebildete Lagerkörper angeordnet sind.

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2. Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die innere Form des die Rollbahnen enthaltenden Gelenkteiles (3, 103, 203, 303) sowie die Abmessungen und die Anzahl der Diabolorollen (5) so gewählt sind, daß die großen Außendurchmesser (16) der Diabolorollen (5) sich einander zur Begrenzung der Bewegung der Rollen (4, 204) zur freien Stirnseite der Zapfen (8, 108) der Tripode (2, 102, 202) hin in Endstellung berühren

3. Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Abstand (1) zwischen dem Mittelpunkt (S) der kugelförmigen Fläche (9) jedes Zapfens (8, 108) und der Achse (X-X) der Tripode (2, 102, 202) etwas größer als der Abstand (r) zwischen der Symmetrieebene (P) der Rollbahnen (11, 111, 211, 311) und der Achse (Y-Y) des die Rollbahnen enthaltenden Gelenkteiles (3, 103, 203, 303) ist.

4. Gleichlaufdrehgelenk nach den Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Rollen (4, 404) außen kreisringförmig ausgebildet sind und die Rollbahnen (11, 411) einen entsprechenden Querschnitt aufweisen.

5. Gleichlaufdrehgelenk, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß der Radius (R2) der Mantellinie der Außenfläche (13) der Rollen (4) kleiner als ein Viertel des Außendurchmessers (D') dieser Rollen ist.

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Gleichlaufdrehgelenk, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (404) eine kreisringförmig-konkave Außenfläche (413) haben.

7. Gleichlaufdrehgelenk, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (204) außen zylindrisch ausgebildet sind und die Rollbahnen (211, 311) eben ausgebildet sind und Mittel (220, 221, 320, 321) zur seitlichen Sicherung der Rollen (204) aufweisen.