DE3426954C2

DE3426954C2 - Übertragungsgelenk

Info

Publication number: DE3426954C2
Application number: DE3426954A
Authority: DE
Inventors: Michel Alexandre Dr.-Ing. Conflans-Sainte-Honorine Orain
Original assignee: Glaenzer Spicer SA
Current assignee: Glaenzer Spicer SA
Priority date: 1983-08-02
Filing date: 1984-07-21
Publication date: 1986-05-15
Also published as: ES280853Y; IT8467769A1; DE3426954A1; FR2550292B1; GB2146737B; IT8453691V0; JPH0480249B2; JPS6053220A; IT8467769A0; IT1179752B; US4571214A; GB8419381D0; ES280853U; GB2146737A; FR2550292A1

Abstract

Das Gelenk hat Rollen (106) und zu einer zur Achse des Zapfens (105) senkrechten Diametralebene (D) asymmetrische Laufbahnen (102, 103). Die sich gegenüberliegenden Oberflächen von Rolle und Laufbahnen auf der vom Gelenk aus außenliegenden Seite der Diametralebene sind größer ausgebildet, während die Nadeln (107) symmetrisch zu dieser Diametralebene angeordnet sind. Das so realisierte Gelenk kann mit hoher Drehzahl (beispielsweise 6000 U/min) umlaufen und zeigt dabei ein ausgezeichnetes Betriebsverhalten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Übertragungsgelenk mit einem ersten Teil mit mindestens einem radialen Zapfen, auf dem eine Rolle mit kugelförmiger Außenfläche und einer Durchgangsbohrung drehbar nadelgelagert ist, und einem zweiten Teil mit mindestens zwei Laufbahnen für die Rolle, die im Schnitt senkrecht zu ihrer Längsmittellinie jeweils kreisbogenförmig gekrümmt sind, mit einem Radius, der etwas größer als der Rollenradius ist, wobei die Lagernadeln bei gestreckten Gelenk symmetrisch zu einer zur Achse des Zapfens senkrechten, durch den Mittelpunkt der Kugelförmigen Außenfläche der Rolle gehenden Ebene liegen. Derartige Übertragungsgelenke werden insbesondere in Kraftfahrzeugen verwendet und können hohen Drehzahlen ausgesetzt werden.

Ein Gelenk der eingangs genannten Art ist aus der DE 31 26 766 A 1 bekannt. Derartige, mit nadelgelagerten Rollen ausgestattete Tripoden-Gleichlaufgelenke werden hauptsächlich für Antriebswellen von Kraftfahrzeugen verwendet und werden im allgemeinen nur bei Drehzahlen unterhalb von 2000 U/min, eingesetzt. Aufgrund ihrer Gleichlaufeigenschaft wären sie an sich auch für den Betrieb bei höheren Drehzahlen, beispielsweise in der Größenordnung von 6000 U/min, und größere Beugungswinkel besser geeignet als etwa Kardangelenke, die bei praktisch nicht größerer, mechanischer Leistung keine Gleichlaufeigenschaften aufweisen, oder als Kugelgleichlaufgelenke, die sich bei größeren Beugungswinkeln und hohen Drehzahlen stark erwärmen. Dennoch können die bekannten Tripode-Gleichlaufgelenke in ihrer gegenwärtigen Bauweise nicht bei hohen Drehzahlen eingesetzt werden, da durch die hohe auf die Rollen wirkende Zentrifugalkraft in den an den Rollenaußenrändern liegenden Kontaktzonen zwischen den Rollen und Laufbahnen sehr große Druckkräfte erzeugt werden. Daraus folgt daß in den Konf\ktzonen keine Schmierung und ein hoher Abrieb erfolgt der zu

ίο einem schnellen Verschleiß der Rollen und ggfs. der Laufbahnen in diesen Kontaktzonen führt

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Übertragungsgelenk nach Art des eingangs genannten Tripode-Gleichlaufgelenkes zu schaffen, das bei hohen Drehzahlen auch unter großem Beugewinkel die hohen Druckkräfte in den Kontaktzonen zwischen den Rollen und Laufbahnen herabsetzt und damit eine verbesserte Schmierung und höhere Lebensdauer ermöglicht

Die Lösung hierfür besteht darin, das Übertragungsgelenk derart auszubilden, daß die kugelförmige Außenfläche der Rolle sich bei gestrecktem Gelenk zum Inneren des Gelenks hin höchstens bis zu den inneren Enden der Nadeln und zur Außenseite des Gelenks hin bis über die äußeren Enden der Nadeln hinaus erstreckt und die zugehörigen Laufbahnen in jedem Betriebszustand den äußeren Rand der Joigelförmigen Außenfläche der Rolle übergreifen. Hierdurch wandert die Kontaktzone näher an die Zapfenmittelachse X-X, so daß als Ergebnis die Hertzsche Pressung verringert wird.

Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung erstreckt sich die kugelförmige Außenfläche der Rolle mit ihrem radial äußeren Rand bis nahezu zur Durchgangsbohrung. Hiermit wird die Verschiebung der Kontaktzone in günstigster Weise ausgenutzt Nach einer weiteren günstigen Ausgestaltung gehen der radial äußere Rand der kugelförmigen Außenfläche und die Durchgangsbohrung in Form einer Ausrundung ineinander über. Hiermit kann eine Versprödung in diesem Bereich vermieden werden.

Zum besseren Verständnis wird im folgenden als Beispiel eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Schnitts eines Teiles eines erfindungsgemäßen Gelenks;

F i g. 2 eine analoge Darstellung eines herkömmlichen Gelenks;

Fig.3 eine schematische Darstellung der Funktion eines erfindungsgemäßen Gelenks bei hoher Drehzahl; und

Fig.4 eine schematische Darstellung der Funktion eines herkömmlichen Gelenks bei hoher Drehzahl.

F i g. 1 zeigt einen Teil eines Tripode-Gelenks mit einer Glocke 101, die Laufbahnen 102, 103 enthält und einem Tripod 104 mit drei radialen Zapfen 105, auf dem mittels Nadeln 107 Wellen 106 gelagert sind. Die bei diesem Gelenk angewandten Mittel der Lagerung und Halterung der Nadeln sind herkömmlich und nicht im Detail beschrieben.

Die erfindungsgemäße Verbesserung besteht darin, daß die Rollen und ihre Laufbahnen eine zu der zur Zapfenachse X-Xsenkrechten Diametralebene D asymmetrische Form haben, was in der Figur an der zum Durchmesser D asymmetrischen Form erkennbar ist. Der radial außen liegende Teil der Rolle ist vorzugsweise derart über das; Ende der Nadeln 107 hinaus verlängert, daß die kugelförmige Außenfläche 108 der Rolle die Durchgangsbohrung 109 praktisch schneidet. Um jedoch eine Versprödung in diesem Bereich zu vermei-

den, ist am Übergang beider Flächen 108,109 eine Ausrundung 110 vorgesehen.

Die beiden sich einander gegenüberliegenden, mit der Rolle zusammenarbeitenden Laufbahnen 102, 103 sind nach außen so verlängert, daß eine korrekte Umschließung der Rolle gewährleiste! ist

Auf der innen liegenden Seite der Ebene D reicht die Rolle 106 dagegen nur bis an die inneren Enden der Nadeln 107. Diese Nadeln sind anders als die Rolle und ihre Laufbahnen symmetrisch zur Ebene D angeordnet

Fig.2 zeigt ein herkömmliches Gelenk derselben Bauart. Die Einzelposirionen, die denen des Gelenks in Fig. 1 entsprechen, sind in dieser Figur durch um 100 verminderte Bezugszahlen bezeichnet

Jede Rolle hat eine kugelförmige Außenfläche 8 und besitzt eine koaxial zur Achse X-X des Zapfens angeordnete Durchgangsbohrung 9, in der sie gelagert ist Die zu einer Rolle gehörenden Laufbahnen bestehen jeweils aus einem zylindrischen oder torischen Flächenteil, dessen Mittellinie durch den Punkt 0 geht Diese Mitteiiinie verläuft entweder gradlinig oder kreisbogenförmig und steht in jedem Fall senkrecht aui der Zeichnungsebene.

In diesem herkömmlichen Gelenk sind die Rolle, ihre Nadeln und ihre Laufbahnen symmetrisch zu einer durch den Punkt 0, d. h. den Mittelpunkt der Rolle gehenden, zur Zapfenachse X-X senkrechten Diametralebene angeordnet.

In den Fig. 1 und 2 wurde das Gelenk bei Übertragung eines großen Drehmoments und geringer Drehzahl dargestellt, wie dies z. B. beim Starten eines Fahrzeugs bei kleinstem Übersetzungsverhältnis der FaIi ist Die an der Rolle angreifende Antriebskraft, wirkt dann in Richtung des in den F i g. 1 und 2 eingezeichneten Pfeils F.

Steigt die Drehzahl bei kleinem Drehmoment, wie z. B. beim loslassen des Gaspedals, ist die übertragene Kraft F' unter einem Winkel α zur Diametralebene D geneigt da die auf die Rolle wirkende Zentrifugalkraft F_c verglichen mit der Antriebskraft F_n, relativ groß ist (F i g. 3). Der Mittelpunkt der Kontaktellipse zwischen der Rolle und ihrer Laufbahn, der in F i g. 1 und F i g. 2 in der Diametralebene in 11 bzw. 111 lag, hat sich in F i g. 3 nach 112 verschoben. Auch in dieser Anordnung arbeitet die Rolle korrekt, und die Kontaktellipse kann bis an die Grenze der kugelförmigen Zone 102 reichen.

Bedenkt man, daß die aus der Antriebskraft und der Zentrifugalkraft resultierende Kraft F' aufgrund des kleinen übertragenen Drehmoments geringer als unter den Bedingungen der F i g. 2 ist, kann man schließen, daß die Hertzsche Pressung relativ klein ist, und daß daher eine gute Schmierung möglich ist, wenig Reibung auftritt und eine lange Lebensdauer erreicht wird.

Tatsächlich wird das Schmiermittel bei Rotation mit hoher Drehzahl einer Zentrifugalbeschleunigung unterworfen, und die Laufgeschwindigkeit der Rolle ist beträchtlich, so daß durch die dynamische Schmierung zwischen der kugelförmigen Außenfläche der Rolle und der zylindrischen oder torischen Fläche der Laufbahn entlang der Kontaktellipse ein sich günstig auswirkender Ölfilm aufrechterhalten wird.

Darüber hinaus ist die Kontaktkraft F' stets auf den Mittelpunkt der Rolle gerichtet, und sie gleicht die Zentrifugalkraft Fc und die Antriebskraft F_m vollkommen aus, wobei die letztere wie zuvor in der Symmetrieebene der Nadelreihe liegt

F i g. 4 zeigt die Funktionsweise einer in einem klassischen Tripode-Gelenk eingesetzten Rolle unter den gleichen Bedingungen hoher Drehzahl und niedrigen Drehmoments. Es ist zu bemerken, daß die Rolle in Anbetracht der geringen Ausdehnung der kugelförmigen Oberflächen von Rolle und Laufbahnen unter Einwirkung der Zentrifugalkraft rasch mit den oberen Rändern der beiden Laufbahnen in Berührung kommt Daraus folgt daß

1. die gleiche Kraft F' nicht mehr ausreicht, um die Wirkung der auf die Rolle wirkenden Zentrifugalkraft auszugleichen;

die auf den oberen Rand 12a der Rolle wirkende, resultierende Kraft P gleich der geometrischen Summe der auf den Rollenrand 126 an der gegenüberliegenden Laufbahn einwirkenden Kraft P' und der Kraft F'ist wobei die beiden Kräfte P und /"zwangsläufig auf die durch den Punkt 0 gehende Achse der Laufbahn gerichtet sind;
die Kontakte in 12a und 126 theoretisch punktförmig sind, was bedeutet, daß .;.;i die Ränder der Rollen sehr hohe Druckkräfte einwirken, die Schmierung gleich null und der Abrieb stark ist;

4. die Summe der auf die Rolle wirkenden Kräfte P und P' eindeutig größer als die bei gleichem Drehmoment und gleicher Drehzahl auf die erfindungsgemäße Rolle einwirkende Kraft F'ist; und

5. der Kontakt in 126 zwischen der Rolle und der Laufbahn einen hohen Reibungswiderstand erzeugt da zwischen Rollenrand und Laufbahn eine große Geschwindigkeit auftritt Daraus folgen ein ziemlich hoher mechanischer Verlust und in dem Gleichlaufgelenk induzierte zyklische Axialschwingungen

Aus dem Vergleich dieser beiden Funktionsweisen wird der unbestrittene Vorteil deutlich, den die erfindungsgemäße Verbesserung gegenüber einer herkömmlichen Anordnung bietet

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Übertragungsgelenk mit einem ersten Teil mit mindestens einem radialen Zapfen (105), auf dem eine Rolle (106) mit kugelförmiger Außenfläche (108) und einer Durchgangsbohrung (109) drehbar nadelgelagert ist, und einem zweiten Teil (101) mit mindestens zwei Laufbahnen (102,103) für die Rolle, die im Schnitt senkrecht zu ihrer Längsmittellinie jeweils kreisbogenförmig gekrümmt sind mit einem Radius, der etwas größer als der Rollenradius ist, wobei die Lagernadeln (107) bei gestrecktem Gelenk symmetrisch zu einer zur Achse (X-X) des Zapfens (105) senkrechten, durch den Mittelpunkt (O) der kugelförmigen Außenfläche (108) der Rolle (106) gehenden Ebene (D) liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelförmige Außenfläche (108) der Rolle (106) sich bei gestrecktem Gelenk zum !Inneren des Gelenks hin höchstens bis zu den inneren Enden der Nadeln (107) und zur Außenseite des Gelenks hin bis über die äußeren Enden der Nadeln (107) hinaus erstreckt und die zugehörigen Laufbahnen (102,103) in jedem Betriebszustand den äußeren Rand der kugelförmigen Außenfläche (108) der Rolle übergreifen.

2. Übertragungsgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die kugelförmige Außenfläche (108) der Rolle (106) mit ihrem radial äußeren Rand bis nahezu zur Durchgangsbohrung (109) erstreckt.

3. Übeßxagungsgeienk nz-Jn Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das radial äußere Ende der kugelförmigen Auflenfi: .-he (108) und die Durchgangsbohrung (109) in Form einer Ausrundungi(l 10) ineinander übergehen.