DE3613641C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleichlaufgelenkkupplung mit einer ersten Kupplungshälfte mit einer Drehachse und mehreren Rollbahnpaaren, die gleichmäßig um die Drehachse der ersten Kupplungshälfte angeordnet sind, wobei die jeweiligen Bahnen eines Rollbahnpaares im Kraftübertragungs­ weg zwischen erster und zweiter Kupplungshälfte liegen und jeweils zueinander und zu der Drehachse der ersten Kupplungshälfte parallel liegen, mit einer zweiten Kupplungshälfte mit einer Drehachse, die die Drehachse der ersten Kupplungshälfte schneidet und mit ihr fluchtet und mit kugeligen Lagerflächen, deren Anzahl der Anzahl der Rollenbahnpaare der ersten Kupplungshälfte entsprechen und die im gleichmäßigen Abstand um die Drehachse der zweiten Kupplungshälfte verteilt sind, sowie mit Zwischenelementen, die zwischen den Rollbahnen und den kugelförmigen Lagerflächen angebracht sind, wobei den Rollbahnen und den Zwischenelementen Wälzkörper eingesetzt sind und die Rollbahnen gegenüber den Zwischenelementen in der Rollbahnebene freiverschiebbar sind.

Durch die DE-OS 32 19 187 ist ein teleskopartiges Gleichlaufgelenk bekannt, das aus einem ersten Element mit drei Flächenpaaren besteht, die im gleichmäßigen Winkelabstand um eine erste Achse angeordnet sind, wobei die jeweiligen Flächen eines Paares zueinander und zu dieser ersten Achse parallel liegen, aus einem zweiten Element mit drei kugeligen Lagerflächen, die im gleichmäßigen Winkelabstand um eine zweite Achse angeordnet sind, und aus Zwischenelementen, die einerseits ebene Flächen, die jeweils zu den obengenannten Flächen parallel liegen, und andererseits kugelige Flächen aufweisen, die mit den oben genannten kugeligen Lagerflächen zusammenarbeiten, wobei zwischen den ebenen Flächen der Zwischenelemente und den Flächen des ersten Elements Wälzkörper eingesetzt sind.

Durch seine sehr freie Verschiebbarkeit unter Drehmoment bei geringen Beugewinkeln (unter 5°) und durch seine absolute Neutralität bei Axialverschiebung und Biegemoment unter mittleren Arbeitswinkeln, z.B. zwischen 8 und 16°, bietet ein derartiges Gelenk eine wesentliche Komfortverbesserung bei den damit ausgerüsteten Fahrzeugen.

Für Anwendungen, bei denen die Gelenkwelle in einem höheren Drehzahlbereich arbeitet (z.B. über 4000/min), ist diese bei mäßigen Drehzahlen leistungsfähige Technik jedoch nicht mehr voll zufriedenstellend.

Aus der älteren, jedoch nicht vorveröffentlichten Anmeldung gemäß DE-OS 35 21 174 ist ein Gelenk mit einem Zapfenkreuz bekannt. Auf den vier Zapfen sind Rollen drehbar und entlang der Zapfen bewegbar angeordnet. Die Rollen bleiben auch bei Bewegung in den Mitnehmerelementen gegenüber den Zapfen ausgerichtet. Bei Abwinkelung erfolgt eine Schrägstellung der Rollen gegenüber den Bahnen in den Mitnehmerelementen, während die Rotation der Rollen nur um die Zapfenachse erfolgen kann. Bei Verschiebung ergibt sich als Folge daraus ein Gleiten zwischen den Rollen und den Bahnen der Mitnehmerelemente.

Dieser Gleitanteil führt zu einer höheren Reibung bei Verschiebung. Dies macht sich insbesondere bei größeren Abwinklungen und bei schnellaufenden Gelenkwellen, bei denen häufig Verschiebebewegungen mit kleiner Amplitude stattfinden negativ bemerkbar, da Schwingungen auf den Antriebsstrang und angrenzende Bauteile übertragen werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gleichlaufgelenkkupplung zu schaffen, die alle Komforteigenschaften des Gelenkes nach dem zuerst beschriebenen Stand der Technik aufweist und zusätzlich in der Lage ist, bei höheren Drehzahlen ein verbessertes Funktionsverhalten zu bieten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vier Mitnehmerelemente vorgesehen sind, die entweder innen jeweils eine kugelig konkav gekrümmte Lagerfläche aufweisen und ein Rollbahnpaar aufnehmen, das auf der ersten Kupplungshälfte ausgebildet ist, oder die jeweils innen ein paralleles Rollbahnpaar aufweisen und eine kugelig konvexe Lagerfläche, die auf der ersten Kupplungshälfte ausgebildet ist, aufnehmen und daß die Mitnehmerelemente um eine parallel zur Achse einer der Kupplungshälften verlaufende und zum Mittelpunkt der entsprechenden kugelförmigen Lagerfläche radial versetzte Achse schwenkbar sind, wobei die schwenkbaren Mitnehmerelemente Verzahnungen aufweisen, die in komplementäre Verzahnungen der benachbarten schwenkbaren Mitnehmerelemente derart eingreifen, daß die Mitnehmerelemente miteinander gekoppelt sind und bei Beugung der Gleichlaufgelenkkupplung gemeinsam schwenken.

Von Vorteil bei dieser Ausbildung ist, daß auch bei hohen Drehzahlen ein ruhiger Lauf erzielt wird. Bei Drehmomentübertragung werden die Kräfte gleichmäßig auf die vier Mitnehmer verteilt, was auch bei Kreisteilungsfehlern gewährleistet ist. Die Verbindung zwischen der ersten Kupplungshälfte und der zweiten Kupplungshälfte unter Zwischenschaltung der Mitnehmer stellt eine isostatische Verbindung dar. Ferner wird, obwohl vier Mitnehmerelemente vorgesehen sind, ein vollkommener Gleichlauf erreicht. Außerdem wird eine Drehmomentübertragungsfähigkeit erzielt, die höher ist als z.B. bei Kreuzgelenken gleicher Abmessung. Ein wesentlicher Vorteil liegt jedoch darin, daß eine sehr freigängige axiale Verschiebbarkeit unter Drehmoment auch bei gebeugtem Gelenk erreicht wird und zwar auch für höhere Drehzahlen. Es ergibt sich ein praktisch neutrales Verhalten in Verschieberichtung.

Die Kopplung der Mitnehmerelemente erfolgt in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß jedes Mitnehmerelement mit der zweiten Kupplungshälfte über Schwenkvorrichtungen verbunden ist und die Mitnehmer die Verzahnungen, mit denen sie in entsprechende Verzahnungen der benachbarten Mitnehmerelemente eingreifen, entlang ihre in Umfangsrichtung weisenden Seitenteile aufweisen.

Ferner sind als Schwenkvorrichtungen insbesondere aufeinander abrollende ineinandergreifende Verzahnungen an der Außenseite des Jochs und in der Innenwand der zweiten Kupplungshälfte vorgesehen. Es ist jedoch möglich, die Kopplung der Schwenkbewegung der Mitnehmerelemente gegenüber dem Außenteil auch durch eine feststehende Achse erfolgen zu lassen, die durch eine von einem Drehzapfen aus gehärtetem Stahl getragene zylindrische Fläche gebildet wird, wobei der Drehzapfen einerseits in einer längsgerichteten zylindrischen Nut oder Kerbe und andererseits in einer ähnlichen längsgerichteten Nut auf der Außenseite des Jochs des zugeordneten Mitnehmerelementes eingelassen ist.

Eine besonders günstige Bauweise ergibt sich dann, wenn die gegenüberliegenden Flächen und der Zwischenelemente eben ausgebildet sind und dazwischen von mindestens einem Käfig gehaltene und als Nadeln ausgebildete Wälzkörper angeordnet sind. Alternativ ist es möglich, die gegenüberliegenden Flächen der Rollbahnen und des Zwischenelementes als Zylinderteilflächen auszubilden, deren Mantellinie parallel zur Drehachse der ersten Kupplungshälfte verlaufen und dazwischen von mindestens einem Käfig gehaltene und als Kugeln ausgebildete Wälzkörper anzuordnen. Auch andere Varianten sind möglich, so können z.B. die als Kugeln ausgebildeten Wälzkörper in Rollbahnen, die in den ebenen Flächen ausgebildet sind, geführt sein, wobei diese einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, um die Kugeln aufnehmen zu können.

Schließlich ist vorgesehen, daß die Mitnehmerelemente in den Innenflächen Erweiterungen in Form von Freischnitten aufweisen.

Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsart einer erfindungsgemäßen Gelenkkupplung im Querschnitt, wobei jedoch aus Gründen der Vereinfachung und der Übersichtlichkeit einige Teile der Gleichlaufge­ lenkkupplung nicht dargestellt worden sind,

Fig. 2 einen Längsschnitt nach Fig. 1, wobei jedoch einige Teile herausgebrochen bzw. nicht dargestellt worden sind, um eine Teilansicht eines Mitnehmerelementes (oben) und der ersten Kupplungs­ hälfte (unten) zu zeigen,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 von Fig. 1 dar und zeigt die Lage eines Kreuzteils und eines Mitnehmerelementes der abgewinkelten Gleichlaufgelenkkupplung,

Fig. 4 eine zweite Ausführungsart der erfindungsgemäßen Gleichlaufgelenkkupplung im Teilquerschnitt und

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 gemäß Fig. 4.

In den Fig. 1 bis 3 ist eine Gleichlaufgelenkkupplung mit einer ersten Kupplungshälfte zu sehen, die aus einer Welle mit der Achse X-X und mit einem mit dieser Welle einstückig ausgebildeten oder über bekannte Mittel befestigten Kreuzteil 2 besteht, dessen vier Ansätze 3 radial und in einem Abstand von 90° zueinander angeordnet sind. Jeder Ansatz 3 weist zwei ebene Flächen 4 auf, die zueinander und zur Achse X-X parallel liegen und Rollbahnen bilden. Die zweite Kupplungshälfte der Gleichlaufgelenkkupplung besteht aus einem zylindrisch ausgebildeten Gehäuse bzw. Außenteil 11 mit der Achse Y-Y, das mit Hilfe bekannter Mittel, z.B. einem verschraubten Flansch, Wellenzapfen mit Innen- und Außenprofil, Schweiß­ verbindung usw., an einer nicht dargestellten Welle befestigt werden kann. Dieses Außenteil 11 ist innenseitig mit vier Zahnprofilen 12 versehen, die sich in Längsrichtung erstrecken und in gleichmäßigem Abstand entlang der Innenwand des Außenteils angeordnet sind.

In dem Außenteil 11 sind vier Mitnehmerelemente 13 angebracht, die jeweils ein Joch 14 und zwei Flanken 15 aufweisen. Entlang der Außenfläche ihrer Wölbung weisen die Mitnehmerelemente 13 längsgerichtete Verzahnungen 16 auf, die in die innenliegenden Verzahnungen 12 des Außenteils 11 greifen, wobei das Profil dieser Verzahnungen 12, 16 so gewählt ist, daß jeder Mitnehmerelemente 13 um eine zur Achse Y-Y parallel­ liegenden Achse schwenken kann. Diese Verzahnungen 12, 16 besitzen z.B. ein Evolventenprofil.

Die Schwenkbewegungen der vier Mitnehmerelemente 13 sind mit Hilfe längsgerichteter Verzahnungen 17 miteinander gekoppelt, die an den äußeren Enden der Flanken 15 dieser Mitnehmerelemente 13 vorgesehen sind und in die Verzahnungen 17 der jeweils benachbarten Mitnehmerelemente 13 greifen. Das Profil dieser ineinandergreifenden Verzahnungen 17 ist so gewählt, daß jedes Mitnehmerelement 13 gegenüber dem Außenteil 11 schwenken kann. Durch eine solche Anordnung schwenkt jedes Mitnehmerelement 13 in Gegenrichtung zu den beiden benachbarten Mitnehmerele­ menten 13.

Außerdem weist jedes Mitnehmerelement 13 auf der Innenseite seiner Flanken kugelig-konkave Aussparungen 18 auf, die auf den Längssymmetrieebenen X-X der Ansätze zentriert sind. Die Schwenkachsen der Mitnehmerelemente 13 gegenüber dem Schaft bzw. Außenteil 11 sind also radial außerhalb der Mittelpunkte der kugeligen Lagerflächen 18 angeordnet. Zwischen den Seitenflächen 4 der Kreuzteile 3 und den kugelförmigen Lagerflächen 18 der Mitnehmerelemente 13 sind Zwischenelemente 21 in Form von Menisken bzw. plan-konvexer Körper eingesetzt. Die ebenen Flächen 22 jedes Zwischenelementes 21 liegen und rollen auf einer Reihe von Nadeln 23, die ihrerseits auf den Rollbahnen 4 anliegen und rollen. Diese Nadeln 23 können aneinanderstoßen, wie in Fig. 3 dargestellt, und an ihren äußeren Enden in einem Käfig festgehalten werden, der zwei Nadelreihen zusammenfaßt. Als Variante können sie auch durch Zwischenabstände voneinander getrennt und in zwei separaten Reihen angeordnet sein. Die Nadelreihen werden radial von Sicherungsscheiben 25 festgehalten, die ihnen zu einer inneren Führungsfläche 25 a das erforderliche Spiel lassen.

Jeder Käfig besitzt zwei Stege 26, die gleichzeitig als Endanschläge für das Lager dienen und mit den Endstücken 3 a der Kreuzteile 3 bzw. des Vierkants 2 in Berührung stehen.

Die konvexen Flächen 27 der Zwischenelemente 21 werden in den kugelig-konvaven Aussparungen 18 der Mitnehmerelemente 13 aufgenommen.

Die Mitnehmerelemente 13 werden axial von Spreng- bzw. Sicherungsringen 28 gehalten, die in Nuten des Außenteiles 11 aufgenommen werden, obwohl auch andere gleichwertige Vorrichtungen benutzt werden könnten. Ein an den Mitnehmerelementen 13 vorgesehener Freischnitt 29 (Fig. 3) läßt eine Drehung der Welle 1 bei Abwinkelung gegenüber dem Außenteil 11 zu.

Die Fig. 4 und 5 stellen eine abgewandelte Variante der Gleichlaufgelenkkupplung dar. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsart ist hier die Lage der Rollbahnen und der kugelförmigen Flächen vertauscht. Die Teile, die den in Fig. 1 bis 3 dargestellten Elementen entsprechen, sind mit denselben, jedoch um 100 erhöhten Bezugszeichen gekennzeichnet. Die kugeligen Lagerflächen 118 werden durch die Zapfen 103 eines Kreuzes 102, das mit jedem beliebigen Mittel an der Welle 101 befestigt ist, gebildet.

Die Mitnehmerelemente 113, die im übrigen den in Fig. 1 bis 3 dargestellten Mitnehmerelementen 13 etwa ähnlich sind, weisen auf ihren jeweiligen gegenüberliegenden Innenseiten ebene Rollbahnen 104 auf, die zueinander und zu der Achse Y-Y parallel liegen. Die Zwischenelemente 121 sind hier vorzugsweise rotationssymmetrisch-napfförmig bzw. plan-konkav ausgebildet, wobei zwischen den ebenen Flächen 122 dieser Zwischenelemente 121 und der Rollbahn 104 der Mitnehmerelemente 113 Wälzkörper, wie z.B. Nadeln 123, eingesetzt sind. Die in Draufsicht betrachteten Zwischenelemente 121 könnten auch eine rechteckige oder ovale Form haben, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Nadelreihen werden von Käfigen 124 gehalten und geführt, deren relative Verschiebung durch Anschlag der Zwischenelemente an einem Falz 124 a begrenzt wird. Die Käfige 124 können entsprechend der in den Patenten FR-A 83 17 576 und FR-A- 83 17 578 beschriebenen Käfige ausgeführt sein und die in den beiden Patenten vorgesehenen Rückstellvorrichtungen aufweisen. Die konkaven Flächen der Zwischenelemente 121 können auf der kugelförmigen Lagerfläche 118 der Zapfen 103 schwenken.

Die Mitnehmerelemente 113 und das Außenteil 111 weisen wie bei der ersten Ausführungsart Verzahnungen 112, 116, 117 auf, die die Schwenkbewegungen der Mitnehmerelemete 113 gegenüber dem Außenteil 111 und zueinander ermöglichen. Die Mitnehmerelemente 113 werden ebenso wie bei der ersten Ausführungsart axial von Sicherungsringen 128 bzw. durch jede andere gleichwertige Vorrichtung im Schaft bzw. Außenteil 111 gehalten.

Funktion und Vorteile dieser zweiten Ausführungsart sind identisch mit denen der ersten Ausführungsart.

Claims (7)

1. Gleichlaufgelenkkupplung mit einer ersten Kupplungshälfte mit einer Drehachse und mit mehreren Rollbahnpaaren, die gleichmäßig um die Drehachse der ersten Kupplungshälfte angeordnet sind, wobei die jeweiligen Bahnen eines Rollbahnpaares im Kraftübertragungsweg zwischen erster und zweiter Kupplungshälfte liegen und jeweils zueinander und zu der Drehachse der ersten Kupplungshälfte parallel liegen, mit einer zweiten Kupplungshälfte mit einer Drehachse, die die Drehachse der ersten Kupplungshälfte schneidet oder mit ihr fluchtet und mit kugeligen Lagerflächen, deren Anzahl der Anzahl der Rollbahnpaare der ersten Kupplungshälfte entspricht und die im gleichmäßigen Abstand um die Drehachse der zweiten Kupplungshälfte verteilt sind, sowie mit Zwischenelementen, die zwischen den Rollbahnen und den kugelförmigen Lagerflächen angebracht sind, wobei zwischen den Rollbahnen und den Zwischenelementen Wälzkörper eingesetzt sind, wobei die Rollbahnen gegenüber den Zwischenelementen in der Rollbahnlängsrichtung frei verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß vier Mitnehmerelemente (13, 113) vorgesehen sind, die entweder innen jeweils eine kugelig konkav gekrümmte Lagerfläche (18) aufweisen und ein Rollenbahnpaar (4) aufnehmen, das auf der ersten Kupplungshälfte (1) ausgebildet ist, oder die jeweils innen ein paralleles Rollbahnpaar (104) aufweisen und eine kugelig konvexe Lagerfläche (118), die auf der ersten Kupplungshälfte ausgebildet ist, aufnehmen, und daß die Mitnehmerelemente (13, 113) um eine parallel zur Achse einer der Kupplungshälften verlaufende und zum Mittelpunkt der entsprechenden kugelförmigen Lagerfläche (18, 118) radial versetzte Achse schwenkbar sind, wobei die schwenkbaren Mitnehmerelemente (13, 113) Verzahnungen (17, 117) aufweisen, die in komplementäre Verzahnungen der benachbarten schwenkbaren Mitnehmerelemente derart eingreifen, daß die Mitnehmerelemente miteinander gekoppelt sind und bei Beugung der Gleichlaufkupplung gemeinsam schwenken.

2. Gleichlaufgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Mitnehmerelement (13, 113) mit der zweiten Kupplungshälfte (11, 111) über Schwenkvorrichtungen verbunden ist und die Mitnehmerelemente (13, 113) die Verzahnungen (17, 117), mit denen sie in entsprechende Verzahnungen (17, 117) der benachbarten Mitnehmerele­ mente eingreifen, entlang ihrer in Umfangsrichtung weisenden Seitenteile (15, 115) aufweisen.

3. Gleichlaufgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkvorrichtungen als insbesondere aufeinander abrollende ineinandergreifende Verzahnungen (12, 16); (112, 116) an der Außenseite des Jochs (14, 114) und in der Innenwand der zweiten Kupplungshälfte (11, 111) ausgebildet sind.

4. Gleichlaufgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkvorrichtungen als Drehzapfen ausgebildet sind.

5. Gleichlaufgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Flächen der Rollbahnen (4) und der Zwischenelemente (21) eben ausgebildet sind und dazwischen von mindestens einem Käfig (24) gehaltene und als Nadeln (23) ausgebildete Wälzkörper angeordnet sind.

6. Gleichlaufgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Flächen der Rollbahnen (4) und des Zwischenelementes als Zylinderteilflächen ausgebildet sind, deren Mantellinien parallel zur Drehachse der ersten Kupplungshälfte verlaufen und dazwischen von mindestens einem Käfig gehaltene und als Kugeln ausgebildete Wälzkörper angeordnet sind.

7. Gleichlaufgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerelemente (13, 113) in den Innenflächen ihrer Flanken Erweiterungen in Form von Freischnitten (29) aufweisen.