DE3936602C2 - Tripodegelenk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Tripodegelenk mit axial gegen­ einander verschiebbaren Gelenkteilen, das ein hülsenförmi­ ges Gelenkaußenteil mit drei achsparallelen Ausnehmungen mit sich im Umfangssinn gegenüberliegenden Bahnpaaren und ein im Querschnitt dreisternförmiges Gelenkinnenteil mit in die Ausnehmungen eingreifenden Zapfenteilen sowie in einem auf den Zapfenteilen winkelbeweglich angeordneten Schwenkkopf gehaltene Wälzkörper aufweist, die jeweils zu mehreren in untereinander linearer Anordnung mit den Bah­ nen des Gelenkaußenteils unmittelbar in Kontakt sind, wobei die Wälzkörper in formangepaßten Führungsrillen in den Bahnen geführt sind, die zusammen den Schwenkkopf gegenüber dem Gelenkaußenteil nicht-kippbar und radial unverschieblich halten, und daß der Schwenkkopf auf den Zapfenteilen radial verlager­ bar geführt ist.

Tripodegelenke, bei denen auf den Zapfen ringförmige Rol­ len laufen, die unmittelbar auf den Bahnen abwälzen, sind bekannt. Zur Reduzierung der Reibung zwischen Rollen und Zapfen sind bereits Nadellagerungen vorgesehen. Bei Schiebegelenken, in denen die Bahnen dabei axial verlau­ fen, ergeben sich bei Drehung des Gelenks unter Abwinke­ lung gemischte Gleit- und Wälzbewegungen der Rollen in den Bahnen sowie radiale Bewegungen der Nadellager auf den Zapfen, deren Resultierende an allen drei Zapfen zu Axial­ anregungen aus dem Gelenk heraus führen. Es sind weiterhin Triplangelenke bekannt, bei denen in Axialkäfigen gehal­ tene Wälzkörper sich über Zwischenstücke an den Radial­ zapfen, die außen kugelig sind, abstützen, wobei die Käfi­ ge in den Bahnen parallel geführt sind. Auch hierbei fin­ den bei Drehung des Gelenks unter Abwinkelung kombinierte Wälz- und Gleitbewegungen zwischen den Wälzkörpern und den Zwischenstücken statt, die die oben bereits geschilderten Nachteile ebenfalls zeigen.

Aus der JP 59-40016 A ist ein Gelenk der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die Wälzkörper in einer Umlaufführung am Schwenkkopf gehalten sind. Dies hat den Nachteil, daß auf der jeweils unbelasteten Seite des Schwenkkopfes die Wälzkörper entgegen der Bewegungsrichtung des Schwenk­ kopfes relativ zum Gelenkaußenteil verschoben werden. Dies hat zur Folge, daß bei gebeugtem Gelenk durch die relati­ ven Radialbewegungen jedes Zapfens in Bezug auf das Ge­ lenkaußenteil Kippkräfte in den Schwenkkopf eingeleitet werden, so daß sich die Wälzkörper auf der jeweils unbe­ lasteten Seite des Schwenkkopfes bei entgegengesetzter Bewegungsrichtung zum Gelenkaußenteil abwechselnd an die obere und untere Kante der Führungsrille anlegen, so daß dort unerwünscht Reibung entsteht.

Aus der US 4 684 356 ist ein Gelenk bekannt, bei dem an beiden Seiten des Schwenkkopfes getrennte Wälzkörperfüh­ rungen für die Wälzkörper vorgesehen sind. Für eine befriedigende Funktion ist hierbei eine Zentriervorrich­ tung für die Wälzkörper gegenüber dem Schwenkkopf vorzu­ sehen, die relativ aufwendig und schadensanfällig ist.

Aus der US 4 768 990 ist ein Gelenk bekannt, bei dem die Zapfen außen kugelig ausgeführt sind und einen Schwenk­ körper winkelbeweglich halten, an dem sich auf den Bahnen abwälzende Nadeln abstützen. Zur Halterung der Nadeln ist ein den Schwenkkörper umgebender Blechkäfig vorgesehen. Hierbei findet eine Radialbewegung des Schwenkkörpers gegenüber den Bahnen des Gelenkaußenteils in Form einer gleitenden Bewegung der Nadeln gegenüber den Bahnen statt. Diese Bauweise ist außerordentlich kompliziert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tripodegelenk der eingangs genannten Art vorzuschlagen, das eine Verbesserung in bezug auf die Schwingungsanregung bei abgewinkelt laufendem Drehgelenk durch Vermeidung von Reibungskräften bietet. Die Lösung hierfür besteht darin, daß jeweils zwei oder mehr parallele Führungsrillen in den Bahnen vorgesehen sind, in denen Wälzkörper - bezogen auf ihre Mittelpunkte - in zwei oder mehreren parallelen Ebe­ nen geführt sind, und daß die Wälzkörper in geschlossener Ringanordnung um den Schwenkkörper umlaufend von einem Käfig gehalten sind. Hierdurch findet eine vollständige Trennung der rein abwälzenden Bewegung der Wälzkörper in den Bahnen einerseits und der rein radialen Schiebebewe­ gung des Zapfens im Schwenkkopf statt, die hinsichtlich der Toleranzen und Schmierverhältnisse optimiert werden kann. Auf der jeweils unbelasteten Seite des Schwenkkopfes findet kein Kontakt der Wälzkörper mit den Führungsrillen statt, da ein Kippen des Schwenkkopfes infolge der mehr­ fachen Wälzkörperreihen vermieden wird.

Für die dabei gleichzeitig erforderliche Winkelbewegung zwischen Zapfen und Schwenkkopf sind verschiedene Möglich­ keiten gegeben, wobei nach einer ersten Ausgestaltung die Zapfen zylindrisch sind und jeweils eine darauf radial verschiebliche außenkugelige Rolle tragen, die in eine innenkugelige Ausnehmung des Schwenkkopfs eingreift. Hier­ bei ist an beiden Berührungsflächenpaaren d. h. zwischen Zapfen und Rolle und zwischen Rolle und Schwenkkopf je­ weils eine großflächige Anlage gewährleistet, die zu niedriger Flächenpressung und optimierbaren Schmierver­ hältnissen führt. Nach einer zweiten Möglichkeit kann der Zapfen einen angeformten oder aufgepreßten Kugelkopf auf­ weisen, der in eine zylindrische Bohrung des Schwenkkopfs eingreift. Wesentlicher Vorteil ist eine Reduzierung der Bauteile, wobei durch die keilringähnlichen Schmierspalte ebenfalls eine gute Schmierung sichergestellt ist. Wesent­ lich für beide Ausgestaltungen ist es, daß die für die Axialanregung bedeutenden axialen Relativbewegungen zwischen Gelenkinnenteil und Gelenkaußenteil jeweils als reine Wälzbewegung mittels der in Rillen geführten Wälz­ körper dargestellt sind. Eine dritte Möglichkeit besteht darin, daß die Zapfen jeweils ein walzenförmiges Kopfstück aufweisen, das erste Zylinderflächen mit tangential zum Gelenkumfang liegende Achse hat, die mit axial stirnseiti­ gen Flächen einer radialen Rechtausnehmung im Schwenkkopf in Kontakt stehen, und das zweite Zylinderflächen mit achsparallel zur Gelenkachse liegenden Achsen hat, die in Kontakt mit den seitlichen Flächen der Rechtausnehmung stehen. Auch hierdurch ist eine Radialbewegung und gleich­ zeitig eine Schwenkbewegung um zwei Achsen zwischen Schwenkkopf und Zapfenende sichergestellt.

Die verwendeten Wälzkörper können als Kugeln oder Rollen ausgebildet sein, so daß sie bezogen auf ihre Mittelpunkte insgesamt an jedem Zapfen in zwei Ebenen liegen. Dies läßt u. a. eine Verkleinerung der Wälzkörper und eine Reduzie­ rung der spezifischen Lasten zu.

Erfindungsgemäß sind die Wälzkörper in geschlossenem Ring umlaufend um den jeweiligen Schwenkkörper geführt, wobei sie durch einen Blechkäfig oder Kunststoffkäfig gehalten werden können. In radialer Draufsicht ist dabei der Schwenkkopf jeweils quadratisch, rechteckig oder auch oval mit parallelen Flankenteilen im Bereich der Bahnen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1a zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenk mit Zylinder­ zapfen und außenkugeliger Rolle im radialen Teil­ schnitt,

Fig. 1b zeigt ein Gelenk nach Fig. 1a im tangentialen Längsschnitt durch einen Schwenkkopf,

Fig. 1c zeigt einen Schwenkkopf mit Kugeln und Käfig nach Fig. 1b im Längsschnitt,

Fig. 2a zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenk mit einen Ku­ gelkopf im radialen Teilschnitt,

Fig. 2b zeigt ein Gelenk nach Fig. 2a im tangentialen Längsschnitt durch einen Schwenkkopf,

Fig. 3a zeigt ein Gelenk mit einem walzenförmigen Kopf­ stück im radialen Teilschnitt,

Fig. 3b zeigt ein Gelenk nach Fig. 3a im tangentialen Längsschnitt durch einen Schwenkkopf.

In den Fig. 1a bis 1c sind einander entsprechende Teile jeweils mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Es ist ein Gelenkaußenteil 1 mit einer von drei Ausnehmungen 2 ge­ zeigt, in der im Umfangssinn gegenüberliegende Bahnen 3, 4 erkennbar sind. Weiter ist ein Gelenkinnenteil 5 mit einem von drei radialen Zapfen 6 gezeigt, der in die Ausnehmung 2 des Gelenkaußenteils 1 hineinragt. Der Zapfen 6 hat außenzylindrische Form und trägt eine außen teilkugelige Rolle 7, die radial auf dem Zapfen verschiebbar geführt ist. Die außenkugelige Rolle greift in einen innenkugeli­ gen Schwenkkopf 8 ein, der Paare von gegenüberliegenden axialen Kugel­ bahnen 9, 10 hat, die jeweils gemeinsam mit Paaren von axialen Führungsrillen 13, 14 in den Bahnen 3, 4 als Kugeln ausge­ führte Wälzkörper 11, 12 halten. Wie in Fig. 1b erkennbar, bilden die Bahnteile 9, 10 mit axial stirnseitigen Bahn­ teilen 23, 24 am im wesentlichen quadratischen Schwenkkopf 8 umlaufende Bahnen. Wie in Fig. 1c besonders deutlich erkennbar, führt ein den Schwenkkopf umgreifender Blech­ käfig 15 die Kugeln im Bereich der stirnseitigen Bahnen 23, 24. Im Schwenkkopf 8 ist eine radiale Rechteckaus­ nehmung 16 vorgesehen, über die die teilkugelige Rolle 7 in um 90° gedrehter Stellung in die innenkugelige Aus­ nehmung des Schwenkkopfes 8 eingeführt werden kann.

In Fig. 2a und 2b sind einander entsprechende Teile mit gleichen und im übrigen mit der Fig. 1 übereinstimmenden Ziffern belegt. Auch hier ist wiederum das Gelenkaußenteil 1 mit einer von drei Ausnehmungen 2 dargestellt, in der sich in Umfangsrichtung gegenüberlie­ gende Bahnen 3, 4 befinden. Ein im Teilschnitt darge­ stelltes Gelenkinnenteil 5 greift mit einem von drei ra­ dialen Zapfen 6 in die Ausnehmung 2 im Gelenkaußenteil ein. Der Zapfen 6 hat einen teilkugeligen Kopf 17, der abwinkelbar und radial verschiebbar in den mit einer innenzylindrischen Ausnehmung versehenen Schwenkkopf 8 un­ mittelbar eingreift. Dieser weist wiederum Paare von Bahnen 9, 10 auf, in denen jeweils im Zusammenwirken mit Paaren von Führungsrillen 13, 14 in den Bahnen 3, 4 in der Ausnehmung 2 des Gelenk­ außenteils Kugeln 11, 12 axial geführt sind.

Wie in Fig. 2b erkennbar, ist der Schwenkkopf 8 wiederum im wesentlichen in radialer Draufsicht rechteckig. Die Kugeln 11, 12 bilden umlaufende Ringe um den Schwenkkopf. Die Bahnen 9, 10 sind durch stirnseitige Bahnteile 23, 24 ergänzt und die Kugeln werden stirnseitig in einem Käfig 15 gehalten, der im wesentlichen dem in Fig. 1c entspricht.

In den Fig. 3a und 3b sind im wesentlichen die gleichen Teile wie in den Fig. 2a und 2b unter gleicher Be­ zifferung dargestellt. In einem Gelenkaußenteil 1 ist eine von drei Ausnehmungen 2 erkennbar, in der sich gegenüber­ liegende Bahnen 3, 4 vorgesehen sind. Ein im Teilschnitt dargestelltes Gelenkinnenteil 5 weist einen von drei ra­ dialen Zapfen 6 auf, der ein Kopfteil 18 mit axial stirn­ seitigen Zylinderabschnittsflächen 20 und in Umfangs­ richtung gelegenen Zylinderabschnittsflächen 19 aufweist. Das Kopfstück 18 greift in eine radiale Rechteckausnehmung 21 des Schwenkkopfes 8 ein. Kugeln 11, 12 sind in Paaren von Führungsrillen 13, 14 in den Bahnen 3, 4 und in Paaren von Kugel­ bahnen 9, 10 im Schwenkkopf 8 geführt.

Wie vorher sind die Bahnen 9, 10 durch Bahnteile 23, 24 ergänzt, so daß die Kugeln umlaufend um den Schwenkkopf 8 geführt sind, wobei ein Käfig 15, der wie in Fig. 1c aus­ geführt ist, die Kugeln hält. Das Kopfstück 18 ist in der Ausnehmung 21 um zwei Achsen schwenkbar.

Claims (8)

1. Tripodegelenk mit axial gegeneinander verschiebbaren Gelenkteilen, das ein hülsenförmiges Gelenkaußenteil (1) mit drei achsparallelen Ausnehmungen (2) mit sich im Umfangssinn gegenüberliegenden Bahnpaaren (3, 4) und ein im Querschnitt dreisternförmiges Gelenkinnen­ teil (5) mit in die Ausnehmungen (2) eingreifenden Zapfenteilen (6) sowie in einem auf den Zapfenteilen winkelbeweglich angeordneten Schwenkkopf (8) gehaltene Wälzkörper (11, 12) aufweist, die jeweils zu mehreren in untereinander linearer Anordnung mit den Bahnen (3, 4) des Gelenkaußenteils (1) unmittelbar in Kontakt sind, wobei die Wälzkörper (11, 12) in formangepaßten Führungsrillen (13, 14) in den Bahnen (3, 4) geführt sind, die zusammen den Schwenkkopf (8) gegenüber dem Gelenkaußenteil (1) nicht-kippbar und radial unverschieblich halten, wobei der Schwenkkopf (8) auf den Zapfenteilen (6) radial verlagerbar geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei oder mehr parallele Führungsrillen in den Bahnen (3, 4) vorgesehen sind, in denen Wälzkörper - bezogen auf ihre Mittelpunkte - in zwei oder mehre­ ren parallelen Ebenen geführt sind, und daß die Wälz­ körper (11, 12) in geschlossener Ringanordnung um den Schwenkkörper (8) umlaufend von einem Käfig (15) ge­ halten sind.

2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (11, 12) Kugeln sind.

3. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper Rollen sind.

4. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (11, 12) jeweils mittels eines insbesondere aus Blech oder Kunststoff gefertigten Käfigs (15) auf dem Schwenkkopf (8) verliersicher gehalten sind.

5. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkkopf (8) mit Käfig (15) und die Anord­ nung der darin gehaltenen Wälzkörper (11, 12) in ra­ dialer Ansicht Rechteckform haben.

6. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (6) zylindrisch sind und jeweils eine darauf radial verschiebliche außenkugelige Rolle (7) tragen, die in eine innenkugelige Ausnehmung des Schwenkkopfs (8) eingreift.

7. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (6) einen Kugelkopf (17) aufweisen, der in eine zylindrische Bohrung des Schwenkkopfs (8) eingreift.

8. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (6) jeweils ein zumindest teilweise walzenförmiges Kopfstück (18) aufweisen, das erste Zylinderflächen (20) mit tangential zum Gelenkumfang liegender Achse hat, die mit axial stirnseitigen Flächen einer radialen Rechteckausnehmung (21) im Schwenkkopf (8) in Kontakt stehen, und das zweite Zylinderflächen (19) mit achsparallel zur Gelenkachse liegender Achse hat, die in Kontakt mit den seitlichen Flächen der Rechteckausnehmung (21) stehen.