DE3741134A1 - Gleichlaufverschiebegelenk, insbesondere zum antrieb von kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schiebegelenk zum Antrieb von Kraftfahrzeugen, bestehend aus einem ersten Organ, das mit drei Armen ausgestattet ist, die im wesentlichen radial zur Achse dieses Organes angeordnet und teilweise jeweils von zwei Rollensegmenten umgeben sind, deren radiale Außenflächen in Form von torischen Abschnitten mit den längsgerichteten Laufbahnen eines zweiten Organes in Kontakt sind, wobei diese Laufbahnen im Querschnitt eine entsprechende Krümmungsrichtung zur Richtung der radialen Außenfläche der Rollensegmente aufweisen.

Bekanntlicherweise ist man bei Kraftfahrzeugen mit Ver­ brennungsmotor bestrebt, eine Übertragung der Motorvibra­ tionen auf die Struktur und die Zelle des Fahrzeugs zu vermeiden. So dürfen insbesondere die Gelenkwellen, die die Motorleistung auf die Räder übertragen und aus diesem Grunde eine bemerkenswerte starre Masse darstellen, keine Motorvibrationen über die Naben der Antriebsräder auf die Struktur übertragen.

Um so weniger darf die Funktion dieser Antriebswellen selbst Anlaß zur Erzeugung von Vibrationen geben.

Gemäß FR-A-25 25 306 ist ein Gelenk des vorgenannten Typs bekannt, bei dem die Arme des ersten Tripoden-Organs auf einer zylinderförmigen Innenfläche der Rollensegmente mit Hilfe eines Lagers und zwischem dem Lager und dem Segment eingesetzten Nadeln aufliegen. Das Lager selbst kann auf den Armen der Tripode um eine senkrecht zur Tripodenachse und in radialer Richtung des betreffenden Arms angeordneten Achse drehen.

Ein solches Gelenk ist äußerst komplex. Es schränkt zwar die Gleitbewegungen zwischen allen Teilepaaren ein, doch weisen diese Bewegungen Punkte einer Richtungsumkehr oder einer Blockierung auf, wodurch es zur Entstehung von Vibrationen kommt.

Gemäß FR-A-25 80 751 ist darüber hinaus ein Gelenk be­ kannt, bei dem die Arme des ersten Organs in sphärischen Abschnitten angeordnet sind, die über ein Kugelgelenk mit Stäben in Berührung sind, die ihrerseits in den über in Käfigen montierten Kugeln in den Laufbahnen aufliegen. Auch hier ist die Anzahl der Teile relativ wichtig und ihre Übereinanderlagerung trägt in erheblichem Maße zu einer Erhöhung des Volumens des Dichtbalges, des Ge­ wichts, des Kostenpreises und der Abmessungen des Gelenks bei.

Der Zweck dieser Erfindung besteht darin, diese Nachteile aufzuheben und ein Antriebsgelenk mit einer sehr hohen Lebensdauer und einer Aufrechterhaltung der vorteilhaften Eigenschaften während dieser Lebensdauer zu schaffen, d.h. ein Gelenk, das leichtgewichtig ist und eine hohe Leistung bietet, das in heißer Umgebung praktisch ohne Abkühlung arbeiten kann, z. B. in unmittelbarer Nähe des Triebwerks, der Auspuffleitung oder eines Katalysatortopfes, das kompakt ist und so in einem begrenzten Raum installiert werden kann, das über eine hohe Zuverlässigkeit ohne er­ forderliche Wartung verfügt und das darüber hinaus eine größtmögliche Wirtschaftlichkeit bietet.

Das Antriebsgelenk, das Gegenstand der Erfindung ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Arme mindestens eine sphärische Fläche umfassen, die über ein kalotten­ artiges Kugelgelenk mit einer komplementären sphärischen Fläche der ihr zugewiesenen Rollensegmente verbunden sind und die sphärischen Flächen sowie die komplementär sphärischen Flächen im Abstand von der Achse des ersten Organs zentriert angeordnet sind.

Während der Aus- und Einfahrbewegung laufen die Rollen­ segmente entlang der Laufbahnen des zweiten Organs und gleiten um die radialen Arme des ersten Organs. Bei der Winkelumdrehung laufen die Rollensegmente in Form einer Hin- und Herbewegung in den Laufbahnen, d.h. von der ver­ änderlichen Position eines jeden Arms im Verhältnis zur Axialrichtung des zweiten Organs während einer Umdrehung des Gelenks.

Die vorteilhaften Eigenschaften des Gelenks, das Gegen­ stand der vorliegenden Erfindung ist, bestehen in einer Unterbindung der zyklischen Reibung während der Winkel­ funktion, da durch die Drehmomentübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten Organ zwei Arten von Gelenkverbin­ dungen hergestellt werden, die beide frei von einer zykli­ schen Reibung am Punkt der Richtungsumkehr sind.

Tatsächlich handelt es sich bei der Bewegung der torischen Flächen der Segmente in den Laufbahnen des zweiten Organs um eine praktisch rollende Bewegung. Hierfür bestehen drei Gründe. Einerseits wird die Achse der Segmente in konstanter Weise senkrecht zur Achse der Laufbahnen gehal­ ten, so daß jedes Segment konstant und ohne Abweichung von seiner natürlichen Richtung läuft. Andererseits ist der Durchbiegungswert der Kontaktfläche zwischen dem Rollen­ segment und der Laufbahn im Vergleich zu dem Laufradius des Segments sehr niedrig. Schließlich ist der Kontakt­ druck (auch Hertzische Pressung) infolge des großen Laufradius der Segmente äußerst gering.

Die Unterbindung der zyklischen Reibung an den Punkten der Richtungsumkehr beruht außerdem darauf, daß die Gleitbe­ wegung der sphärischen Zonen der Arme des ersten Organs selbst ohne eine Reibung erfolgt.

Die Gründe hierfür sind:

• a) Die Bewegung der sphärischen Zonen eines jeden Arms im Verhältnis zu dem Rollensegment besteht in Form einer kontinuierlichen konischen Kugelgelenkbewegung. Tatsächlich behält das Segment ständig eine Ausrichtung bei, in der seine mittlere Längsebene parallel zur Achse des zweiten Organs verläuft, während die sphärische Zone des Arms mit dem ersten Organ in Anlage ist. In anderen Worten heißt dies, daß jeder Punkt des sphärischen Abschnitts eines jeden Arms eine geschlossene Kurve, beispielsweise wie eine Ellipse, auf der sphärischen Innenfläche des Segments voll­ zieht. Diese Kurve weist in keinem Fall Punkte einer Richtungsumkehr auf. Schließlich ist die auf dem ersten Organ sowohl bei der Versetzung als auch bei der Durchbiegung entstehende Reaktion die Summe der drei gleichzeitigen Kugelgelenkbewegungen der Arme, die um 120° versetzt sind. Es ist festzustellen, daß diese Reaktionen im übrigen absolut konstant und praktisch gleich Null sind.
• b) In Anbetracht der möglichen Aufhebung des Spiels oder sogar einer theoretischen Überlagerung der sphärischen Fläche der Segmente und den sphärischen Zonen der Arme findet ein berührungsfreies Gleiten mit Einlage eines extrem dünnen und damit extrem widerstandsfähigen Schmiermittelfilms statt. Die Aufhebung des Spiels wird durch das mit Kugelsegmenten ausgestattete Gelenk ermöglicht, da es andererseits unmöglich wäre, die herkömmlichen Rollen ohne Spiel auf einem Zapfen zu montieren.
• Eine Montage mit Überlagerung wäre noch unwahrschein­ licher. Schließlich gestattet die Kugelgelenkbewegung der Gelenke eine gegenseitige Selbstanpassung der sphärischen Flächen ähnlich einem Einlaufvorgang. Dieses Verfahren findet fur die Endbearbeitung von optischen Linsen Anwendung.

Die Unterbindung der zyklischen Reibung trägt letztlich zu den für das Fahrzeug verlangten vorteilhaften Eigenschaf­ ten bei.

Darüber hinaus sorgt der sehr niedrige Funktionswider­ stand, der nur schwierig der Reibung angeglichen werden kann, für eine Funktion ohne Leistungsverlust und ohne Erwärmung.

Das Gelenk bietet im Vergleich zu den anderen bisher be­ kannten Gelenken eine größtmögliche Drehmomentübertragung bei gegebenem Raumbedarf.

So ist vor allem die Anzahl der wesentlichen Bestandteile des Gelenks gemäß der Erfindung gegenüber den früheren Ent­ wicklungen erheblich eingeschränkt. Hieraus resultieren Leichtgewichtigkeit, geringer Kostenpreis, Kompaktheit und Robustheit.

Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung sind in der nachstehenden Beschreibung dargelegt.

Die beigefügte Zeichnung umfaßt Beispiele und erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht des Gelenks entsprechend einer ersten Ausführungsform in koaxialer Position, wo­ bei das zweite Organ - oder die Glocke - entspre­ chend der Linie I-I von Fig. 2 geschnitten ist,

Fig. 2 einen Querschnitt entsprechend Linie II-II von Fig. 1,

Fig. 3 eine Teilansicht des Rollelements oder Rollenseg­ ments entsprechend der Pfeilrichtung F 1 von Fig. 4,

Fig. 4 eine teilweise Innenansicht im Schnitt entspre­ chend der Linie IV-IV von Fig. 2,

Fig. 5 eine Ansicht des abgewinkelten Gelenks in maximal eingeschobener Position entsprechend diesem Win­ kel, in Ansicht und teilweise im Schnitt,

Fig. 6 einen Teilquerschnitt entsprechend der Linie VI-VI von Fig. 5,

Fig. 7 eine Ansicht des Segments entsprechend Pfeilrich­ tung F 3 von Fig. 6,

Fig. 8 und 9 eine schematische Darstellung entsprechend einer quer bzw. parallel zur Achse verlaufenden Ebene des Prinzips der Richtungsführung eines Seg­ ments durch die Laufbahn,

Fig. 10 in einer quer zur Achse verlaufenden Ebene die seitliche Neigungsbewegung des an der Laufbahn anliegenden Segments,

Fig. 11 eine schematische Darstellung des Kraftübergangs CC zum Arm der Tripode sowie die elastischen ­ stark vergrößerten - Verformungen des Segments und des Arms,

Fig. 12 eine teilweise Profilansicht im Querschnitt ent­ sprechend der Linie XII-XII von Fig. 13 mit Dar­ stellung eines Gelenks gemäß der Erfindung, das mit einer Vorrichtung zur Vermeidung einer Abwei­ chung ausgerüstet ist,

Fig. 13 einen Teil einer Vorderansicht des Gelenks gemäß Fig. 12, von der Balgseite aus gesehen, wobei der Balg jedoch nicht dargestellt ist.

Fig. 14 eine Teilansicht des Gelenks nach Fig. 12,

Fig. 15, 17 und 18 drei Ansichten entsprechend Fig. 12, die jedoch drei andere Ausführungsformen der Vorrich­ tung zur Verhinderung eines Abweichens betreffen,

Fig. 16 und 19 teilweise Vorderansichten der Gelenkglocke nach den Fig. 15 und 18,

Fig. 20 eine Teilansicht der Verbindung von Welle und Tripode in einer der vorstehenden Ausführungs­ formen, mit Querschnitt der Tripode entsprechend der Ebene XX-XX von Fig. 21,

Fig. 21 eine Ansicht der Verbindung nach Fig. 20, im Schnitt gemäß der Linie XXI-XXI von Fig. 20,

Fig. 22 die Verbindungsklemme nach den Fig. 20 und 21, links in freiem Zustand, während im rechten Teil der Umriß der Blechplatte vor der Biegung darge­ stellt ist,

Fig. 23 bis 25 entsprechen jeweils den Fig. 20 bis 22 und zeigen eine andere Verbindungsart der Welle und der Tripode,

Fig. 26 eine Vorderansicht mit Axialschnitt der Glocke und Darstellung einer anderen Ausführungsform des Ge­ lenks in entgegengesetzter Winkelposition zu der gemäß Fig. 5,

Fig. 27 das Gelenk gemäß Fig. 26 in koaxialer Position, in teilweisem Schnitt in einer durch die Achsen der Tripodenarme verlaufenden Ebene,

Fig. 28 eine Ansicht des abgewinkelten Gelenks nach den Fig. 26 und 27 wobei die Glocke entsprechend der Linie XXVIII-XXVIII von Fig. 27 geschnitten ist,

Fig. 29a, 29b und 29c ein Indexiersegment mit der Gelenk­ verzahnung der Fig. 26 bis 28 im Querschnitt, in Vorderansicht und in Draufsicht,

Fig. 30 eine andere Ausführungsform des Gelenks mit einer Ansicht ähnlich jener von Fig. 2, jedoch in mitt­ lerer ausgefahrener Position,

Fig. 31 die Ansicht eines Rollensegments entsprechend der Pfeilrichtung F 4 von Fig. 30 und

Fig. 32 und 33 Beispiele von Schmiernuten auf den sphä­ rischen Flächen des Segments und der Tripode.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel umfaßt das Gelenk ein erstes Organ - oder eine Tripode - bestehend aus einem Ring 1 mit der Achse X-X, von dem aus drei strahlenförmig angeordnete Arme, die ebenfalls um die Achse X-X mit glei­ chen Winkelabständen angeordnet sind, radial nach außen verlaufen. Die seitlichen Außenflächen eines jeden Arms 2 bestehen aus einem sphärischen konvexen Zone 3, dessen Mittelpunkt S im Abstand von der Achse X-X sowie in­ nerhalb des Arms gelegen ist. Diese Tripode ist auf der Antriebswelle 4 - ebenfalls mit der Achse X-X - aufge­ steckt und auf dieser durch Verschweißen oder mit Hilfe von Verzahnungen 5 oder anderer bekannter Mittel oder auch durch Mittel, wie sie nachfolgend beschrieben werden, be­ festigt.

Jeder Arm 2 der Tripode wird teilweise von zwei Laufele­ menten - oder Rollensegmenten - 6 umgeben, die eine sphä­ risch konkave radiale Innenfläche (im Verhältnis zur Achse des Arms) aufweisen, mit der sie mit der sphärisch konvexen Zone 3 des Arms in Berührung sind. Die Krümmungs­ radien der sphärischen Zonen 3 des Arms 2 und der sphärischen Flächen der Rollensegmente 6 sind identisch.

Die Rollensegmente 6 weisen darüber hinaus eine radiale ringförmige Außenfläche (im Verhältnis zur Achse des Arms) 8 auf, über die sie mit jeweils einer der sechs Laufbahnen 9 in Kontakt sind. Diese Laufbahnen 9 sind im Inneren eines zweiten Organs - oder einer Glocke - 10 angeordnet, dessen Befestigung auf der zweiten Welle nicht in Fig. 1 darge­ stellt ist.

Die Laufbahnen 9 verlaufen parallel zur Achse der Glocke 10 und der zweiten Welle, deren Achse durch die Achse X-X von Fig. 1 gebildet wird, wenn sich das Gelenk in koaxia­ ler (gestreckter) Position befindet.

Die torischen Flächen 8 der Segmente verfügen im Quer­ schnitt über ein kreisförmiges Profil und die Laufbahnen 9 über ein kreisförmiges Profil gleichen Radius.

Demnach umfaßt das Gelenk gemäß der Erfindung neun Basis­ teile: sechs Rollensegmente, die Glocke, die Tripode und die Welle dieser letzteren. Jedes Rollensegment ist über eine Art Kugelgelenk mit einem der Arme und abrollend mit einer der Laufbahnen verbunden. Die Achse der torischen Fläche eines jeden Rollensegments verläuft durch den Mittelpunkt S ihrer sphärischen Fläche, die ihrerseits mit dem Mittelpunkt S der sphärischen Zone 3 des zugehörigen Tripodenarms 2 zusammenfällt.

Während der Ein- und Ausschiebebewegung des Gelenks glei­ ten die Rollensegmente auf den sphärischen Zonen der Arme und rollen in ihrer jeweiligen Laufbahn ab. Ein besseres Verhältnis wird anhand eines Vergleichs der in den Fig. 1 und 4 dargestellten Positionen erreicht. In Fig. 1 befindet sich das Gelenk in einer mittleren Ausfahrposi­ tion, wobei die Rollensegmente 6 eines jeden Arms sich im wesentlichen diametral gegenüberliegen. In Fig. 4 sowie in der im oberen Teil der Fig. 2 dargestellten Position befindet sich das Gelenk in der maximalen Einschiebepo­ sition und die Rollensegmente, die in dieser Position mit 6 a und 6 b gekennzeichnet und dem gleichen Arm der Tripode zugeordnet sind, befinden sich mit ihren auf gleicher Seite gelegenen Umfangsenden im Punkt 14 in Kontakt.

In der Winkelposition (Fig. 5) laufen die Tripodenarme in den sphärischen Flächen der Rollensegmente, wobei deren mittlere Längsebene parallel zur Achse der Laufbahnen verbleibt.

Wenn die Symmetrieebene 39 des Segments (Fig. 8 und 9) leicht abfällt, z. B. um einen Winkel e im Verhältnis zur Achse 36 der Laufbahn, verändert sich die Kontaktellipse 37 in nennenswerter Weise und nimmt eine spiralförmige Form 38 an, die ein korrigierendes auf das Segment aufgebrachtes Ausrichtmoment bis zur Aufhebung des Winkels e und Wiederherstellung der Kontaktellipse 37 ausübt.

Dieses Ausrichtmoment ist in schematischer Weise in den Fig. 8 und 9 durch die beiden Kräfte Q 1 und Q 2 darge­ stellt, die schräg zur Symmetrieebene des Segments (Fig. 8) und im Abstand von der Drehachse (Fig. 9) verlaufen. Bei diesen Kräften handelt es sich um die Resultante des auf die beiden Flügel der Kontaktfläche 38 ausgeübten Drucks entsprechend einer Veränderung der Richtung e. Der Wert e ist in diesen Figuren zum Zwecke des besseren Verständnisses vergrößert dargestellt.

So bleibt der Umfang des Mittelpunkts der kreisförmigen Querschnitte der torischen Fläche stets mit der Achse 36 der Laufbahn und selbst mit einer Ebene P in Berührung, die durch die Achsen der beiden am Arm der betreffenden Tripode angeordneten Laufbahnen verläuft.

Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß die Arme 2 bei abgewinkel­ ter Funktion in zyklischer Weise an einen im Punkt 21 mit der Glocke 10 verschweißten Boden 20 entsprechend dem Drehrhythmus angenähert und von diesem wegbewegt werden. Hierdurch wird eine oszillierende Bewegung der Rollenseg­ mente 6 entlang der Laufbahnen 9 bewirkt. Während der vorgenannten zyklischen Bewegung der Tripodenarme folgt der Mittelpunkt der sphärischen Zone 3 dieser Arme im Verhältnis zur Glocke 10 einem kurvenförmigen Verlauf, der durch die Punkte S 1, S 2 und S 3 dargestellt ist, wobei der Abstand entlang diesem Verlauf zwischen dem besagten Mittelpunkt und der Achse X 2-X 2 der Glocke verändert wird. Wie in Fig. 10 dargestellt, wird hierdurch eine seitliche zyklisch veränderliche Neigung der Rollensegmente 6 durch Drehung um die Achse 36 der Laufbahn bewirkt. Um diese Seitenneigung zu ermöglichen, ist der Umhüllungs­ winkel C 1 der Laufbahn kleiner, als der Winkel C 2, von dem das Querschnittsprofil der torischen Zone des Segments eingeschlossen wird.

Die Position eines jeden Segments wird einerseits durch das Zusammentreffen des Mittelpunkts der sphärisch kon­ kaven Fläche mit der Position - wie S 1, S 2, S 3 - des Mittelpunkts der sphärisch konvexen Zone des Arms und andererseits durch die Berührung des Umfangs der Mittel­ punkt das Querschnittprofil der torischen Fläche mit der Achse 36 der zugehörigen Laufbahn bestimmt.

Wie in Fig. 1 dargestellt, wird der Mittelpunkt S der sphärischen Zone eines jeden Tripodenarms bei koaxialer Position (gestreckter Lage) des Gelenks im Verhältnis zur Achse X-X radial zum Außenrand der Ebene P mit einem Abstand d von vorzugsweise 0,5 bis 1 mm versetzt. Diese Besonderheit ist von Vorteil, um bei abgewinkelter Funktion (Fig. 5) zu erreichen, daß die äußersten Positionen S 1, S 2 und S 3 vom Mittelpunkt der sphärischen Zonen eines jeden Arms beiderseits der Ebene P mit im wesentlichen gleichen Abständen gelegen sind. Bei abgewin­ kelter Funktion nimmt damit jedes Rollensegment 6 (Fig. 10) abwechselnd beiderseits der Ebene weitgehend gleiche Nei­ gungswinkel an.

Entsprechend einer weiteren Verbesserung der in den Fig. 1 bis 11 dargestellten Ausführungsform wird die torische Fläche 8 der Rollensegmente an jedem Umfangsende durch eine tangierende zylindrische Fläche 15 verlängert, die ein gleiches Querprofil, wie die torische Fläche 8 auf­ weist. Am Ende der Drehung kommt diese zylindrische Fläche 15 auf der Laufbahn 9 zur Auflage und gleitet auf derselben. Hierdurch wird der nutzbare Weg des Ein- und Ausschiebens des Gelenks erhöht.

Die Summe des Winkels im Mittelpunkt A der torischen Fläche 8 (Fig. 4) und des Winkels im Mittelpunkt B der zy­ lindrischen Fläche 15 kann gleich 90° sein oder auch je nach Bedarf über oder unter diesem Wert liegen.

Wie in den Fig. 2 und 5 dargestelt, sei in diesem Zu­ sammenhang zunächst darauf hingewiesen, daß die Abwink­ lungsmöglichkeit der Welle in der eingeschobenen Position durch die angrenzenden Enden der Rollensegmente begrenzt ist.

Wenn die Summe der Winkel A und B weniger als 90° beträgt, ist kein gegenseitiger Kontakt der Umfangsenden 13 der Rollensegmente möglich. Der Segmentbereich mit dem am stärksten begrenzten Neigungswinkel der Welle wird aufgehoben.

Wenn die Summe der Winkel A und B über 90° liegt, wird das entlastete Rollensegment durch das belastete Rollensegment am Wegende über dessen Umfangsende 13 zurückgeschoben und man erhält so einen größeren Schiebeweg ohne Gleiten. Der maximale Schiebeweg bei reinem Rollen entspricht dem Um­ fang des torischen Abschnitts, d.h. A.R.

Für den Winkel B wird ein Wert uber 10° gewählt, um am Ende der Drehung eine ausgezeichnete Gleitbewegung der zylindrischen Flächen 15 in den Laufbahnen 9 ohne daß die Gefahr einer Verspreizung besteht. Dieser Gleitvorgang bewirkt eine vorteilhafte Erhöhung des Schiebewegs des Gelenks in außergewöhnlichen Fällen oder auch zum Aus­ gleich der Positionierungstoleranzen zwischen den Rädern und dem Triebwerk bei der serienmäßigen Fließbandmontage der Fahrzeuge.

Wenn sich das Gelenk unter dem maximalen Winkel D (Fig. 5) zwischen der Achse X 1-X 1 der Tripode und der Achse X 2-X 2 der Glocke befindet, können die Welle 4 und die Segmente 6 die in den Fig. 5 und 6 dargestellte Position einneh­ men. Zur Ermöglichung dieser Position entsprechend einer Überlagerung zwischen der Welle 4 und dem theoretischen Torus, der die beiden torischen Flächen 8 der Segmente trägt, sind die Segmente an ihren Enden, die aneinander grenzen, wenn sich der Arm dem Boden 20 nähert, jeweils mit einer Abschrägung 17 (Fig. 7) versehen, deren Fläche durch die theoretische Hülle der Welle 4 während der Umdrehung des Gelenks bei maximalem Beugewinkel gebildet wird. Zur Vereinfachung der Fig. 1, 2 und 4 ist die Abschrägung 17 nicht dargestellt. Bei Funktion unter Winkel sowie in eingeschobener Position bewegen sich die mit dem am nächsten zur Wand 20 gelegenen Tripodenarm verbundenen Rollensegmente 6a und 6 b zur Öff­ nung der Glocke im Verhältnis zu diesem Arm zurück und er­ möglichen einen maximalen Einschiebeweg des Gelenks, der durch einen elastischen Anschlag 19 (nur in Fig. 5 dar­ gestellt) begrenzt wird. Dieser Anschlag ist in das Ende der Welle 4 eingelassen und liegt an dem Boden 20 an. Der Boden ist mit einem teilweise dargestellten Zapfen 23 ver­ sehen, der für die Übertragung des Drehmoments entspre­ chend einer bekannten Technik sorgt.

Eine Bohrung 80 verläuft radial durch die Tripode in jedem ihrer Arme 2 (Fig. 1, 2 und 11), wodurch eine elastische Verformung (Unrundheit) der Wandung 81 der Arme durch den von dem Segment 6 (in Fig. 11 schematisch dargestellt) ausgeübten Druck p bewirkt wird. Diese Bohrung 80 ist so ausgelegt, daß die Vergrößerung des äquatorialen und meri­ dionalen Krümmungsradius der sphärischen Zone des Arms weitgehend der Vergrößerung der gegenüberliegenden Krüm­ mungsradien auf der konkaven sphärischen Fläche des Rollen­ segments entspricht, wenn das Segment der konzentrierten Last CC durch die Laufbahn 9 ausgesetzt wird.

Man erhält so eine weitgehend einheitliche Druckverteilung p entlang dem Boden F sowie auf der gesamten Breite der sphärischen Fläche des Segments und dies praktisch unabhän­ gig von dem durch das Gelenk übertragenen Drehmoment.

Diese Druckverteilung trägt zu einer weitgehenden Begün­ stigung der Bildung und Aufrechterhaltung des Schmiermit­ telfilms zwischen den beiden sphärischen Flächen sowie zu einer erhöhten Lebensdauer und Leistung und zu einer Unter­ bindung der Wärmeentwicklung bei.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 12 bis 19 werden nachste­ hend verschiedene Varianten einer Vorrichtung zur Vermei­ dung des Abweichens beschrieben, wie sie für das Gelenk nach den Fig. 1 bis 11 Anwendung finden konnen. Diese Vorrichtung verhindert, daß die Tripode und die Segmente durch ein übermäßiges Ausziehen der Welle aus der Glocke herausbewegt werden.

In dem Beispiel der Fig. 12 bis 14 ist die Glocke 10 mit einem einfallenden Rand 41 versehen, der durch einen Einschnitt 42 des freien Randes der Glocke gebildet wird und an der Innenbohrung 80 eines der Arme 2 anliegt. Zwei weitere nicht dargestellte einfallende Ränder 41 sind da­ rüber hinaus am Rand der Glocke für die beiden anderen Tripodenarme 2 vorgesehen. Die Arme 2 weisen an ihrem freien Rand an der Außenseite der Glocke eine Ausnehmung 45 auf, über die der einfallende Rand 41 in die Bohrung 80 beim Ausfahren des Gelenks bi zur äußersten Position ein­ greifen kann (Fig. 12).

Diese Vorrichtung vermeidet insbesondere ein Herausgleiten während der Durchführung von Wartungsarbeiten und der Fließbandmontage der auf den Gelenkwellen montierten Ge­ lenke, da der Mechanismus mit Fett gefüllt und durch einen elastischen Balg 46 verschlossen ist.

Bei der in den Fig. 15 und 16 dargestellten Ausführungs­ form besteht der Anschlag aus drei Ansätzen 47, die auf dem Rand einer Blechhaube 48 vorgesehen sind, die ihrer­ seits in eine Nut 49 der Glocke eingefalzt ist. Diese Ansätze sorgen für den Halt eines jeden Tripodenarms, wie dies ebenfalls bei der vorherigen Version der Fall ist.

Gemäß der Ausführung von Fig. 17 ist ein Metalleinsatz 50 in die Glockenwand eingepreßt und außen vernietet oder verschweißt. Dieser Metalleinsatz ragt an dem freien Rand ins Innere der Glocke hinein und dient somit innerhalb der Bohrung 80 als Anschlag für jeden Arm 2 der Tripode.

Gemäß der in den Fig. 18 und 19 dargestellten Ausfüh­ rungsart weist die Innenwand der Glocke 10 in der Nähe ihres freien Randes drei Nasen 51 auf, die für den Halt der Tripode - wie bei den vorherigen Ausführungen - sorgen.

Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Fig. 20 bis 25 zwei Ausführungsarten einer Vorrichtung für die axiale und umfangsmäßige Fixierung der Tripode auf der Welle 4 beschrieben. Diese Vorrichtung ist ebenfalls für das in den Fig. 1 bis 11 dargestellte Gelenk einsetzbar.

Bei den beiden Ausführungen ist die Welle 4 seitlich zwi­ schen zwei genuteten ringförmigen Abschnitten 60 durch eine zylindrische Ausnehmung 59 mit einem kleineren Durch­ messer als jener des Nutgrundes ausgebildet. Der Ring 1 der Tripode ist in entsprechender Weise mit Nuten versehen und auf den beiden genuteten Abschnitten 60 aufgesetzt. Hierdurch wird die Antriebsverbindung gewährleistet.

Eine aus gefalztem und gehärtetem Blech bestehende Klemme 56 mit Federfunktion ist in die Bohrung 80 eines jeden Tripodenarms eingesetzt. Die Klemme 56 weist zwei gegen­ überliegende gerade Kanten 66 auf, die jeweils mit zwei kreisbogenförmigen Rändern 68 enden. Die vier Kreisbogen gehören zu einem gleichen theoretischen Kreis mit gleichem Radius wie die Bohrung 80 der Arme 2. Die Kanten 66 sind symmetrisch im Verhältnis zum Mittelpunkt dieses Kreises angeordnet und ihr gegenseitiger Abstand ist gleich dem Abstand zwischen den Flanken 67 der Ausnehmung 59. Im montierten Zustand greifen die Kanten 66 zwischen die Flanken 67 der Ausnehmung, während die Ränder 68 in die Bohrung 80 eingreifen und so für eine Zentrierung der Klemme innerhalb der Bohrung sorgen.

Ein Mittelabschnitt 62 (Fig. 22) der Klemme verbindet die beiden Seitenflügel, die jeweils mit einem Rand 66 und zwei Rändern 68 versehen sind. Zwischen diesen beiden Seitenflügeln trägt der Mittelabschnitt 62 zwei Verriege­ lungsflügel 63, die die Klemme gegen die Welle 4 halten und jede zentrifugale Versetzung verhindern. Von dem Mit­ telabschnitt 62 aus ist jeder Flügel 63 zum Ausgang der Bohrung 80 hin gekrümmt und zur Welle 4 hin nadelförmig gebogen, um schließlich in einer in umgekehrter Richtung zum Mittelabschnitt 62 gekrümmten Lasche 64 zu enden, die zwischen die zylinderförmige Fläche der Ausnehmung 59 und die Bohrung des Ringes 1 der Tripode eingreift.

Die Tripode wird so sicher auf der Welle mit Hilfe einer preiswerten Klemme gehalten, die durch einfaches Zusammen­ drücken der Flügel 63 mühelos zu montieren und zu demon­ tieren ist.

Gemäß der in den Fig. 23 bis 25 dargestellten Ausfüh­ rungsform sind nur die Verriegelungsflügel 70 geändert. Diese haben gesamt gesehen eine V-förmige Auslegung, wobei die freien Enden 71 in eine Umfangsnut 72 der Bohrung 80 eingreifen.

In den Fig. 26 bis 28, 29a, 29b und 29c ist eine andere Ausführung dargestellt, bei der die Laufbewegung und ins­ besondere die Schwingbewegung der Segmente 24 während der Drehung des Gelenks beim Arbeitswinkel D gegenüber den Laufbahnen 25 indexiert ist. Zu diesem Zweck sind die Segmente (Fig. 29a, 29b und 29c) an einer Seite mit einem während der Kaltformung des Segments hergestellten Zahnbo­ genstücke 26 versehen. Dieses gezahnte Bogenstück greift in eine durch Drehen hergestellte Zahnstange 27 innerhalb der Glocke 28 an der Spitze dreier Anschlagleisten 29 (Fig. 27) ein, die die angrenzenden Laufbahnen 30 und 31 zwischen zwei Armen trennen, so daß jede Laufbahn mit einem Arm zusammenwirkt.

Die Zahnstangen können als Innengewinde mit leicht anfal­ lenden Zahnflanken ausgelegt sein.

Die entsprechenden Umfangsenden der Segmente eines jeden mit einem gleichen Arm zusammenwirkenden Paares sind in der Nähe ihrer sphärischen Fläche mit einer ergänzenden Ausnehmung 32 und einem Ansatz 33 abgesetzt (Fig. 27 und 28), um die Winkelumhüllung C ihrer sphärischen Innenfläche (Fig. 11b) um die sphärische Zone des Tripodearms zu vergrößern und um so ein Herausgleiten der Segmente am Ende der hin- und hergehenden Bewegung bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der maximalen Lauflänge zu vermeiden. Am Ende des Aus- und Einfahrweges des Gelenks greift der Ansatz 33 eines Segmentendes mit Spiel in die Flanken der Ausnehmung 32 ein, bis er die Kanten 34 und 35 beiderseits des Ansatzes und der Ausnehmung berührt. Der gerade Eingriff kann durch einen V-förmigen Eingriff ersetzt werden, der die gleiche Funktion erfüllt und aus Kostengründen vorzuziehen wäre.

Die Zahnstangen 27 und die gezahnten Bogenstücke 26 verfügen über ein ausreichendes Spiel zueinander, um eine seitliche Neigungsbewegung der Rollensegmente zu ermöglichen. Bei den bis hierher beschriebenen Aus­ führungsarten wurde davon ausgegangen, daß das Quer­ schnittsprofil der torischen Fläche der Segmente konvexer und das Querschnittprofil der Laufbahnen konkaver Art ist.

Die in den Fig. 30 und 31 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von den vorherigen Ausführungen durch das Profil der torischen Flächen der Rollensegmente und der Laufbahnen der Glocke. Tatsächlich ist die torische Außenfläche 53 der Rollensegmente in Form einer Rinne ausgelegt, ihr Querschnitt ist konkav und weitgehend kreisförmig, während der Querschnitt der Laufbahnen 54 konvex und weitgehend kreisförmig ist.

Der Querschnitt der torischen Flächen weist einen Radius gleich oder etwas größer, als jener Laufbahnen 54 der Glocke auf. Der Drehpunkt der seitlichen Neigung des Segmentes im Verhältnis zur Glocke liegt somit im Punkt 55 auf der Achse der zylindrischen Laufbahnen. Das Gelenk ist wie das Gelenk nach den Fig. 1 bis 11 abgewinkelbar und funktioniert genauso wie dieses.

Die Vorrichtungen zur Vermeidung eines Abweichens sowie zur Indexierung, zur Drehbegrenzung der Segmente und zur Befestigung der Tripode finden ebenfalls bei dieser Ausführung Anwendung.

In dem in Fig. 32 dargestellten Beispiel ist ein Rollen­ segment 2 vorgesehen, dessen sphärische Innenfläche 7 mehrere Schmiernuten 77 aufweist, die von der Wärme­ behandlung des Segmentes maschinell hergestellt und gesenkgeschmiedet werden. Der Verlauf dieser Nuten ist senkrecht zur Symmetrielangsachse des Segments. Ihre Breite betragt 1 bis 2 mm und ihre Tiefe 0,5 bis 1 mm bei den für Personenkraftwagen vorgesehenen Gelenken.

Als Alternative (Fig. 33) sind Schmiernuten 79 in dem kontinuierlich belasteten Bereich der sphärischen Zone 3 der Tripodenarme vorgesehen. Diese Nuten sind auf Ebenen ausgerichtet, die durch die Achse des betreffenden Arms verlaufen. Es ist somit nicht nötig, ja sogar von Nach­ teil, daß gleichzeitig auf den sphärischen Flächen der Segmente und den sphärischen Zonen der Tripodenarme Nuten vorgesehen werden.

Diese Schmiernuten auf den Segmenten oder den sphärischen Zonen verlaufen senkrecht zur mittleren Gleitrichtung und begünstigen in erheblichem Maße die gegenseitige Selbst­ anpassung der sphärischen Flächen sowie die Bildung und Aufrechterhaltung des Schmiermittelfilms. Dank dieses Films überschreitet der Reibwiderstand in keinem Fall die eines Kugel- oder Nadellagers.

Für das Gelenk können alle bekannten Befestigungsarten der Glocke mit den Antriebsorganen vorgesehen werden, wie z.B.:

• - ein Flansch 85 (Fig. 26 und 27);
• - ein innen genuteter Boden 86 (Fig. 4);
• - ein verschweißter oder mit der Glocke gegossener Zapfen 23 (Fig. 5).

Neben den technischen Wirkungen und den eingangs beschriebenen Vorteilen bietet das Gelenk gemäß der Erfindung die folgenden weiteren Vorteile:

Der diametrale, (radiale) Platzbedarf ist im Verhältnis zum Bereich der sphärischen Zonen sowie zum Laufradius der Rollensegmente äußerst gering, wobei die einzelnen Bestandteile des Gelenks in kompakter Weise innerhalb der Glocke unter bestmöglicher Ausnutzung des Raums angeordnet sind.

Der axiale Platzbedarf ist ebenfalls gering, da die Segmente zur Öffnung der Glocke im Verhältnis zur Tripode in eingefahrener Position zurücktreten (Fig. 4) und die Tripode in ausgefahrener Position bis zm Rand der Glocke bewegt werden kann. Durch diese beiden Vorteile kann die Glocke erheblich verkürzt werden und die Fläche des Diagramms Schiebeweg/Abwinklung ist interessanter (vorteilhafter) als in bezug auf die bisher bekannten Gelenke.

Darüber hinaus verfügt das Gelenk über eine sehr hohe strukturelle Festigkeit bei einem gegebenen Durchmesser. Dieser Vorteil resultiert aus der Robustheit und der geringen Anzahl an Bestandteilen sowie aus der vollständigen Isostatik der Gelenkverbindungen, die eine gleiche Lastverteilung auf die drei Arme der Tripode unabhängig von Bearbeitungstoleranzen gewährleistet.

Die Kosten einer Großserienherstellung sind mäßig, da die Anzahl an Bestandteilen begrenzt ist. Dank der Isostatik ermöglicht das Gelenk relativ hohe Herstellungstoleranzen, insbesondere in bezug auf die Glocke, die mit ihren fertigen Laufbahnen stranggepreßt werden kann. Die Segmente können im Kaltverfahren und Schleifen ihrer sphärischen Fläche nach der Wärmebehandlung hergestellt werden. Die sphärischen Zonen der Tripode können durch direktes Schleifen des gesenkgeschmiedeten Rohlings hergestellt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Beispiele beschränkt.

So können die Indexierungsverzahnungen und/oder die Ansatz-/Ausnehmungssysteme der Rollensegmente gemäß Fig. 26 bis 28 ebenfalls für die anderen beschriebenen Ausführungsarten eingesetzt werden.

Claims (13)

1. Schiebegelenk, insbesondere zum Antrieb von Kraftfahrzeugen, bestehend aus einem ersten Organ (1, 2, 4), das mit drei Armen (2) ausgestattet ist, die im wesentlichen radial zur Achse (X-X, X 1-X 1) dieses Organes angeordnet und teilweise jeweils von zwei Rollensegmenten (6, 24, 54) umgeben sind, deren radiale Außenflächen (3, 53) in Form von torischen Abschnitten mit den längsgerichteten Laufbahnen (9, 25, 54) eines zweiten Organes (10, 28) in Kontakt sind, wobei diese Laufbahnen im Querschnitt eine entsprechende Krümmungsrichtung zur Richtung der radialen Außenflächen (3, 53) der Rollensegmente (2, 24, 54) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Arme (2) mindestens eine sphärische Fläche (3) umfassen, die über ein kalottenartiges mit einer komplementären sphärischen Fläche der ihnen zugeordneten Rollensegmente (6, 24, 54) verbunden sind und die sphärischen Flächen (3) sowie die komplementären sphärischen Flächen im Abstand von der Achse des ersten Organs (1, 2, 4) zentriert angeordnet sind. 2. Schiebegelenk gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem ersten Organ um ein inneres Organ und bei dem zweiten Organ um ein äußeres Organ (10, 28) handelt, daß das erste Organ umhüllt. 3. Schiebegelenk gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahnen (9, 25, 54) und die radialen Außenflächen (3, 53) der Rollensegmente (6, 24, 54) im wesentlichen kreisförmige Querschnitte mit weitgehend gleichem Radius aufweisen.4. Schiebegelenk gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei koaxialer Position des ersten und zweiten Organs die Mittelpunkte (S) der sphärischen Flächen (3) der Arme (2) etwas weiter von der gemeinsamen Achse (XX) des ersten und zweiten Organs entfernt sind als die Ebenen (P), die jeweils durch zwei Achsen (36, 55) der beiden Laufbahnen (9, 25, 54), die dem gleichen Arm (2) zugeordnet sind, verlaufen.

5. Schiebegelenk gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunkte (S) der sphärischen Flächen (3) der Arme (2) etwa 0,5 bis 1 mm weiter von der gemeinsamen Achse (XX) als die besagten Ebenen (P) entfernt sind.

6. Schiebegelenk gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Organ (28) entlang der Laufbahnen (25) Indexierungszahnstangen (27) aufweist, die in die Indexierungsverzahnungen (26) der Rollensegmente (24) eingreifen und so jedes Gleiten der Rollensegmente (24) entlang der Laufbahnen (25) vermeiden.

7. Schiebegelenk gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Außenflächen der Rollensegmente (6) in der Nähe mindestens eines ihrer Umfangsenden Anschläge (15) aufweisen, die die Laufbewegung der Rollensegmente (6) begrenzen und entlang der Laufbahnen (9) gleiten.

8. Schiebegelenk gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (15) aus zylindrischen Abschnitten gebildet werden, die die Torusflächen (8) verlängern.

9. Schiebegelenk gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden jedem Arm zugeordneten Rollensegmente Umfangsenden aufweisen, die mindestens in der Nähe der sphärischen Fläche (3) der Arme (2) so ausgelegt sind, daß sie ineinandergreifen können, wenn sich das erste und zweite Organ in einer relativen axialen Endposition befindet.

10. Schiebegelenk gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die sphärischen Flächen (3) der Arme (2) einen Radius gleich dem Radius der ergänzenden sphärischen Flächen der Rollensegmente (6, 24, 54) aufweisen.

11. Schiebegelenk gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die sphärischen Flächen (3) der Arme (2) und die ergänzenden sphärischen Flächen der Rollensegmente (6, 24, 54) konkave sphärische Flächen enthalten, die mit den konvexen sphärischen Flächen mit leicht größerem Radius als jenem der konkaven sphärischen Flächen zusammenwirken.

12. Schiebegelenk gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die sphärischen Flächen (3) der Rollensegmente mit meridional (77) ausgerichteten Schmiernuten versehen sind.

13. Schiebegelenk gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die sphärische Fläche eines jeden Arms (2) mit Schmiernuten (79) versehen ist, die quer zu einer Achse des Arms verlaufen.

14. Schiebegelenk gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe eines freien Endes des zweiten Organs (10) Anschlagmittel (41, 47, 50, 51) vorgesehen sind, um die Ausfahrbewegung des Gelenks in axialer Richtung (XX) zu begrenzen.

15. Schiebegelenk gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagmittel (41, 47, 50, 51) mit dem Arm (2) des ersten Organs zusammenwirken und die Mittel eine Aussparung (45) aufweisen, über die die besagten Arme teilweise über die Anschlagmittel hinausgehen können, bevor sie die axiale Ausfahrposition des Gelenks erreichen.

16. Schiebegelenk gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme in radialer Richtung im Verhältnis zur Achse (XX, X 1, X 1) des ersten Organs aufgebohrt sind. 17. Schiebegelenk gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme zu einem Ring (1) gehören, der mittels Drehverbindung auf einer seitlich ausgebohrten Welle (4) aufgesteckt ist, wobei der Ring von radialen Durchgängen (80) in jedem Arm (2) durchquert wird, und daß in den Durchgängen (80) zentrierte Verriegelungselemente (58) in die seitliche Ausbohrung (59) hineinragen und so den Ring (1) axial auf der Welle (4) positionieren und daß Befestigungsmittel (63, 70) für den Halt der Verriegelungselemente (58) an der Welle (4) vorgesehen sind. 18. Schiebegelenk gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel (63, 70) Verriegelungslaschen aufweisen, die Bestandteil der Verriegelungselemente und in herausnehmbarer Weise in den mit den Durchgängen (80) verbundenen Befestigungsaufnahmen (59, 72) eingesetzt sind. 19. Schiebegelenk gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungssitze zwischen der mittleren Bohrung des Rings und der seitlichen Aussparung (59) der Welle (4) angeordnet sind.20. Schiebegelenk gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollensegmente (6a, 6 b) an ihrer radialen Innenseite im Verhältnis zur Achse des zweiten Organs (X-X, X 2-X 2) und in der Nähe ihres allgemein zum freien Ende des zweiten Organs ausgerichteten Endes abgeschrägt sind.