DE4445609C2

DE4445609C2 - Tripodegelenk

Info

Publication number: DE4445609C2
Application number: DE19944445609
Authority: DE
Inventors: Hans-Heinrich Welschof
Original assignee: GKN Loebro GmbH
Current assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Priority date: 1994-12-21
Filing date: 1994-12-21
Publication date: 2001-04-12
Anticipated expiration: 2014-12-22
Also published as: DE4445609A1

Description

Die Erfindung betrifft Tripodegelenke mit einem Gelenkaußenteil, das drei umfangsverteilte achsparallele Ausnehmungen aufweist, die sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende längsverlaufende Bahnen ausbilden, und das ein im Querschnitt sternförmiges Ge lenkinnenteil mit drei umfangsverteilten radialen Zapfen auf weist, die in die Ausnehmungen des Gelenkaußenteils eingreifen, und mit Laufrollen, die jeweils mittels Lagerrollen gegenüber den Zapfen drehbar gelagert sind und die formschlüssig so in die Bahnen der Ausnehmungen eingreifen, daß sie isogonal in den Bahnen geführt abrollen, wobei die Lagerrollen faßförmig sind, und wobei die innere Laufbahn für die Lagerrollen aus einer der Lagerrollenform angepaßten ausgekehlten Ringfläche im Zapfen und die äußere Laufbahn für die Lagerrollen aus einer zylindrischen Innenfläche der Laufrolle gebildet werden. Gelenke dieser Art sind aus der WO 93/08409, dort insbesondere aus den Fig. 4 und 5 bekannt.

Die Erfindung betrifft weiterhin Tripodegelenke mit einem Ge lenkaußenteil, das drei umfangsverteilte achsparallele Ausneh mungen aufweist, die sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende achsparallele Bahnen ausbilden, und das ein im Querschnitt sternförmiges Gelenkinnenteil mit drei radialen umfangsverteil ten Zapfen aufweist, die in die Ausnehmungen des Gelenkaußen teils eingreifen, und mit Laufrollen, die jeweils mittels La gerrollen gegenüber dem Zapfen drehbar gelagert sind und die formschlüssig so in die Bahnen der Ausnehmungen eingreifen, daß sie isogonal gehalten in den Bahnen abrollen, wobei die Lager rollen faßförmig sind und auf einer auf einem zylindrischen Zapfenabschnitt axial verschiebbaren Innenrolle ablaufen, wobei die innere Laufbahn für die Lagerrollen durch eine der Lagerrol lenform angepaßte ausgekehlte Ringfläche auf der Innenrolle und die äußere Laufbahn für die Lagerrollen durch eine der Lagerrol lenform angepaßte ausgekehlte Innenfläche der Laufrolle gebildet werden. Gelenke dieser Art sind gleichfalls aus der WO 93/08409 bekannt und zwar dort aus den Fig. 8 und 9.

Die Lagerrollen bei diesen Gelenken sind gegenüber den Zapfen bzw. gegenüber den Innenrollen derart gehalten und ihre Formge bung ist so gewählt, daß bei einer Beugung des Gelenks, d. h. einer Schrägstellung der Zapfen gegenüber den Rollen, die ein zelnen Lagerrollen in Bezug zur Zapfenachse pendelnde Bewegungen ausführen. Die Zentren der Lagerrollen stellen sich damit als Gesamtheit in Bezug zur Zapfenachse auf eine zu dieser schräg stehende Ellipse ein. Die pendelnden Bewegungen der einzelnen Lagerrollen im Spalt zwischen den Zapfen bzw. den Innenrollen einerseits und den Laufrollen andererseits, die quasi Ausweich bewegungen in dem sich in der Dicke örtlich ändernden Ringspalt zwischen diesen Teilen sind, sind nachteilig, da sie doppelte Gleitbewegungen der Lagerrollen bezüglich ihrer Lageroberflächen bedingen. Hieraus ergibt sich die Gefahr von Fehleinstellungen der einzelnen Lagerrollen und die Neigung zum bzw. die Gefahr des Klemmens. Dies gilt für die oben besonders angesprochenen Ausführungen ebenso wie für alle weiteren Ausführungen der ge nannten Veröffentlichung.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Gelenke dieser Art so zu verbessern, daß ein verbessertes Abrol len der Lagerrollen auf ihren Lageroberflächen auch bei abge beugt umlaufenden Gelenken sichergestellt ist.

Die Lösung hierfür besteht bei einem Gelenk der erstgenannten Art, bei dem die Lagerrollen unmittelbar auf den Zapfen ablau fen, darin, daß die Lagerrollen durch zwei seitlich zur inneren Laufbahn angeordnete Führungsschultern an den Zapfen isogonal gegenüber der Zapfenachse gehalten sind und daß die Laufflächen der Gesamtheit der Lagerrollen an jedem Zapfen durch eine Kugel fläche eingehüllt werden, während die Lösung für ein Gelenk der als zweites genannten Art, bei dem eine Innenrolle vorgesehen ist, auf der die Lagerrollen ablaufen, darin besteht, daß die Lagerrollen durch zwei seitlich zur inneren Laufbahn angeordnete Führungsschultern an der Innenrolle isogonal gegenüber der Zap fenachse gehalten sind und daß die Laufflächen der Gesamtheit der Lagerrollen an jedem Zapfen von einer Kugelfläche eingehüllt werden.

Mit den hierdurch bezeichneten Mitteln ist sichergestellt, daß die Konfiguration des für die Lagerrollen zur Verfügung stehen den Ringspaltes im Hinblick auf seine örtliche Dicke auch bei Neigung der Zapfenachsen gegenüber den Laufrollen stets so groß bleibt, so daß die Lagerrollen relativ zueinander und zur Achse ihres inneren Führungskörpers keine ausweichenden Axial- oder Winkelbewegungen ausführen müssen. Dies bedeutet, daß sicherge stellt ist, daß die Gesamtheit der Lagerrollen an jedem Zapfen eine vollständige Kreisringform beibehält, wobei der Kreis durch die Gesamtheit der Zentren der Lagerrollen senkrecht auf der Zapfenachse steht. Bei gebeugt umlaufendem Gelenk stellen sich die periodischen Bewegungen der Laufrollen gegenüber den Zapfen bzw. der Innenrolle somit als Taumelbewegungen auf einer durch die Einhüllende der Lagerrollenoberflächen gebildeten Kugelober fläche dar.

In vorteilhafter Weise erlaubt die erfindungsgemäße Konfigura tion die Verwendung von Lagerkäfigen, in denen die Lagerrollen unverlierbar und im wesentlichen abstandskonstant in Ringanord nung zusammengehalten werden. Hierdurch kann insbesondere die unmittelbare Reibung der Lagerrollen aneinander unterdrückt werden, ebenso wie winklige Fehlstellungen einzelner Lagerrollen noch besser verhindert werden. Der Lagerkäfig kann hierbei aus einem Material mit besonders guten Gleit- und ggfs. Dauer schmiereigenschaften hergestellt sein. Wenn der Lagerkäfig aus einem entsprechend elastischen Material ist, können die Lager rollen in den bereits über den Zapfen bzw. auf den Innenring axial aufgeschobenen Lagerkäfig einzeln radial eingeführt und eingerastet werden.

Mit der hiermit angegebenen Konstruktion ist die Darstellung eines Lagers mit einem hohen Füllungsgrad möglich.

Die Innenfläche der Laufrollen, die die äußere Lagerfläche des Rollenlagers bildet, ist gemäß der ersten erfindungsgemäßen Lösung innenzylindrisch. Dies erleichtert wesentlich die Monta ge, da die Rollen nur axial auf die jeweilige Gesamtheit der auf den Zapfen montierten Lagerrollen aufgeschoben werden müssen. Anschließend kann das vollständige Gelenkinnenteil mit den Rol lenanordnungen in das Gelenkaußenteil eingeschoben werden. Es ergibt sich hierbei jeweils ein Punktkontakt zwischen den Lager rollen und der Innenfläche der Laufrollen.

Nach der zweiten erfindungsgemäßen Lösung wird die Innenfläche der Laufrollen, die die äußere Laufbahn für die Lagerrollen bildet, durch eine innensphärische Ringfläche gebildet werden. Damit eine Montage der Gesamtheit der Lagerrollen bei ungeteil tem Innenring und ungeteilter Laufrolle möglich wird, ist ein Einführen der Lagerrollen mit um 90° zur Achse der Laufrolle gedrehter Achse der Innenrolle und ein anschließendes Einschwen ken der Innenrollen mit den Lagerrollen in die Ebene der Lauf rollen erforderlich.

Die Außenflächen der Laufrollen können rein zylindrisch sein. Beiderseits der dann eben auszuführenden Rollenbahnen in den Ausnehmungen sind dabei Führungsschultern auszubilden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenk gemäß der ersten Lösung im Teilquerschnitt senkrecht zur Gelenkachse in einer ersten Ausführung;

Fig. 2 zeigt ein Gelenk nach Fig. 1 im Tangentialschnitt als Ausbruch;

Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenk gemäß der ersten Lösung im Teilquerschnitt senkrecht zur Gelenkachse in einer zweiten Ausführung;

Fig. 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenk gemäß der zweiten Lösung im Teilquerschnitt senkrecht zur Gelenkachse in einer ersten Ausführung.

Soweit sich Einzelheiten in den unterschiedlichen Figuren ent sprechen, sind sie mit gleichen Bezugsziffern versehen, wobei die in einer Figur im Zusammenhang mit dieser Einzelheit be schriebenen Gegebenheiten auch für die gleiche Einzelheit in den weiteren Figuren gelten, selbst wenn eine Bezugnahme nicht aus drücklich hergestellt ist.

In den Fig. 1 und 2, die nachstehend gemeinsam beschrieben werden, ist ein Gelenkaußenteil 1 jeweils im Teilschnitt darge stellt, das im wesentlichen ringförmig ist. Es weist drei um fangsverteilte längsverlaufende Ausnehmungen 2 auf, von denen eine erkennbar ist. Die Ausnehmung bildet sich in Umfangsrich tung gegenüberliegende ebene Rollenbahnen 3, 4. Jeweils seitlich von diesen Rollenbahnen sind Führungsschultern 5, 6, 7, 8 ausge bildet.

In das Gelenkaußenteil 1 ist ein Gelenkinnenteil 11 eingesetzt, das drei umfangsverteilte radiale Zapfen 12 aufweist, die radial in die Ausnehmungen 2 des Gelenkaußenteils 1 hineinragen. An dem vollständig erkennbaren Zapfen 12 ist ein fest angeordneter Zapfenkopf 13 sichtbar, der etwa die Form einer Rollenscheibe hat. An dem Zapfenkopf 13 ist eine konkave Ringfläche 14 ausge bildet, die eine innere Laufbahn bildet, die von zwei Führungs schultern 15, 16 eingefaßt wird. In dieser inneren Laufbahn läuft eine Mehrzahl von Lagerrollen 17, die von einem Lagerkäfig 18 berührungsfrei zueinander und abstandskonstant zueinander gehalten werden. Die Lagerrollen 17 sind faßförmig, d. h. sie haben eine ballige Rollenoberfläche 20, die im wesentlichen mit Linienkontakt auf der inneren Lauffläche abwälzt, sowie achs normale ebene Stirnflächen 21, 22, die zwischen die Führungs schultern 15, 16 eingreifen und die sich axial an diesen abstüt zen. Die Lagerrollen 17 haben weiterhin Punktkontakt mit einer Laufrolle 23, die eine innenzylindrische Oberfläche 24 und eine außenzylindrische Oberfläche 25 hat. Die innenzylindrische Ober fläche 24 bildet die äußere Laufbahn für die Lagerrollen 17; die außenzylindrische Oberfläche 25 bildet die Lauffläche der Lauf rolle 23. Die Laufrolle 23 hat weiterhin Stirnflächen 26, 27, die sich an den Führungsschultern 5, 7 und 6, 8 axial abstützen. Die Laufrolle 23 ist dabei auf den Bahnen 3, 4 abrollend in der Ausnehmung 2 isogonal zu sich selbst geführt. Bei einer relati ven Abbeugung der Längsachse des Gelenkaußenteils 1 gegenüber der Längsachse des Gelenkinnenteils 11 findet eine solche Längs bewegung der Laufrolle 23 dadurch statt, daß sich die Achsen der Zapfen 12 gegenüber der in der Zeichnung gezeigten Ausrichtung (Zeichenblattebene) neigen, wobei gleichzeitig der Zapfenkopf 13 gegenüber der Laufrolle 23 nach innen taucht. Die Querachse Q des Zapfenkopfes 13 verlagert sich dabei gegenüber der Laufrolle 23 nach unten. Die Lagerrollen 17 bleiben dabei aufgrund ihrer Führung zwischen den Führungsschultern 15, 16 achsparallel zu einander und zur geneigten Zapfenachse. Die relative Drehbewe gung der Laufrolle 23 gegenüber dem Zapfen 12 ist dadurch stän dig rollengelagert. Die Voraussetzung für diese Bedingungen bestehen darin, daß die Lagerrollen 17 von einer Kreisoberfläche mit dem Radius R eingehüllt werden, wobei weiterhin die Bedin gung gilt, daß unter Berücksichtigung entsprechender Toleranzen der Innendurchmesser D der innenzylindrischen Oberfläche 24 der Laufrolle 23 gleich dem doppelten Radius R ist.

In Fig. 3 sind die gleichen Einzelheit wie in Fig. 1 mit den gleichen Bezugsziffern gezeigt. Das Gelenk ist im Prinzip gleich aufgebaut, jedoch ist ein Lagerkäfig hier nicht vorhanden. Die Lagerrollen 17 sind hierbei einzeln zwischen die Führungsschul tern 15, 16 des Rollenkopfes 13 einzuführen und ggfs. so mit einer Hilfsvorrichtung zu halten. Anschließend ist die Laufrolle 23 axial über die Gesamtheit der kreisringförmig angeordneten Lagerrollen 17 zu führen. In dieser Konfiguration ist ggfs. die Hilfsvorrichtung zu entfernen und das Gelenkinnenteil 11 mit Lagerrollen 17 und Laufrollen 23 axial in das Gelenkaußenteil 1 einzuführen.

In Fig. 4 ist ein Gelenkaußenteil 1 im Teilschnitt dargestellt, das im wesentlichen ringförmig ist. Es weist drei umfangsver teilte längsverlaufende Ausnehmungen 2 auf, von denen eine er kennbar ist. Die Ausnehmung bildet sich in Umfangsrichtung ge genüberliegende ebene Rollenbahnen 3, 4. Jeweils seitlich von diesen Rollenbahnen sind Führungsschultern 5, 6, 7, 8 ausgebil det. In das Gelenkaußenteil 1 ist ein Gelenkinnenteil 11 einge setzt, das drei umfangsverteilte radiale Zapfen 12 aufweist, die radial in die Ausnehmungen 2 des Gelenkaußenteils 1 hineinragen. An dem vollständig erkennbaren Zapfen 12 ist ein fest angeord neter Zylinderabschnitt 19 sichtbar, der einen Innenring 9 mit einer innenzylindrischen Gleitfläche 10 trägt. Dieser Innenring 9 ist axial auf dem Zylinderabschnitt 19 verschiebbar. An dem Innenring 19 ist eine konkave Ringfläche 14 ausgebildet, die eine innere Laufbahn bildet, die von zwei Führungsschultern 15, 16 eingefaßt wird. In dieser inneren Laufbahn läuft eine Mehr zahl von Lagerrollen 17, die ggfs. von einem hier nicht vorhan denen Lagerkäfig berührungsfrei zueinander und abstandskonstant zueinander gehalten werden können. Die Lagerrollen 17 sind faß förmig, d. h. sie haben eine ballige Rollenoberfläche 20, die im wesentlichen mit Linienkontakt auf der inneren Lauffläche ab wälzt, sowie achsnormale ebene Stirnflächen 21, 22, die zwischen die Führungsschultern 15, 16 eingreifen und die sich axial an diesen abstützen. Die Lagerrollen 17 haben weiterhin Linienkon takt mit einer Laufrolle 23, die eine innenkugelige Oberfläche 24 und eine außenzylindrische Oberfläche 25 hat. Die innenzy lindrische Oberfläche 24 bildet die äußere Laufbahn für die Lagerrollen 17; die außenzylindrische Oberfläche 25 bildet die Lauffläche der Laufrolle 23.

Die Laufrolle 23 hat weiterhin Stirnflächen 26, 27, die sich an den Führungsschultern 5, 7 und 6, 8 abstützen. Die Laufrolle 23 ist dabei auf den Bahnen 3, 4 abrollend in der Ausnehmung 2 isigonal zu sich selbst geführt. Bei einer relativen Abbeugung der Längsachse des Gelenkaußenteils 1 gegenüber der Längsachse des Gelenkinnenteils 11 findet eine solche Längsbewegung der Laufrolle 23 dadurch statt, daß sich die Achsen der Zapfen 12 gegenüber der in der Zeichnung gezeigten Ausrichtung (Zeichen blattebene) neigen, wobei gleichzeitig der Zylinderabschnitt 13 gegenüber dem sich neigenden Innenring 9 nach innen taucht. Der Innenring 9 verschiebt sich relativ auf dem Zylinderabschnitt 19 nach außen und bleibt dabei auf einer Höhe mit der Laufrolle 23, allerdings geschwenkt um die Querachse Q. Die Lagerrollen 17 bleiben dabei aufgrund ihrer Führung zwischen den Führungsschul tern 15, 16 achsparallel zueinander und zur Zapfenachse. Die relative Drehbewegung der Laufrolle 23 gegenüber dem Innenring 9 ist dadurch ständig rollengelagert. Die Voraussetzung für diese Bedingungen bestehen darin, daß die Lagerrollen 17 von einer Kreisoberfläche mit dem Radius R eingehüllt werden, wobei weiterhin die Bedingung gilt, daß unter Berücksichtigung ent sprechender Toleranzen der Innendurchmesser D der innenkugeligen Oberfläche 24 der Laufrolle 23 gleich dem doppelten Radius R ist.

Bezugszeichenliste

1

Gelenkaußenteil

2

Ausnehmung

3

Rollenbahn

4

Rollenbahn

5

Führungsschulter

6

Führungsschulter

7

Führungsschulter

8

Führungsschulter

9

Innenring

10

innenzylindrische Fläche

11

Gelenkinnenteil

12

Zapfen

13

Zapfenkopf

14

konkave Ringfläche/innere Laufbahn

15

Führungsschulter

16

Führungsschulter

17

Lagerrolle

18

Lagerkäfig

19

Zylinderabschnitt

20

Rollenoberfläche

21

Stirnfläche

22

Stirnfläche

23

Laufrolle

24

innenzylindrische Fläche/außere Laufbahn

25

außenzylindrische Fläche/Rollenoberfläche

26

Stirnfläche

27

Stirnfläche

Claims

1. Tripodegelenk mit einem Gelenkaußenteil (1), das drei um fangsverteilte achsparallele Ausnehmungen (2) aufweist, die sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende längsverlaufende Bahnen (3, 4) ausbilden, und das ein im Querschnitt stern förmiges Gelenkinnenteil (11) mit drei umfangsverteilten radialen Zapfen (12) aufweist, die in die Ausnehmungen (2) des Gelenkaußenteils (1) eingreifen, und mit Laufrollen (23), die jeweils mittels Lagerrollen (17) gegenüber den Zapfen (12) drehbar gelagert sind und die formschlüssig so in die Bahnen (3, 4) der Ausnehmungen (2) eingreifen, daß sie isogonal in den Bahnen (3, 4) geführt abrollen, wobei die Lagerrollen (17) faßförmig sind, und wobei die innere Laufbahn für die Lagerrollen (17) aus einer der Lagerrol lenform angepaßten ausgekehlten Ringfläche (14) im Zapfen (13) und die äußere Laufbahn für die Lagerrollen (17) aus einer zylindrischen Innenfläche (24) der Laufrolle (23) gebildet werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lagerrollen (17) durch zwei seitlich zur inneren Laufbahn angeordnete Führungsschultern (15, 16) an dem Zapfen (12) isogonal gegenüber der Zapfenachse gehalten sind und
daß die Laufflächen (20) der Gesamtheit der Lagerrollen (17) an jedem Zapfen (12) durch eine Kugelfläche eingehüllt werden.

2. Tripodegelenk mit einem Gelenkaußenteil (1), das drei um fangsverteilte achsparallele Ausnehmungen (2) aufweist, die sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende achsparallele Bahnen (3, 4) ausbilden, und das ein im Querschnitt stern förmiges Gelenkinnenteil (11) mit drei radialen umfangsver teilten Zapfen (12) aufweist, die in die Ausnehmungen (2) des Gelenkaußenteils (1) eingreifen, und mit Laufrollen (23), die jeweils mittels Lagerrollen (17) gegenüber dem Zapfen (11) drehbar gelagert sind und die formschlüssig so in die Bahnen (3, 4) der Ausnehmungen (2) eingreifen, daß sie isogonal gehalten in den Bahnen (3, 4) abrollen, wobei die Lagerrollen (17) faßförmig sind und auf einer auf einem zylindrischen Zapfenabschnitt (19) axial verschiebbaren In nenrolle (9) ablaufen, wobei die innere Laufbahn für die Lagerrollen (17) durch eine der Lagerrollenform angepaßte ausgekehlte Ringfläche (14) auf der Innenrolle (9) und die äußere Laufbahn für die Lagerrollen (17) durch eine der Lagerrollenform angepaßte ausgekehlte Innenfläche (24) der Laufrolle (23) gebildet werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lagerrollen (17) durch zwei seitlich zur inneren Laufbahn angeordnete Führungsschultern (15, 16) and der Innenrolle (9) isogonal gegenüber der Zapfenachse gehalten sind und
daß die Laufflächen (20) der Gesamtheit der Lagerrollen (17) an jedem Zapfen (12) von einer Kugelfläche eingehüllt werden.

3. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lagerkäfig (18) vorgesehen ist, der die Lagerrollen (17) unverlierbar und im wesentlichen abstandskonstant in Ringanordnung zusammenhält.

4. Gelenk nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Führungsschultern (15) an den Zapfen (12) zur Montage der vom Lagerkäfig (18) zusammengehaltenen Lagerrollen (17) als Bördelung ausgebildet sind.

5. Gelenk nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Führungsschultern (15) an den Innenrollen (9) zur Montage der vom Lagerkäfig (18) zusammengehaltenen Lagerrollen (17) als Bördelung ausgebildet sind.

6. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufflächen (25) der Laufrollen (23) zylindrisch sind und die Bahnen (3, 4) ebene Laufflächen haben.

7. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufrollen (23) durch jeweils zwei seitlich zu den Laufflächen der Bahnen (3, 4) angeordnete Schultern (5, 7, 6, 8) geführt sind.