DE3716962C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine homokinetische Gelenkkupplung gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1, die vorzugsweise zur Verwendung bei Fahr­ zeugen mit Vorderradantrieb bestimmt ist.

Ein konventionelles Universalgelenk dieser Art ist in Fig. 9 dargestellt und weist ein Außenteil 1, das an seiner Innenfläche mit drei axial verlaufenden zylindrischen Führungsnuten 2 versehen ist, einen in dem Außenteil montier­ ten und mit drei radial verlaufenden Drehzapfen 4 versehenen Dreiarmstern 3 sowie kugelige Rollen 5 auf, die auf den Drehzapfen 4 drehbar und axial verschiebbar gelagert sind. Jede der kugeligen Rollen 5 kann mit Führungs­ flächen 6 in Eingriff kommen, die an beiden Seiten der Führungsnut 2 ausge­ bildet sind.

Wenn mittels einer homokinetischen Gelenkkupplung dieser Art eine Drehbewe­ gung übertragen wird, während das Außenteil 1 einen Beugewinkel mit Be­ zug auf den Dreiarmstern 3 bildet, taucht jede der kugeligen Rollen 5 schräg mit Bezug auf die Führungsfläche 6 der zylindrischen Führungsnut 2 ein, wie dies in den Fig. 9 und 10 dargestellt ist. Dadurch wird eine normale Wälzbewegung der Rollen 5 behindert. Während nämlich jede der Rollen 5 in Richtung des Pfeils a in Fig. 9 abzurollen sucht, wird sie gezwungen, sich entlang der jeweiligen Führungsnut 2 zu bewegen, die zylindrisch ausgebildet ist und parallel zu der Achse des Außenteils 1 verläuft. Infolgedessen kann es zu einem Schlupf zwischen den Führungsflächen 6 der Führungsnuten 2 und den Rollen 5 kommen, was einen Temperaturanstieg und Schubkräfte zur Folge hat, die ihrerseits Vibrationen auslösen können.

Der Mechanismus der Schubkrafterzeugung sei anhand der Fig. 8 erläutert, die erkennen läßt, wie die Bauteile angeordnet sind, wenn Drehbewegungen übertragen werden, während das Außenteil 1 einen Beugewinkel mit Bezug auf den Dreiarmstern 3 bildet. Wenn die Gelenkkupplung rotiert, bewegen sich die auf den Drehzapfen 4 des Dreiarmsterns 3 gelagerten kugeligen Rol­ len 5 in der Axialrichtung des Außenteils 1 entlang den Führungsflächen 6 des Außenteils 1 hin und her. Wie in Fig. 8 dargestellt ist, führen die Rol­ len 5 eine Gleitbewegung von dem Punkt P zu dem Punkt P′, von Q zu Q′ bzw. von R zu R′ aus, und sie bewegen sich dann in die Ausgangsstellung zurück, durchlaufen also bei jeder Umdrehung der Gelenkkupplung eine hin­ und hergehende Bewegung auf jeder Führungsfläche 6. Die zwischen den Füh­ rungsflächen 6 und den Rollen 5 wirkende Kontaktkraft induziert eine Schub­ kraft. Die Richtung und Größe der von jeder Rolle 5 erzeugten Schubkraft än­ dern sich in Abhängigkeit von der Drehphase. Wie in Fig. 8 dargestellt ist, werden zwei der drei Rollen 5 zu der linken Seite des Außenteils 1 gezogen, während die andere Rolle nach der rechten Seite gezogen wird, wodurch eine Schubkraft induziert wird.

Entsprechend Fig. 11 ändert sich die Summe der von den drei kugeligen Rollen induzierten Schubkräfte periodisch von positiv nach negativ und umgekehrt, und zwar dreimal je Umdrehung der Gelenkkupplung. Die Amplitude ist so groß, daß verschiedene Probleme auftreten, zu denen Vibrationen des Fahrzeugs ge­ hören.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine homokinetische Gelenkkupplung zu schaffen, welche die oben erläuterten Mängel ausräumt und insbesondere die induzierte Schubkraft herabsetzt und damit Vibrationsprobleme ausräumt.

Bei einer homokinetischen Gelenkkupplung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentan­ spruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße homokinetische Gelenkkupplung hat die folgenden Vor­ teile:

• (a) Weil der Außenring gleichmäßig und stoßfrei entlang den an der Führungs­ nut ausgebildeten Führungsflächen in einer Richtung parallel zu der Ach­ se des Außenringes abrollt, ist der Reibungswiderstand klein, und der Temperaturanstieg sowie Vibrationen, die auf induzierte Schub­ kräfte zurückzuführen sind, lassen sich verringern.
• (b) Weil der Außenring und der Innenring miteinander zwischen der zylindri­ schen Innenumfangsfläche des Außenringes und der kugeligen Außenum­ fangsfläche des Innenringes in Kontakt stehen, sind die Relativbewegun­ gen zwischen diesen Ringen und das Arbeiten des Gelenks bei vorgegebe­ nem Arbeitswinkel gleichmäßig und stoßfrei; Reibung und Temperaturan­ stieg in der Gelenkkupplung sind klein.
• (c) Weil die Innen- und Außenringe einfache Formen haben, können sie sehr leicht und kostensparend maschinell bearbeitet werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Gelenkkupplung sind nachstehend an­ hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer ersten Auführungsform einer ho­ mokinetischen Gelenkkupplung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt der Gelenkkupplung nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Teillängsschnitt durch die Gelenkkupplung nach den Fig. 1 und 2 bei vorgegebenem Beugewinkel,

Fig. 4 eine schematische Darstellung, die erkennen läßt, wie sich der Innenring mit Bezug auf den Außenring bewegt,

Fig. 5 in größerem Maßstab einen Teilquerschnitt entsprechend Fig. 2,

Fig. 6 einen Teilquerschnitt ähnlich Fig. 5 für eine abgewandel­ te Ausführungsform,

Fig. 7 einen Teilquerschnitt ähnlich Fig. 5 für eine weiter abge­ wandelte Ausführungsform,

Fig. 8 eine schematische Darstellung, die erkennen läßt, wie sich eine konventionelle Gelenkkupplung bewegt,

Fig. 9 einen Längsschnitt einer konventionellen Gelenkkupplung,

Fig. 10 eine perspektivische Darstellung, die erkennen läßt, wie die kugeligen Rollen bei der konventionellen Gelenkkupp­ lung abrollen, und

Fig. 11 eine graphische Darstellung für die Beziehung zwischen dem induzierten Schub und dem Phasenwinkel für jeden Drehzapfen.

Die Fig. 1 bis 5 zeigen eine homokinetische Gelenkkupplung gemäß einer er­ sten Ausführungsform. Ein Außenteil 10 ist in bekannter Weise an seinem ge­ schlossenen Ende mit einer ersten Welle 11 einstückig verbunden und weist an seiner Innenfläche drei axiale Führungsnuten 12 auf, die in Winkelabständen von 120° angeordnet und an jeder Seite mit einer Rollenführungsfläche 13 ver­ sehen sind.

Ein in dem Außenteil 10 montierter Dreiarmstern 15 steht mit einer Kerbverzah­ nung 17 an dem einen Ende einer zweiten Welle 16 in Eingriff und wird zwi­ schen einer Abstufung 18 und einem Sicherungsring 19 gehalten, um nicht von der Welle 16 herunterzurutschen. Der Dreiarmstern 15 ist mit drei Drehzapfen 20 versehen. Auf jedem der Drehzapfen ist eine Rolle drehbar gelagert, die einen Innenring 21 und einen Außenring 22 aufweist.

Jeder der Innenringe 21 ist auf dem zugehörigen Drehzapfen 20 über Wälzglie­ der 23 gelagert und zwischen einer Schulter 26 des Dreiarmsterns 15 und ei­ nem Sicherungsring 27 gehalten, um sich nicht in der Axialrichtung des Dreh­ zapfens 20 zu bewegen. Der Außenring 22 ist auf einer kugeligen Außenum­ fangsfläche 24 des Innenrings 21 gelagert. Seine Außenumfangsfläche 25 wird von den Rollenführungsflächen 13 geführt. Der Innenring 21 steht mit dem Außenring 22 durch den Kontakt zwischen der kugeligen Außenumfangsfläche 24 des Innenringes und einer zylindrischen Innenumfangsfläche 28 des Außen­ ringes in Eingriff.

In Fig. 3 ist die Gelenkkupplung mit einem gewissen Beugewinkel dargestellt. Der Innenring 21 ist mit Bezug auf den Außenring 22 geneigt, wobei er sich entlang der zylindrischen Innenumfangsfläche 28 des Außenrings 22 bewegt. Der Außenring 22 rollt gleichmäßig und stoßfrei entlang der Führungsfläche 13 des Außenteils 10 in einer zu der Achse des Außenteils 10 parallelen Richtung. Dadurch ist der Widerstand gegenüber Schlupf vermindert.

Die Fig. 4 läßt erkennen wie sich der Innenring 21 mit Bezug auf den Außen­ ring 22 bewegt. Das Zentrum A des Dreiarmsterns 15 liegt auf der Achse X des Außenteils 10 wenn der Arbeitswinkel gleich Null ist. Die Mittellinie des Außenrings 22 und das Zentrum C des Innenrings 21 liegen auf der Mittelli­ nie B der Rollenführungsfläche 13. Wenn die Wellen 11, 16 einen Arbeitswin­ kel 0 bilden, verlagert sich das Zentrum des Dreiarmsterns 15 vom Punkt A zum Punkt A′, der unter der Achse X liegt. Dadurch wird der Innenring 21 mit Bezug auf den Außenring 22 schräg gestellt, und das Zentrum des Innen­ rings 21 verlagert sich von dem Punkt C zu dem Punkt C′, der unter dem Zentrum des Außenrings 22 liegt. Die Bewegung des Innenringes mit Bezug auf den Außenring ist in hohem Maße gleichmäßig und stoßfrei.

Wie im einzelnen aus Fig. 5 hervorgeht, weist die Rollenführungsfläche 13 zwei ebene Flächen 31 und 32 auf, die miteinander einen Winkel bilden. Die Außenumfangsfläche 25 des Außenrings 22 hat die Form von zwei konischen Flächen 33 und 34 entsprechend der Gestalt der Führungsfläche 13. Der Außenring 22 wird durch den Kontakt zwischen den beiden ebenen Flächen 31 und 32 der Führungsfläche 13 und den beiden konischen Flächen 33 und 34 des Außenrings 22 in einer Richtung parallel zu der Achse des Außen­ teils 10 geführt. Während bei dieser Ausführungsform der Außenring einen konvexen Querschnitt und die Rollenführungsfläche einen konkaven Quer­ schnitt hat, kann die Anordnung auch umgekehrt getroffen werden.

Die in Fig. 6 veranschaulichte abgewandelte Ausführungsform unterscheidet sich von der zuvor erläuterten Ausführungsform nur hinsichtlich der Form der Führungsfläche 13 b und der Außenumfangsfläche des Außenrings 22 b.

Die Führungsfläche 13 b ist eine ebene Fläche, an deren beiden Enden Schul­ tern 35 und 36 vorgesehen sind. Die Außenumfangsfläche 37 des Außenrings 22 b hat eine zylindrische Form, und ihre Endteile werden von den Schultern 35 und 36 in einer Richtung parallel zu der Achse des Außenteils 10 geführt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 hat der Außenring 22 c eine torische Außenumfangsfläche 25 c. Der Krümmungsradius R ₃ dieser Außenumfangsfläche hat einen Wert von etwa 40 Prozent des Abstandes zwischen der Achse des Drehzapfens 20 und der Rollenführungsfläche 13 c.

Die Führungsfläche 13 c hat im Querschnitt die Form eines Spitzbogens aus zwei zylindrischen Flächen 29 c und 30 c, die beide einen Krümmungsradius ha­ ben, der größer als der Krümmungsradius R ₃ ist. Die torische Außenumfangs­ fläche 25 c des Außenrings 22 c steht mit der Rollenführungsfläche 13 c an zwei Punkten F und G unter einem Kontaktwinkel a von etwa 20° in Kontakt.

Die Breite des Außenrings 22 c ist kleiner als die des Innenringes 21, um den Außendurchmesser des Außenteils 10 kleiner als bei den anderen Ausführungs­ formen zu halten.

Eine entlang dem Außenring 22 c vorspringende Schulter 38 ist an der Ecke der Rollenführungsfläche 13 c auf der Seite der Führungsnut 12 ausgebildet, um die Auslenkung des Außenrings 22 c auf ein Minimum zu beschränken.

Claims (5)

1. Homokinetische Gelenkkupplung mit einem Außenteil, in dessen Innenfläche drei axial verlaufende und um die Achse des Außenteils in gleichen Winkelabständen verteilte Führungsnuten ausgebildet sind, die an jeder Seite mit einer sich in Richtung der Achse des Außenteils erstreckenden Rollenführungsfläche versehen sind; einem Dreiarmstern, der drei radial abstehende und in gleichen Winkelab­ ständen um die Achse des Dreiarmsterns verteilte Drehzapfen aufweist und der in dem Außenteil derart montiert ist, daß die Drehzapfen des Dreiarmsterns von jeweils einer der Führungsnuten des Außenteils aufge­ nommen werden; und jeweils einer auf jedem der Drehzapfen drehbar gelagerten und von den Rollenführungsflächen geführten Rolle; dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle einen drehbar und axial unverschiebbar mit dem Drehzapfen (20) verbundenen Innenring (21) und einen Außenring (22, 22 b, 22 c) aufweist, der Innenring mit einer kugeligen Außenumfangsfläche (24) und der Au­ ßenring mit einer zylindrischen Innenumfangsfläche (28) versehen sind, der Innenring mit dem Außenring über die kugelige Außenumfangsfläche des Innenrings und die zylindrische Innenumfangsfläche des Außenringes in Berührung steht, und der Außenring von den an dem Außenteil (10) ausgebildeten Rollenführungsflächen (13, 13 b, 13 c) in einer Richtung pa­ rallel zu der Achse des Außenteils geführt ist.

2. Homokinetische Gelenkkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß jede Seitenwand der Rollenführungsfläche (13) zwei ebene Flä­ chen (31, 32) aufweist, die einen Winkel miteinander bilden, und daß die Außenumfangsfläche des Außenringes (22) zwei konische Flächen (33, 34) aufweist, die der Form der Rollenführungsfläche entsprechen.

3. Homokinetische Gelenkkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß jede Seitenwand der Rollenführungsfläche (13 b) eine ebene Flä­ che ist, die an beiden radialen Enden zur Parallelführung des Außenrin­ ges (22 b) mit jeweils einer Schulter (35, 36) versehen ist, und daß der Außenring (22 b) eine zylindrische Außenumfangsfläche (37) hat.

4. Homokinetische Gelenkkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Querschnitt jeder Seitenwand der Rollenführungsfläche (13 c) die Form eines Spitzbogens aus zwei zylindrischen Flächen (29 c, 30 c) hat, und der Außenring (22 c) eine kugelige Außenumfangsfläche (25 c) auf­ weist, die die beiden zylindrischen Flächen (29 c, 30 c) zugleich berührt, und daß der Krümmungsradius der Außenumfangsfläche (25 c) des Außen­ ringes (22 c) kleiner als der Abstand zwischen der Achse des Drehzapfens (20) und der Rollenführungsfläche (13 c) ist.

5. Homokinetische Gelenkkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rollenführungsfläche (13 c) an einem radialen Ende mit einer Schulter (38) zur Führung des Außenrings (22 c) versehen ist.