DE4130183C2

DE4130183C2 - Tripodegelenk

Info

Publication number: DE4130183C2
Application number: DE4130183A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl Ing Ricks; Norbert Hofmann; Friedhelm Dipl Ing John; Werner Dipl Ing Krude; Dieter Jost; Peter Harz; Joerg Dipl Ing Bensinger
Original assignee: Loehr and Bromkamp GmbH; GKN Automotive GmbH
Current assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH; GKN Driveline International GmbH
Priority date: 1991-09-11
Filing date: 1991-09-11
Publication date: 1994-01-20
Anticipated expiration: 2011-09-12
Also published as: JP2632277B2; ES2062910A2; ES2062910R; US5391013A; DE4130183A1; FR2681113B1; ES2062910B1; GB2259557A; JPH05215141A; GB9219206D0; FR2681113A1; GB2259557B

Description

Die Erfindung betrifft Tripodegelenke gemäß den unabhängigen Patentansprüchen mit einem Gelenkaußenteil, das drei umfangsverteilte achsparallele Ausnehmungen aufweist, die sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende Bahnen ausbilden, und das ein im Querschnitt sternförmiges Gelenkinnenteil mit drei umfangsverteilten Zapfen aufweist, die in die Ausnehmungen des Gelenkaußenteils eingreifen, wobei auf den Zapfen Rollenanordnungen gelagert sind, die jeweils eine Rollenträgeranordnung und eine Rolle umfassen, wobei zumindest letztere relativ gegenüber dem jeweiligen Zapfen axial zur Zapfenachse verschiebbar und winkelbeweglich zur Zapfenachse schwenkbar angeordnet sind.

Tripodegelenke dieser Art sind in verschiedenen Ausgestaltungen bekannt, für die beispielhaft die DE 28 31 044 A1 (Honda), die DE 89 15 669 U1 (GKN) und die DE 37 16 962 A1 (NTN) angegeben werden können. Bei gebeugt umlaufendem Gelenk ergeben sich - auf das Gelenkinnenteil bezogen - radial oszillierende Bewegungen der Rollen zur Achse des Gelenkinnenteils und schwenkende Bewegungen der Rollen auf den Zapfen und gleichzeitig - auf das Gelenkaußenteil bezogen - längsgerichtete oszillierende Rollbewegungen der Rollen entlang der Bahnen. Die erstgenannten Radial- und Schwenkbewegungen sind gleitreibungsbehaftet, während die zweitgenannten überwiegend als Abwälzbewegungen in Erscheinung treten. Aufgrund der Reibungskräfte zeigen die bekannten Tripodegelenke mit wachsendem Beugewinkel eine starke Zunahme der Gelenkanregungskräfte, d. h. der im Gelenk erzeugten, auf den Antriebsstrang übertragenen Wechselkräfte. Solche Kräfte sind bezüglich des Verschleißes im Antriebsstrang und hinsichtlich der Geräuschentwicklung äußerst unerwünscht. Daneben tritt zum Teil eine Streuung dieser Gelenkanregungskräfte von Gelenk zu Gelenk, mitunter sogar am einzelnen Gelenk während des Betriebes auf. Als Ursache kann ein instabiles Verhalten der Rollen in den Bahnen bei gebeugt umlaufendem Gelenk angesehen werden, das zu unterschiedlichen und wechselnden Anlage- und Reibungsverhältnissen an verschiedenen Anlageflächen der Rollenanordnungen gegenüber den Ausnehmungen führen kann.

Aus der DE 34 28 649 C1 ist ein Tripodegelenk der eingangs bezeichneten Art bekannt, bei dem Flächen an Lagerelementen der jeweiligen Rollenanordnung und jeweils Gegenflächen an den Rollen einerseits und die Oberflächen der Rollen und die damit in Berührung befindlichen Oberflächen der Bahnen andererseits so ausgebildet sind, daß bei Drehmomentübertragung bei gestrecktem Gelenk die Resultierende der Kräfte vom Gelenkinnenteil unmittelbar auf eine Rolle zwischen den erstgenannten Flächen einen geringeren senkrechten Abstand zur Gelenkachse als die Resultierende der Gegenkräfte vom Gelenkaußenteil auf die Rolle zwischen den zweitgenannten Flächen hat, so daß bei Drehmomenteinleitung in das Gelenk ein Kippmoment auf die Rolle bei jedem Beugewinkel im Arbeitsbereich erzeugt wird, das die Rolle um ihre Berührungsfläche an der belasteten Bahn nach innen zur Gelenkachse kippt. Hierbei ist aufgrund von einander entsprechenden kreisbogenförmigen Querschnitten von äußeren Rollenoberflächen und Oberflächen der Bahnen im Zusammenwirken mit Pendellagerrollen zwischen Zapfen und innenkugeligen Rollenoberflächen ein Kippen der Rollen auf den Zapfen möglich. Dieses wird mittels eines ringförmigen Federbalgs elastisch aufgefangen und begrenzt. Ein Einschwingen und Resonanzen dieser Feder sind hierbei nicht auszuschließen. Ein zentraler Abschnitt der Feder ist auf einem Zapfenansatz geführt. Eine derartige verformbare Führung kann leicht festgehen; die Feder ist dann bruchgefährdet.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gelenk der genannten Art so weiterzubilden, daß die Reibungsverhältnisse im Gelenk verbessert und damit die Gelenkanregungskräfte reduziert und vorherbestimmbar werden, wobei eine betriebssichere Konstruktion gewählt werden soll.

Eine erste Lösung hierfür besteht darin, daß jeweils Abstützflächen in der Ausnehmung und an einem der Elemente der Rollenanordnung ausgebildet sind, so daß die durch das Kippmoment verlagerte Rollenanordnung sich an Flächen auf der bei Drehmomenteinleitung belasteten Hälfte der Ausnehmung radial außen an der Rollenanordnung und an Flächen auf der bei Drehmomenteinleitung unbelasteten Hälfte der Ausnehmung radal innen an der Rollenanordnung - jeweils auf die Gelenkachse bezogen - abstützt.

Dies bedeutet grundsätzlich, den Kraftangriffspunkt für die vom jeweiligen Tripodezapfen ausgeübten Kräfte unmittelbar auf die Innenoberfläche der Rolle unsymmetrisch, nämlich radial nach innen versetzt gegenüber dem Kraftangriffspunkt der von der Oberfläche der jeweiligen Bahn ausgeübten Kräfte auf die äußere Oberfläche der Rolle zu legen, so daß das genannte Kippmoment erzeugt wird. Es versteht sich, daß Elemente der Rollenanordnung zwischen Zapfen und Rolle vorgesehen sind, die die Kräfte vom Zapfen mittelbar auf die Innenoberfläche der Rolle übertragen. Mit dem Begriff "Kraftangriffspunkt" ist jeweils der Schnittpunkt der Kraftangriffslinie der resultierenden Kraft mit der jeweiligen inneren oder äußeren Rollenoberfläche gemeint. Im Hinblick auf die gegebenenfalls schon gebeugte Einbaulage eines erfindungsgemäßen Gelenkes ist der radiale senkrechte Abstand der beiden Kraftangriffslinien, bezogen auf die Achse des Gelenkaußenteils, so groß zu wählen, daß der Drehsinn des Kippmomentes auf die Rolle unter allen Betriebsbeugewinkeln im gleichen Sinne positiv erhalten bleibt.

Die vorteilhaften Auswirkungen hiervon bestehen darin, daß bei Drehmomenteinleitung in das Gelenk drehzahl- und beugewinkelunabhängig stabile Anlageverhältnisse der Rollenanordnungen gegenüber den Ausnehmungen im Gelenkaußenteil sichergestellt sind, so daß unter allen Betriebszuständen vorhersehbare Anlageverhältnisse und damit definierte Reibungsverhältnisse, die die Gelenkanregungskräfte bestimmen, bestehen. Diese Reibungsverhältnisse können danach durch vorteilhafte Gestaltung der Lage der entsprechenden gleitenden Oberflächen sowie durch deren Gestaltung positiv beeinflußt werden. Diese gewünschte Einflußnahme ist durch die Gestaltung der Rollenanordnungen und Ausnehmungen, insbesondere durch die Ausführung radial außen- und innenliegender Abstützflächen und die Bestimmung der entsprechenden radialen Spiele zwischen Rollenanordnung und Abstützflächen möglich.

Die Abstützflächen können am Gelenkaußenteil radial außen und radial innen zur Rollenanordnung - jeweils auf die Gelenkachse bezogen - angeordnet sein. Hierbei ist es in Bezug auf entstehende Reibungskräfte günstig, wenn der Kontakt der Teile der Rollenanordnung - insbesondere eines Rollenträgers - mit den Abstützflächen auf einem Reibdurchmesser erfolgt - bezogen auf die Zapfenachse - der größer ist als ein radialer Abstand a - bezogen auf die Gelenkachse - zwischen den Resultierenden der Kräfte an der Rolle.

Die Abstützflächen - die einem weiteren Kippen der Rollenanordnung entgegenwirken sollen - können auch unmittelbar durch eine voneinander abweichende Form der Bahnen und der Rollen im Querschnitt gebildet werden, zum Beispiel durch Rollen mit im Querschnitt kreisbogenförmiger äußerer Oberfläche im Verhältnis zu im Querschnitt spitzbogenförmigen Bahnen (gotischer Bogen).

Weiter kann vorgesehen werden, daß jeweils ein radialer Freiraum zwischen den Elementen der Rollenanordnung und den Abstützflächen der Ausnehmung ausgebildet ist, so daß bei unter Einwirkung des Kippmomentes gekippter Rolle ein Kontakt zwischen der Rollenanordnung und der bei Drehmomenteinleitung belasteten Hälffte der Ausnehmung radial innen an der Rollenanordnung und zwischen der Rollenanordnung und der bei Drehmomenteinleitung unbelasteten Hälfte der Ausnehmung radial außen an der Rollenanordnung - jeweils auf die Gelenkachse bezogen - ausgeschlossen wird.

Eine zweite Lösung besteht darin, daß jeweils Abstützflächen in der Ausnehmung und an einem der Elemente der Rollenanordnung ausgebildet sind, so daß die durch das Kippmoment nach außen gekippte, verlagerte Rolle sich an Flächen auf der bei Drehmomenteinleitung belasteten Hälfte der Ausnehmung radial innen an der Rollenanordnung und an Flächen auf der bei Drehmomenteinleitung unbelasteten Hälfte der Ausnehmung radial außen an der Rollenanordnung - jeweils auf die Gelenkachse bezogen - abstützt.

Dies bedeutet grundsätzlich, den Kraftangriffspunkt für die vom jeweiligen Tripodezapfen ausgeübten Kräfte unmittelbar auf die Innenoberfläche der Rolle unsymmetrisch, nämlich radial nach außen versetzt gegenüber dem Kraftangriffspunkt der von der Oberfläche der jeweiligen Bahn ausgeübten Kräfte auf die äußere Oberfläche der Rolle zu legen, so daß das genannte Kippmoment erzeugt wird. Es versteht sich, daß Elemente der Rollenanordnung zwischen Zapfen und Rolle vorgesehen sind, die die Kräfte vom Zapfen mittelbar auf die Innenoberfläche der Rolle übertragen. Mit dem Begriff "Kraftangriffspunkt" ist jeweils der Schnittpunkt der Kraftangriffslinie der resultierenden Kraft mit der jeweiligen inneren oder äußeren Rollenoberfläche gemeint. Im Hinblick auf die gegebenenfalls schon gebeugte Einbaulage eines erfindungsgemäßen Gelenkes ist der radiale senkrechte Abstand der beiden Kraftangriffslinien, bezogen auf die Achse des Gelenkaußenteils, so groß zu wählen, daß der Drehsinn des Kippmomentes auf die Rolle, unter allen Betriebsbeugewinkeln im gleichen Sinne positiv erhalten bleibt. Das heißt, daß konstruktiv die Summe von Einbaubeugewinkel und Betriebsbeugewinkel berücksichtigt werden muß.

Die vorteilhaften Auswirkungen hiervon bestehen darin, daß bei von null abweichendem Drehmoment drehzahl- und beugewinkelunabhängig stabile Anlageverhältnisse der Rollenanordnungen gegenüber den Ausnehmungen im Gelenkaußenteil sichergestellt sind, so daß unter allen Betriebszuständen vorhersehbare Anlageverhältnisse und damit definierte Reibungsverhältnisse, die die Gelenkanregungskräfte bestimmen, bestehen. Diese Reibungsverhältnisse können da nach durch vorteilhafte Gestaltung der Lage der entsprechenden gleitenden Oberflächen sowie durch deren Gestaltung positiv beeinflußt werden. Diese gewünschte Einflußnahme ist durch die Gestaltung der Rollenanordnungen und Ausnehmungen, insbesondere durch die Ausführung radialer Abstützflächen und die Bestimmung der entsprechenden radialen Spiele zwischen Rollenanordnungen und Ausnehmungen möglich.

Nach einer günstigen Ausgestaltung ist eine Abstützfläche an einem der Elemente der Rollenanordnung ausgebildet, die ein das Kippmoment auf die Rolle abfangendes Gegenmoment durch Abstützkräfte an Flächen auf der bei Drehmomenteinleitung unbelasteten Hälfte der Ausnehmungen und radial außenliegend an der Rollenanordnung erzeugt. Eine solche, auch als Kopffläche zu bezeichnende Abstützfläche läßt sich vorteilhafterweise auf einem kleineren Durchmesser darstellen, als eine auf der bei Drehmomentübertragung belasteten Hälfte der Ausnehmungen radial innen an der Rollenanordnung liegende mögliche Abstützfläche, die auch als Schulterfläche bezeichnet werden kann und an der ein Kontakt durch entsprechende Auswahl radialen Spiels und die erfindungsgemäße Lage der resultierenden Kräfte an der Rolle vermieden werden soll.

Eine andere Abstützfläche in der Ausnehmung gegenüber einem der Elemente der Rollenanordnung, die zu dem das Kippmoment auf die Rolle abfangenden Gegenmoment durch weitere Abstützkräfte beiträgt, kann dagegen auf der bei Drehmomenteinleitung belasteten Hälfte der Ausnehmung radial innenliegend an der Rollenträgeranordnung vorgesehen sein.

Die Erfindung läßt sich auf die eingangs genannten verschiedenen Gelenkbauformen anwenden, die nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wobei ebenfalls anhand der Zeichnungen die Funktion und die Wirkungsweise noch im einzelnen beschrieben werden.

In den Zeichnungen zeigen im einzelnen

Fig. 1 ein Gelenk mit zylindrischem Zapfen und Nadellagerung zwischen schwenkbarem Rollenträger und Rolle, in Axialansicht mit Teilschnitt;

Fig. 2 ein Gelenk mit teilkugeligem Zapfen und Nadellager zwischen schwenkbarem Rollenträger und Rolle, in Axialansicht mit Teilschnitt;

Fig. 3 ein Gelenk mit zylindrischem Zapfen und Nadellagerung zwischen Zapfen und außenkugeliger Innenrolle, in Axialansicht mit Teilschnitt;

Fig. 4 eine vergrößerte Einzelheit nach Fig. 1;

Fig. 5 eine vergrößerte Einzelheit nach Fig. 2;

Fig. 6 eine vergrößerte Einzelheit nach Fig. 3;

Fig. 7a ein Gelenk mit teilkugeligem Zapfen und Nadellager zwischen schwenkbarem Rollenträger und Rolle, im Teilschnitt im Moment der Drehmomenteinleitung;

Fig. 7b ein Gelenk nach Fig. 7a unter Darstellung der an der Rolle wirkenden Kräfte;

Fig. 7c ein Gelenk nach Fig. 7a mit gekippter Rolle unter Auswirkung der in Fig. 7b dargestellten Kräfte;

Fig. 8a ein weiteres Gelenk mit teilkugeligem Zapfen und Nadellager zwischen schwenkbarem Rollenträger und Rolle, im Teilschnitt im Moment der Drehmomenteinleitung;

Fig. 8b ein Gelenk nach Fig. 8a unter Darstellung der an der Rolle wirkenden Kräfte;

Fig. 8c ein Gelenk nach Fig. 8a mit gekippter Rolle unter Auswirkung der in Fig. 8b dargestellten Kräfte;

Fig. 9a ein drittes Gelenk mit teilkugeligem Zapfen und Nadellager zwischen schwenkbarem Rollenträger und Rolle, im Teilschnitt im Moment der Drehmomenteinleitung;

Fig. 9b ein Gelenk nach Fig. 9a unter Darstellung der an der Rolle wirkenden Kräfte;

Fig. 9c ein Gelenk nach Fig. 9a mit gekippter Rolle unter Auswirkung der in Fig. 9b dargestellten Kräfte;

Fig. 10 ein Gelenk mit zylindrischem Zapfen und Nadellagerung zwischen schwenkbarem Rollenträger und Rolle, im Teilschnitt;

Fig. 11 ein Gelenk mit zylindrischem Zapfen und Nadellagerung zwischen Zapfen und außenkugeliger Innenrolle, im Teilschnitt.

In den Fig. 1 und 4 ist jeweils ein im wesentlichen ringförmiges Gelenkinnenteil 11 mit umfangsverteilten radialen zylindrischen Zapfen 12 und ein Gelenkaußenteil 13 mit umfangsverteilten Ausnehmungen 14 erkennbar, wobei die Zapfen in die Ausnehmungen eingreifen und auf den Zapfen im einzelnen noch zu beschreibender Rollenanordnungen vorgesehen sind. Diese besitzen jeweils eine Innenrolle 15 mit innenzylindrischer Innenoberfläche und außenkugeliger Außenoberfläche. Die Innenrolle 15 kann jeweils auf dem Zapfen 12 in Bezug auf die Gelenkachse radial oszillieren. Auf der Innenrolle 15 ist ein Rollenträger 16 gehalten, der mit einer innenkugeligen Ausnehmung schwenkbar auf der außenkugeligen Außenoberfläche der Innenrolle 15 sitzt. Auf dem Rollenträger 16 ist über ein Nadellager 17 eine Rolle 18 drehbar gehalten. Das Nadellager und die Rolle werden im einzelnen in Bezug auf die Gelenkachse von einem radial innen liegenden Bund 19 und jeweils einer radial außen liegenden Scheibe 20 und einem Sicherungsring 21 gehalten. Die außenkugelige Rolle 18 läuft bei Drehmomenteinleitung jeweils auf einer der Bahnen 22 in der Ausnehmung 14 ab. Es ist jeweils eine Schmiermittelnut 23 in den Bahnen 22 erkennbar. Radial innenliegend von der Rollenanordnung weist die Ausnehmung 14 auf beiden Hälften jeweils Schultern 24 auf, von denen die auf der bei Drehmomenteinleitung belasteten Hälfte der Ausnehmung liegende kontaktfrei gehalten werden soll. Dagegen kann der Rollenträger 19 sich auf der bei Drehmomenteinleitung belasteten Hälfte der Ausnehmung 14 an einer Abstützfläche 25 radial außenliegend von der Rollenanordnung abstützen. Diese ist durch radiale Erweiterungen 26 auf jeder Hälfte der Ausnehmung 14 auf einen in Bezug zur Zapfenachse achsnahen Bereich beschränkt. Durch zwei strichpunktierte Linien sind die Kraftangriffslinie K₁ einer resultierenden Kraft vom Zapfen auf die Innenrolle 15 und damit mittelbar auf die Rolle 18 (radial innen) und die Kraftangriffslinie K₂ eine resultierende Kraft von den Bahnen 22 unmittelbar auf die Rolle 18 (radial außen) bezeichnet, die unter allen Arbeitsbeugewinkeln einen positiven radialen Abstand a voneinander aufweisen sollen. Hierdurch wird bei in das Gelenk eingeleitetem Drehmoment auf die Rolle ein Kippmoment T_R ausgeübt, das diese um ihre Berührungsfläche mit der belasteten Bahn nach innen kippt.

In den Fig. 2 und 5 ist jeweils ein im wesentlichen ringförmiges Gelenkinnenteil 31 mit daran radial ansetzenden umfangsverteilten außenkugeligen Zapfen 32 erkennbar, das in ein Gelenkaußenteil 33 mit umfangsverteilten Ausnehmungen 34 eingesetzt ist. Zwischen Zapfen und Ausnehmungen sind nachstehend im einzelnen zu beschreibende Rollenanordnungen vorgesehen. Diese umfassen zunächst einen Rollenträger 36, der eine innenzylindrische Innenöffnung aufweist und damit auf dem Zapfen 32 in Bezug zur Gelenkachse radial verschiebbar und bezüglich der Zapfenachse schwenkbar gehalten ist. An der Begrenzung der innenzylindrischen Innenoberfläche des Rollenträgers 36 ist ein Verschleißeinsatz 48 vorgesehen. Auf dem Rollenträger 36 ist mittels eines Nadellagers 37 eine Rolle 38 gelagert. Nadellager 37 und Rolle 38 sind auf dem Rollenträger 36 in Bezug zur Gelenkachse einerseits über einen radial innenliegenden Bund 39 sowie über je eine außenliegende Scheibe 40 und einen Sicherungsring 41 gehalten. Beide Hälften Ausnehmung 34 weisen jeweils innenzylindrische Bahnen 42 und radial innenliegende Schultern 44 auf sich gegenüberliegenden Seiten auf. Die Ausnehmung 34 weist außerdem eine außenliegende Abstützfläche 45, die mit dem Rollenträger 36 unter Drehmomenteinleitung einseitig zur Anlage kommen kann, auf. Der Bund 39 des Rollenträgers 36 soll auf der bei Drehmomenteinleitung belasteten Hälfte der Ausnehmung 34 unter allen Beugewinkeln kontaktfrei sein. Der Rollenträger 36 soll sich auf der bei Drehmomenteinleitung belasteten Hälfte der Ausnehmung 34 ausschließlich im Bereich der Abstützfläche 45 auf einem gegenüber dem Bund wesentlich kleineren Durchmesser abstützen. Dies wird erzielt durch ein aufgrund des eingeleiteten Drehmoments erzeugtes Kippmoment T_R auf die Rolle als Folge eines positiven Abstandes a zwischen der Kraftangriffslinie K₁ einer vom Zapfen 32 auf den Rollenträger 36 und damit mittelbar auf die Rolle 38 ausgeübten resultierenden Kraft (radial innen) und der Kraftangriffslinie K₂ einer von der unter Drehmoment belasteten Bahn 42 auf die Rolle unmittelbar ausgeübten resultierenden Kraft (radial außen).

Der positive Abstand a zwischen den beiden Kraftangriffsli nien der genannten Kräfte soll bei allen Beugewinkeln erhalten bleiben, so daß die an der Abstützfläche 45 auf den Rollenträger 36 ausgeübten Reibungskräfte gering sind, so daß keine Drehbewegung gegenüber dem kugeligen Zapfen 32 stattfindet und damit ein Verschleiß an der im wesent lichen linienförmigen Berührungsfläche zwischen beiden vermieden wird.

In den Fig. 3 und 6 ist jeweils ein im wesentlichen ringförmiges Gelenkinnenteil 51 mit umfangsverteilten Radialzapfen 52 und ein Gelenkaußenteil 53 mit umfangsver teilten Ausnehmungen 54 erkennbar, in die die Zapfen ein greifen. Zwischen Zapfen und Ausnehmungen sind Rollenan ordnungen zu Übertragung des Drehmomentes vorgesehen, die im nachfolgenden beschrieben werden. Auf den zylindrischen Zapfen 52 sind über Nadellager 57 Innenrollen 56 drehbar gelagert, die eine kugelige Außenoberfläche haben. Auf den Innenrollen 56 sind Rollen 58 mit innenzylindrischer Innenoberfläche radial verschiebbar, bezogen auf die Ge lenkachse, sowie schwenkbar, bezogen auf die Zapfenachse, gehalten. Diese bewegen sich in Bahnen 62 in beiden Hälf ten der Ausnehmung 54. Die Nadellager 57 und die Innen rollen 56 sind über Scheiben 60 und Sicherungsringe 61 axial auf dem Zapfen festgelegt. Die Kraftangriffslinie K₁ der vom Gelenkinnenteil 51 mittelbar über die Innen rolle 56 auf die Rollen 58 ausgeübten resultierenden Kraft sowie die Kraftangriffslinie K₂ der vom Gelenkaußenteil 53 auf die Rolle 58 ausgeübten resultierenden Kraft sind jeweils mit strichpunktierten Linien bezeichnet, wobei erstere radial innen und letztere radial außen liegt. In allen Betriebszuständen, d. h. unter allen Beugewinkeln soll ein positiver Abstand a zwischen beiden Kraftan griffslinien erhalten bleiben, so daß sich bei in das Gelenk eingeleiteten Drehmoment ein Kippmoment T_R auf die Rolle ergibt, das sich an Abstützflächen 65 in der Ausnehmung 45 abstützen kann.

In den Fig. 4 bis 6 ist jeweils das Gelenk unter den bei einer Drehmomenteinleitung bewirkten Kräften darge stellt. Unter der Annahme, daß das Gelenkinnenteil das treibende und das Gelenkaußenteil das angetriebene Teil ist, würde somit eine Drehmomenteinleitung in das Gelenk im Uhrzeigersinn vorausgesetzt. Die hierdurch an der Rollenanordnung auf der rechten Seite wirkenden Kräfte von Zapfen auf die Rollenanordnung sind mit F und von der Bahn auf die Rollenanordnung mit - F bezeichnet. Aufgrund des Abstandes der beiden Kraftangriffslinien ergibt sich hier durch das durch den Drehpfeil angedeutete Kippmoment T_R an der Rollenanordnung, das in erster Linie durch Abstütz kräfte F_sa an radial außen liegenden Abstützflächen aufgefangen werden soll.

In den Fig. 7a bis 7c ist jeweils ein nur teilweise dargestelltes Gelenkinnenteil 111 mit einem von drei daran radial ansetzenden umfangsverteilten außenkugeligen Zapfen 112 erkennbar, das in ein Gelenkaußenteil 113 mit einer von drei umfangsverteilten Ausnehmungen 114 eingesetzt ist. Zwischen Zapfen und Ausnehmung ist eine nachstehend im einzelnen zu beschreibende Rollenanordnung vorgesehen. Diese umfaßt einen Rollenträger 116, der eine innenzylin drische Innenöffnung aufweist und damit auf dem Zapfen 112 in Bezug zur Gelenkachse radial verschiebbar und bezüglich der Zapfenachse schwenkbar gehalten ist. Auf dem Rollen träger 116 ist mittels eines Nadellagers 117 eine Rolle 118 gelagert. Nadellager 117 und Rolle 118 sind auf dem Rollenträger 116 in Bezug zur Gelenkachse einerseits über einen radial innenliegenden Bund 119 sowie über je eine außenliegende Scheibe 120 und einen Sicherungsring 121 gehalten. Beide Hälften Ausnehmung 114 weisen jeweils innenzylindrische Bahnen 122 und radial innenliegende Schultern 124 auf sich gegenüberliegenden Seiten auf. Die Ausnehmung 114 weist außerdem eine außenliegende Abstütz fläche 125.

In Fig. 7a ist das Gelenk im Moment des Beginns einer Drehmomenteinleitung dargestellt, wobei unter der Annahme, daß das Gelenkinnenteil das treibende und das Gelenkaußen teil das angetriebene Teil ist, eine Drehmomenteinleitung im Uhrzeigersinn vorausgesetzt wird. Die rechts darge stellte Bahn 122 ist hierbei in Kontakt mit der Rolle.

In Fig. 7b ist bei gleicher Darstellung ein Kippmoment T_R auf die Rolle als Folge eines positiven Abstandes OFF zwischen der Kraftangriffslinie einer vom Zapfen 112 auf den Rollenträger 116 und damit mittelbar auf die Rolle 118 ausgeübten resultierenden Kraft F (radial außen) und der Kraftangriffslinie einer von der unter Drehmoment belaste ten rechten Bahn 122 auf die Rolle unmittelbar ausgeübten resultierenden Kraft - F (radial innen) gezeigt.

In Fig. 7c ist gezeigt, wie als Folge des Kippmomentes T_R auf die Rolle diese eine in der Bahn um eine paralle le Achse zur Gelenkachse gekippte Position einnimmt. Hier bei stützt sich der Bund 119 an der Schulter 124 auf der belasteten Hälfte der Ausnehmung 114 ab, während sich der Rollenträger 116 mit seiner radial außenliegenden Kopf fläche an der außenliegenden Abstützfläche 125 der Bahn abstützt. Ein dem Kippmoment T_R entgegenwirkendes Ab stützmoment wird durch die Abstützkraft F_S mit dem He belarm R_R erzeugt.

Der Abstand OFF zwischen den beiden Kraftangriffslinien der genannten Kräfte F und - F soll bei allen Beugewinkeln positiv bleiben, so daß die an der Abstützfläche 125 auf den Rollenträger 116 ausgeübten Reibungskräfte gering sind, so daß keine Drehbewegung gegenüber dem kugeligen Zapfen 112 stattfindet und damit ein Verschleiß an der im wesentlichen linienförmigen Berührungsfläche zwischen beiden vermieden wird.

In den Fig. 8a bis 8c sind den Einzelheiten der Fig. 7a bis 7c entsprechende Teile jeweils mit um 20 erhöhten Bezugsziffern versehen. Abweichend von dem dort gezeigten Gelenk haben die Bahnen 142 jeweils zwei zylindrische Abschnitte 147, 148 mit zueinander versetzten Mittel achsen, die im Querschnitt einen sogenannten gotischen Bogen darstellen. Der Krümmungsradius der beiden Bogen teile ist dabei größer als der Krümmungsradius der Rolle 138 im dargestellten Schnitt. Abweichend bei diesem Gelenk ist weiterhin, daß die Rolle 138 auf dem Rollenträger 136 sowohl radial außen durch Scheibe und Sicherungsring 140, 141 als auch radial innen durch Scheibe und Sicherungring 149, 150 festgelegt ist. Die Ausgestaltung der Bahnform bewirkt, daß sich unabhängig vom Angriffspunkt der Kraft F der Angriffspunkt der Kraft -F nur geringfügig ändert.

In den Fig. 9a bis 9c sind einander entsprechende Ein zelheiten wiederum mit gegenüber denen der Fig. 8a bis 8c um 20 erhöhte Bezugsziffern belegt. Abweichend ist hiervon auf die Form der Bahnen 162 und der Rolle 158 hinzuweisen. Während die Bahn 162 im Querschnitt im mittleren Bereich konvex ist und zwei Schultern 167, 168 ausbildet, ist die Rolle 158 im mittleren Bereich außen zylindrisch und mit Gegenschultern versehen, die an den Schultern 167, 168 der Bahnen 162 anlaufen. Auch diese Bahnform hat die Auswirkung, daß bei sich radial verän dernder Kraft F die Gegenkraft -F im wesentlichen den gleichen Angriffspunkt beibehält.

In Fig. 10 ist ein nur teilweise dargestelltes Gelenk innenteil 171 mit einem von drei umfangsverteilten radia len zylindrischen Zapfen 172 und ein Gelenkaußenteil 173 mit einer von drei umfangsverteilten Ausnehmungen 174 im Teilschnitt erkennbar, wobei der Zapfen in die Ausnehmung eingreift und auf dem Zapfen eine im einzelnen noch zu beschreibende Rollenanordnung vorgesehen ist. Diese be sitzt einen Innenring 175 mit innenzylindrischer Innen oberfläche und außenkugeliger Außenoberfläche. Der Innen ring 175 kann auf dem Zapfen 172 in Bezug auf die Gelenk achse radial oszillieren. Auf dem Innenring 175 ist ein Rollenträger 176 gehalten, der mit einer innenkugeligen Ausnehmung schwenkbar auf der außenkugeligen Außenober fläche des Innenrings 175 sitzt. Auf dem Rollenträger 176 ist über ein Nadellager 177 eine Rolle 178 drehbar gehal ten. Das Nadellager und die Rolle werden im einzelnen in Bezug auf die Gelenkachse von einem radial innen liegenden Bund 179 und jeweils einer radial außen liegenden Scheibe 180 und einem Sicherungsring 181 gehalten. Die außenkuge lige Rolle 178 läuft bei Drehmomenteinleitung jeweils auf einer der Bahnen 182 in der Ausnehmung 174 ab. Radial innenliegend von der Rollenanordnung weist die Ausnehmung 174 auf beiden Hälften jeweils Schultern 184 auf, von denen die auf der bei Drehmomenteinleitung unbelasteten Hälfte der Ausnehmung liegende kontaktfrei gehalten werden soll. Dagegen kann der Rollenträger 179 sich auf der bei Drehmomenteinleitung unbelasteten Hälfte der Ausnehmung 174 an einer Abstützfläche 185 radial außenliegend von der Rollenanordnung mit seiner Kopffläche abstützen. Die Ab stützfläche 185 ist durch radiale Erweiterungen 186 auf jeder Hälfte der Ausnehmung auf einen in Bezug zur Zapfen achse achsnahen Bereich beschränkt. Durch zwei strich punktierte Linien sind die Kraftangriffslinie einer resul tierenden Kraft vom Zapfen auf den Innenring 175 und damit mittelbar auf die Rolle 178 (radial außen) und die Kraft angriffslinie einer resultierenden Kraft von den Bahnen 182 unmittelbar auf die Rolle 178 (radial innen) bezeich net, die unter allen Betriebsbeugewinkeln einen positiven radialen Abstand voneinander aufweisen sollen. Hierdurch wird auf die Rolle ein Kippmoment um die rechtsliegende Bahn im Uhrzeigersinn nach außen ausgeübt, wenn vorausge setzt wird, daß diese Bahn unter einem eingeleiteten Dreh moment belastet wird.

In Fig. 11 ist ein nur teilweise dargestelltes Gelenk innenteil 191 mit einem von drei umfangsverteilten Radial zapfen 192 und ein Gelenkaußenteil 193 mit einer von drei umfangsverteilten Ausnehmungen 194 erkennbar, in die der Zapfen eingreift. Zwischen Zapfen und Ausnehmung ist eine Rollenanordnung zur Übertragung des Drehmomentes vorge sehen, die im nachfolgenden beschrieben wird. Auf dem zylindrischen Zapfen 192 ist über ein Nadellager 197 eine Innenrolle 196 drehbar gelagert, die eine kugelige Außen oberfläche hat. Auf der Innenrolle 196 ist eine Rolle 198 mit innenzylindrischer Innenoberfläche radial verschieb bar, bezogen auf die Gelenkachse, sowie schwenkbar, bezo gen auf die Zapfenachse, gehalten. Diese bewegt sich in Bahnen 202 in beiden Hälften der Ausnehmung 194. Das Na dellager 197 und die Innenrolle 196 sind außen über Schei be 100 und Sicherungsring 101 axial auf dem Zapfen fest gelegt. Innen ist ein Anlaufring 103 auf dem Zapfen vorge sehen. Die Kraftangriffslinie der vom Gelenkinnenteil 191 mittelbar über die Innenrolle 196 auf die Rolle 198 ausge übten resultierenden Kraft sowie die Kraftangriffslinie der vom Gelenkaußenteil 193 auf die Rolle 198 ausgeübten resultierenden Kraft sind jeweils mit strichpunktierten Linien bezeichnet, wobei erstere radial außen und letztere radial innen liegt. In allen Betriebszuständen, d. h. unter allen Beugewinkeln soll ein positiver Abstand zwischen beiden Kraftangriffslinien erhalten bleiben, so daß sich ein Kippmoment auf die Rolle um die rechts lie gende Bahn im Uhrzeigersinn nach außen ergibt, wenn vor ausgesetzt wird, daß diese Bahn unter einem eingeleiteten Drehmoment belastet wird. Bei einem dadurch bewirkten Kippen der Rolle 198 kann sich diese an Abstützflächen 206 in der Ausnehmung 194 abstützen.

Bezugzeichenliste

11, 31, 51 Gelenkinnenteil
12, 32, 52 Zapfen
13, 33, 53 Gelenkaußenteil
14, 34, 54 Ausnehmung
15 Innenrolle
16, 36, 56 Rollenträger, Innenrolle
17, 37, 57 Nadellager
18, 38, 58 Rolle
19, 39 Bund
20, 40, 60 Scheibe
21, 41, 61 Sicherungsring
22, 42, 62 Bahn
23 Schmiermittelnut
24, 44 Schulter
25, 45, 65 Abstützfläche
26 Erweiterung
48 Verschleißeinsatz
111, 131, 151, 171, 191 Gelenkinnenteil
112, 132, 152, 172, 192 Zapfen
113, 133, 153, 173, 193 Gelenkaußenteil
114, 134, 154, 174, 194 Ausnehmung
175 Innenring
116, 136, 156, 176, 196 Rollenträger, Innenrolle
186 Erweiterung
117, 137, 157, 177, 197 Nadellager
118, 138, 158, 178, 198 Rolle
119, 139, 179 Bund
120, 140, 160, 180, 200 Scheibe
121, 141, 161, 181, 201 Sicherungsring
122, 142, 162, 182, 202 Bahn
124, 184 Schulter
125, 145, 165, 185 Abstützfläche
147 Abschnitt
148 Abschnitt
149 Scheibe
150 Sicherungsring
167 Schulter
168 Schulter
169 Scheibe
170 Sicherungsring
203 Anlaufring
206 Abstützfläche

Claims

1. Tripodegelenk mit einem Gelenkaußenteil (13, 33, 53), das drei umfangsverteilte achsparallele Ausnehmungen (14, 34, 54) aufweist, die sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende Bahnen ausbilden, und das ein im Querschnitt sternförmiges Gelenkinnenteil (11, 31, 51) mit drei umfangsverteilten Zapfen (12, 32, 52) aufweist, die in die Ausnehmungen des Gelenkaußenteils eingreifen, wobei auf den Zapfen Rollenanordnungen gelagert sind, die jeweils eine Rollenträgeranordnung (16, 36, 56) und eine Rolle (18, 38, 58) umfassen, wobei zumindest letztere relativ gegenüber dem jeweiligen Zapfen axial zur Zapfenachse verschiebbar und winkelbeweglich zur Zapfenachse schwenkbar angeordnet ist, wobei Kugelflächen an den Zapfen (32) oder an Elementen (15, 56) der jeweiligen Rollenanordnung und jeweils innenkugelige oder innenzylindrische Gegenflächen an Elementen (16, 36) der Rollenordnung oder den Rollen (58) einerseits und die äußeren Oberflächen der Rollen (18, 38, 58) und die damit in Berührung befindlichen Oberflächen der Bahnen andererseits so ausgebildet sind, daß bei Drehmomentübertragung bei gestrecktem Gelenk die Resultierende K₁ der Kräfte vom Gelenkinnenteil (11, 31, 51) unmittelbar auf eine Rolle (18, 38, 58) zwischen den erstgenannten Flächen einen geringeren senkrechten Abstand zur Gelenkachse als die Resultierende K₂ der Gegenkräfte vom Gelenkaußenteil (13, 33, 53) auf die Rolle (18, 38, 58) zwischen den zweitgenannten Flächen hat, so daß bei Drehmomenteinleitung in das Gelenk ein Kippmoment auf die Rolle (18, 38, 58) bei jedem Beugewinkel im Arbeitsbereich erzeugt wird, dadurch das die Rolle um die Berührungsfläche an der belasteten Bahn nach innen zur Gelenkachse gekippt wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils Abstützflächen in der Ausnehmung (14, 34, 54) und an einem der Elemente der Rollenanordnung ausgebildet sind, so daß die durch das Kippmoment verlagerte Rollenanordnung sich an Flächen (25, 45, 65) auf der bei Drehmomenteinleitung belasteten Hälfte der Ausnehmung radial außen an der Rollenanordnung und an Flächen (24, 44, 62) auf der bei Drehmomenteinleitung unbelasteten Hälfte der Ausnehmung radial innen an der Rollenanordnung - jeweils auf die Gelenkachse bezogen - abstützt.

2. Tripodegelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein radialer Freiraum zwischen den Elementen der Rollenanordnung und den Abstützflächen (25, 45; 24, 44) der Ausnehmung ausgebildet ist, so daß bei unter Einwirkung des Kippmomentes gekippter Rolle ein Kontakt zwischen der Rollenanordnung und der bei Drehmomenteinleitung belasteten Hälfte der Ausnehmung radial innen an der Rollenanordnung und zwischen der Rollenanordnung und der bei Drehmomenteinleitung unbelasteten Hälfte der Ausnehmung radial außen an der Rollenanordnung - jeweils auf die Gelenkachse bezogen - ausgeschlossen wird.

3. Tripodegelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützflächen und die Gegenflächen durch die Bahnen (62) in den Ausnehmungen (54) selber gebildet werden, die im Querschnitt durch das Gelenk von der Querschnittsform der äußeren Oberflächen der Rollen (58) abweichen.

4. Tripodegelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils auf einem zylindrischen Zapfen (12) ein Innenring (15) mit innenzylindrischer Oberfläche axial zur Zapfenachse verschiebbar geführt ist, der eine kugelige Außenoberfläche aufweist, die in eine zumindest teilkugelige Innenoberfläche eines Rollenträgers (16) eingreift, der auf dem Innenring (15) gegenüber der Zapfenachse schwenkbar gehalten ist und daß jeweils auf dem Rollenträger (16) eine Rolle (18) drehbar gehalten ist (Fig. 1).

5. Tripodegelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen Rollenträger (16) und Rolle (18) ein Nadellager (17) vorgesehen ist.

6. Tripodegelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Zapfen (32) einen teilkugeligen Kopf aufweist, auf dem ein Rollenträger (36) mit einer zylindrischen Innenöffnung axial zur Zapfenachse verschiebbar und zur Zapfenachse schwenkbar gehalten ist und daß jeweils auf dem Rollenträger (36) eine Rolle (38) drehbar gehalten ist (Fig. 2).

7. Tripodegelenk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen Rollenträger (36) und Rolle (38) ein Nadellager (37) angeordnet ist.

8. Tripodegelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils auf einem zylindrischen Zapfen (55) ein innenzylindrischer Innenring (56) mit einer außenkugeligen Oberfläche drehbar gehalten ist und daß eine Rolle (58) mit innenzylindrischer Innenoberfläche auf dem Innenring (56) axial zur Zapfenachse verlagerbar und zur Zapfenachse schwenkbar geführt ist (Fig. 3).

9. Tripodegelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen dem Zapfen (52) und dem Innenring (56) ein Nadellager (57) angeordnet ist.

10. Tripodegelenk mit einem Gelenkaußenteil (113, 133, 153, 173, 193), das drei umfangsverteilte achsparallele Ausnehmungen (114, 134, 154, 174, 194) aufweist, die sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende Bahnen ausbilden, und das ein im Querschnitt sternförmiges Gelenkinnenteil (111, 131, 151, 171, 191) mit drei umfangsverteilten Zapfen (112, 132, 152, 172, 192) aufweist, die in die Ausnehmungen des Gelenkaußenteils eingreifen, wobei auf den Zapfen Rollenanordnungen gelagert sind, die jeweils eine Rollenträgeranordnung (116, 136, 156, 176, 196) und eine Rolle (118, 138, 158, 178, 198) umfassen, wobei zumindest letztere relativ gegenüber dem jeweiligen Zapfen axial zur Zapfenachse verschiebbar und winkelbeweglich zur Zapfenachse schwenkbar angeordnet ist, wobei Kugelflächen an den Zapfen (112, 132, 152) oder an Elementen (175, 196) der jeweiligen Rollenanordnung und jeweils innenkugelige oder innenzylindrische Gegenflächen an Elementen (116, 136, 156, 176) der Rollenordnung oder der Rollen (198) einerseits und die äußeren Oberflächen der Rollen (118, 138, 158, 178, 198) und die damit in Berührung befindlichen Oberflächen der Bahnen andererseits so ausgebildet sind, daß bei Drehmomentübertragung bei gestrecktem Gelenk die Resultierende der Kräfte vom Gelenkinnenteil (111, 131, 151, 171, 191) unmittelbar auf eine Rolle (118, 138, 158, 178, 198) zwischen den erstgenannten Flächen einen anderen senkrechten Abstand zur Gelenkachse als die Resultierende der Gegenkräfte vom Gelenkaußenteil (113, 133, 153, 173, 193) auf die Rolle (118, 138, 158, 178, 198) zwischen den zweitgenannten Flächen hat, so daß ein Kippmoment auf die Rolle bei jedem Beugewinkel im Betriebsbereich erzeugt wird, durch das die Rolle um ihren Berührungsbereich an der belasteten Bahn gekippt wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils Abstützflächen in der Ausnehmung und an einem der Elemente der Rollenanordnung ausgebildet sind, so daß die durch das Kippmoment nach außen gekippte, verlagerte Rolle sich an Flächen (124, 148, 168, 184) auf der bei Drehmomenteinleitung belasteten Hälfte der Ausnehmung radial innen an der Rollenanordnung und an Flächen (125, 145, 165, 185) auf der bei Drehmomenteinleitung unbelasteten Hälfte der Ausnehmung radial außen an der Rollenanordnung - jeweils auf die Gelenkachse bezogen - abstützt.

11. Tripodegelenk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein radialer Freiraum zwischen den Elementen der Rollenanordnung und den Abstützflächen der Ausnehmung ausgebildet ist, so daß bei unter Einwirkung des Kippmomentes gekippter Rolle ein Kontakt zwischen der Rollenanordnung und der bei Drehmomenteinleitung belasteten Hälfte der Ausnehmung radial außen an der Rollenanordnung und zwischen der Rollenanordnung und der bei Drehmomenteinleitung unbelasteten Hälfte der Ausnehmung radial innen an der Rollenanordnung - jeweils auf die Gelenkachse bezogen - ausgeschlossen wird.

12. Tripodegelenk nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Abstützflächen an den Teilen der Rollenanordnung, die unter dem Einfluß des Kippmomentes mit der jeweiligen Ausnehmung in Kontakt kommen, einen geringeren Durchmesser als die Oberflächen der Laufrolle im Kontaktbereich mit der Bahn, jeweils bezogen auf die Zapfenachse, haben.

13. Tripodegelenk nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Zapfen (112, 132, 152) einen teilkugeligen Kopf aufweist, auf dem ein Rollenträger (116, 136, 156) mit einer zylindrischen Innenöffnung axial zur Zapfenachse verschiebbar und zur Zapfenachse schwenkbar gehalten ist und daß jeweils auf dem Rollenträger eine Rolle (118, 138, 158) drehbar gehalten ist (Fig. 7 bis 9).

14. Tripodegelenk nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen Rollenträger (116, 136, 156) und Rolle (118, 138, 158) ein Nadellager (117, 137, 157) angeordnet ist.

15. Tripodegelenk nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils auf einem zylindrischen Zapfen (172) ein Innenring (175) mit innenzylindrischer Oberfläche zur Zapfenachse axial verschiebbar geführt ist, der eine kugelige Außenoberfläche aufweist, die in eine zumindest teilkugelige Innenoberfläche eines Rollenträgers (176) eingreift, der auf dem Innenring (175) gegenüber der Zapfenachse schwenkbar gehalten ist und daß jeweils auf dem Rollenträger (176) eine Rolle (178) drehbar gehalten ist (Fig. 10).

16. Tripodegelenk nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen Rollenträger (176) und Rolle (178) ein Nadellager (177) vorgesehen ist.

17. Tripodegelenk nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils auf einem zylindrischen Zapfen (192) ein innenzylindrischer Innenring (196) mit einer außenkugeligen Oberfläche drehbar gehalten ist und daß eine Rolle (198) mit innenzylindrischer Innenoberfläche auf dem Innenring (196) axial zur Zapfenachse verlagerbar und zur Zapfenachse schwenkbar geführt ist (Fig. 11).

18. Tripodegelenk nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen dem Zapfen (192) und dem Innenring (196) ein Nadellager (197) angeordnet ist.