DE3609753C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gleichlaufgelenk mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Die hauptsächlich im Kraftfahrzeugbau verwendeten Kreuzge­ lenke (auch Kardan-Gelenke oder Hooke'sche Gelenke genannt) sind einfache und zuverlässige mechanische Baugruppen, die einen hohen Wirkungsgrad aufweisen und universell einge­ setzt werden können. Dennoch ist der Einsatzbereich dieser Mechanismen durch zwei grundlegende und wohlbekannte Nach­ teile eingeschränkt:

• a) durch den Gleichlauffehler des Kreuzgelenks, der zu Torsionsschwingungen führt, deren Amplitude mit dem Quadrat des Arbeitswinkels steigt;
• b) durch den Widerstand bei der Verschiebung der teles­ kopartigen Profilvorrichtung, mit der das Kreuzgelenk im allgemeinen ausgestattet ist, um den Längenausgleich der Welle durch Ein- und Ausziehen zu ermöglichen. Auch wenn sich diese Vorrichtung bei manueller Prüfung leicht verschieben läßt, so wird sie jedoch praktisch blockiert, sobald sie mit einem Drehmoment beaufschlagt wird, wie dies normalerweise im Einsatz der Fall ist.

Es wurde daher versucht, diese beiden Hauptnachteile des Kreuzgelenks dadurch zu beseitigen, daß stattdessen Gleich­ lauf-Verschiebegelenke eingesetzt werden, wie sie für Halb­ wellen von Kraftfahrzeugen mit Vorderradantrieb oder mit Hinterradantrieb und Einzelradaufhängung verwendet werden.

Die beiden Gleichlaufgelenkfamilien, die für Halbwellen verwendet werden, nämlich Kugeldrehgelenke und Tripode-Ge­ lenke, sind aber leider aufgrund ihrer jeweiligen Funk­ tionsweise bei den gewünschten durchschnittlichen Beuge­ winkeln nur begrenzt für hohe Drehzahlen einsetzbar. Diese Einsatzgrenze kann durch den maximal zulässigen Wert für das Produkt β · m gekennzeichnet werden, wobei β den Dauer­ arbeitswinkel und n die Dauerdrehzahl bei den gestellten Lebensdauer-, Zuverlässigkeits- und Komfortanforderungen darstellt. Nimmt man β in Grad und in Umdrehungen pro Minute, so wird erfahrungsgemäß als Obergrenze des Produkts β · n für ein Kreuzgelenk ein Wert angenommen, der je nach Baugröße zwischen 20 000 und 30 000 liegt. In diesem Fall ist die Begrenzung auf das Schwingungsmoment zurückzuführen, das von der Torsionsbeschleunigung der Gleichlaufabweichung herrührt, die dem Quadrat des Produkts β · n proportional ist.

Bei Kugeldrehgelenken werden die Grenzen von der Wärme­ entwicklung und der übermäßigen Verschleißrate bestimmt, die sich aus den im Vergleich zu Kreuzgelenken sehr hohen mechanischen Verlusten ergeben, so daß der zulässige Wert für das Produkt β · n kleiner ist als bei einem Kreuzge­ lenk.

Bei Tripodegelenken, die einen ausgezeichneten Wirkungsgrad und eine ausreichende Lebensdauer aufweisen, ergibt sich die Begrenzung aus der Taumelbewegung, die bei hoher Dreh­ zahl nicht zulässig ist.

Durch die US-PS 27 77 306 ist weiterhin ein Gelenk bekannt, das in einer seiner Varianten nach Fig. 17 ein erstes als Schaft ausge­ bildetes Element mit vier ebenen Rollenbahnpaaren aufweist, die mit vier drehbar auf Zapfen gelagerten zylindrischen Rollen zusammenarbeiten, wobei die Zapfen ihrerseits von den vier Armen eines Kopfes getragen werden, der mit einem eine Welle aufweisenden zweiten Element verbunden ist. Die Zapfen greifen über Kegelverzahnungen ineinander, die im Bereich der dem Gelenkmittelpunkt am nächsten liegenden Zapfenenden ausgebildet sind. Bei dieser Anordnung sind die Achsen der Arme gegenüber der Achse der Welle geneigt bzw. auf einer Kegelfläche angeordnet, so daß die Achsen der inneren Zapfenflächen und der äußeren Hohlzapfenflächen jeweils untereinander einen spitzen Winkel bilden.

Ein solches Gelenk kann unter Beugewinkel nicht arbeiten.

Wenn die Hohlzapfen sich um ihre jeweiligen Arme gedreht ha­ ben, sind nämlich die Achsen der zylindrischen Rollen nicht mehr in einer senkrecht zur Welle stehenden Ebene, sondern in einer Kegelfläche enthalten. Mit anderen Worten: Die Achsen der Rollen haben sich zu den Achsen der Arme hin geneigt und sind daher nicht mehr paarweise ausgerichtet.

Damit würde eine Abwinkelung durch Drehung um zwei gegen­ überliegende Rollen bewirken, die jeweilige Rolle um eine parallel zur Achse des ersten Elements liegende Achse zum Kippen zu bringen, obwohl eine solche Bewegung durch das Tangieren der zylindrischen Außenfläche der Rolle an die beiden sie einschließenden ebenen Rollenbahnen verhindert wird.

Außerdem könnte dieses Gelenk durch die hohen Reibungskräf­ te, die zu einer für das Schmiermittel unzulässigen Tempe­ ratur und zu Vibrationen erzeugenden Reaktionskräften füh­ ren würden, nicht bei hoher Drehzahl arbeiten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gleich­ laufgelenk mit hohem Wirkungsgrad zu schaffen, das in axialer Richtung eine sehr freie Verschiebbarkeit und bei vorgegebenem Einbauvolumen eine hohe Drehmomentübertra­ gungskapazität bietet.

Die Aufgabe wird beim erfindungsgemäßen Gleichlaufgelenk gelöst mit den Merkmalen des Kennzeichens von Anspruch 1.

Das erfindungsgemäße Gelenk kann in günstiger Weise durch folgende weitere Merkmale weitergebildet werden, wonach
jeder Zapfen im Bereich seines dem Gelenkmittelpunkt am nächsten liegenden Endes einen radial ausgerichteten Kra­ gen trägt, auf dem die Verzahnung ausgebildet ist;
es sich bei den Verzahnungen um Kegelverzahnungen handelt, wobei die Kegelspitzen im Bereich des Gelenkmittelpunkts liegen;
jeder Zapfen zwei diametral gegenüberliegende Verzahnungen trägt;
jeder Zapfen über Lagernadeln auf dem jeweiligen Zapfenarm drehbar gelagert ist;
jede Rolle über Lagernadeln auf dem Hohlzapfen drehbar gelagert ist.

Arbeitet ein solches Gelenk unter Beugewinkel, so bleiben die Achsen der Rolle immer in der gleichen Ebene, und bei Beaufschlagung mit einem Drehmoment verhindern die im Ein­ griff stehenden Verzahnungen die Drehung der durch das Drehmoment exzentrisch versetzten Hohlzapfen. Die Exzentrizi­ tät der Hohlzapfen ermöglicht aber eine Änderung des mit den Mittelpunkten von zwei benachbarten Rollen gebildeten Zentriwinkels, da die möglichen Drehbewegungen zweier be­ nachbarter Rollen jeweils entgegengesetzt und mit dem gleichen Absolutwert erfolgen, was den Gleichlauf des Gelenks und eine vollkommen zentrierte Drehung beim Ar­ beiten unter Beugewinkel gewährleistet.

Bei gleichem Einbauvolumen bietet ein solches Gelenk eine sehr viel höhere Drehmomentübertragungskapazität als ein Kreuzgelenk. Während beim Kreuzgelenk zwei Zapfen bei der Berechnung der Kapazität zu berücksichtigen sind, wird nämlich das Drehmoment bei dem erfindungsgemäßen Gelenk gleichzeitig von allen vier Zapfen übertragen. Die Bela­ stung wird also gleichmäßig auf alle vier Zapfen verteilt, und die axiale Pressung entlang dieser Zapfen bleibt kon­ stant.

Ein anderer wichtiger Vorteil eines solchen Gelenks be­ steht darin, daß es sowohl im gestreckten als auch im ge­ beugten Zustand eine interessante Möglichkeit der freien axialen Verschiebbarkeit unter Drehmoment bietet.

Selbstverständlich kann ein solches Gelenk zu zahlreichen Varianten führen, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es kann insbesondere auf bekannte Weise ange­ paßt werden, um eine bestimmte axiale Verschiebungsstrecke aufzuweisen.

Dieses Gelenk kann auch vorteilhafterweise für Halbwellen von Kraftfahrzeugen mit Vorderradantrieb oder mit Hinter­ radantrieb und Einzelradaufhängung verwendet werden. In diesem Fall kann durch die geringe Drehzahl einer oder auch beide Nadelkränze entfallen und die Rollen direkt auf den zylindrischen Flächen der entsprechenden Hohlzapfen dreh- und verschiebbar gelagert sein, wobei die Hohlzapfen ihrer­ seits sich auf den jeweiligen zylindrischen Laufflächen des Zapfenkreuzes drehen können.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, die nur als Beispiele zu betrachten sind, näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Ge­ lenks, wobei bestimmte Teile ausgebrochen bzw. ent­ fernt wurden.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 2-2 von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine Ansicht eines Hohlzapfens in Richtung des Pfeils F von Fig. 2.

Das dargestellte erfindungsgemäße Gleichlaufgelenk besitzt als ein erstes Element ein Außenteil 1, das aus einem insge­ samt zylindrisch ausgebildeten Schaft besteht, der bei­ spielsweise mit einem Flansch oder mit Schrauben oder mit jedem anderen bekannten Mittel an einem der zu verbinden­ den Wellen bzw. anderen mechanischen Elementen befestigt werden kann. In dem Schaft sind vier Rollenbahnpaare 2 mit kreisbogenförmigem Querschnitt eingearbeitet, die in dem ausgewählten Beispiel zylindrisch ausgebildet sind und parallel zur Schaftachse liegende Mantellinien besitzen.

Das Gelenk besitzt weiterhin ein zweites Element 3, das hier eine Welle 10 aufweist, die an ihrem im Gelenk liegenden Ende ein über ein Profil 12 oder über jedes andere geeignete Mittel befestigtes Zapfenkreuz 11 trägt. Die Form der Arme 13 des Zapfenkreuzes ist in Fig. 1 deutlich erkennbar, insbesondere im rechten Teil der Darstellung, wo der Arm des Zapfenkreuzes frei liegt.

Jeder Arm des Zapfenkreuzes besitzt eine zylindrische Außenfläche 14 mit kreisförmigem Querschnitt, deren Achse durch die Achse der Welle 10 verläuft. Jeder dieser Arme trägt einen vorzugsweise über Nadeln 16 gelagerten Zapfen 15. Dieser Zapfen bildet zwei zueinander exzentrische, zylindrische Innen- und Außenflächen 17, 18, deren Achsen zwar parallel, aber um einen geringen Abstand e zueinander versetzt verlaufen, wie in Fig. 2 dargestellt. Jeder Zapfen trägt über seine Außenfläche eine kugelige Rolle 19, die mit der zugehörigen Rollenbahn zusammenarbeitet. Vorzugsweise werden Nadeln 20 zwischen der Außenfläche des Zapfens und der benachbarten Rolle eingesetzt. Jeder Zapfen wird am Ende des entsprechenden Arms des Zapfenkreuzes durch eine Sicherungsscheibe 21, Gleitscheiben 22 und einen Sprengring 23 gesichert.

An seinem dem Gelenkmittelpunkt 0 am nächsten liegenden Ende trägt jeder Zapfen einen radial ausgerichteten Kragen 24, in dem zwei diametral gegenüberliegende Verzahnungen 25 z. B. eingefräst sind, die mit den entsprechenden Verzahnungen der benachbarten Zapfen im Eingriff stehen. Bei diesen Verzahnungen handelt es sich um Kegelverzahnungen, wobei die Kegelspitzen im Bereich des als Schnittpunkt der Achse der Welle 10 und der Achsen der Arme des Zapfenkreuzes definierten Gelenkmittelpunkts 0 liegen.

Claims (6)

1. Gleichlaufdrehgelenk mit einem ersten Element, mit vier axial verlaufenden Rollenbahnen gleichförmigen Querschnitts und mit einem zweiten Element mit auf einem Zapfenkreuz angeordneten Hohlzapfen, die jeweils eine im Eingriff mit Verzahnungen der benachbarten Hohlzapfen stehende Verzahnung aufweisen und auf denen vier drehsymmetrische Rollen drehgelagert sind, die in den Rollenbahnen aufgenommen sind, wobei die Längs­ achsen der beiden Elemente gegeneinander abwinkelbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß teilzylindrische Rollenbahnpaare (2) vorgesehen sind, die mit kugeligen Rollen (19) zusammenarbeiten, und die vier Zapfenarme (13) des Zapfenkreuzes mit senkrecht zur Achse des zweiten Elementes stehenden und um 90 Grad gegeneinander versetzten Achsen angeordnet sind, wobei die Rollen (19) auf den Hohlzapfen (15) radial verschiebbar sind und jeder Hohlzapfen mit zueinander exzentrischen und achsparallelen zylindrischen Innen- und Außenflächen (17, 18) ausgebildet ist.

2. Gleichlaufgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hohlzapfen (15) an seinem dem Gelenkmittel­ punkt am nächsten liegenden Ende einen radial ausge­ richteten Kragen (24) trägt, in dem die Verzahnung (25) ausgebildet ist.

3. Gleichlaufgelenk nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Verzahnungen (25) um Kegelverzah­ nungen handelt, wobei die Kegelspitzen im Bereich des Gelenkmittelpunkts liegen.

4. Gleichlaufgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hohlzapfen (15) zwei diametral gegenüberliegende Verzahnungen (25) trägt.

5. Gleichlaufgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hohlzapfen (15) über Lagernadeln (16) auf dem jeweiligen Zapfenarm (13) drehbar gelagert ist.

6. Gleichlaufgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rolle (19) über Lagernadeln (20) auf dem Hohlzapfen (15) drehbar gelagert ist.