DE4000569C2 - Tripode-Verschiebegelenk - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Tripode-Verschiebegelenk gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2.

Ein solches, aus der DE 37 16 962 A1 bekanntes Tripode-Verschiebegelenk umfaßt eine mit einer ersten Welle verbundene Glocke mit drei Aussparungen und einen mit einer zweiten Welle befestigten Zapfenstern mit drei sich radial erstreckenden Zapfen, die in die Aussparungen der Glocke hineinragen. Auf den Zapfen sind jeweils Rollenlager angeordnet, die eine Rolle mit einer konvexen, kugelförmigen Außenumfangsfläche tragen. Auf dieser Rolle ist jeweils eine weitere Rolle angeordnet, deren Außenumfangsfläche sich an den Seitenflächen der Aussparung abwälzt.

Aus der US 4 192 154 ist ein Tripode-Verschiebegelenk bekannt, bei dem eine Rolle direkt auf dem Zapfen drehbar gelagert ist. Diese Rolle hat eine konvexe Außenumfangsfläche. Auf dieser Rolle sitzt eine weitere Rolle, deren Innenumfangsfläche konkav ausgebildet ist.

Aus der US 4 854 917 ist ein Tripode-Verschiebegelenk bekannt, bei dem auf dem Zapfen des Zapfensterns eine Rolle mit einer konvexen Außenfläche angeordnet ist, auf dem eine weitere Rolle mit einer konkaven Innenfläche sitzt. Auf der Außenfläche der äußeren Rolle ist ein Rollenlager angeordnet, auf dem eine zylindrische Rolle sitzt, die in die Aussparung der Glocke eingreift. Durch diesen Aufbau ist jedoch eine relativ große Breite der Aussparung erforderlich, was insgesamt die Abmessungen der Anordnung vergrößert. Da das Rollenlager in Radialrichtung relativ weit von der Achse des Zapfens beabstandet ist, ist die Breite des Rollenlagers auf ein vergleichsweise geringes Maß begrenzt, wodurch die Tragfähigkeit des Rollenlagers und die Aufnahme von auftretenden Drehmomenten auf nachteilige Weise begrenzt wird. Eine Verbreiterung des Rollenlagers würde wiederum eine Vergrößerung der Glocke nachsichziehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Tripode-Verschiebegelenk so zu verbessern, daß bei einfachem Aufbau, geringen Abmessungen und sicherer Betriebsweise eine Drehbewegung zwischen den Wellen unter Reduzierung des Schwingungsverhaltens übertragen wird.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Merkmale gelöst.

Da das Rollenlager direkt auf dem Zapfenstern angeordnet ist, kann dieses mit einer relativ großen Breite ausgeführt werden, womit einer Schrägstellung der Laufrollen des Rollenlagers und damit einer Vergrößerung des Rollwiderstandes entgegengewirkt wird. Durch die konvex-kugelförmig ausgebildete Außenumfangsfläche der ersten Rolle und der konkav ausgebildeten Innenumfangsfläche der zweiten Rolle, die mit der Außenumfangsfläche der ersten Rolle in Verbindung steht, wird eine gleichförmige Verschiebebewegung zwischen den Rollen auch bei Übertragung größerer Drehmomente erreicht. Da die Bewegung der zweiten Rolle zur ersten Rolle begrenzt ist, treten unkontrollierte Verschiebebewegungen zwischen den Rollen, was zu größeren Reibungskräften zwischen der Außenumfangsfläche der außen befindlichen Rolle und den Flächen der Aussparung führen würde, nicht auf.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Explosionsdarstellung des Zapfensterns und der mit dem Zapfen des Zapfensterns verbundenen Bauelemente,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Verbindungsstelle zwischen Zapfen und Glocke, und

Fig. 3 die erste und die zweite Rolle in einem demontierten Zustand.

Eine Glocke 17 (siehe Fig. 2) des Tripode-Verschiebegelenkes hat als Ganzes eine hohle, dickwandige Zylinderform und enthält radial konkave Aussparungen 18 an drei Stellen (von denen nur eine in Fig. 2 abgebildet ist) in gleichen Abständen an der inneren Umfangsfläche. Jede Aussparung 18 hat an beiden Seiten ein Paar flacher Führungsbahnflächen 19 parallel zur radialen Richtung der Glocke 17 und speziell zur radialen Richtung der Aussparung 18.

Obwohl dies nicht dargestellt ist, befindet sich an einer Endfläche des Gehäuses 17 ein Kopplungsabschnitt zum Koppeln und Befestigen des Endabschnitts einer ersten Drehwelle, wie beispielsweise einer Motorwelle.

Ein Zapfenstern 20 enthält drei Zapfen 22, die sich in die drei Aussparungen 18 in der inneren Umfangsfläche der Glocke 17 erstrecken, wobei die Zapfen 22 an drei Stellen an der äußeren Umfangsfläche eines Nabenabschnitts 21 befestigt sind, um den Endabschnitt einer zweiten Drehwelle, wie einer Welle der Radseite zu koppeln und zu befestigen. Jeder Zapfen 22 hat eine kurze Säulenform, und in der äußeren Umfangsfläche des Endabschnitts des Zapfens 22 befindet sich über den gesamten Umfang eine Haltenut 24, in die ein noch zu beschreibender Haltering 23 eingesetzt werden kann.

Eine kugelige oder ballige Rolle 27 ist über ein Rollenlager, das mehrere Rollen 25 enthält, drehbar auf der Außenseite jedes der drei Zapfen 22 gehalten. Diese ballige Rolle 27, die eine Ringform hat, hat eine zylindrische Innenumfangsfläche 28, während ihre Außenumfangsfläche 29 eine ballige konvexe Fläche hat, die um einen Punkt c auf der Mittellinie b des Zapfens 22 zentriert ist. Ein C-förmiger Haltering 32 ist in eine ringförmige Haltenut 30 eingebaut, die sich über den gesamten Umfang eines Endabschnitts der äußeren Umfangsfläche 29 erstreckt, wobei ein Abschnitt des Halterings 32 aus der ringförmigen Nut 30 vorsteht.

Ein ringförmiger Führungsring 31 ist auf den Endabschnitt des Zapfens 22 aufgesetzt und hält die ballige Rolle 27 drehbar, wie oben erwähnt, während ein Haltering 23 in die Haltenut 24 eingesetzt ist, die sich näher zu dem Ende als der Führungsnut 31 befindet, wodurch der Führungsring 31 daran gehindert ist, sich von dem Zapfen 22 zu lösen. Außerdem ist eine zylindrische Rolle 33 auf die radial äußere Seite der balligen Rolle 27 aufgesetzt und drehbar an der Außenseite des Zapfens 22 gehalten.

Die Breite w der zylindrischen Rolle 33, die eine Ringform hat, ist kleiner als die Breite W der balligen Rolle 27, wobei ihre äußere Umfangsfläche 34 zylindrisch ist und in Rollkontakt mit den beiden Führungsbahnflächen 19 der Aussparung 18 an der inneren Umfangsfläche der Glocke 17 steht, während die innere Umfangsfläche 35 eine kugelig konkave Form hat und in engem Kontakt mit der Außenumfangsfläche 29 der balligen Rolle 27 steht.

Wie Fig. 3 zeigt, sind zwei Ausschnitte 36 an diametral gegenüberliegenden Stellen des Öffnungsrandabschnitts einer Endfläche der zylindrischen Rolle 33 ausgebildet, um die ballige Rolle 27 durchzulassen, so daß die ballige Rolle 27, deren äußere Umfangsfläche 29 kugelig konvex ist, und die zylindrische Rolle 33, deren innere Umfangsfläche konkav ist, in einem Zustand zusammengesetzt werden können, in dem sie senkrecht zueinander stehen.

Wenn die beiden Rollen 27 und 33 in den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Zustand zusammengesetzt werden sollen, werden sie zuerst so zusammengebracht, daß ihre Mittelachsen einen Winkel von 90° einschließen, wie Fig. 3 zeigt, d. h. die zwei Achsen liegen parallel und orthogonal zueinander, und die diametral gegenüberliegenden Endabschnitte der balligen Rolle 27 werden durch die Innenseite der Ausschnitte 36 hindurchgeführt. Auf diese Weise wird die ballige Rolle 27 innerhalb der zylindrischen Rolle 33 angeordnet, woraufhin die ballige Rolle 27 um 90° in der Richtung gedreht wird, in der die zwei Ausschnitte 36 zu einer Achse verbunden sind. Dadurch werden die ballige Rolle 27 und die zylindrische Rolle 33 in den Zustand zusammengesetzt, der in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist.

Das Rollenlager 26, die ballige Rolle 27, der Führungsring 31 und die zylindrische Rolle 33, die die oben erwähnten Größen haben und in der beschriebenen Reihenfolge an der Außenseite der drei Zapfen 22 angeordnet sind, befinden sich allesamt innerhalb des kleinsten Umfangskreises a′ der drei Zapfen 22. D. h., der am weitesten nach außen vorstehende Teil eines Tripode-Verschiebegelenkes 37 (ohne Glocke 17) ist die Endkante der drei Zapfen 22, während die übrigen Bauteile 26, 27, 31 und 33 nicht weiter als diese vorstehen.

Die zylindrische Rolle 33 ist mit der Gleitbewegung der äußeren Umfangsfläche 29 und der inneren Umfangsfläche 35, die jeweils eine ballige Form haben, gegenüber der balligen Rolle 27 frei verlagerbar. Die Größe der Verlagerung ist auf den Bereich eines Winkels α begrenzt durch den Eingriff des Halterings 32, der in der Haltenut 30 in dem Endabschnitt der äußeren Umfangsfläche 29 der balligen Rolle 27 eingesetzt ist, und dem Endkantenabschnitt der zylindrischen Rolle 33. Dieser Winkel α entspricht im wesentlichen dem Winkel der Selbstausrichtung, die auf der exzentrischen Bewegung des Tripodegelenkes basiert. Der Winkel der Selbsteinstellung der Verbindung konstanter Geschwindigkeit liegt selbst dann in der Größenordnung von 2,5°, wenn der Winkel zwischen der ersten und der zweiten Welle, die durch das Tripodegelenk miteinander gekoppelt werden, maximal wird, wodurch die Größe des Winkels α, der die Verlagerung der zylindrischen Rolle 33 durch den Haltering 23 begrenzt, klein sein kann.

Die Wirkungsweise bei der Übertragung des Drehmomentes zwischen der ersten und der zweiten Welle wird nachfolgend erläutert. Wenn die erste Welle, die mit einem Ende beispielsweise fest mit der Glocke 17 verbunden ist, gedreht wird, wird diese Drehkraft von der Glocke 17 auf den Nabenabschnitt 21 des Zapfensterns 20 über die zylindrische Rolle 33, die ballige Rolle 27, das Rollenlager 26 und die Zapfen 22 übertragen, wodurch die zweite Welle, an deren Endabschnitt die Habe 21 befestigt ist, mit derselben Geschwindigkeit gedreht wird wie die erste Welle.

Bei dem Tripode-Verschiebegelenk dieser Ausführungsform ist die bauliche Relation und die Relation der Größe der Bestandteile 26, 27 und 33 so getroffen, daß sich das Rollenlager 26 am nächsten bei dem Zapfen 22 befindet, und die Breite w der zylindrischen Rolle 33, die von dem Zapfen entfernt ist, ist kleiner als die Breite W der balligen Rolle 27, die sich nahe dem Zapfen befindet (W < w). Auf diese Weise können das Rollenlager 26, die kugelige bzw. ballige Rolle 27 und die zylindrische Rolle 33 innerhalb des kleinsten Umschreibungskreises a′ der drei Zapfen 22 angeordnet werden, die an dem Zapfenstern 20 befestigt sind. Dadurch kann der Außendurchmesser der Glocke 17, die mit dem Zapfenstern 20 zusammengesetzt ist, klein sein, wodurch das Tripode-Verschiebegelenk kompakt wird.

Gleichzeitig ist es möglich, die Länge der zahlreichen Rollen 25 ausreichend groß auszubilden, die das Rollenlager 26 bilden. Hierdurch wird die Möglichkeit für jede Rolle 25, in eine Schräglage zu geraten, minimiert, und selbst ohne Käfig kann der Rollwiderstand des Rollenlagers 26 ausreichend klein gehalten werden.

Es kann ein Fall auftreten, daß bei einer Verlagerung der Glocke 17 und des Zapfensterns 20 die Rollrichtung der zylindrischen Rolle 33 von der senkrecht zur Achse der Zapfen 22 liegenden Richtung um einen Selbstausrichtungswinkel abweicht, der auf der exzentrischen Bewegung des Tripode-Verschiebegelenkes basiert, jedoch ist dieser Selbstausrichtungswinkel maximal auf eine Größenordnung von 2,5° beschränkt, wie weiter oben beschrieben ist. Außerdem kann die zylindrische Rolle 33 ihre Rollrichtung um diese Abweichung gegenüber dem Zapfen 22 bei ihrer Verlagerung gegenüber der balligen Rolle 27 ändern. Dementsprechend wirkt keine große Reibungskraft zwischen der äußeren Umfangsfläche 34 der zylindrischen Rolle 33 und den Führungsbahnflächen 19 der Glocke 17, so daß die Übertragung des Drehmomentes stets mit einer geringen Kraft erfolgt.

Claims (3)

1. Tripode-Verschiebegelenk zum Übertragen einer Gleichlaufdrehbewegung von einer ersten Welle auf eine zweite Welle, mit
einer mit der ersten Welle befestigten Glocke (17), die eine im wesentlichen zylindrische Form hat, und die drei Aussparungen (18) aufweist, die sich in Axialrichtung der Glocke (17) in einer vorbestimmten Breite erstrecken, die in Umfangsrichtung der Glocke (17) in gleichen Abständen ausgebildet sind, und die jeweils zwei Seitenflächen haben, die flach ausgebildet sind und parallel zur Längsachse der Glocke (17) verlaufen,
einem mit der zweiten Welle befestigten Zapfenstern (20) mit drei sich radial erstreckenden Zapfen (22), die in die Aussparungen (18) hinein vorspringen,
jeweils einem auf jedem Zapfen (22) angeordneten Rollenlager (26) mit einer Mehrzahl von Laufrollen (25),
jeweils einer auf dem Rollenlager (26) angeordneten ersten Rolle (27) mit einer konvexen, kugeligen Außenumfangsfläche (29), und
jeweils einer auf der ersten Rolle (27) angeordneten zweiten Rolle (33), wobei die Außenumfangsfläche der zweiten Rolle (33) in Wälzkontakt mit den Seitenflächen der Aussparung (18) steht,
wobei die Rollenlager (26), die ersten Rollen (27) und die zweiten Rollen (33) innerhalb einer Kugelfläche angeordnet sind, die durch Verbindung der Enden der Zapfen (22) gebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Innenumfangsfläche der zweiten Rolle (33) konkav ausgebildet ist, und
daß zwischen der ersten Rolle (27) und der zweiten Rolle (33) eine Bewegungsbegrenzungseinrichtung (32) angeordnet ist zum Begrenzen einer Bewegung der zweiten Rolle (33) relativ zur ersten Rolle (27), wobei ein Winkel (α), der eine maximale Relativbewegung der ersten Rolle (27) zur zweiten Rolle (33) angibt zu einem Winkel, der eine Selbstausrichtung angibt, im wesentlichen gleich ist.

2. Tripode-Verschiebegelenk zum Übertragen einer Gleichlaufdrehbewegung von einer ersten Welle auf eine zweite Welle, mit
einer mit der ersten Welle befestigten Glocke (17), die eine im wesentlichen zylindrische Form hat, und die drei Aussparungen (18) aufweist, die sich in Axialrichtung der Glocke (17) in einer vorbestimmten Breite erstrecken, die in Umfangsrichtung der Glocke (17) in gleichen Abständen ausgebildet sind, und die jeweils zwei Seitenflächen haben, die flach ausgebildet sind und parallel zur Längsachse der Glocke (17) verlaufen,
einem mit der zweiten Welle befestigten Zapfenstern (20) mit drei sich radial erstreckenden Zapfen (22), die in die Aussparungen (18) hinein vorspringen,
jeweils einem auf jedem Zapfen (22) angeordneten Rollenlager (26) mit einer Mehrzahl von Laufrollen (25),
jeweils einer auf dem Rollenlager (26) angeordneten ersten Rolle (27) mit einer konvexen, kugeligen Außenumfangsfläche (29), und
jeweils einer auf der ersten Rolle (27) angeordneten zweiten Rolle (33), wobei die Außenumfangsfläche der zweiten Rolle (33) in Wälzkontakt mit den Seitenflächen der Aussparung (18) steht,
wobei die Bodenfläche der jeweiligen Aussparung (18) der Glocke (17) durch einen Teil einer Zylinderfläche gebildet ist, die um die Längsachse der Glocke (17) zentriert ist, die Breite des Rollenlagers (26) kleiner als die Höhe des Zapfens (22) ist, die Breite der ersten Rolle (27) kleiner als die Höhe des Zapfens (22) ist, und die Breite der zweiten Rolle (33) kleiner als die Breite der ersten Rolle (27) ist, so daß nur ein geringer Zwischenraum zwischen dem Endabschnitt des jeweiligen Zapfens (22), der jeweiligen ersten Rolle (27) und der jeweiligen zweiten Rolle (33) und der Bodenfläche der jeweiligen Aussparung (18) besteht,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Innenumfangsfläche der zweiten Rolle (33) konkav ausgebildet ist, und
daß zwischen der ersten Rolle (27) und der zweiten Rolle (33) eine Bewegungsbegrenzungseinrichtung (32) angeordnet ist zum Begrenzen einer Bewegung der zweiten Rolle (33) relativ zur ersten Rolle (27), wobei ein Winkel (α), der eine maximale Relativbewegung der ersten Rolle (27) zur zweiten Rolle (33) angibt zu einem Winkel, der eine Selbstausrichtung angibt, im wesentlichen gleich ist.

3. Tripode-Verschiebegelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsbegrenzungseinrichtung (32) durch einen Haltering (32) gebildet ist, der in einer Haltenut (30) der ersten Rolle (27) angeordnet ist.