DE4110311C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleichlaufdrehgelenk in Tripo­ denbauart mit einem Gelenkaußenteil, in dem umfangsver­ teilt drei axial verlaufende Führungsbahnen mit sich je­ weils in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Laufflächen ausgebildet sind, einem Gelenkinnenteil, an dem umfangs­ verteilt drei radiale Zapfen in die Führungsbahnen ein­ greifend ausgebildet sind, und Rollenkörpern auf jedem der Zapfen, die sich in den Führungsbahnen radial abstützen und in diesen mit im wesentlichen ausschließlich parallel verschiebbarer Achse gehalten sind und gegenüber den Zapfen radial verlagerbar und winkelbeweglich gehalten sind, wobei die Rollenkörper jeweils drehbar auf einem Rollenträger gelagert sind und die Zapfen an ihren Enden fest mit diesen jeweils verbundene Kugelköpfe aufweisen, die in eine radiale Innenausnehmung eines Rollenträgers radial verschiebbar und winkelbeweglich eingreifen.

Einfache Tripodegelenke, bei denen die Rollenkörper ko­ axial zum jeweiligen Zapfen gelagert sind, haben den Nach­ teil, daß bei gebeugtem Gelenk die oszillierenden Axialbe­ wegungen der Rollen in den Bahnen nicht als saubere Ab­ wälzbewegung erfolgen, sondern aufgrund der Winkelstellung der Rollen zur Bewegungsrichtung einen Gleitanteil um­ fassen. Hierdurch entstehen erhebliche Reibungskräfte, die zu axialen Schwingungsanregungen aus dem Gelenk heraus führen. Demgegenüber stellt es eine Verbesserung dar, wenn die Rollenkörper bei gebeugtem Gelenk winkeltreu in rein abwälzender Bewegung in den Führungsbahnen oszillieren, während die gleitenden Bewegungen der radialen Verlagerung der Rollenkörper auf den Zapfen und der Winkelbewegung der Rollenkörper relativ zum Zapfen sich an von den Führungs­ bahnen unabhängigen Flächenpaarungen vollziehen.

Aus der DE 31 03 172 C2 ist ein Gelenk der genannten Art bekannt, bei dem ein Zwischenring mit Kugelabschnittsfläche auf dem zylindrischen Zapfen radial verschiebbar ist, der in eine Kalottenfläche eines Rollenträgers eingreift. Auf dem Rollenträger ist der Rollenkörper in Nadeln gelagert. Hierbei ist die Fertigung sehr aufwendig, da zwei aufein­ ander gleitende Flächenpaarungen, davon eine als Kugel- Kalotten-Kombination, zu bearbeiten sind. Hierbei ist am Rollenträger jeweils ein Stützring radial innen befestigt, mittels dessen sich die Rolle radial nach innen in ihrer Bahn im Gelenkaußenteil abstützt.

Aus der DE 38 03 340 A1 ist ein Gelenk von im wesentlichen gleicher Bauart bekannt, bei dem anstelle des genannten Stützringes jeweils eine rechteckige Justierplatte vorgesehen ist, über die sich die Rolle gleichzeitig radial nach innen abstützt, die aber zugleich ein Kippen des Rollenträgers und damit der Rolle gegenüber ihrer Bahn in verbesserter Weise verhindert und den Rollenträger darüber hinaus gegen ein Verdrehen gegenüber dem Tripodezapfen sichert.

Aus der DE 28 31 044 A1 ist weiterhin ein Tripodegelenk mit einem balligen Zapfen bekannt, auf dem unmittelbar ein nadelgelagerter Rollenkörper schwenkbar gehalten ist, wobei die einzelnen Lagernadeln unmittelbar im Rollenkörper gehalten sind und direkt mit dem balligen Zapfen in Kontakt stehen. Hierbei führt die Art des Kontaktes mit hoher Flächenpressung zur frühzeitigen Zerstörung der Lagernadeln; weiterhin können die ungeführten, in konven­ tioneller Weise gegenüber dem Rollenkörper axial gesicher­ ten Lagernadeln gegenüber der Rollenachse verkanten, so daß Funktionsstörungen auftreten.

Aus der DE 37 16 962 A1 ist ein Gelenk bekannt, bei dem ein Zwischenring auf dem zylindrischen Zapfen mittels Wälzkörpern drehbar gelagert ist, der eine kugelige Außen­ fläche hat, die in einer innenzylindrischen Fläche des Rollenkörpers winkelbeweglich und radial verlagerbar ge­ führt ist. Drehbewegungen zwischen dem Zwischenring und dem Rollenkörper finden im wesentlichen hierbei nicht statt. Die Fertigung dieser Bauform ist ebenfalls aufwen­ dig, als sowohl am Zwischenring eine exakte kugelige Gleitfläche ausgeführt werden muß als auch am Rollenkörper eine exakt bearbeitete äußere Lauffläche zu erstellen ist.

Aus der älteren DE 89 15 669 U ist ein Gelenk der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die Lagernadeln eines Na­ dellagers auf zylindrischen Flächen am Rollenträger (außen) und am Rollenkörper (innen) ablaufen und Rollen­ träger und Rollen unmittelbar gegeneinander in üblicher Weise durch einen radialen Bund und Sicherungsringe axial gesichert sind. Auch hierbei besteht die Gefahr eines Verkantens der Lagernadeln gegenüber den Achsen unverän­ dert weiter. Die axiale Sicherung von Rollenträger und Rollenkörper gegeneinander ist aufgrund der Teilezahl fertigungstechnisch aufwendig und in der Montage kompli­ ziert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gelenk der eingangs genannten Art bereitzustellen, das bei Verbesserung der funktionellen Wirkungen konstruktiv und fertigungstechnisch wesentlich vereinfacht ist. Die Lösung hierfür besteht darin, daß zwischen dem Rollenträger und dem Rollenkörper jeweils ein mit einem Käfig versehenes Nadellager angeordnet ist, und daß sich der Rollenträger mittels des Käfigs radial nach innen - auf die Gelenkachse bezogen - am Rollenkörper abstützt, der sich seinerseits unmittelbar am Gelenkaußenteil abstützt.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Gelenks besteht darin, daß die einzelnen Nadeln der verwendeten Nadellager auch bei gebeugtem Gelenk senkrecht zur Längs­ richtung der Führungsbahnen stehen und damit eine saubere Abwälzbewegung vollziehen. Durch den Käfig ist ein Schräg­ stellen, Verkanten oder Ausweichen einzelner Nadeln an den höchstbelasteten Stellen, d. h. Entstehen eines soge­ nannten Umfangsendspiels, nicht möglich. Ebensowenig kann ein unmittelbarer Kontakt einzelner Nadeln untereinander mit erhöhter Reibung stattfinden. Die Abwälzbewegung der Rollenkörper auf dem Rollenträger bleibt damit frei von Störeinflüssen und findet bei idealer Lagerbelastung statt.

Weiterhin werden bei dem erfindungsgemäßen Gelenk die nach innen gerichteten radialen Kräfte, die bei Fehlen geeigneter Sicherungsmittel zu einer Zerlegung der Einheit aus Rollenträger, Käfig und Rollenkörper führen werden, unmittelbar durch Teile des Käfigs aufgefangen.

Der Rollenträger ist gegenüber dem Rollenkörper zumindest gegen radial nach innen gerichtete Kräfte axial zu sichern, da eine radiale Verlagerung der Rollen bezüglich des Ge­ lenkinnenteils unmittelbar zwischen Rollenträger und Ku­ gelkopf des Zapfens erfolgt und hierbei Reibungskräfte auf den Rollenträger ausgeübt werden, die abgefangen werden müssen.

Als radiale Sicherungsmittel können übliche Sicherungsele­ mente, insbesondere separate Sicherungsringe verwendet werden. Günstiger und konstruktiv einfacher ist es jedoch, besondere Ausformungen des Käfigs als radiale Sicherungs­ mittel zu verwenden.

Die bevorzugte konstruktive Lösung besteht dabei darin, daß der Käfig zur radialen Halterung und Abstützung des Rollenträgers gegenüber dem Rollenkörper - auf die Gelenkachse bezogen - radial außen einen durchmessergrößeren Bund, der den Rollenkörper radial außen übergreift und - auf die Gelenkachse bezogen - radial innen einen durchmesser­ kleineren Bund, der den Rollenträger radial innen unter­ greift, aufweist. Die hiermit angesprochenen Bunde sind im wesentlichen unelastisch und lassen eine Vormontage der Einheiten Rollenträger, Nadellager und Rollenkörper nur in einer einzigen übereinstimmenden Richtung der Teile in der genannten Reihenfolge zu.

In einer weiterführenden günstigen Ausführungsform ist vorgesehen, daß sich der Rollenträger mittels eines über den Käfig radial hinausstehenden Ringansatzes radial nach außen - auf die Gelenkachse bezogen - unmittelbar am Ge­ lenkaußenteil abstützt. Ein derartiger Ringansatz kann vorteilhafterweise einen unmittelbaren Kontakt zwischen Käfig und Gelenkaußenteil, der die Umlaufbewegung des Käfigs und damit die Leichtgängigkeit des Gelenks behin­ dern könnte, verhindern, wenn entsprechende radiale Siche­ rungsmittel zumindest zwischen Käfig und Rollenkörper gegen radial nach außen gerichtete Kräfte vorgesehen sind.

In bevorzugter weiterführender Ausgestaltung ist hierbei vorgesehen, daß der Käfig zur radialen Halterung des Rollenträgers gegenüber dem Rollenkörper zusätzliche ela­ stische Eingriffsmittel - auf die Käfigachse bezogen - radial gegenüberliegend zu den genannten Bunden aufweist. Die genannten elastischen Eingriffsmittel sind so auszuge­ stalten, daß sie eine axiale Montage von Rollenträger, Käfig und Rollenkörper nicht behindern, aber einer Demon­ tage bei den im Gelenk auftretenden radialen Relativkräf­ ten entgegenstehen. Die genannten elastischen Mittel können von einer umlaufenden elastischen Lippe oder ein­ zelnen umfangsverteilten Noppen, Zungen oder Nasen gebil­ det werden.

Die Verwendung der genannten Bunde und elastischen Mittel in Kombination in einstückiger Ausführung mit dem Käfig lassen in vorteilhafter Wirkung die Vormontage von Rollen­ träger, Nadellager und Rollenkörper zu einer unverlierba­ ren Montageeinheit zu.

Für die Außenform der Rollenkörper bieten sich verschie­ dene als solche bekannte Formen an, denen jeweils die Form der Laufflächen der Führungsbahnen in geeigneter Weise anzupassen sind.

Hierbei ist insbesondere zu beachten, daß zur gleichmäßi­ gen Lagerbelastung bei gestrecktem Gelenk unter Dreh­ momentbelastung die Berührungslinie zwischen Zapfen und Rollenträger einerseits und der Berührungslinie an der Rolle gegenüber den Laufflächen andererseits in einer senkrecht auf dem Zapfen stehenden Ebene liegen sollen oder - wenn die Rolle zwei Berührungslinien gegenüber den Laufflächen aufweist - diese symmetrisch zur ersten sein sollen.

Nach einer ersten Ausführung sind die Laufflächen der Führungsbahnen eben und die Rollenkörper im Kontaktbereich mit den Laufflächen zylindrisch ausgebildet. Nach einer anderen Ausführung hierzu können die Laufflächen der Füh­ rungsbahnen in Längsrichtung zylindrisch, d. h. im Quer­ schnitt kreisbogenförmig sein und die Rollenkörper im Kontaktbereich mit den Laufflächen kugelig.

Eine Entsprechung der Querschnittsformen von Laufflächen und Rollenkörpern ist aber nicht notwendig. So können beispielsweise kugelige Laufrollen mit im Querschnitt gotischen, d. h. spitzbogenförmigen Laufflächen der Füh­ rungsbahnen kombiniert werden, wodurch ein Schwenken der Laufrollen in den Bahnen, anders als bei den zuvor ge­ nannten Formen, unmittelbar verhindert wird. Dies kann auch durch sich entsprechende dachförmige Querschnitts­ formen von Laufflächen und Rollenkörpern sichergestellt werden.

In jedem Fall ist es sinnvoll, um eindeutig definierte Bewegungsabläufe sicherzustellen, Radialbewegungen und Winkelbewegungen der Rollenkörper bezüglich der Mittel­ achse des Gelenkaußenteils durch axial verlaufende Anlage­ schultern längs der Laufflächen in den Führungsbahnen zumindest an der Öffnungsseite zu verhindern. Derartige axial verlaufende Schultern können unmittelbar mit den Rollenkörpern zusammenwirken und diese winkelkonstant im Gelenkaußenteil halten oder mit entsprechenden Gegen­ flächen an den Rollenträgern zusammenwirken, um diese winkelkonstant im Gelenkaußenteil zu halten und damit den Rollenkörpern gegenüber das gleiche zu bewirken. Durch konvexe Querschnitte der Schultern und/oder der Rollenträ­ ger bzw. Rollenkörper im Kontaktbereich kann die Reibung reduziert werden.

Ein Ausführungsbeispiel, das die Erfindung in Einzelheiten zeigt, ist in der Zeichnung dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Teilschnitt durch ein erfindungsge­ mäßes Gelenk senkrecht zur Achse im Bereich einer Führungsbahn;

Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Käfig im Schnitt A-A gemäß Fig. 1;

Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Käfig in abgewandel­ ten Ausführung im axialen Teilschnitt;

Fig. 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenkinnenteil mit eingestecktem Wellenzapfen und einer gegenüber dem Kugelzapfen geschwenkten Rolleneinheit im Längs­ schnitt.

In Fig. 1 ist ein Gelenkaußenteil 1 mit einer Führungs­ bahn 2, sowie ein Gelenkinnenteil 3 mit einem daran ange­ setzten Zapfen 4 erkennbar, der einen oben abgeflachten im Bereich seiner Kontaktfläche kugelabschnittsförmigen Ku­ gelkopf 5 aufweist und mittelbar über einen Rollenträger 6 und ein aus einem Käfig 9 mit einzelnen Stegen 14 und dazwischen gehaltenen Lagernadeln 15 bestehendes Nadella­ ger 7 einen Rollenkörper 8 trägt. Der Käfig 1 des Nadel­ lagers 7 weist an seinem - auf die Gelenkachse bezogen - radial äußeren Ende einen gegenüber dem Bereich der die Lagernadeln 15 haltenden Stege 14 durchmessergrößeren - auf die Käfigachse bezogen - nach außen weisenden Bund auf, der den Rollenkörper - auf die Gelenkachse bezogen - radial außen übergreift. Weiterhin weist der Käfig 9 an seinem - auf die Gelenkachse bezogen - radial inneren Ende einen gegenüber dem Bereich der die Lagernadeln 15 haltenden Stege 14 durchmesserkleineren - auf die Käfigachse bezogen - nach innen weisenden Bund auf, der den Rollenträger 6 - auf die Gelenkachse bezogen - radial innen untergreift. Der Kugelkopf 5 greift winkelbeweglich und schwenkbar in die zylindrische Innenausnehmung 24 im Rollenträger 6 ein. Bei gebeugt umlaufenden Gelenk finden solche Bewegungen bei jeder Umdrehung statt. Vom Kugelkopf 5 auf den Rollenträger 6 ausgeübte radial nach innen ge­ richtete Reibungskräfte stützen sich dabei über den Käfig 9 am Rollenkörper 8 ab, der sich seinerseits in der Füh­ rungsbahn 2 radial abstützt. Diese Abstützung erfolgt hier unmittelbar über die Bahnform; in anderen Ausführungen kann auch die eingezogene Schulter 23 die Funktion durch unmittelbaren Kontakt mit Rollenkörper, Käfig oder Rollen­ träger übernehmen.

Vom Kugelkopf 5 in entgegengesetzer Richtung nach radial außen auf den Rollenträger 6 ausgeübte Reibungskräfte stützen sich über einen Ringansatz 20 am Rollenträger 6 unmittelbar am Gelenkaußenteil 2 ab. In Bezug auf radial nach außen wirkende Kräfte ist der Käfig 9 des Nadellagers 7 gegenüber dem Rollenkörper 8 durch elastische Nasen 13 gesichert, die dem Bund 11 gegenüberliegen, während wei­ tere elastische Nasen 12, die dem Bund 10 gegenüberliegen, eine zusätzliche Halterung gegenüber dem Rollenträger 6 sicherstellen. Die elastischen Nasen 12, 13 sind an den vorzugsweise umlaufenden Bunden 10, 11 ausgebildet und lassen sich zur axialen Montage des Käfigs in dahinter­ liegende Hinterschneidungen 16, 17 eindrücken. Durch die beschriebene Ausbildung des Käfigs 9 ist gewährleistet, daß sich der Rollenträger 6 sowohl gegen radial nach innen wirkende als auch gegen radial nach außen wirkende vom Kugelkopf ausgeübte Reibungskräfte einwandfrei gegenüber dem Gelenkaußenteil 2 abstützt.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt gemäß der Linie A-A durch den Käfig 9, wobei die einzelnen Stege 14 und die da­ zwischenliegenden Lagernadeln 15 erkennbar sind. Es ist der hier umlaufend ausgeführte Bund 11 erkennbar sowie die überstehenden Bereiche der unteren elastischen Nasen 13.

In Fig. 3 ist ein Käfig 9 im Teillängsschnitt in abgewan­ delter Ausführung erkennbar von dem der äußere Bund 10 und der innere Bund 11 dargestellt ist, denen jeweils ela­ stische Noppen 18 gegenüber dem Bund 10 und elastische Noppen 19 gegenüber dem Bund 11 an den Enden eines Steges 14 erkennbar sind.

In Fig. 4 sind entsprechende Einzelheiten mit den gleichen Ziffern wie in den vorhergehenden Zeichnungen bezeichnet. Das Gelenkinnenteil 2 ist hierbei vollständig mit einer verzahnten Innenausnehmung 21 erkennbar, in die ein mit einer Außenverzahnung versehener Wellenzapfen 22 eingesteckt ist. Durch die Wirkung der Bunde 10, 11 und der im einzelnen nicht erkennbaren Noppen wird hierbei der Rollenträger 6, das Nadellager 7 und der Rollenkörper 8 auch vor einem Einführen in das Gelenkaußenteil unverlier­ bar zusammengehalten.

Claims (7)

1. Gleichlaufdrehgelenk in Tripodenbauart mit einem Ge­ lenkaußenteil (1), in dem umfangsverteilt drei axial verlaufende Führungsbahnen (2) mit sich jeweils in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Laufflächen ausgebildet sind, einem Gelenkinnenteil (3), an dem umfangsverteilt drei radiale Zapfen (4) in die Führungsbahnen (2) eingreifend ausgebildet sind, und mit Rollenkörpern (8) auf jedem der Zapfen (4), die sich in den Führungsbahnen (2) radial abstützen und in diesen mit im wesentlichen ausschließlich parallel verschiebbarer Achse gehalten sind und gegenüber den Zapfen (4) radial verlagerbar und winkelbeweglich gehalten sind, wobei die Rollenkörper (8) jeweils drehbar auf einem Rollenträger (6) gelagert sind und die Zapfen (4) an ihren Enden fest mit diesen jeweils verbundene Kugelköpfe (5) aufweisen, die in eine radiale Innenausnehmung (24) eines Rollenträgers (6) radial verschiebbar und winkelbeweglich eingreifen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rollenträger (6) und dem Rollenkörper (8) jeweils ein mit einem Käfig (9) versehenes Nadel­ lager (7) angeordnet ist, und
daß sich der Rollenträger (6) mittels des Käfigs (9) radial nach innen - auf die Gelenkachse bezogen - am Rollenkörper (8) abstützt, der sich seinerseits unmittelbar radial nach innen am Gelenkaußenteil (1) abstützt.

2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Rollenträger (6) mittels eines über den Käfig (9) radial hinausstehenden Ringansatzes (20) radial nach außen - auf die Gelenkachse bezogen - unmittelbar am Gelenkaußenteil (1) abstützt.

3. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (9) zur radialen Halterung und Ab­ stützung des Rollenträgers (6) gegenüber dem Rollen­ körper (8) - auf die Gelenkachse bezogen - radial außen einen gegenüber Lagernadeln (15) haltenden Stegen (14) durchmessergrößeren Bund (10), der den Rollenkörper (8) radial außen übergreift, und radial innen einen gegenüber Lagernadeln (15) haltenden Stegen (14) durchmesserkleineren Bund (11), der den Rollenträger (6) radial innen untergreift, aufweist.

4. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (9) zur radialen Halterung des Rollen­ trägers (6) gegenüber dem Rollenkörper (8) zusätzliche elastische Eingriffsmittel (12, 13; 18, 19) - auf die Käfigachse bezogen - radial gegenüberliegend zu den Bunden (10, 11) aufweist.

5. Gelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffsmittel (12, 13; 18, 19) zur Halterung elastische - auf die Käfigachse bezogen - radial ver­ formbare Nasen oder Noppen sind.

6. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (9) einstückig, insbesondere als Kunst­ stofformteil ausgeführt ist.

7. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (9) wenigstens teilweise aus einem Ma­ terial mit niedrigem Reibwert hergestellt ist.