DE4210894A1

DE4210894A1 - Tripodegelenk

Info

Publication number: DE4210894A1
Application number: DE19924210894
Authority: DE
Inventors: Eugen Dr Stall
Original assignee: GKN Automotive GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 1992-04-02
Filing date: 1992-04-02
Publication date: 1993-10-07

Description

Die Erfindung betrifft ein Tripodegelenk mit einem Gelenk außenteil, das drei umfangsverteilte achsparallele Aus nehmungen mit jeweils einer Mittelebene aufweist, die sich jeweils in Umfangsrichtung gegenüberliegende Bahnen aus weisen, und das ein im Querschnitt sternförmiges Gelenk innenteil mit drei umfangsverteilten Zapfen mit radial verlaufenden Zapfenachsen aufweist, wobei die Zapfen, die in die Ausnehmungen des Gelenkaußenteils eingreifen, und auf den Zapfen Rollen gelagert sind, die zumindest eine Schiebebewegung einer Rolle gegenüber dem zugeordneten Zapfen radial zum Gelenkinnenteil ermöglicht.

Tripodegelenke dieser Art werden vom Hersteller Glancer Spicer, Frankreich, unter der Bezeichnung GI Tripodege lenke vertrieben. In derartigen Tripodegelenken entstehen bei gebeugt umlaufenden Gelenk an jedem Tripodezapfen axiale Reaktionskräfte aufgrund der reibungsbehafteten Bewegungen der auf den Tripodezapfen gehaltenen Rollen gegenüber den Bahnen des Gelenkaußenteils. Die reibungsbe hafteten Relativbewegungen bei gebeugt umlaufenden Gelenk ergeben sich im einzelnen aus - auf das Gelenkinnenteil bezogen - oszillierenden Bewegungen der Rollen auf den Zapfen radial zur Achse des Gelenkinnenteils und gleich zeitig - auf das Gelenkaußenteil bezogen - aus längsge richteten oszillierenden Bewegungen dem Rollen entlang der Bahnen parallel zur Achse des Gelenkaußenteils sowie - dem überlagert, je nach Ausführung des Gelenks - aus Schwenk bewegungen der Rollen gegenüber dem Gelenkaußenteil.

Die Reaktionskräfte werden bei fest abgestütztem Gelenk außenteil im Gelenkinnenteil, dem Tripodestern zusammenge führt und als Summenkraft auf die Anschlußwelle übertra gen. Im Idealfall werden diese Kräfte aufgrund der Posi tion der Zapfenachsen auf einem Teilkreis mit gleicher Teilung zu null kompensiert. Bei einem realen Gelenk ent stehen aber nicht zu vernachlässigende Summenkräfte, die als Axialkräfte im Antriebsstrang zu unerwünschten Ge räuschen führen. Die bekannten Tripodegelenke zeigen bei wachsendem Gelenkbeugewinkel eine Zunahme dieser axialen Anregungskräfte, d. h. der im Gelenk erzeugten, auf den Antriebsstrang übertragenen Wechselkräfte. Insbesondere wenn sich ein Zapfen infolge der Bewegungsabläufe bei gebeugt umlaufenden Gelenk gegenüber der entsprechenden Rolle - bezogen auf das Gelenkaußenteil - radial nach innen verlagert, und die Rolle sich gegenüber dem Gelenk außenteil in ihrer Bahn gehalten radial nach innen ab stützen muß, sind die Reibungskräfte besonders hoch.

Hiervon ausgehend sind Gelenke geschaffen worden, bei denen die axialen Anregungskräfte dadurch verringert wer den, daß die Reibung zwischen Tripodezapfen und Gelenk außenteil reduziert wird. Hierfür sind verschiedene Ge lenkbauformen mit besonderen Rollenträgeranordnungen vor geschlagen worden. Tripodegelenke dieser Art sind in ver schiedenen Ausgestaltungen beispielsweise aus der DE 28 31 044 (Honda), DE 39 36 601 (GKN) und DE 37 16 962 (NTN) bekannt. Nach den beiden erstgenannten sind jeweils die Rollen, insbesondere mittels jeweils eines Nadellagers auf Rollenträgern drehbar gelagert, wobei der Rollenträger auf dem Zapfen axial verschiebbar und schwenkbar zur Zapfen achse angeordnet ist. Die dritte Ausführung weist eine zusätzliche Innenrolle auf, die unmittelbar mittels eines Nadellagers auf einem zylindrischen Zapfen gelagert ist, und die mit einer außenkugeligen Oberfläche in eine innenzylindrische Ausnehmung der Rolle eingreift. Gelenke dieser Art sind aufgrund des hohen konstruktiven Aufwandes teurer.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun de, Tripodegelenke der genannten Art, die alle zuvor ge nannten Bauarten einschließen soll, so auszugestalten, daß die axialen Anregungskräfte vermindert werden, d. h. daß das sogenannte NVH-Verhalten (noise, vibration, harshness) der Gelenke verbessert wird. Die Lösung hierfür besteht darin, daß die Mittelebenen der Ausnehmungen und die Zapfenachsen im Querschnitt gesehen auf einem Teilkreis mit unterschiedlichem Teilungswinkel liegen. Mit der hier mit gegebenen Lösung ist das bauartgemäße Reibungsverhal ten an jedem einzelnen der Tripodezapfen grundsätzlich unverändert, d. h. auch hier können die Reibungskräfte an jedem einzelnen Tripodezapfen gegenüber dem Gelenkaußen teil nur durch besondere konstruktive Maßnahmen verändert werden, insbesondere durch die oben bereits erörterten Maßnahmen. Erfindungsgemäß addieren sich jedoch die Rei bungskräfte aufgrund der unsymmetrischen Teilung drehwin kelabhängig zu einer Summenkraft, die in der Amplitude und im Frequenzspektrum gegenüber derjenigen bei bekannten Gelenken verbessert und durch die Wahl der Teilungswinkel beeinflußbar ist. Hierdurch kann das NHV-Verhalten der erfindungsgemäßen Tripode verändert und verbessert werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den nachstehenden Figuren dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein Tripodegelenk im Längsschnitt, der für Gelenke nach dem Stand der Technik ebenso wie für erfindungsgemäße Gelenke gültig ist,

Fig. 2 zeigt ein Tripodegelenk einer ersten Bauart nach dein Stand der Technik,

Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Tripodegelenk einer ersten Bauart,

Fig. 4 zeigt ein Tripodegelenk einer zweiten Bauart nach dem Stand der Technik, auf das die Erfindung an wendbar ist,

Fig. 5 zeigt ein Tripodegelenk einer dritten Bauart nach dem Stand der Technik, auf das die Erfindung an wendbar ist,

Fig. 6 zeigt ein Tripodegelenk einer vierten Bauart nach dem Stand der Technik, auf das die Erfindung an wendbar ist.

In Fig. 1 ist ein Tripodegelenk im Längshalbschnitt ge zeigt, das sich aus den folgenden wesentlichen Baugruppen zusammensetzt: einem Gelenkaußenteil 1, einem Gelenkinnen teil 2 mit einer eingesteckten Welle 3 sowie einen die Abdichtung zwischen Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil bewerkstelligenden Faltenbalg 4. Das Gelenkaußenteil baut sich aus den folgenden Einzelteilen auf: einem Formstück 5, das eine Hülse 6 zum Einstecken eines Anschlußzapfens sowie entgegengesetzt dazu längs ausgerichtete Arme 7 umfaßt, die in noch näher darzustellender Weise einander jeweils symmetrisch zu einer Mittelebene gegenüberliegende Bahnen 8 ausbildet. Auf das Formteil ist eine Blechhülse 9 aufgeschoben und auf diesem festgeklemmt, die mit dem zur Welle hin gerichtetem Ende um einen Endwulst 10 des Fal tenbalges umgebördelt ist. Am entgegengesetzten Ende ist der Faltenbalg 4 mit einem Bund 11 mittels einer Spannan ordnung 12 auf der Welle 3 festgelegt. In einem offenen Querschnitt des Formteils 5 sind federnde Anschlagmittel 13 für ein Endstück 14 der Welle 3 eingesetzt, dieses ist mit den rohrförmigen Wellenkörper 15 der Welle 3 ver schweißt und mittels einer Wellenverzahnung 16 mit dem Tripodestern 17 des Gelenkinnenteils 2 drehfest verbunden. Der Tripodestern 17 läßt einen der umfangsverteilten Zapfen 18 erkennen. Auf diesem ist mittels eines Nadel lagers 19 eine Rolle 20 koaxial drehbar gelagert.

Fig. 2 und 3 für die, soweit nicht besonders ange sprochen, gleiche Bezugsziffern wie für Fig. 1 für gleiche Teile verwendet sind, werden nachstehend gemeinsam beschrieben.

In Fig. 2 ist ein Gelenk nach Fig. 1 im Querschnitt nach dem Stand der Technik gezeigt. Es ist hierbei erkennbar, daß drei der längs ausgerichteten Arme 7 am Gelenkaußen teil vorgesehen sind, auf die der Ringkörper 9 aufgescho ben ist. Jeweils zwei benachbarte Arme 7 bilden zwischen sich eine Ausnehmung 21 mit einer Mittelebene M aus, in der einander gegenüberliegende Bahnen 8 symmetrisch ange ordnet sind. Das Gelenkinnenteil 2 ist ebenfalls in Ein zelheiten mit dem Tripodestern 17, mit den umfangsverteil ten Zapfen 18 und den darauf gelagerten Rollen 20 erkenn bar. Die Achsen A der Tripodezapfen stimmen mit den Mittelebenen M der Ausnehmungen überein. In Fig. 2 sind die Mittelebenen M und damit die Achsen A der Zapfen durch gleichgroße Teilungswinkel α, β, γ von jeweils 120° definiert.

In Fig. 3 haben die Mittelebenen M₁, M₂, M₃ und damit die Achsen A₁, A₂, A₃ voneinander unterschied lich großen Abstand, wobei im dargestellten Beispiel der Teilungswinkel α zwischen den Achsen A₁ und A₃ etwa 120°, der Teilungswinkel β zwischen den Achsen A₁ und A₂ demgegenüber kleiner ist und der Teilungswinkel γ zwischen den Achsen A₂ und A₃ gegenüber α und β größer ist. Hierbei ist β 110° und γ 130°. Diese Winkel geben die Grenzen der Abweichung vom gleichen Teilungs winkel 120° an.

In Fig. 4 ist ein im wesentlichen ringförmiges Gelenk innenteil 111 mit umfangsverteilten radialen zylindrischen Zapfen 112 und ein Gelenkaußenteil 113 mit umfangsverteil ten Ausnehmungen 114 erkennbar, wobei die Zapfen in die Ausnehmungen eingreifen und auf den Zapfen im einzelnen noch zu beschreibende Rollenanordnungen vorgesehen sind, von denen eine im Schnitt dargestellt ist. Diese besitzen jeweils einen Innenring 115 mit innenzylindrischer Innen oberfläche und außenkugeliger Außenoberfläche. Der Innen ring 115 kann relativ zum Zapfen 112 in Bezug auf die Zapfenachse axial oszillieren. Auf dem Innenring 115 ist ein Rollenträger 116 gehalten, der mit einer innenkugeli gen Ausnehmung schwenkbar auf der außenkugeligen Außen oberfläche des Innenrings 115 sitzt. Auf dem Rollenträger 116 ist über ein Nadellager 117 eine Rolle 118 drehbar gehalten. Das Nadellager und die Rolle werden im einzelnen von einer radial innen liegenden Schulter 119 am Rollen träger 116 und jeweils einer radial außen liegenden Schei be 120 und einem Sicherungsring 121 gehalten. Die außen kugelige Rolle 118 läuft jeweils drehmomentabhängig auf einer der Bahnen 122 in der Ausnehmung 114 ab. Radial innerhalb der Rollenanordnung weist die Bahn auf beiden Hälften jeweils eine Schulter 124 auf. Der Rollenträger 119 kann sich an einer Abstützfläche 125 radial außerhalb der Rollenanordnung abstützen. Diese ist durch radiale Erweiterungen 126 auf jeder Hälfte der Ausnehmung 114 auf einen in Bezug zur Zapfenachse achsnahen Bereich be schränkt.

In Fig. 5 ist ein im wesentlichen ringförmiges Gelenk innenteil 131 mit daran radial ansetzenden umfangsverteil ten außenkugeligen Zapfen 132 erkennbar, das in einem Gelenkaußenteil 133 mit umfangsverteilten Ausnehmungen 134 eingesetzt ist. Zwischen Zapfen und Ausnehmungen sind nachstehend im einzelnen zu beschreibende Rollenanordnun gen vorgesehen, von denen eine im Schnitt dargestellt ist. Diese umfassen jeweils einen Rollenträger 136, der eine innenzylindrische Innenöffnung aufweist und damit relativ auf dem Zapfen 132 in Bezug zur Zapfenachse axial ver schiebbar und bezüglich der Zapfenachse schwenkbar gehal ten ist. Auf dem Rollenträger 136 ist über ein Nadellager 137 eine Rolle 138 gehalten. Nadellager 137 und Rolle 138 sind auf dem Rollenträger einerseits über eine radial innenliegende Schulter 139 sowie über jeweils eine außen liegende Scheibe 140 und einen Sicherungsring 141 gehal ten. Beide Hälften der Innenausnehmung 134 weisen jeweils innenzylindrische Bahnen 142 auf, an die radial innen liegende Schultern 144 auf gegenüberliegenden Seiten und eine außenliegende Stützfläche 145, die mit dem Rollen träger 144 unter Drehmomenteinleitung zur Anlage kommen kann, anschließen.

In Fig. 6 ist ein im wesentlichen ringförmiges Gelenk innenteil 151 mit umfangsverteilten Radialzapfen 152 und ein Gelenkaußenteil 153 mit umfangsverteilten Bahnen 154 erkennbar, in die die Zapfen eingreifen. Zwischen Zapfen und Ausnehmungen sind Rollenanordnungen zu Übertragung des Drehmomentes vorgesehen, die im nachfolgenden beschrieben werden, und von denen eine im Schnitt dargestellt sind. Auf einem zylindrischen Zapfen 152 ist jeweils über ein Nadellager 157 eine Innenrolle 156 drehbar gelagert, die eine kugelige Außenoberfläche hat. Auf der Innenrolle 156 ist eine Rolle 158 mit innenzylindrischer Innenoberfläche relativ axial verschiebbar, bezogen auf die Zapfenachse, sowie schwenkbar, bezogen auf die Zapfenachse, gehalten. Diese bewegt sich in Bahnen 162 in beiden Hälften der Ausnehmung 154. Das Nadellager 157 und die Innenrolle 156 sind über eine Scheibe 160 und einen Sicherungsring 161 axial auf dem Zapfen festgelegt.

Wie in Fig. 1 sind in den Fig. 4, 5 und 6 die Mittel ebenen der Ausnehmungen mit M und die Achsen der Zapfen mit A bezeichnet. Die Teilungswinkel zwischen den Ebenen bzw. Achsen sind wieder mit α, β, γ angegeben. Gemäß der Erfindung gelten - wenn auch zeichnerisch nicht darge stellt - auch hier die Bedingungen der Erfindung:

1. (α V β V γ) ≠ 120°; 2. 110 < α, β, γ < 130°

Bezugszeichenliste

  1 Gelenkaußenteil
  2 Gelenkinnenteil
  3 Welle
  4 Faltenbalg
  5 Formstück
  6 Hülse
  7 Arme
  8 Bahnen
  9 Blechhülse
10 Endwulst
11 Bund
12 Spannanordnung
13 Anschlagmittel
14 Endstück
15 Wellenkörper
16 Wellenverzahnung
17 Tripodestern
18 Zapfen
19 Nadellager
20 Rolle
21 Ausnehmung
111, 131, 151 Gelenkinnenteil
112, 132, 152 Zapfen
113, 133, 153 Gelenkaußenteil
114, 134, 154 Ausnehmungen
115 Innenring
116, 136, 156 Rollenträger
117, 137, 157 Nadellager
118, 138, 158 Rolle
119, 139 Schulter
120, 140, 160 Scheibe
121, 141, 161 Sicherungsring
122, 142, 162 Bahnen
123
124, 144 Schulter
125, 145 Abstützfläche
126 Erweiterungen

a, β, γ Teilungswinkel
M Mittelebenen
A Achsen

Claims

1. Tripodegelenk mit einem Gelenkaußenteil (1), das drei umfangsverteilte achsparallele Ausnehmungen (2) mit jeweils einer Mittelebene aufweist, die sich jeweils in Umfangsrichtung gegenüberliegende Bahnen ausbilden, und das ein im Querschnitt sternförmiges Gelenkinnen teil (6) mit drei umfangsverteilten Zapfen mit im Querschnitt radial verlaufenden Zapfenachsen aufweist, die in die Ausnehmungen des Gelenkaußenteils ein greifen, wobei auf den Zapfen Rollen gelagert sind, die zumindest eine Schiebebewegung einer Rolle gegen über dem zugeordneten Zapfen radial zum Gelenkinnen teil ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelebenen der Ausnehmungen und die Zapfen achsen im Querschnitt gesehen auf einem Teilkreis mit unterschiedlichem Teilungswinkel liegen.

2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilungswinkel α, β, γ zwischen jeweils zwei Zapfen (7) zwischen 110° und 130° liegen.

3. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Teilungswinkel α, β, γ zwischen zwei Zapfen (7) 120° beträgt.4.

4. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (20) mittels Nadellagern (19) unmittel bar auf den Zapfen (18) gelagert und koaxial zu diesen gehalten sind (GI-Tripode).

5. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen mittels Rollenträgeranordnungen, die jeweils Nadellager umfassen, mittelbar auf den Zapfen gelagert sind und gegenüber deren Achse jeweils schwenkbar gehalten sind.