DE3834441A1

DE3834441A1 - Vorrichtung zur lastuebertragung mit einem laufelement und einem zapfen sowie verfahren zur herstellung

Info

Publication number: DE3834441A1
Application number: DE3834441A
Authority: DE
Inventors: Michel Orain
Original assignee: Glaenzer Spicer SA
Current assignee: Glaenzer Spicer SA
Priority date: 1987-10-09
Filing date: 1988-10-10
Publication date: 1989-06-29
Also published as: IT1224471B; GB2210952B; JPH01141234A; GB2210952A; FR2621660A1; ES2011130A6; GB8823564D0; IT8867899A0; US4988327A; FR2621660B1; DE3834441C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lastüber tragung mittels eines unmittelbar auf einem Zapfen drehen den Laufelements, welches in einer Laufbahn abrollt, sowie die Anwendung auf ein Gleichlaufgelenk und ein Verfahren zur Herstellung dieser Vorrichtung und insbesondere des Laufelements und eines Zapfens.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur Lastübertragung mit einem Laufelement, wie z. B. einer Rolle, einem Rollensegment oder einem ähnlichen Element, die eine mit einer Außenfläche eines Zapfens in Drehkon takt stehende Innenfläche und eine Außenfläche aufweist, die dazu bestimmt ist, sich in einer Laufbahn in der Weise abzurollen, daß zwischen Laufbahn und Zapfen eine Last übertragen wird, wobei die geometrischen Merkmale der Vorrichtung eine Verteilung der Krümmungshalbmesser im entlasteten Zustand entlang der erwähnten peripheren Flächen und die Starrheit des Zapfens gegenüber Veränderungen im Krümmungshalbmesser der peripheren Fläche einschließen und so beschaffen sind, daß die Konformitäts fläche Zapfen/Laufelement unter Belastungsbedingungen trotz der Verformung der Rolle unter Einwirkung der Biege kräfte beiderseits einer axialen Ebene, die sich durch die Kontaktlinie Laufbahn/Laufelement erstreckt, relativ groß ist.

Die Laufelemente, wie z. B. Rollen, Rollensegmente und ähnliche Elemente, die sich unmittelbar auf einem Zapfen drehen, sind in zahlreichen Mechanismen verwendbar.

Diese Laufelemente besitzen eine äußere Lauffläche, die zylindrisch, doppelkonisch, torisch, sphärisch usw. sein kann. Das Laufelement bewegt sich in einer Laufbahn, deren Profil die Außenfläche ergänzt, und dreht sich auf einer Mittelachse oder einem Zapfen, wodurch die Nutzlast zwischen Bahn und Zapfen übertragen wird.

In bestimmten Anwendungsfällen sind Laufkörper wie z. B. Nadeln, Kugeln oder Rollen zwischen der Innenfläche des Laufelements und der Außenfläche des Zapfens eingesetzt. Bei Anwendungen mit geringer Umdrehungsgeschwindigkeit oder bei Schwingbewegungen und wenn bei geringem Platz bedarf eine hohe Leistung benötigt wird, erscheinen jedoch die zwischen Zapfen und Laufelement, wie z. B. der Rolle, eingesetzten Wälzkörper relativ leistungsschwächer.

Diese Bedingungen trifft man insbesondere bei Gleichlauf gelenken, vor allem in Tripodenausführung, an, wie sie für den Antrieb von Automobilrädern verwendet werden. Bei diesen Gelenken greift jeder Tripodenarm, der starr mit einer der Gelenkwellen verbunden ist, gelenkig zwischen zwei fest mit der anderen Wellen des Gelenks verbundenen und parallel zur Achse desselben verlaufenden Bahnen ein. Eine Rolle oder zwei Rollensegmente umgibt (umgeben) jeden Tripodenarm und liegt (liegen) damit zwischen diesem und den beiden Laufbahnen. Während der Funktion dieser Gleich laufgelenke geht die Schwinbewegung jedes Laufelements auf dem entsprechenden Zapfen mit einer abwechselnden Längs translation einher. Die Amplitude dieser kombinierten Bewegung richtet sich nach der Abwinklung des Gleichlauf gelenks, die sich beim Einsatz am Fahrzeug stark verändern kann. Ebenso schwankt die übertragene Last weitgehend und entsprechend dem Antriebsmoment.

Diese Bedingungen einer kombinierten Bewegung Rota tion/Translation bei veränderlicher Belastung sind a priori für die schnelle und einwandfreie Anpassung der Drehflächen durch Feinstpolieren äußerst günstig unter der ausdrücklichen Bedingung, daß die Innenfläche der Rolle und die Außenfläche des Zapfens durch die zu übertragende Last nicht in ungünstiger Weise verformt werden.

Bis heute wurde die zur Erzielung dieser Leistungen unver zichtbare spezielle Geometrie noch nicht realisiert und daher verwendet man in der Praxis, insbesondere bei Tripo den-Schiebegelenken, Nadeldrehvorgänge wegen der größeren zyklischen Reibung die bei unmittelbarem Drehen auf einem Zapfen erzeugt werden.

Man hat zwar versucht, die Konformität der Drehflächen zu verbessern, ohne jedoch das Problem in Wirklichkeit zu lösen.

Insbesondere wird im französischen Patent FR-A-1 3 80 557 vorgeschlagen, den Zapfen auf ein ergänzendes Profil zur Rollenbiegungslinie abzuschleifen. Die Verbesserung der Konformität hat sich im Falle der Nadellageranordnungen in Form einer verbesserten Dauer-Festigkeit niedergeschlagen, doch reicht sie in keiner Weise aus, um eine reine Flüs sigkeitsschmierung sicherzustellen, die zwischen Rollen und Zapfen erforderlich wäre, um die Reibung bei der Dreh ung auf einem Zapfen zu reduzieren.

Es wurde auch vorgeschlagen, die Bohrung der Rollenseg mente auf einem Krümmungshalbmesser abzuschleifen, der kleiner ist als derjenige des Zapfens, oder auch ein Loch in den Zapfen zu bohren, um diesem eine gewisse Un rund-Flexibilität zu verleihen. Diese Anordnungen ver bessern die Drehfläche ein wenig, ohne jedoch unter Be lastung die fast vollständige Konformität zu erreichen, die für die Erzielung einer reinen Flüssigkeitsschmierung erforderlich ist, auf die im Hinblick auf die gewünschte hohe Leistung und Kapazität nicht verzichtet werden kann.

Der Zweck der Erfindung besteht somit darin, eine Vor richtung zur Lastübertragung für unmittelbar auf einem Zapfen drehende Laufelemente vorzuschlagen, die bei einem bestimmten Bauraum Kapazitäts- und Leistungswerte ergibt, die diejenigen von Wälzkörperlagerungen die auf Lauf körpern montiert sind, übertreffen.

Gemäß der Erfindung ist die Aufgabe dadurch gelöst, daß die geometrischen Merkmale so beschaffen sind, daß unter Belastung die periphere Außenfläche des Zapfens, wenigs tens in einer beiderseits der vorgenannten axialen Ebene gelegenen Zone, im wesentlichen der periphere Innenfläche des Laufelements entsprechend ausgebildet ist, die unter Einwirkung zweier kumulierter Spannungen verformt werden, und zwar einerseits durch ein Biegungsmoment und anderer seits durch eine Querkraft, die an jedem Punkt des Lauf elements innerhalb der erwähnten Zone jeweils auf das Teil zurückzuführen sind, welches im Verhältnis zur vorge nannten axialen Ebene jenseits des erwähnten Punktes liegt, während die zu übertragende Belastung innerhalb der erwähnten Zone auf die Innenfläche des sich auf der Laufbahn abstüzenden Laufelementes verteilt ist.

Ein Rollensegment oder die belastete Zone einer Rolle verhält sich beiderseits der vorgenannten axialen Ebene wie ein Träger, der zwischen Zapfen und Laufbahn in der genannten axialen Ebene eingespannt ist und vom Zapfen her einer verteilten Last unterworfen ist. Die früheren Ver besserungsversuche haben das Problem der gegenseitigen Konformität der Drehfläche von Rolle und Zapfen nicht gelöst, denn sie berücksichtigen nur die Durchfederung der Rolle unter Einwirkung der vorgenannten Belastung. Sie bewirkten sämtliche Belastungsausgleichsvorgänge mit para bolischem Verlauf, wonach die vermutliche Durchbiegungs kurve der Rolle entsprechend dem Abstand zur axialen Ein spannungsebene anfänglich eine Nullschräge aufweist (d. h. für einen Punkt, der von dieser Ebene getragen wird). Dies gilt ebenso für das französische Patent FR-A-1 3 80 557, welches ausdrücklich den Ausgleich der Rollendurchfederung bezweckt, wie die anderen vorgeschlagenen Ausgleichsarten, nämlich das Abschleifen auf ein die Durchfederung er gänzendes Profil oder sogar das diametrale weichere Ge stalten des Zapfens.

Nun wurde bezüglich der Erfindung erwähnt, daß die Rolle oder das Rollensegment im allgemeinen ein sehr großes Verhältnis zwischen der Dicke H und der halben Länge 1 aufweist. Im übrigen trägt sie eine konzentrierte Last Q von seiten der Laufbahn. Daraus ergibt sich an jedem be liebiegen Punkt eine Querkraft T und eine Quer-Spannung (eine sogenannte "tangentiale" Spannung, die jedoch beim Auftreten radial verläuft), wodurch bewirkt wird, daß die aufeinander folgenden Abschnitte der Rolle oder des Seg ments im Verhältnis zueinander eine radiale Gleitbewegung ausführen. An jedem Punkt des Segments wird die Querkraft durch die verteilte Last bestimmt, die vom Zapfen jenseits dieses Punktes im Verhältnis zur axialen Einspannungsebene aufgebracht wird. Die Schubspannung ist somit in unmittelbarer Nähe der Einspannung am größten, und daher weist die Kurve für die Durchbiegung aufgrund der Quer kraft entsprechend dem relativen Abstand zur radialen Einspannungsebene anfänglich eine maximale Steilheit auf. Somit zeigt die daraus resultierende Kurve für die Gesamt durchbiegung unter Einwirkung der kumulierten Biege- und Schubspannungen, insbesondere in Nähe ihres Anfangs einen ganz anderen Verlauf als die Kurve, bei der nur die Biege spannung berücksichtigt wird.

Mann kan insbesondere feststellen, daß die Komponente der radialen Durchbiegung, die an der neutralen Achse gemessen wird und auf die Querkraft zurückzuführen ist, im gesamten mittleren Teil der Auflagezone Rolle/Zapfen und bei Win keln bis zu ca. +20° und -20° vorherrschend ist.

Wenn man also die geometrischen Merkmale definiert, die die Verteilung der Krümmungshalbmesser entlang der Dreh fläche des Laufelements und des Zapfens darstellen, und weiterhin die Starrheit des Zapfens gegenüber Ver änderungen des Krümmungshalbmessers seiner peripheren Drehfläche, wenn man diese Merkmale in Erwartung einer Verformung des Laufelements unter Einwirkung der addierten Schub- und Biegespannungen definiert, so erhält man unter Belastung eine fast vollständige Konformität der Dreh flächen des Laufelements und des Zapfens innerhalb eines besonders großen Winkelbereichs, bei dem es sich im Falle eines Rollensegments um den Gesamtwinkelbereich handeln kann.

Unter diesen Bedingungen gewährleistet ein schnelles Ein laufen zu Beginn des Einsatzes die endgültige Entfernung der verbleibenden Schleifrauheiten und gestattet die Bil dung eines durchgehenden Schmierfilms in der Größenordnung von 1 qm oder sogar von einem 1/10 qm, der in der Lage ist, einen Druck bis über 40 Mpa standzuhalten. Die sehr niedriege Betriebstemperatur ergibt einen ausgezeichneten Wirkungsgrad, der in der Nähe des Wirkungsgrades von Na dellagern liegt und typisch ist für die Viskositäts-Flüs sigkeitsschmierung. Die Vorrichtungen zur Lastübertragung durch unmittelbares Drehen auf einem Zapfen gemäß der Erfindung weisen bessere Leistungswerte in Verbindung mit einem erstaunlich hohen mechanischen Wirkungsgrad auf.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist die Anwendung bei einem Antriebsgelenk mit zwei Organen, von denen das eine Laufbahnpaare trägt, welche im wesentlichen axial ausgerichtet sind, und von denen das andere Zapfen trägt, die im wesentlichen radial ausgerichtet sind, während jeder einzelne Zapfen zwischen den beiden Bahnen eines jeweiligen Paars eingreift und ein Laufelement zwischen jeder Laufbahn und dem zugehörigen Zapfen eingefügt ist, so daß es sich entlang der Laufbahn bewegt und unmittelbar auf dem Zapfen dreht.

Ferner ist erfindugsgemäß ein Verfahren zur Herstellung des Laufelements vorgesehen, bei dem eine Außenfläche eines Rohlings des Laufelements einer konzentrierten ra dialen Beanspruchung ausgesetzt wird, die im wesentlichen in der Größenordnung und im Angriff einer typischen Belas tung entspricht, wie sie im Betrieb übertragen werden muß, und daß man diese konzentrierte radiale Beanspruchung durch zwei im wesentlichen tangentiale Beanspruchungen ausgeglichen wird, die symmetrisch auf beiden Seiten der konzertrierten radialen Beanspruchung in einem Abstand dazu angewendet werden, und daß man die Innenfläche des Rohlings so bearbeitet, daß eine Rotationsfläche um eine Achse entsteht, die im Betrieb die Drehachse des Lauf elements bildet.

Diese Erkenntnis der Erfindung beruht auf dem Gedanken, die Drehfläche des Laufelements rotierend zu bearbeiten, während das Laufelement einer Belastungsart ausgesetzt wird, die derjenigen gleicht, welche man für die Be triebesbedingungen wünscht. Unter "Belastungsart" ist die Druckverteilung entlang der Drehfläche zu verstehen. Im Leerlauf besteht daher keine Konformität zwischen Lauf element und Zapfen. Beim Betrieb unter Belastung sind die Gleichgewichtsbedingungen andererseits so beschaffen, daß die gewünschte Belastung erzielt wird und das Laufelement im wesentlichen seine fast vollständige Konformität mit der Form des Zapfens wiedererlangt. Auf diese Weise wird die Art der Belastung, die man für die tatsächlichen Be triebsbedingungen wünschte, realisiert.

Da es unmöglich ist, die Innenfläche des Laufelements zu bearbeiten, während diese der im Betrieb auftretenden verteilten Last ausgesetzt ist, hat man gemäß diesem Ge sichtspunkt der Erfindung daran gedacht, diese verteilte Last durch konzetrierte Lasten zu ersetzen, die im wesent lichen die gleichen Verformungen hervorrufen wie die ver teilte Last. Diese konzentrierten Kräfte sind die beiden Tangentialkräfte, die an den Umfangsenden der Konformi tätszone angreifen. Tatsächlich verfügt jede dieser Kräfte im Verhältnis zu einem beliebigen Punkt der neutralen Achse über einen Hebelarm, der in Anbetracht der Krümmung der erwähnten neutralen Achse im wesentlichen so zunimmt wie das Quadrat des Abstandes zwischen dem Punkt des Tangentialkraftangriffs und dem betreffenden Punkt der neutralen Achse. Das Biegemoment, welches sich aus der konzentrierten Tangentialkraft ergibt, ist somit an jedem Punkt proportional zum Quadrat des Abstandes zwischen dem Punkt des Tangentialkraftangriffs und dem betreffenden Punkt. Weiterhin besitzt die konzentrierte Tangentialkraft eine radiale Komponente, die Erzeugende der Schubspannung, die am Angriffspunkt gleich Null ist und bis zur axialen Ebene zunimmt, wo die konzentrierte radiale Beanspruchung angreift. Insgesamt erhält man somit im Rohling eine Ver teilung der Biegemomente und Querkräfte, die derjenigen gleicht, welche sich aus der für den Betrieb gewünschten tatsächlichen Belastungsart ergibt.

Alternativ ist nach der Erfindung ein Verfahren zur Her stellung des Zapfens vorgesehen, bei dem in die Bohrung eines Zapfenrohlings ein Spreizwerkzeug eingeführt wird, welches an wenigstens zwei winklig verteilten lokalen Stellen der Bohrungswand eine nach außen gerichtete kon zentrierte radiale Beanspruchung in der Weise ausübt, daß der Krümmungshalbmesser des Rohlings in Nähe dieser Stel len reduziert wird, und daß die Außenfläche des Rohlings auf eine Form geschliffen wird, die eine Rotationsfläche um eine Achse des Rohlings darstellt.

In diese Falle kann das Laufelement eine Innenfläche be sitzen, deren Form im entlasteten Zustand einer Rotations fläche entspricht. Der Zapfen weist eine periphere Wandung auf, die unter Belastung eine Form hat, welche zu der jenigen paßt, die die Innenfläche der Rolle unter Be lastung annimmt.

Tatsächlich bewirkt das bei der Bearbeitung in den Zapfen eingeführte Werkzeug eine lokale Belastung des Zapfens in der künftigen axialen Einspannungsebene des Laufelements sowie tangentiale Zugreaktionen in der rohrförmigen Wand des Zapfens zwischen den Angriffspunkten der konzentrier ten Beanspruchungen. Die tangentialen Beanspruchungen werden in Zugrichtung ausgeübt, während die konzentrierten Beanspruchungen radial ausgeübt werden. Entsprechend den schon gegebenen Erläuterungen ist verständlich, daß diese Belastungsart diejenige Belastung simuliert, welche sich im Falle von konzentrierten Beanspruchungen ergeben würde, die durch eine an der Außenfläche des Zapfens verteilte Last ausgeglichen werden. Die Verformung der neutralen Achse des Zapfens während der Bearbeitung verhält sich somit in gleicher Weise wie die Verformungen, die weiter oben im Hinblick auf das Laufelement besprochen wurden. Wenn man also die Spannung nach der Bearbeitung lockert, weist die Außenfläche des Zapfens im Konformitätsbereich Veränderungen des Krümmungshalbmessers in Richtung der Zunahme auf. Wenn man davon ausgeht, daß der Zapfen im wesentlichen durch die Einwirkung der im Betrieb zu er wartenden Belastungen nicht verformt werden kann, muß bei der Fertigung eine Korrektur in dem Sinne erfolgen, daß das Umgangsprofil des Zapfens der Biegungslinie der Innen fläche der Rolle beim Betrieb unter Belastung entspricht. In dem am häufigsten auftretenden Fall, bei dem der rohr förmige Zapfen unter Betriebsbelastung eine bestimmte Verformbarkeit aufweist, ist die bei der Bearbeitung vor genommene Korrektur geringer und bewirkt lediglich den Auslgeich des Verformbarkeitsunterschiedes zwischen Rolle und Zapfen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich noch aus folgender Beschreibung.

Die beigefügten Zeichnungen, die als nicht einschränkende Beispiele zu verstehen sind, zeigen folgendes:

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Lastübertragung mittels unmittelbar auf einem Zapfen drehender Rolle;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Ebene II-II aus Fig. 1, wobei der Zapfen nicht abgeschnitten ist;

Fig. 3 ist eine schematische Grafik der Durchbiegung im Rollensegment unter Belastung entsprechend der Winkelposi tion des betreffenden Punktes der neutralen Achse rund um die Drehachse, wobei lediglich die Biegespannung berück sichtigt ist;

Fig. 4 ist die schematische Grafik der Durchbiegung im Rollensegment unter Belastung entsprechend der Winkelposi tion des betreffenden Punkts der neutralen Achse rund um die Drehachse, wobei einerseits nur die Scherbeanspruchung (Kurve a) und andererseits die Summe aus Scher- und Biegespannungen (Kurve b) berücksichtigt sind;

Fig. 5 stellt in stark übertriebener Weise die Ver formung der neutralen Achse des Rollensegments unter Be lastung dar:

die Fig. 6 und 7 sind eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsart der Vorrichtung gemäß der Erfindung im entlasteten bzw. belasteten Zustand, wobei die Abstände im Verhältnis zu den Umfangslinien übertrieben sind.

Fig. 8 ist eine Endansicht einer Vorrichtung zum Ab schleifen der Innenfläche eines Rohlings mit drei Rollen segmenten einer Vorrichtung gemäß den Fig. 6 und 7;

Fig. 9 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 8;

Fig. 10 eine erläuternde Ansicht des Segments, welches mit der Vorrichtung gemäß den Fig. 8 und 9 erzielt wird, in vergrößertem Maßstab;

Fig. 11 eine Endansicht einer Vorrichtung zum Schleifen der Innenfläche von drei Rohlingen von Rollensegmenten der Vorrichtung gemäß den Fig. 6 und 7;

Fig. 12 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 11;

Fig. 13 eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung Schleifen der Innenflächen einer Reihe von Rohlingen von Rollensegmenten für eine Vorrichtung zur Lastübertragung gemäß den Fig. 6 und 7;

Fig. 14 einen Längsschnitt der Schleifvorrichtung gemäß Fig. 13;

die Fig. 15 und 16 zwei Längsschnitte, entlang zwei zueinander um 90° versetzten Ebenen, einer vierten Vor richtung Schleifen der Rollensegmente mit sphärischen Flächen, die für eine Vorrichtung zur Lastübertragung gemäß den Fig. 6 und 7 bestimmt sind;

die Fig. 17 und 18 Ansichten ähnlich den Fig. 6 und 7, die sich jedoch auf eine zweite Ausführungsart der Vorrichtung gemäß der Erfindung beziehen;

Fig. 19 einen Längsschnitt einer Vorrichtung zum Ab schleifen der Außenfläche eines Zapfens, der Bestandteil einer Vorrichtung zur Lastübertragung gemäß den Fig. 17 und 18 sein soll, wobei dieser Zapfen zu einer Gleich laufgelenktripode gehört;

Fig. 20 ist eine Schnittansicht entlang der Ebene XX-XX von Fig. 19;

die Fig. 21 und 22 gleichen den Fig. 6 bzw. 7, beziehen sich jedoch auf eine dritte Ausführungsart der Vorrichtung zur Lastübertragung gemäß der Erfindung;

Fig. 23 eine Ansicht einer Gleichlaufgelenktripode ent lang der Achse eines der Zapfen sowie einer mit diesem Zapfen verbundenen Rolle, die mit diesem eine Vorrichtung zur Lastübertragung gemäß den Fig. 21 und 22 bildet;

Fig. 24 eine schematische Teilansicht eines Gleichlauf gelenks mit sphärischer Rolle von außen, teilweise im Schnitt entlang der Ebene der Zapfenachsen;

Fig. 25 eine Ansicht entlang der Ebene XXV-XXV vin Fig. 24;

die Fig. 26 ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 24, bezieht sich jedoch auf ein Gleichlaufgelenk mit Rollen segmenten, die innen sphärisch und außen torisch sind; und

Fig. 27 ist eine Schnittansicht entlang der Ebene XXVII-XXVII von Fig. 26.

Die Fig. 1 und 2 stellen auf schematische Weise eine Vorrichtung zur Lastübertragung dar, die einen Zapfen 101 enthält, bei welchem es sich um einen Tripodenarm eines Gleichlaufgelenks handeln kann und dessen Außenwand 102 eine Form hat, die im wesentlichen eine Rotationsfläche um eine Achse 103 darstellt (im Beispiel handelt es sich um eine Zylinderform). Auf der Außenfläche 102 stützt sich unmittelbar für die Drehung die Innenfläche 104 eines Rollensegments 106 ab, dessen Außenfläche 4 von allgemein torischer Form sich in einer Laufbahn 108 mit dazu passen dem Querschnitt eines Organs 109 bewegt, welches aus der Schale eines Gleichlaufgelenks bestehen kann. Beim Ge brauch des Gleichlaufgelenks bewegt sich das Segment 106 auf dem Zapfen 101 in Umfangsrichtung hin und her, wie es durch den Doppelpfeil am Rollensegment in Fig. 1 gezeigt ist, und führt gleichzeitig auf dem Zapfen eine Hin- und Herbewegung in Axialrichtung aus, wie der Doppelpfeil in Fig. 2 veranschaulicht.

Das Rollensegment 106 muß eine Last Q zwischen dem Zapfen 101 und der Laufbahn 108 übertragen. Es ist erwünscht, daß die Last Q sich gleichmäßig über die Innenfläche 104 des Segments 106 in Form eines mittleren Druckes p verteilt. Die erwünschte Gleichmäßigkeit schließt nicht aus, daß das Segment 106 mit einer oder mehreren Querschmierschnuten 111 versehen ist. Die Nut 111 kann durch eine oder mehrere Nuten gleicher Ausrichtung auf der Außenfläche 102 des Zapfens 101 ersetzt werden.

Eine derartige Druckverteilung, die erforderlich ist, damit das Segment 106 sich auf dem Zapfen 101 mittels reiner Viskositäts-Flüssigkeitsschmierung unmittelbar dreht, erfordert eine einwandfreie Konformität oder Kom plementarität der Flächen 102 und 104 unter Belastung, was nur möglich ist, wenn das Segment 106 und/oder der Zapfen 101 festgelegte geometrische Anordnungn einhalten.

Tatsächlich beobachtet man unter Belastung eine Zunahme der Krümmungshalbmesser der neutralen Achse 9 und der Innenfläche 104 des Segments 106. Wenn der Zapfen 101 gegenüber Veränderungen im Krümmungshalbmesser seiner Außenfläche 102 im wesentlichen starr ist und wenn die Flächen 102 und 104 im entlasteten Zustand einander genau ergänzen (komplementär sind), so ergibt sich daraus eine stark abnehmende Verteilung des Druckes Zapfen 101/Rolle 106 von der axialen Einspannungsebene 113 aus und in Rich tung auf jedes Umfangsende des Segments 106. Man be zeichnet die Ebene 113 als Einspannungsebene, denn beider seits dieser Ebene verhält sich das Segment 106 wie ein eingespannter Träger, der einer verteilten Last ausgesetzt wird.

Dies ist der Grund, weshalb man bei den früheren Versuchen zur Verbesserung der Verteilung des auf die Innenwand des Segments 106 ausgeübten Drucks Bemühungen gemacht hatte, die Durchbiegung des Segments 106 unter Einwirkung der Biegespannung auszugleichen. Fig. 3 zeigt ein Beispiel für eine radiale Durchbiegung, gemessen in Mikrometer, die die Innenfläche eines Laufelements 106 unter Einwirkung der Biegespannung aufweist, die sich aus einer verteilten Last ergibt, wie sie für den Kontakt Rolle/Zapfen erwünscht ist. Man stellt fest, daß die Durchbiegung f im wesent lichen mit dem Quadrat des Winkels A zwischen dem betref fenden Punkt und der Einspannungsebene 113 zunimmt.

Um also die nachteiligen Wirkungen der Verformung des Rollensegments 106 unter Belastung auszugleichen, bestan den die früheren Lösungen in der Realisierung der Vor richtung zur Lastübertragung mit einem Segment, dessen Innenfläche auf einen Krümmungshalbmesser abgeschliffen ist, der kleiner ist als der der Zapfenaußenfläche, so daß die Zunahme des Krümmungshalbmessers der Innenfläche 104 bei Belastung und unter Einwirkung der darauf ausgeübten Biegebeanspruchung eine Umdrehungsform verleiht, die den jenigen des Zapfens entspricht. Es hat sich gezeigt, daß diese Verfahren nur eine mäßige Verbesserung der Druckver teilung unter Belastung in dem belastungsnahen Bereich bewirkten.

Die Erfindung geht von der Feststellung aus, daß die Rolle oder das Rollensegment ein sehr großes Verhältnis zwischen der Dicke H und der halben Länge 1 aufweist. Daher sind die sich aus dem Biegungsmoment ergebenden Verformungen nicht so stark, als daß alle übrigen Verformungsarten vernachlässigbar wären. Insbesondere ist die Rolle Aus gangspunkt einer Querkraft, die in jeder Ebene, die durch den Winkel A mit der Einspannungsebene 113 gebildet wird, gleich der Gesamtkraft ist, die an der Fläche 104 zwischen dieser Ebene und dem Umfangsende von Segment 106, welches dieser Ebene am nächsten gelegen ist.

Die Kurve a (Fig. 4) stellt entsprechend dem Winkel A die an der neutralen Achse gemessene radiale Durchbiegung aus der sogenannten Querkraft T dar. Für jeden Winkel A ist die Tangente des Winkels der Kurvensteilheit gleich der Querkraft (wie sie weiter oben für A definiert wurde), mulitpliziert mit 1/SG. Dabei ist:
S: die Querfläche der Rolle;
G: der Schubmodul des Stahls.

Insbesondere in der Ebene 113 ist der Winkel B der Stei gung so beschaffen, daß:

tgb = Q/2SG

Q entspricht dabei der auf das Rollensegment einwirkenden Gesamtlast. Somit gelangt man entsprechend der vorliegen den Erfindung bei einer Rolle oder einem Rollensegment zu einer fast vollkommenen Konformität, wie sie für die reine Viskositäts-Flüssigkeitsschmierung erforderlich ist, indem man zu dem Ausgleich, der sich aus der Kurve nach Fig. 3 ergeben würde, einen Ausgleich hinzu addiert, der durch die Kurve a aus Fig. 4 dargestellt wird. Somit erhält man einen durch die Kurve b aus Fig. 4 dargestellten Gesamt ausgleich, der der Summe von Kurve a und der Kurve aus Fig. 3 entspricht. Die Kurve b definiert die auszu gleichende radiale Gesamtdurchbiegung, gemessen an der neutralen Achse, zur Realisierung der gewünschten hydro dynamisch Reibung.

Fig. 5 zeigt auf übertriebene Weise durch Hervorhebung des Unterschiedes zwischen der unverformten kreisförmigen neutralen Achse 9 und der verformten Achse 9 a die Durch biegung, deren Ausgleich Zweck dieser Erfindung ist. Be rücksichtigt man, daß der Winkel B (Fig. 4) nicht gleich Null ist, so nimmt die auszugleichende Durchbiegung bei derseits der Ebene 113 relativ schnell zu, im Gegensatz zu dem Fall, bei dem nur die Biegespannung berücksichtigt würde. Die Durchbiegungen zeigen die verschiedenen Tangen ten für die Kurven 9 und 9 a in Ebene 113.

Gemäß einer ersten Ausführungsart der Erfindung (Fig. 6 und 7) weist der Zapfen 101 gegenüber Schwankungen im Krümmungshalbmesser unter Einwirkung der im Betrieb zu erwartenden Lasten Q eine Steifigkeit auf, die im Ver hältnis zur Steifigkeit des Segments 106 gegenüber den Krümmungshalbmesserschwankungen seiner Innenfläche 104 groß ist. Die Außenfläche 102 des Zapfens 101 erlaubt eine Drehung. Das Rollensegment 106 besitzt eine Innenfläche 104, die sich im wesentlichen so verhält, wie es sich aus der Hinzufügung einer radialen Überdicke an einer er gänzenden Fläche 114 der Außenfläche 102 ergeben würde, die an jedem Punkt der zu erwartenden Durchbiegung gemäß Kurve b aus Fig. 4 gleich wäre. Die Innenfläche 104 weist somit in einer lotrecht zur Achse 103 verlaufenden Ebene (Ebene gemäß Fig. 6 und 7) Krümmungshalbmesser auf, die kleiner sind als die entsprechenden Krümmungshalbmesser der Außenfläche 102 des Zapfens. Die neutrale Achse 9 ist kreisförmig.

Diese Bedingungen sind so beschaffen, daß bei Belastung (Fig. 7), während sich die neutrle Achse 9 entsprechend Kurve b aus Fig. 4 verformt, die Fläche 104, welche einer entsprechenden Verformung unterworfen wird, eine Form annimmt, die im wesentlichen der Außenfläche 102 ent spricht, welche sich nicht verformt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 8, 9 und 10 wird nunmehr ein erstes Verfahren zum Abschleifen der Innenwand des Rollensegments 106 aus den Fig. 6 und 7 beschrieben.

Gemäß dem Verfahren erhält man einen ringförmigen Mehr fachrohling 1, der in seiner Innenfläche drei Einschnitte 2 im Abstand von 120° zueinander aufweist und der an der torischen Außenfläche 4 drei Paare von Feldern 3 aufweist, die V-förmige Einschnitte gegenüberliegend den Ein schnitten 2 definieren. Somit umfaßt der Mehrfachrohling 1 drei einzelne Rollensegmentrohlinge. In der Phase, die in den Fig. 8 und 9 berücksichtigt ist, hat der ring förmige Mehrfachrohling seine Härtungsbehandlung hinter sich.

Gemäß dem Verfahren wird der ringförmige Rohling 1 in einen Dorn 6 zwischen drei Spannbacken 5 eingespannt, die rund um die gemeinsame Achse von Rohling und Dorn um je weils 120° zueinander versetzt verteilt angeordnet sind. Jede Spannbacke 5 liegt auf der Außenfläche eines der Einzelrohlinge mit gleichem Abstand zu den beiden Um fagsenden desselben an. Der Dorn 6 und die Backen 5 ge hören zu einer Innenschleifmaschine, deren Schleifscheibe 7 einen Außendurchmesser hat, der kleiner ist als der Durchmesser der Innenfläche des Mehrfachrohlings 1.

Während des Schleifvorganges über die Backen 5 in der axialen Mittelebene der Segmente, die während des Be triebes die Einspannungsebene 113 bildet, eine Radialkraft Q aus, die einer typischen Belastung entspricht, wie sie im Betrieb auf jedes der Segmente 106 im Gleichlaufgelenk einwirkt.

Die Einwirkung der drei Kräfte Q bestimmt an jedem der Umfangsenden jedes Segmentes in der Zunge 8, die die Ver bindung zum angrenzenden Segment herstellt, eine Kraft F, die tangential in Richtung der Segmentkompression ausge richtet ist.

Wie aus Fig. 10 ersichtlich, bestimmt jede Kraft F an jedem Punkt (z. B. D 1, D 2, D 3) der neutralen Achse 9 des Rohlings ein Biegungsmoment, welches gleich F, multipli ziert mit dem Abstand (z. B. h 1, h 2, h 3) zwischen dem betreffenden Punkt und der Angriffslinie der Kraft F ist.

Unter Berücksichtigung der Krümmung der neutralen Achse 9 ist der Wert des Biegunsmomentes an jedem Punkt im wesent lichen proportional zum Quadrat des Winkels a 1, a 2, a 3), der diesen Punkt vom nächstgelegenen Umfangsende trennt. Ebenso ist die radiale Komponente F, die die aus F resul tierende Schubspannung erzeugt, am Umfangsende des Seg ments gleich Null und nimmt entsprechend dem Winkel a stark zu.

Damit kommt man im Rohling zu einer Verteilung der Biege momente und Querkräfte, die derjenigen einer verteilten Last an der Innenfläche gleicht. Während der Bearbeitung gleicht die Verformung der neutralen Achse 9 somit der jenigen, die auch im Betrieb auftreten wird.

Bei dieser Belastung, die einer tatsächlichen Belastung gleicht, verleiht die Schleifscheibe 7 der Innenfläche des ringförmigen Rohlings 1 die Form einer Rotationsfläche Drehung um die Achse des Rohlings, welche durch die Ein schnitte 2 sowie durch eventuelle Schmiernuten 111 unter brochen wird. Wie aus Fig. 9 ersichtlich, weist jede Backe 5 eine Aussparung 112 auf, deren zylindrisches Profil sich an das Profil der Außenfläche 4 des Rollensegments in der axialen Einspannungsebene anpaßt. Bei Betrachtung in der lotrecht zur Achse verlaufenden Ebene (Fig. 8) stützen sich die Backen 5 tangential auf der Oberfläche 4 der Rollensegmente ab.

Wie in Fig. 9 schematisch darstellt, kann es sich bei den Backen 5 um Keile handeln, deren geneigte Fläche 116 ra dial an der Außenseite angeordnet ist und sich auf einer ebenso geneigten Fläche 117 einer axialen Innennut 118 des Dorns 6 abstützt.

Somit wird die auf jeden Grundrohling 1 einwirkende Kraft Q durch eine Kraft erzeugt, die axial an den drei Keilen in der Richtung angreift, in der die drei Flächen 117 der Nuten 118 zusammenlaufen. Nicht dargestellte Vorrichtungen halten die drei Backen 5 in stets übereinstimmenden Längs positonen fest, so daß sich die Achse des Rohlings immer in einer Richtung parallel zur Achse der Schleifscheibe 7 erstreckt, wie es auch bei herkömmlichen Dornen der Fall ist.

Nach dem Schleifen löst man die Backen 5 und trennt die drei einzelnen Rohlinge durch Abstechen oder Abbrechen in Höhe der Zungen 8.

Die neutrale Achse jedes so gebildeten Segments nimmt wieder Kreisform an, während die Innenfläche von einer Umdrehungsform in eine Form übergeht, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist. Der Umfang des erzielten Ausgleichs ver hält sich proportional zu den Kräften Q und berücksichtigt kumulierte Biege- und Schubverformungen.

Der radiale Abstand der Achse der Zungen 8 im Verhältnis zur neutralen Achse des Abschnitts der Einzelrohlinge bestimmt die relative Größe der Biegeund Schubausgleichs vorgänge. Ist der Abstand j (Fig. 8) zwischen der Achse der Zungen 8 und der Achse des Rohlings 1 größer als der Halbmesser r der neutralen Achse 9, so nimmt der Anteil des Biegungsausgleichs zu und umgekehrt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 11 und 12 wird nunmehr ein weiteres Verfahren zur Herstellung der Segmente gemäß Fig. 6 beschrieben.

Gemäß diesem Verfahren werden nach dem Härten von drei Rohlingen der Segmente 10 mit sphärischer Innenfläche und torischer Außenfläche die erwähnten Rohlinge in die torische Bohrung 13 mit entsprechendem Profil (siehe Fig. 12) eines Dorns 12 eingesetzt. Die Bohrung 13 ist radial nach außen in der Weise mit Ausparung versehen, daß im Verhältnis zur Umfangsrichtung 15 nur drei schmale Flächen erhalten bleiben. In jeder lotrechten zur Achse verlaufen den Ebene ist der Durchmesser der torischen Bohrung 13 des Dorn 12 geringfügig größer als der entsprechende Außen durchmesser der Segmente 10, und zwar um ca. 0,04 bis 0,08 mm.

Wie aus Fig. 12 ersichtlich, besitzt der Dorn 12 radiale Kanäle 119, in denen Backen 11 verstellbar angebracht sind, und radial nach innen beaufschlagt werden können. Die Backen 11 verfügen in der Bohrung 13 über Enden, die zur Achse hin schmaler werden, entlang der Achse betrach tet (Fig. 11). Diese Enden sind zwischen den angrenzenden Endflächen mit entsprechender Neigung der aufeinanderfolgenden Rohlinge 10 eingesetzt und üben mit tels Keil auf die Enden dieser Rohlinge Tangentialkräfte F aus, die die Rohlinge 10 in Richtung der Zunahme ihres Krümmungshalbmessers verformen und damit jeden Rohling 10 an den drei Flächen 14 bzw. 15 zur Anlage bringen, wobei die Fläche 14 dann durch Einwirkung auf die Außenfläche des Rohlings eine lokale Beanspruchung ausübt, die radial nach innen gerichtet ist.

Auf diese Weise sezt man jeden Rohling 10 einer Belastung der gleichen Art aus, wie sie in Verbindung mit Fig. 10 beschrieben wurde.

Anschließend tritt die torische Schleifscheibe 16 eines Innenschleifkopfes zur Fertigbearbeitung durch radiales Einstechen in Aktion. Danach werden die Backen 11 gelöst und die drei Segmente 10 nehmen die in Fig. 6 dargestellte Form an.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 13 und 14 eine dritte Art der Herstellung der Segmente gemäß der Darstellung in den Fig. 6 und 7 beschrieben.

Nach der Härtung werden die Rohlinge 10 in einer Aufnahme 17 mit torischen Nischen 18 eingesetzt, die den gleichen Querschnitt wie die Segmente aufweisen und nebeneinander angeordnet sowie auf einen Torus-Außendurchmesser ab geschliffen sind, der um 0,02 bis 0,10 mm größer ist als derjenige der Segmente. Zwei Längsausnehmungen 19 sind in den Boden der Aufnahme so eingearbeitet, daß nur zwei Flächen 20 für die Umgangsenden der Segmente und eine schmale Mittelfläche 21 im Verhältnis zur Umfangsrichtung übrigbleiben. Außerdem ist die Fläche 21 zylindrisch aus geführt und ihre Achse verläuft lotrecht zur Achse 103 der Rohlinge. Ein fester Anschlag 22 dient der Abstützung, eines der Umfangsenden sämtlicher Segmente 10.

Eine gemeinsame Antriebswelle 24 besitzt für jedes Segment 10 einen beweglichen Anschlag 23 und kann so betätigt werden, daß die Anschläge 23 auf das andere Umfangsende der Segmente 10 die Tangentialkraft F in der Weise auf bringen, daß die Rohlinge 10, wie bereits unter Bezugnahme auf Fig. 10 beschrieben, in Richtung der Zunahme ihres Krümmungshalbmessers beansprucht werden und daß die Um fangsenden der Segmente 10 mit den Flächen 20 in Kontakt gebracht werden, und zwar durch eine radiale Reaktions beanspruchung durch den zylindrischen Bereich 21 in Rich tung der Achse 103 in der axialen Mittelebene des Rol lensegments.

Die groß bemessene Schleifscheibe 25, deren Achse 141 lotrecht zur Achse 103 und zur Fluchtrichtung der Rohlinge 10 sowie parallel zu den Achsen der Flächen 21 verläuft und deren Umfang ein kreisförmiges Profil mit einem sehr genauen Halbmesser aufweist, bewirkt nacheinander das Abschleifen aller "vorbeibewegbarer" Rohlinge 10, die während der Translationsbewegung des Schleifmaschinen tisches, an dem der Rechen 17 angebracht ist, in der Auf nahme festgehalten werden.

Nach Freigabe des beweglichen Anschlags 23 geht die Innen fläche der Segmente von einem zylindrischen Profil auf das gewünschte Profil über, welches schematisch in Fig. 6 dargestellt ist.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 15 und 16 wird nunmehr eine vierte Art der Herstellung eines Segments der in Fig. 6 dargestellten Art beschrieben, und insbesondere eines Segments 106, dessen Innenfläche 104 pseudosphärisch (d. h. bis auf die Ausgleichsfläche fast sphärisch) und deren Außenfläche torisch ausgebildet ist. Dieses Verfahren arbeitet mit einer Topfschleifscheibe 27 oder Topf schleifstift, der nach dem Abwälzprinzip arbeitet.

Dazu setzt man einen Rohling 26 so in einen Drehdorn ein, daß die Umdrehungsachse 121 des Dorns 122 durch die Mitte O der an der Fläche 104 auszuführenden sphärischen Schleifung verläuft. Eines der Umfangsenden des Segments 26 ist am Umfang in einer Aussparung 32 des Dorns 122 verkeilt die für die Außenfläche des Rohlings 26 eine Endfläche 123 begrenzt, die im Verhältnis zur Umfangs richtung schmal ist. Jenseits der Aussparung 32 bildet der Dorn 122 eine feste Klaue 30, auf der sich das ent sprechende Umfangsende des Rohlings 26 abstützen kann. Am anderen Umfangsende des Rohlings 26 trägt der Dorn 122 eine hydraulisch betätigte Klaue 28, die eine kontrol lierende Kraft F ausübt, die tangential am Umfangsende des Segments angreift und eine tangentiale Reaktionskraft der gleichen Größe seitens der festen Klaue 30 am anderen Umfangende bestimmt. Diese Kräfte F bringen das Segment 26 gegen eine zylindrische konkave Fläche in der Mitte 31 zur Anlage und öffnen gleichzeitig auf elastische Weise den Rohling, bis die festgelegte Kraft F ausgeglichen ist, um die gewünschte Korrektur zu erzielen. Dieses Mittel zur Dosierung der Korrektur hat im Verhältnis zu den in Fig. 11 und 13 dargestellten Verfahren den Vorteil, daß die ausgeführte Korrektur nicht von den Ausführungs toleranzen des Außentorus der Segmente abhängig ist.

Die geometrische Umdrehungsachse 121 des Dorns 122 er streckt sich entlang der axialen Mittelebene des Segments 26 (der künftigen Einspannungsebene). Die Drehungsachse 124 der Schleifscheibe 27 schneidet schräg die Achse 121 in der Mitte O. Beim Schleifen bewegt sich die Welle 33 der Topfschleifscheibe 27 in Längsrichtuung vorwärts, ohne die Mitte O der Innenwand von Segment 26 zu verlassen. Beim Freigeben der gesteuerten Klaue 28 verändert sich die geschliffene und völlig sphärische Wand 104 durch elas tische Rückbildung und nimmt das gewünschhte Profil an, welches schematisch in Fig. 6 dargestellt ist.

Nach einer zweiten Führungsart der Vorrichtung gemäß der Erfindung (Fig. 17 und 18) rotiert die Fläche 104 des Segments 106 um die Drehachse, wenn die Vorrichtung ent lastet ist. Auf der anderen Seite besitzt die Außenfläche 102 des Zapfen 101 ein Profil, welches der Biegungslinie des Profils der Fläche 104 unter Einwirkung der im Betrieb erwünschten Belastung entspricht, d. h. mit einer im we sentlichen gleichmäßigen Verteilung des Druckes zwischen den Flächen 102 und 104. Darüber hinaus ist der Zapfen 101 gegenüber den Änderungen des Krümmungshalbmessers seiner Fläche 102 unter Einwirkung der vorgesehenen Belastungen im wesentlichen unverformbar.

Wie es in Fig. 18 stark übertrieben dargestellt ist, sind also die Flächen 102 und 104 bei Belastung nahezu einander ergänzend in Übereinstimmung.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 19 und 20 wird nunmehr ein Verfahren zur Herstellung einer Tripode 35 beschrie ben, deren Zapfen 101 jeweils dem schematisch in den Fig. 17 und 18 dargestellten Profil entsprechen.

Gemäß diesem Verfahren wird der Zapfen 35 an der Spindel der Schleifmaschine durch ein Spreizwerkzeug - oder eine Spreizklammer - 36, mit zwei Längsanlagekanten 37 festge halten, die einander diametral gegenüberliegen und in einer axialen Bohrung 39 eines der Zapfen 101 Bean spruchungen Q ausüben, die entlang zweier Erzeugen den der Bohrung 39 radial nach außen gerichtet sind, welche in der Ebene liegen, die später die Einspannungsebene der Rolle oder der beiden Rollensegmente, die mit diesem Zapfen zusammenwirken, sein wird. Diese Ebene ist im übrigen die Mittelebene der Tripode, die durch die drei Achsen der drei Zapfen verläuft. Um eine einwandfreie Positionierung der Längsanlagekanten 37 in der Bohrung 39 sicherzu stellen, weist das geschlossene Ende der Klammer 36, wel ches dem Innern der Tripode zugewandt ist, bei 41 eine V-Aussparung auf, die die Schnittkante der Bohrungen 42 der beiden anderen Tripodenzapfen überdeckt. Ab dem vorge nannten geschlossenen Ende teilt sich das Spreizwerkzeuges 37 in zwei Arme 126, von denen jeder eine der Längsanlage kanten 37 trägt und die zwei schräge, einander zugewandte Flächen 127 aufweisen, welche zum Tripodeninnern hin zu sammenlaufen. Zwischen diesen beiden Flächen 127 ist ein Keil 128 eingelegt, der auf diesen mit zwei Flächen 129 von entsprechender Schräge aufliegt. Zur Erzeugung der Kräfte Q wird der Keil 128 axial nach innen beansprucht, wie es der in Fig. 19 dargestellte Pfeil anzeigt.

Die einander gegenüberliegenden schrägen Flächen des Keils sind beiderseits miteinander durch zwei zylindrische Flächen 40 verbunden, deren Durchmesser im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Bohrung 39 ist, jedoch mit einem geringen Radialspiel zu dem Zweck, daß der Zapfen sich unter Einwirkung der Kräfte Q frei verformen kann. Die Flächen 40 gewährleisten eine Zentrierung des Keils in der Bohrung 39, während nicht dargestellte Mittel das Spreizwerkzeug im Verhältnis zum Keil positionieren und dadurch die Zentrierung des Werkzeugs in der Bohrung 39 gewährleisten.

Die beiden Beanspruchungen Q, die die lokalen Radialkräfte bilden und auf 90° vom Angriffspunkt beiderseits der An griffsebene zwei Tangentialzugkräfte T bestimmen, stellen eine Unrundbelastung des Zapfens durch Reduzierung des Krümmungshalbmessrs in Nähe der Längsanlagekanten 37 dar. Ähnlich den Erklärungen, die im Hinblick auf Fig. 10 ge geben wurden, wird man verstehen, daß die radiale Durch biegung des Zapfens beiderseits jeder Kante 37 im wesent lichen der Kurve b aus Fig. 4 entspricht. Man reguliert die Kräfte Q in der Weise, daß der Wert dieser Durch biegung an jedem einzelnen Punkt im wesentlichen der Durchbiegung entspricht, die das Rollensegment unter Einwirkung der im Betrieb auftretenden Belastung aufweist.

Da der Zapfen gegenüber Veränderungen im Krümmungshalb messer unter Betriebslast im wesentlichen unverformbar sein muß, sind die während der Bearbeitung angreifenden Lasten Q größer als die für den Betriebsfall vorgesehene Belastung.

Nachdem diese Montage erfolgt ist, versetzt man das Spreizwerkzeug 36 und mit ihr die Tripode 35 um die Montageachse 103 in Umdrehung. Gleichzeitig versetzt man um eine parallel zur Achse 103 verlaufende Achse 130 eine Schleifscheibe 131 in Umdrehung, deren Umfang mit ent sprechend geeignetem Profil die Außenwand des Zapfens tangiert. Damit erhält die Wand eine Form, die in dem Beispiel gemäß einem geraden Profil zur Herstellung einer zylindrischen Wand um die Achse 103 herum drehbar ist. Man könnte jedoch ebensogut eine sphärische Fläche unter Ein satz einer Schleifscheibe mit kreisförmigem Profil reali sieren.

Nach beendtem Schleifvorgang gibt man den Keil 128 frei und die Außenfläche 102 nimmt die schematisch in Fig. 17 dargestellte Form an, und zwar symmetrisch auf beiden Seiten der Ebene 132 (Fig. 20), die die Mittelebene der Tripode lotrecht entlang der Achse 103 durchschneidet.

Gemäß einer dritten Ausführungsart der Vorrichtung (Fig. 21) im entlasteten Zustand rotieren die Flächen 102 und 104 beide um die Achse 103 und ergänzen einander. Auf der anderen Seite weist der Zapfen 101 geometrische Merkmale auf, die ihm gegenüber Veränderungen im Krümmungshalb messer seiner Außenfläche 102 eine entsprechende Ver formbarkeit verleihen, so daß er sich unter Belastung der Biegungslinie der Innenfläche 104 des Segments 106 an passen kann.

Dieses Beispiel ist genauer in Fig. 23 für den Fall einer Tripode 43 dargestellt. Jeder Zapfen 101 dieser Tripode weist eine längliche Bohrung 44 auf, die durch Kaltver formung der Zapfen erzielt wird.

Die Bohrung 44, deren Hauptachse zur Ebene 113 gehört, bewirkt an der Wand des Zapfens eine erhebliche Redu zierung der Biegesteifigkeit in zwei einander diametral gegenüberliegenden Bereichen 46 in der Mittelebene der Tripode, d. h. genau in Höhe der konzentrierten Last Q, die an den Segmenten 106 angreift (von denen nur eines dargestellt ist). Ausgehend von diesen Bereichen 46 nimmt die Flexibilität beiderseits dieser Bereiche allmählich ab.

Unter Belastung (Fig. 22) weist somit die elastische Bie gungslinie der Wand des Zapfens einen Verlauf auf, der weitgehend der Gesetzmäßigkeit entspricht (Kurve b aus Fig. 4), welche erforderlich ist, um die Flüssigkeits schmierung der Drehanordnung zu gewährleisten.

In den Fig. 24 und 25 ist teilweise ein Gleichlaufge lenk 47 mit einer Tripode 113 dargestellt, deren Zapfen 101 jeweils über 360° von eine Rolle 48 umgeben sind, deren Außenfläche 134 sphärisch und deren Innenfläche 104 zylindrisch ausgebildet ist. Jede Rolle 48 ist zwischen zwei zylindrischen Laufbahnen 136 eingesetzt, deren ge meinsame Achse ist geringem Spiel durch die Mittte der sphärischen Außenfläche 134 verläuft. Die Rolle 48 kann sich somit in der einen oder anderen Laufbahn 136 bewegen, zwischen den Laufbahnen kippen und auf dem Zapfen drehen und auf diesem gleiten. Je nach Richtung der Belastung stützt sich die Rolle auf einer der Laufbahnen 136 ab und weist im Verhältnis zur anderen Laufbahn ein Spiel auf (welches in den Fig. 24 und 25 übertrieben dargestellt ist). Ebenso stützt sich der Zapfen an der Innenfläche 104 der Rolle auf der Seite der Laufbahn 136 ab, in der sich die Rolle spielfrei bewegt.

Damit der Kontaktbereich Rolle/Zapfen einen ausreichenden Umfang aufweist, um die Flüssigkeitsschmierung zu gewähr leisten, verleiht man dem Zapfen die in den Fig. 17 und 18 beschriebene Form, während der Zapfen unter den im Betrieb möglicherweise auftretenden Belastungen Q durch die Veränderungen des Krümmungshalbmessers seiner peri pheren Wandung im wesentlichen nicht verformt werden kann. Die Innenfläche der Rolle ist eine Rotationsfläche.

Um dem Zapfen die Außenform gemäß den Fig. 17 und 18 zu verleihen, bearbeitet man ihn auf einer Spezialmaschine, die sich zum Schleifen nach einem Profil eignet, welches der gewünschten Kurve entspricht. Derartige Maschinen sind bekannt, z. B. aus dem Patent FR-A-1 4 01 983.

In den Fig. 26 und 27 ist ein Teil eines Gleichlaufge lenkes dargestellt, worin die Tripode 113 drei Zapfen 101 trägt, deren Außenfläche 102 sphärisch ist und sich, eben so wie die Innenfläche 104 jedes der beiden Segmente 106 mit der torischen Außenfläche 4 in zylindrischen Lauf bahnen 108 mit entsprechendem Profil abstützt.

Bei dieser Ausführungsart besteht die Möglichkeit, dafür zu sorgen, daß die Innenflächen 104 der Segmente 106 die in den Fig. 6 und 7 vorgesehene Spezialform aufweisen, sofern nicht die Zapfen 101, die durch abschließendes Schleifen mit einer Spezialschleifmaschine der Art, wie sie im französischen Patent FR-A-1 4 01 983 beschrieben ist, die in den Fig. 17 und 18 vorgesehene Spezialform aufweisen.

Die Zapfen der unter Bezugnahme auf die Fig. 24 bis 27 beschriebenen Gelenke weisen vorteilhafterweise eine oder mehrere Schmiernuten 55, 55 a auf, die vorzugsweise in den durch die Zapfenachse verlaufenden Ebenen angeordnet sind. Die Nuten 55 münden am Ende auf beiden Seiten des Seg ments. Die Nuten 55 a, die ein anderes Beispiel darstellen, sind an den erwähnten Enden geschlossen und werden durch eine radiale Bohrung 55 b gespeist.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die be schriebenen und dargestellten Beispiele beschränkt ist.

So kann beispielsweise das Verfahren gemäß den Fig. 8 und 9 auf die Ralisierung von Segmenten mit sphärischer Innenfläche mit Hilfe einre Schleifscheibe gleich der Schleifscheibe 16 aus Fig. 12 angewandt werden und umge kehrt kann das Verfahren gemäß den Fig. 11 und 12 zur Realisierung von Segmenten mit zylindrischer Innenfläche mittels einer Schleifscheibe wie der Schleifscheibe 7 aus den Fig. 8 und 9 angewendet werden.

Es kann auch von Vorteil sein, die Korrektur des Dreh profils gleichzeitig am Zapfen und der Innenfläche der Segmente oder Rolle unter Verwendung der beschriebenen Verfahren vorzunehmen.

In den verschiedenen Figuren sind die Abstände, die be stimmte Drehflächen im Verhältnis zu einem Umdrehungs profil aufweisen, stark übertrieben dargestellt. Auf der anderen Seite betrifft die Kurve b aus Fig. 4 den theore tischen Fall, daß sich die Einspannung der Rolle auf eine einzige Ebene beschränkt. In Anbetracht der sehr geringen Radialdurchbiegungen der Rolle ist diese Annäherung be reits ausgezeichnet. In der Wirklichkeit stützt sich je doch die Rolle tangential auf der Laufbahn ab, was den Verlauf der Kurve in Nähe ihres Ursprungs beeinflussen und die festgestellten Durchbiegungen kleiner ausfallen lassen kann als die theoretischen Durchbiegungen an jedem Punkt der Kurve. Zu beachten ist jedoch, daß die Verfahren gemäß den Fig. 8, 9, 11, 12 und 13 bis 16 dieses Phänomen berücksichtigen, da die Außenfläche der Rolle bei Bear beitung unter Lastbedingungen ebenfalls tangential auf liegt. Die Übrigen vorgestellten Verfahren können dies ebenfalls berücksichtigen. So wäre es beispielsweise bei dem Verfahren gemäß den Fig. 19 und 20 möglich, die Längsanlagekanten 37 durch Rippen mit abgerundetem Schei tel zu ersetzen. Bei den Schleifverfahren mittels einer Spezialmaschiine besteht natürlich die Möglichkeit, die ausgeführte Kurve dementsprechend zu verändern.

Handelt es sich bei der ausgeglichenen Fläche um diejenige des Laufelements (Ausführungsart gemäß den Fig. 6 und 7), so ist der Ausgleich nur dann ideal, wenn sich das Laufelement in mittlerer Stellung befindet, d. h. wenn die tatsächliche Einspannungsebene der Einspannungsebene ent spricht, im Verhältnis zu der der Formausgleich vorgenom men wurde. Bei Gleichlaufgelenken macht jedoch die Ar beitsweise mit starker Gelenkabwinklung, die sich in einer starken Verschiebung der Rolle im Verhältnis zur mittleren Stellung wiederspiegelt, nur einen sehr kleinen Prozent satz der Gesamtbetriebszeit aus, und diese Betriebsweise findet während des größten Teils der Zeit bei geringem Moment statt.

Claims

1. Vorrichtung zur Lastübertragung mit einem Laufelement, insbesondere einer Rolle (48), einem Rollensegment (106) oder ähnlichem Element, welches eine Innenfläche (104) in Drehkontakt mit einer Außenfläche (102) eines Zapfens (101) und eine Außenfläche (4) aufweist, wel che in einer Bahn (108, 136) in der Weise abrollt, daß zwischen Laufbahn und Zapfen eine Last übertragen wird, wobei die geometrischen Merkmale die Verteilung der Krümmungshalbmesser im entlasteten Zustand entlang der erwähnten Flächen (102, 104) und die Steifigkeit des Zapfens (101) gegenüber Veränderungen im Krüm mungshalbmesser der Außenfläche (102) einschließen, so daß die Konformitätsfläche Zapfen/Laufelement unter Belastung trotz der Veformungen des Laufelements (48, 106) unter Einwirkung der Biegekräfte beiderseits einer axialen Ebene (113), die durch die Kontaktlinie Laufbahn/Laufelement verläuft, relativ groß ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten geometrischen Merkmale so beschaffen sind, daß die Außenfläche (102) des Zapfens (101) bei Belastung, wenigstens in einem beiderseits der vorge nannten axialen Ebene (113) gelegenen Bereich, im wesentlichen entsprechend ausgebildet ist der Innen fläche (104) des Laufelements, die unter Einwirkung zweier kumulierter Spannungen verformt wurde, und zwar einerseits durch ein Biegemoment (113) und anderer seits durch eine Querkraft, die an jedem Punkt des Laufelements innerhalb des Bereiches auf das jenseits dieses Punktes im Verhältnis zur vorgenannten axialen Ebene (113) gelegenen Teils zurückzuführen sind, so daß die zu übertragende Last, innerhalb des erwähnten Bereiches auf die Innenfläche (104) des sich auf der Laufbahn abstützenden Laufelements (106) verteilt ist.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Zapfens eine Rotationsfläche um die Drehachse (103) rotiert, und daß die Steifigkeit des Zapfens (101) gegenüber der Veränderung des Krümmungs halbmessers der Außenfläche (102) im Verhältnis zur Steifigkeit des Laufelements (106) gegenüber der Ver änderung des Krümmungshalbmesser der Innenfläche (104) groß ist (Fig. 6).

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (104) des Laufelementes (106) im entlasteten Zustand eine Rotationsfläche um die Dreh achse darstellt, und daß die Steifigkeit des Zapfens (101) gegenüber der Veränderung des Krümmungshalb messers seiner Außenfläche (102) im Verhältnis zur Steifigkeit des Laufelementes (106) gegenüber der Veränderung des Krümmungshalbmesser seiner Innenfläche (104) groß ist (Fig. 17).

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (102, 104) des Zapfens (101) und des Laufelements (106) im entlasteten Zustand beide eine Rotationsfläche um die Drehachse darstellen und daß der Zapfen im vorerwähnten Bereich gegenüber der Ver änderung des Krümmungshalbmessers seiner Außenfläche (102) in einer lotrecht zur Drehachse (103) verlaufen den Ebene eine Flexibiliät aufweist, die in Nähe der erwähnten axialen Ebene am größten ist und beiderseits dieser Ebene allmählich abnimmt (Fig. 21).

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen eine Innenaussparung (44) mit läng lichem Querschnitt aufweist, deren Hauptachse zur erwähnten axialen Ebene (113) gehört.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet, durch die Verwendung bei einem Antriebsgelenk mit zwei Organen, von denen das eine Paare von Laufbahnen (108) enthält, die im wesentlichen axial ausgerichtet sind, und von denen das andere Zapfen (101) enthält, die im wesentlichen radial ausgerichtet sind, wobei jeder Zapfen zwischen den Laufbahnen (108) eines ent sprechenden Paares eingreift, während ein Laufelement (48, 106) zwischen jeder Laufbahn (108) und dem dazu gehörigen Zapfen (101) so eingesetzt ist, daß es ent lang der Laufbahn bewegbar ist, und in unmittelbar drehendem Kontakt mit dem Zapfen (101) ist.

7. Verfahren zur Herstellung des Laufelements einer Vor richtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche (4) eines Rohlings (1, 10, 26) des Laufelements (106) einer konzentrierten radialen Bean spruchung (Q) unterliegt, die in Stärke und Aus richtung im wesentlichen einer typischen Belastung entspricht, wie sie unter Betriebsbedingungen über tragen wird, und daß diese konzentrierte radiale Bean spruchung durch zwei im wesentlichen tagentiale Bean spruchungen (F) ausgeglichen wird, die symmetrisch beiderseits der konzentrierten radialen Beanspruchung in einem Abstand dazu angreifen, und die Innenfläche (104) des Rohlings durch Schleifen als Rotationsfläche bezüglich der Achse (103) die unter Betriebsbe dingungen um die Drehachse des Laufelementes darstellt.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Laufelement um ein Rollensegment (106) handelt, und daß die beiden vorgenannten tangen tialen Beanspruchungen (F) an den beiden Umfangsenden des Rohlings (1, 10, 26) des Rollensegments angreifen.

9. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiger Rohling (1) zwischen winklig verteilten Spannbacken (5) eingespannt wird, die ra dial nach innen wirken, um so die tangentialen Bean spruchungen (F) durch Druckreaktion im Rohling an Stellen zu bewirken, die zwischen den aufeinander folgenden Backen (5) liegen, und daß anschließend eine Innenfläche des Rohlings als Rotationsfläche um eine Achse des ringförmigen Rohlings durch Schleifen her gestellt wird.

10. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiger Mehrfachrohling (1) hergestellt wird, der wenigstens zwei Rollensegmentrohlinge ent hält, welche durch Verdünnungen (8) an den angrenzen den Umfangsenden verbunden sind, und daß der Mehrfach rohling (1) zwischen Backen (5) eingespannt, die ra dial nach innen auf jeden Rollensegmentrohling ein wirken, der sich im Verhältnis zur Umfangsrichtung im wesentlichen in der Mitte befindet, so daß der Angriff der Backen die konzentrierte Beanspruchung (Q) bewirkt und daß die Reaktionskräfte eines einzelnen Segment rohlings, die an jedem Rohlingsende wirksam werden, die an diesen Enden angreifenden tangential ausge richteten Beanspruchungen (F) bewirken, und daß an schließend eine Innenfläche des Mehrfachrohlings als Rotationsfläche um eine Achse des Mehrfachrohlings (1) durch Schleifen hergestellt wird.

11. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß, um den Rollensegmentrohling einer konzentrierten radialen Beanspruchung auszusetzen, ein mittlerer Bereich im Verhältnis zur Umfangsrichtung der Außen fläche (104) auf eine zentrale Fläche (14, 21, 31) mit reduzierter Umfangsbemessung einwirkt, und daß der Rohling zwischen zwei Backen (11; 22, 23; 28, 30) eingespannt ist, die auf die Umfangsenden des Rohlings (10, 26) einwirken.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Backen (11; 22, 23; 28, 30) an den Umfangsenden des Rohlings eine Beanspruchung in der Weise bewirkt wird, daß die Außenfläche (4) des Roh lings sich in Nähe von wenigstens einem Umfangsende des Rohlings auf einer seitlichen Fläche (15, 20, 123) abstützt, die im Verhältnis zum mittleren Bereich (14, 21, 31) feststeht.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß für das gleichzeitige Abschleifen mehrerer Rollen segmente Rohlinge (10) dieser Rollensegmente in einen Dorn (12) eingesetzt sind, der für jeden Rohling wenigstens zwei der vorgenannten Flächen (14, 15) begrenzt, wobei die Rohlinge winklig um eine Achse herum verteilt sind, die für jeden Rohling im wesent lichen der Achse (103) entspricht, um die das zu be arbeitende Segment (106) im Betrieb im Verhältnis zum Zapfen (101) dreht, und daß anschließend zwischen den angrenzenden Umfangsenden der vorgenannten Rohlinge radial Keile (11) eingetrieben werden, bis die Außen fläche jedes Rohlings auf den entsprechenden Flächen (14, 16) aufliegt, und daß die Innenflächen der Roh linge als Rotationsfläche um die vorgenannte Achse hergestellt werden.

14. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer Rollenseg mente (106) Rollensegmentrohlinge (10) nebeneinander in eine Aufnahme (17) eingesetzt werden, die für jeden Rohling die drei vorgenannten Flächen (20, 21) be grenzt, und daß die Innenflächen der Rohlinge als Rotationsfläche bezüglich der Achse (103) geschliffen werden, welche parallel zur Richtung der Ausfluchtung der Rohlinge untereinander verläuft und die der für jeden einzelnen Rohling der Drehachse (103) am auszu führenden Rollensegment (106) entspricht.

15. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß für den vorgenannten Abschleifvorgang eine Schleifscheibe verwendet wird, deren Achse (141) lotrecht zur vorgenannten Drehachse (103) verläuft, und in einer axialen Ebene dieser Schleifscheibe ein Schleifprofil besitzt, welches dem Profil der vorge nannten Rotationsfläche entspricht.

16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß für die Herstellung eines Rollensegments mit einer Innenfläche, die unter Belastung eine sphärische Form annimmt, der Rohling in einen Drehdorn (122) einge setzt wird, wobei die Drehachse des Dorns im wesent lichen durch das für die sphärische Form vorgesehene Zentrum (O) verläuft, daß an die Innenfläche des Roh lings ein Topfschleifstift oder eine Topfschleif scheibe (27) anlegt, die entlang der Achse (124) be wegt werden kann und die im erwähnten Zentrum (O) die Drehachse (121) des Dorns schneidet, und daß an schließend die Innenfläche des Rohlings durch gleich zeitige Rotation des Dorns und der Schleifscheibe um die jeweiligen Drehachsen (121, 124) schleift, während die Schleifscheibe sich der Achse (124) vorwärtsbewegt.

17. Verfahren zur Herstellung des Zapfens (101) einer Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Bohrung (39) eines Rohlings des Zapfens ein Spreizwerkzeug eingesetzt wird, welches eine nach außen gerichtete konzentrierte radiale Beanspruchung (Q) an wenigstens zwei lokalen und winklig verteilten Punkten der Bohrungswand ausübt, so daß der Krümmungs halbmesser des Rohlings in Nähe dieser Stelle redu ziert wird, und daß dann eine Außenfläche des Rohlings als Rotationsfläche um eine Achse (103) des Rohlings durch Schleifen hergestellt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrierte radiale Beanspruchung durch tangentiale Einwirkung auf eine Fläche (5, 14, 21, 31) erzeugt wird.