DE3832316C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleichlauffestgelenk für Gelenkwellen zum Antrieb der Antriebsräder von Kraftfahr­ zeugen, bestehend aus einer fest mit einer Antriebswelle verbundenen Tulpe, die aus drei axial angeordneten Blät­ tern gebildet ist, sowie einer Tripode mit drei Radial­ armen, die mit Kugelabschnitten versehen sind, die mit inneren sphärischen Anlageflächen von Rollen zusammenar­ beiten, die ihrerseits in Laufbahnen der Blätter der Tulpe eingreifen, wobei die Tripode an einer fest mit einem Radachszapfen verbundenen Schale befestigt ist und Mittel für eine axiale Verbindung der Tulpe mit der Tripode vor­ gesehen sind.

Diese Art von Gleichlaufgelenk ermöglicht eine hohe Ab­ winklung, die jedoch derzeit in der Praxis auf nicht mehr als 46,5° begrenzt ist. Andererseits muß aufgrund des relativ kleinen Durchmessers der Tulpenwelle ein Zwischen­ stück zwischen der Tulpe und der Verbindungswelle vorge­ sehen werden, wenn die letztere einen großen Durchmesser hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den maximalen Beugewinkel des bekannten Gelenkes zu vergrößern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß jeder Arm der Tripode einen in einer radialen Ebene im Verhältnis zu einer mittleren Kugel versetzten Abschnitt umfaßt und zwischen den Kugelabschnitten zwei Abflachungen vorgesehen sind, daß die Mittel zur axialen Verbindung der Tulpe mit der Tripode einen mittleren Stern mit drei Armen umfassen, die die Kugel der Tripode radial beweglich ein­ schließen, und Mittel für eine axiale Halterung in der Tulpe vorgesehen sind, wobei der Stern zwei im Verhältnis zur Tulpe radiale Freiheitsgrade für eine gemeinsame Dreh­ ung mit der Tulpe um die allgemeine Achse des Gelenkes aufweist.

Die Kombination dieses radial freibeweglichen Sterns und der versetzten Abschnitte der Tripodenarme ermöglichen eine erhöhte maximale Abwinklung des Gelenks bis zu 50° und mehr. Bei maximaler Abwinklung des Gelenks kommen die Arme des Sterns mit dem versetzten Teil der Tripodenarme in Berührung, so daß die Arme radial und winkelmäßig in der Tulpe versetzt werden.

Andererseits wird durch die Abflachungen zwischen den Kugelabschnitten der Tripodenarme in Verbindung mit der Versetzung dieser Arme die Montage einer Rolle mit inner­ er, sphärischer Anlagefläche an jedem Arm möglich.

Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung hervor, wobei auf die Zeichnung Bezug ge­ nommen wird. Die dargestellte Ausführungsform gilt als Beispiel und erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.

Es zeigt

Fig. 1 eine Axialansicht des teilweise geschnittenen Gleichlaufgelenkes gemäß der Erfindung, bei gestreckter Lage,

Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Linie 2-2 von Fig. 1,

Fig. 3 eine Vorderansicht in der Achsrichtung der Tripodeneinheit, bestehend aus der eigent­ lichen Tripode und ihren Laufrollen,

Fig. 4 eine Seitenansicht des axialen Befestigungs­ sterns der Tulpe,

Fig. 5 eine Vorderansicht des Sterns von Fig. 4, der in die Blätter der Tulpe eingreift, in Achsrichtung,

Fig. 6 eine Ansicht des Gelenkes entsprechend den Fig. 1 und 2 bei maximaler Abwinklung,

Fig. 7 u. Fig. 8 eine Schnittansicht des Gelenkes in den beiden entgegengesetzten Abwinklungs­ positionen und

Fig. 9 ein Detail mit Darstellung der Montageweise einer Rolle auf dem sphärischen Endteil des jeweiligen Tripodenarms.

Das in den Zeichnungen dargestellte Gelenk ist ein Gleich­ lauffestgelenk für Gelenkwellen zum Antrieb der Antriebs­ räder von Kraftfahrzeugen.

Dieses Gelenk weist eine Tulpe 1, die einstückig mit einer Antriebswelle 2 ausgebildet ist, die den Ausgang eines nicht dargestellten Differentials bildet, sowie eine Tri­ pode 3 mit drei radialen Armen 4, die von einer mittleren Kugel 5 aus verlaufen und in gleichen Winkelabständen voneinander angeordnet sind und jeweils eine Rolle 6 enthalten, die in eine entsprechende in der Innenfläche eines Blattes 8 vorgesehene Laufbahn 7 ein­ greift, auf.

Die Tripode 3 ist an einer fest mit einem Radachszapfen 11 verbundenen Schale 9 befestigt, wobei dieser den Ausgang (Abtrieb) des Gelenkes darstellt.

Die Blätter 8 sind in gleichen Winkelabständen voneinander angeordnet und besitzen jeweils zwei Laufbahnen 7, die mit einer entsprechend angepaßten Rolle 6 zusammenarbeiten. Die Bahnen 7 verlaufen parallel zur allgemeinen Achse X-X des Gelenkes, das in bekannter Weise durch einen nur teil­ weise dargestellten Balg 12 abgedichtet ist.

Die Tripode 3 umfaßt die mittlere Kugel 5, die einen zy­ linderförmigen, koaxial zur Achse X-X verlaufenden Ab­ schnitt 13 sowie zwei beiderseits dieses zylinderförmigen Abschnittes 13 vorgesehene Kugelabschnitte 14, die ebenfalls koaxial zur Achse X-X verlaufen, aufweist. Sie umfaßt ferner die drei Arme 4, die mit der Kugel 5 einteilig ausgebildet sind, und jeweils aus einem radialen Abschnitt 15 bestehen, der zur Achse X-X des Gelenkes auf einer radialen Ebene versetzt und mit einem sphärischen Endteil 16 über einen konisch erweiterten Zwischenbereich 17 verbunden ist, der seinerseits an einer Seite durch eine zur Achse X-X verlaufende Fläche 17 a begrenzt ist. Durch die Versetzung der Arme 15 mit kleinerem Durchmesser im Verhältnis zum Durchmesser der Kugel 5 und die schrägen Flächen 17 a werden somit Aussparungen zwischen den Endteilen 16 und der Kugel 5 gebildet und begrenzt.

Das Endteil 16 wird durch zwei diametral gegenüberliegende und senkrecht zur allgemeinen Achse X-X ausgerichtete Kugelabschnitte 18 gebildet, an welche die schrägen Flächen 17 a angeschlossen sind, sowie durch zwei axial ausgerichtete, senkrecht zur Achse X-X verlaufende Ab­ flachungen 19, die zwischen den Kugelabschnitten 18 vor­ gesehen sind. Die letzteren arbeiten mit inneren, sphärisch­ en Anlageflächen 21 der Rollen 6 zusammen, wobei die Rollen 6 außerdem zylindrische äußere Anlageflächen 22 aufweisen, die mit den Laufbahnen 7 zusammenarbeiten.

Jeder Arm 4 läuft in ein hervorstehendes Ende 23 aus, an dem eine Abflachung für eine mögliche Verschweißung der Tripode 3 mittels Laserstrahl oder Elektronenbeschuß an der Schale 9 vorgesehen ist.

Zum Zwecke der axialen Befestigung der Tulpe 1 mit der Tripode 3 umfaßt das Gelenk einen mittleren Stern 24 mit drei Armen 25, die die Kugel 5 in radial beweglicher Weise radial einschließen. Die Arme 25 sind zu diesem Zweck gebogen und so dimensioniert, daß sie zwischen die ent­ sprechenden Tripodenarme 4 (Fig. 2) durch Drehen und Ab­ rollen auf dem Kugelabschnitt 14 über konkave Auflage­ flächen eingreifen.

Der Stern 24 ist darüber hinaus mit Mitteln für eine axi­ ale Befestigung in der Tulpe 1 versehen. In dem darge­ stellten Ausführungsbeispiel enthalten diese am Ende eines jeden Arms 25 angeordneten Befestigungsmittel einen quer verlaufenden Flügel 27, der mit dem übrigen Stern 24 ein gemeinsames Teil bildet und radial aus dem entsprechenden Arm 25 hervorragt. Jeder Flügel 27 greift mit Radialspiel, jedoch ohne Axialspiel, in eine in dem zugehörigen Blatt 8 angebrachte Nut 28 ein, wobei die Flügel 27 und die Nuten 28 so dimensioniert sind, daß die Flügel 27 radial in den Nuten 28 verschoben werden können, die ihrerseits an den Enden mit den Rollen 6 auslaufen.

Wenn der Stern 24 auf der Tripode 3 montiert ist und seine Flügel 27 in die Nuten 28 eingreifen, besteht somit eine axiale Befestigung des Sterns 24, wobei der Stern jedoch über zwei Freiheitsgrade verfügt, d.h. über die Möglich­ keit einer radialen Bewegung in den Nuten 28 sowie über die Möglichkeit einer Drehung um die allge­ meine Achse X-X des Gelenks relativ zur Tulpe 1.

An der Innenseite der Schale 9 sind gegenüber jeder Rolle 6 Abflachungen vorgesehen, und zwar eine erste quer ver­ laufende Abflachung 29, die einen geringen Abstand zur Oberfläche der Rolle 6 aufweist und parallel zur allgemei­ nen Achse X-X mit geringer Breite, jedoch einer im wesent­ lichen gleichen Tiefe entsprechend dem Radius der Rolle verläuft (Fig. 1); und eine zweite quer und senkrecht zu der ersten Abflachung verlaufende Abflachung 31, die mit der zylinderförmigen, äußeren Anlagefläche 22 der zugehörigen Rolle zusammenarbeitet. Der auf der Tripode 3 montierte Stern 24 wird durch eine Verschlußhaube 32 vervollständigt, die den zweiten Kugelabschnitt 14 abdeckt und in die an den Enden der Arme 25 im Stern 24 befind­ lichen Rillen 33 eingreift.

Die Haube 32 vervollständigt die Einschließung der Kugel 5 durch den Stern 24 und sorgt für einen Zusammenhalt des gesamten Gelenkes.

Die technische Wirkung und die Vorteile des vorbeschrieben­ en Gelenkes sind wie folgt. Zunächst wird die Montage des Gelenkes durchgeführt. Jede Rolle 6 wird auf einem Arm 4, wie in Fig. 9 dargestellt, aufgesetzt, d. h. die Rolle 6 wird schräg im Verhältnis zur allgemeinen Achse des Arms 4 an der Seite der schrägen Fläche 17 a des Arms (Pfeil­ richtung F 1) angesetzt. Durch die Abflachungen 19 und die Versetzung des Abschnitts 15 des Arms 4 kann die Rolle 6 auf dem Endabschnitt 16 gleiten, bis sie auf dem Abschnitt 15 zwischen der schrägen Fläche 17 a und der Kugel 5 anschlägt (Pos. 6 a von Fig. 9). Die Rolle 6 a braucht sodann lediglich um eine parallel zur allgemeinen Achse X-X verlaufende Achse, wie durch den Pfeil F 2 ange­ geben, gekippt zu werden, um die Montage der Rolle 6 auf dem Arm 4 zu beenden.

Anschließend wird die Tripode 3 mit ihren Rollen 6 an der Schale 9 verschweißt. Dies geschieht vorzugsweise wie vorbeschrieben, mittels Laserstrahl. Diese zur Befestigung der Einheit 3, 6 an der Schale 9 angewandte Schweißtechnik mittels Laserstrahl bietet den Vorteil einer nur geringen Erwärmung der um die Schweißnaht herum liegenden Bereiche. Die Schweißnaht am Ende 23 eines jeden Arms 4 verläuft über die gesamte Länge der Tripode, zum Beispiel über 16 mm.

Dies bringt den Vorteil mit sich, daß die Schale 9 zur Festigkeit der Tripode 3 in den Fällen beiträgt, in denen das Gelenk einem Torsionsmoment ausgesetzt ist.

Anschließend wird der Stern 24 in die Nuten 28 eingesetzt und die aus der Tulpe 1 und ihrem axialen Befestigungs­ stern 24 bestehende Einheit auf die mit den Rollen 6 aus­ gerüstete und an der Schale verschweißte Einheit der Schale 9 und der Tripode 3 positioniert.

Das Gelenk wird bis zu der in Fig. 7 dargestellten Posi­ tion gekippt. In dieser Position kann ein Deckel auf den Stern 24 aufgesetzt werden. Dieser Deckel wird durch die Haube 32 gebildet, deren gebogene Ränder in die Nuten 33 des Sterns 24 eingreifen. Diese vorzugsweise aus Feder­ stahl bestehende Haube 32 sorgt für eine Verriegelung des gesamten Gelenkes.

Die Abflachungen 29, 31 der Schale 9 haben eine zweifache Funktion. Sie halten einerseits die Rollen 6 in einer ungefähren tangentialen Position zu der Bahn T der Rollen­ mitte 6 auf der Laufbahn 7 des Arms 8 und/oder senkrecht zur Ebene der Tripode 3. Andererseits ermög­ lichen die Abflachungen 29, 31 einen Ausschlag der Rollen 6 in einer radialen Ebene in einer Größe, die in Überein­ stimmung mit der Abwinklung des Gelenkes ist. Das zur Aufnahme des resultierenden Ausschlags erforderliche Ra­ dialspiel wird darüber hinaus zwischen dem Stern 24 und den Armen 8 einerseits sowie zwischen dem Stern 24 und der mittleren Kugel 5 der Tripode 3 andererseits verteilt aufgenommen. Ein Herausgleiten der Arme 25 des Sterns 24 aus den Nuten 28 wird durch die Berührung der Arme 4 mit den Rändern 25 a und 25 b des Sterns 24 verhindert (Fig. 2).

Die folgenden Merkmale ermöglichen die Erzielung einer vergrößerten maximalen Abwinklung gegenüber bekannten Gelenken des gleichen Typs, d.h. eine Abwinklung von 50 bis 51°, und zwar ein geringer Durchmesser der Arme 4 der Tripode 3 im Arbeitsbereich des axialen Befestigungssterns 24 (versetzte Abschnitte 15) und Freiheitsgrad des Sterns 24 in Bezug auf die Drehung im Verhältnis zur Tulpe 1. Bei maximaler Abwinkelung des Gelenks (Fig. 7) wird durch den Kontakt zwischen dem Ende eines Arms 25 und der schrägen Fläche 17 a sowie durch den versetzten Abschnitt 15 des zugehörigen Arms 4, eine radiale Gleitbewegung und eine Drehbewegung des Sterns 24 in den Nuten 28 bewirkt.

Bei der maximalen im Verhältnis zu der vorherigen Winkel­ position symmetrischen Abwinklung (Fig. 8) besteht ein Kontakt zwischen der Haube 32 und dem versetzten Abschnitt 15 des Arms 4, durch den ebenfalls eine radiale Gleitbe­ wegung des Sterns 24 in den Nuten 28 bewirkt wird.

Das Gelenk gemäß der Erfindung bietet darüber hinaus die folgenden technischen Vorteile:

Im Verhältnis zu den bekannten Gelenken gleichen Typs besteht eine erhöhte mechanische Leistung sowie die Mög­ lichkeit eines Einbauwinkels von 10 bis 12°, der über den derzeit möglichen Einbauwinkeln liegt (der Einbau­ winkel ist der Winkel zwischen einer horizontalen Ebene und der quer verlaufenden Gelenkwelle zwischen dem An­ triebsaggregat und dem Rad des Fahrzeugs). Bei Abwinklung des Gelenkes unterliegt die Rolle 6 keiner axialen Bewe­ gung und ihre Achse verbleibt praktisch senkrecht zur Ebene der von ihrer Mitte verfolgten Bahn T. Außerdem ist die Größe der Fläche der sphärischen Anlageflächen 18, 21 zwischen der Rolle 6 und der Tripode 3 so dimensioniert, daß der Pressungsdruck gegenüber der bei den bekannten Gelenken des vorbeschriebenen Typs verringert ist.

Der allgemeine, sowohl radiale als auch axiale Platzbedarf des Gelenkes ist verringert, da die rollenden Organe auf einem zur Mitte der Tripode 3 konstanten Radius arbeiten.

Die vorbeschriebenen Vorteile (geringer Platzbedarf und bessere Leistung) sind bedingt durch die Anordnung der zylinderförmigen Rollen 6, die auf den sphärischen Anlage­ flächen 18 der Tripode 3 schwenken und drehen.

Dank der Auslegung der Rollen 6 und der Tripode 3 ist schließlich die Größe der Verschiebung bei Abwinklung eingeschränkt, was zu einem geringeren radialen Platzbe­ darf des Gelenkes beiträgt.

Die wesentlichen Vorteile des Gelenkes gemäß der Erfindung können wie folgt zusammengefaßt werden:

• 1. Maximale Abwinklung von über oder gleich 50°.
• 2. Bessere mechanische Leistung, die einen größeren Ein­ bauwinkel im Vergleich zu den derzeitigen Einbau­ winkeln, die 6 bis 7° betragen, ermöglicht, welcher dem Fahrzeughersteller eine größere Freiheit in Hinblick auf die Ausführung des Antriebsaggregats bietet.
• 3. Einsatz von Verbindungswellen mit großem Durchmesser ohne erforderliches Zwischenstück.
• 4. Erzielung eines im Vergleich zu den derzeitigen Ge­ lenken kleineren Gesamtdurchmessers.

Claims (7)

1. Gleichlauffestgelenk für Gelenkwellen zum Antrieb der Antriebsräder von Kraftfahrzeugen, bestehend aus einer fest mit einer Antriebswelle verbundenen Tulpe, die aus drei axial angeordneten Blättern gebildet ist, sowie aus einer Tripode mit drei Radialarmen, die mit Kugelabschnitten versehen sind, die mit inneren, sphä­ rischen Anlageflächen von Rollen zusammenarbeiten, die ihrerseits in Laufbahnen der Blätter der Tulpe ein­ greifen, wobei die Tripode in einer fest mit einem Radachszapfen verbundenen Schale befestigt ist und Mittel für eine axiale Verbindung der Tulpe mit der Tripode vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Arm (4) der Tripode (3) einen in einer radi­ alen Ebene im Verhältnis zu einer mittleren Kugel (5) versetzten Abschnitt (15) umfaßt und zwischen den Kugelabschnitten (18) zwei Abflachungen (19) vorge­ sehen sind, die bei der Montage das Aufstecken der Rollen auf die Kugelabschnitte ermöglichen, daß die Mittel zur axialen Verbindung der Tulpe (1) mit der Tripode (3) einen mittleren Stern (24) mit drei Armen (25) umfassen, die die Kugel (5) der Tripode radial beweglich einschließen und Mittel (27) für eine axiale Halterung in der Tulpe (1) vorgesehen sind, wobei der Stern (24) im Verhält­ nis zur Tulpe radial - und drehbeweglich bezüglich der allgemeinen Achse (XX) des Gelenkes ist.

2. Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (23) der Arme (4) der Tripode (3) mit­ tels Laserstrahl oder Elektronenbeschuß an der Schale (9) verschweißt sind.

3. Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (25) des Sterns (24) gebogen und mit inneren Anlageflächen zur Anlage an der Kugel (5) der Tripode (3) versehen sind und zwischen die Arme (4) der Tripode eingreifen, so daß sie mit den versetzten Abschnitten (15) dieser Arme (4) bei maximaler Abwinklung des Gelenks in Berührung kommen und damit die Radial- und Winkelverschiebung des Sterns (24) im Verhältnis zur Tulpe (1) bewirken.

4. Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Haltemittel des Sterns (24) in der Tulpe (1) Flügel (27) aufweisen, die radial aus den Armen (25) des Sterns (24) hervorragen und in in den Blättern (8) befindliche Nuten (28) radial verschieb­ bar eingreifen.

5. Gleichlauffestgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenfläche der Schale (9) für jede Rolle (6) Abflachungen vorgesehen sind, und zwar eine erste quer und parallel zur allgemeinen Achse (XX) des Ge­ lenkes verlaufende Abflachung (29), deren Tiefe im wesentlichen dem Radius der Rolle (6) entspricht, und eine zweite senkrecht zu der ersten Abflachung ver­ laufende Abflachung (31), die mit einer äußeren, zylinderförmigen Auflagefläche (22) der Rolle (6) zusammenarbeitet.

6. Gleichlauffestgelenk nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der drei Arme (25) des Sterns (24) durch eine an den Armen befestigte Verschlußhaube (32) mit­ einander verbunden sind, so daß die Kugel (5) der Tripode (3) in dem Stern (24) eingeschlossen ist, wobei die Verschlußhaube (32) so dimensioniert ist, daß sie mit dem versetzten Abschnitt (15) der Arme (4) der Tripode (3) bei maximaler Abwinklung des Gelenkes in Berührung ist.

7. Gleichlauffestgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die versetzten Abschnitte (15) der Arme (4) mit den Kugelabschnitten (18) durch einen konisch erweiterten Bereich (17) verbunden sind, der eine schräge Fläche (17 a) zur allgemeinen Achse (XX) des Gelenkes hin bildet.