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Die Erfindung betrifft ein homokinetisches Universalgelenk nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs.
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Für ein antreibendes Kraffilbertragungsteil eines Kraftfahrzeugs wurde
bislang ein homokinetisches Universalgelenk eingesetzt, um eine Antriebs-
Drehkraft oder ein Drehmoment einer antreibenden Welle über eine
angetriebene Welle auf die einzelnen Achsen zu übertragen.
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Ein solches herkömmliches homokinetisches Universalgelenk basiert zum
Beispiel auf den technischen Konzepten, die in den japanischen Patent-
Offenlegungsschriften 4-282028 und 5-215141 offenbart sind. In den
japanischen Patent-Offenlegungsschriften 4-282028 und 5-215141 ist ein
System vorgeschlagen, welches einen kugelförmigen Drehzapfen bildet,
wobei der Drehzapfen von einem zylindrischen Ring (Halter) umgeben ist.
Bei diesem System sind eine Oberfläche des kugelförmigen Drehzapfens
und eine innere Umfangsfläche des Rings so ausgebildet, daß sie
miteinander einen punktweisen Kontakt bilden.
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Im Fall des herkömmlichen homokinetischen Universalgelenks gleitet
allerdings dann, wenn der Drehzapfen in einem bestimmten Winkel
bezüglich des Rings gekippt ist, der Drehzapfen entlang der inneren
Umfangsfläche des Rings, während der Zustand des punktweisen Kontakts erhalten
bleibt. Der Drehzapfen wird gleitend entlang einer Axialrichtung oder
entlang einer Richtung versetzt, die im wesentlichen senkrecht auf der
Axialrichtung steht, während in Bezug auf den Ring an einem Punkt der
punktweise Kontakt aufrechterhalten bleibt. Diese gleitende Verlagerung des
Drehzapfens, die stattfindet, während der Zustand des punktweisen
Kontakts an nur einem Punkt aufrechterhalten wird, schabt einen Ölfilm ab, der
von einem in einem Außenglied eingeschlossenen Schmieröl gebildet wird.
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Im Ergebnis ergibt sich der Nachteil, daß die Antriebskraft nicht ruckfrei
von der antreibenden auf die angetriebene Welle übertragen wird.
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Wenn hingegen die antreibende Kraft von der antreibenden Welle auf die
angetriebene Welle übertragen wird, während ein Zustand vorliegt, in
welchem der Drehzapfen und der Ring an einem Punkt den Punktkontakt
bilden, konzentriert sich das Antriebsmoment auf den Kontaktpunkt zwischen
dem Drehzapfen und dem Ring. Im Ergebnis stellt sich der Nachteil ein,
daß die Anpreßkraft, die auf die innere Umfangsfläche des Rings bei dem
punktweisen Kontakt mit dem Drehzapfen ausgeübt wird, extrem groß
wird.
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In Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs und gemäß
der FR-A-2 698 928 (nächster Stand der Technik) ist ein homokinetisches
Universalgelenk bekannt, bei dem der Ölreservoirabschnitt aus zwei
flachen planaren Ausschnitten besteht, die einander abgewandt bezüglich der
Längsachse des Drehzapfens angeordnet sind.
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Die GB-A-2 252 144 zeigt ein homokinetisches Universalgelenk, bei dem
die Walze (nicht die Drehzapfen) Ölreservoirnuten besitzen.
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Ein allgemeines Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines
homokinetischen Universalgelenks, welches die Möglichkeit bietet, die Antriebskraft
von einer antreibenden Welle glatter auch dann auf eine angetriebene
Welle zu übertragen, wenn die angetriebene Welle relativ stark unter einem
vorbestimmten Winkel bezüglich der antreibenden Welle geneigt ist.
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Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines
homokinetischen Universalgelenks, das die Möglichkeit bietet, den auf die innere
Umfangswand eines Halters ausgeübten Druck einzuschränken.
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Erfindungsgemäß wird dies durch die Kennzeichnungsmerkmale des
Patentanspruchs 1 erreicht. Wenn ein Drehzapfen unter einem vorbestimmten
Winkel bezüglich eines Halters geneigt ist, wird die Schmierfähigkeit mit
Hilfe eines Ölreservoirabschnitts aufrechterhalten, der zwischen dem
Halter und dem Drehzapfen gebildet ist. Demzufolge wird ein Kontaktbereich
zwischen einer Oberfläche des Drehzapfens und einer inneren
Umfangsfläche des Halters geschützt. Im Ergebnis läßt sich die Antriebskraft
glatter von einer antreibenden auf eine angetriebene Welle übertragen. Damit
ist es möglich, eine gute Übertragungseffizienz zu erzielen.
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Außerdem wird die Kraft zum Andrücken der inneren Umfangsfläche des
Halters aufgrund der Änderung im Kontaktbereich zwischen dem Halter
und dem Drehzapfen verteilt, so daß Kontakt an einem Punkt, an zwei
Punkten und einem Liniensegment zustande kommt. Dadurch ist es
möglich, die Druckkraft einzuschränken.
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Die oben angegebenen sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der
Erfindung ergeben sich deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung in
Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen bevorzugte
Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft dargestellt sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 zeigt eine Vertikalschnittansicht eines homokinetischen
Universalgelenks, welches die vorliegende Erfindung erläutern soll.
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Fig. 2 zeigt eine Vertikalschnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1.
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Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des
Ölreservoirabschnitts, der an dem Drehzapfen ausgebildet ist.
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Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine modifizierte Ausführungsform des an dem Drehzapfen ausgebildeten Ölreservoirabschnitts
verdeutlicht.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In den Fig. 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 10 ein
homokinetisches Universalgelenk, welches die vorliegende Erfindung verdeutlichen
soll. Das homokinetische Universalgelenk 10 umfaßt im wesentlichen
einen zylindrischen Außenbecher (Außenglied) 12, der integral mit einem
Ende einer nicht dargestellten Antriebswelle gekoppelt ist und eine
Öffnung besitzt, und ein Innenglied 16, das an einem Ende eine angetriebene
Welle 14 befestigt ist und in einem Loch des Außenbechers 12
aufgenommen ist.
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An der inneren Umfangswand des Außenbechers 12 sind drei
Führungsnuten 18a bis 18c ausgebildet. Die Führungsnuten 18a bis 18c erstrecken sich
entlang einer axialen Richtung, und sie sind voneinander um einen Winkel
von 120 Grad um das axiale Zentrum versetzt. Jede der Führungsnuten 18a
(18b, 18c) enthält einen ebenen Abschnitt 20, der etwa im mittleren
Bereich gebildet ist, einen geneigten Abschnitt 22, der an beiden Seiten des
ebenen Abschnitts 20 unter einem vorbestimmten Winkel geneigt
ausgebildet ist, und Abrollflächen 27, die im wesentlichen senkrecht zu dem
ebenen Abschnitt 20 ausgebildet sind, damit auf ihnen ein Wälzglied 24,
das unten noch beschrieben wird, abrollen kann. Ein Stirnflächen-
Regulierabschnitt 28, der in Richtung des Wälzglieds 24 um ein
vorbestimmtes Stück vorsteht, um den Neigungswinkel des Wälzglieds 24 zu
regulieren, ist an einem unteren Bereich der Abrollfläche 27 ausgebildet.
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Ein ringförmiges Kreuzstück 30 ist außen auf die angetriebene Welle 14
aufgesetzt. Drei Drehzapfen 26a (26b, 26c), die sich zu den Führungsnuten
18a (18b, 18c) hin erstrecken und voneinander um einen Winkel von 120
Grad bezüglich des axialen Zentrums beabstandet sind, sind an einer
äußeren Umfangsfläche des Drehkreuzes 30 angebracht. Jeder der Drehzapfen
26a (26b, 26c) ist kugelförmig ausgebildet und ist von einem zylindrischen
Halter 32 mit einem vorbestimmten Spielraum dazwischen umgeben.
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Der Drehzapfen 26a (26b, 26c) ist kippbar innerhalb eines vorbestimmten
Winkels bezüglich des Halters 32. Ein Ölreservoirabschnitt, der eine
vorbestimmte Breite A hat und sich entlang einer Richtung im wesentlichen
rechtwinklig zu der Achse erstreckt, ist an einem Abschnitt ausgebildet,
der den längsten Umfang an dem Drehzapfen 26a (26b, 26c) aufweist. Der
Ölreservoirabschnitt setzt sich zusammen aus einem Ausschnitt 34,
gebildet durch Abphasen des Bereichs mit längstem Umfang auf der Oberfläche
des Drehzapfens 26a (26b, 26c). Der Ausschnitt 34 enthält einen
Umfangsabschnitt 36, der einen im wesentlichen linearen Querschnitt besitzt,
gebildet durch Ausschneiden der Kugeloberfläche in Umfangsrichtung,
weiterhin durch einen ersten und einen zweiten ringförmigen Kamm 38a,
38b, die an den beiden Enden des Umfangsabschnitts 36 in dessen
Breitenrichtung vorgesehen sind, um Grenzen zwischen dem Umfangsabschnitt 36
und der Kugeloberfläche zu bilden (vergleiche Fig. 3). Bei diesem
Gelenk ist der Ausschnitt 34 derart ausgebildet, daß er einen punktweisen
Kontakt an einem oder an zwei Punkten oder einen Linienkontakt mit der
inneren Umfangsfläche des Halters 32 bildet, wie unten noch beschrieben
wird.
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Ein oberes Ende des Halters 32 ist derart ausgebildet, daß es in Anlage an
dem ebenen Abschnitt 20 der Führungsnut 18a (18b, 18c) kommen und
von dem ebenen Abschnitt abgerückt werden kann. Das obere Ende des
Halters 32 ist nämlich im Normalzustand so gelegen, daß es einen geringen
Spielraum bezüglich des ebenen Abschnitts 20 der Führungsnut 18a (18b,
18c) gibt. Außerdem ist das obere Ende des Halters 32 so ausgebildet, daß
es an dem ebenen Abschnitt 20 zur Anlage gelangt, wenn die antreibende
Welle oder die angetriebene Welle 14 unter einem vorbestimmten Winkel
relativ zueinander geneigt sind.
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Das Walzenglied 24 ist außen an einen äußeren Umfangsabschnitt des
Halters 32 angepaßt, und zwar über mehrere Nadellager 40. Das Walzenglied
24 ist mit seiner äußeren Umfangsfläche im Querschnitt linear ausgebildet,
entsprechend der Querschnittskonfiguration der Führungsnut 18a (18b,
18c). Die einzelnen Nadellager 40 und das Walzenglied 24 werden gehalten
von einem Satz Sprengringen 42a, 42b und Beilagscheiben 44a, 44b,
die in Ringnuten des Halters 32 eingesetzt sind. Es ist möglich, die
Nadellager 40 und das Walzenglied 24 ausschließlich durch die Sprengringe 42a,
42b ohne Einsatz der Beilagscheiben 44a, 44b zu halten.
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Die äußere Umfangsfläche des Walzenglieds 24 bildet einen Linienkontakt
mit der Abrollfläche 27 der Führungsnut 18a (18b, 18c). Damit ist das
Rollenglied 24 in seiner axialen Richtung verschieblich (in Pfeilrichtung X in
Fig. 1). Darüber hinaus ist das Walzenglied 24 in seitlicher Richtung
abrollbar (in Pfeilrichtung Y in Fig. 2) entlang der Abrollfläche 27. Das
homokinetische Universalgelenk 10 hat im wesentlichen den oben
beschriebenen Aufbau. Im folgenden sollen Arbeitsweise, Funktion und
Wirkungsweise des homokinetischen Universalgelenks 10 erläutert werden.
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Wenn die nicht dargestellte Antriebswelle gedreht wird, wird ihre
Antriebs-Drehkraft oder ihr Drehmoment über den Außenbecher 12 auf das
Innenglied 16 übertragen. Dementsprechend wird die angetriebene Welle
in einer vorbestimmten Richtung über die Drehzapfen 26a bis 26c mit
ihrer kugelförmigen Konfiguration gedreht.
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Die Antriebs-Drehkraft des Außenbechers 12 wird auf die Walzenglieder
übertragen, die entlang den Führungsnuten 18a (18b, 18c) verlagerbar
sind. Die Kraft wird weiterhin über die Halter 32, welche von den
Walzengliedern 24 gehalten werden, auf die Drehzapfen 26a (26b, 26c)
übertragen. Auf diese Weise wird die angetriebene Welle 14 gedreht.
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Wenn bei diesem Vorgang die nicht dargestellte Antriebswelle oder die
angetriebene Welle 14 geneigt wird, rollen die Walzenglieder 24 entlang
den Führungsnuten 18a bis 18c. Dementsprechend wird die
Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle nicht beeinflußt durch den
Neigungswinkel der angetriebenen Welle 14 in Bezug auf den Außenbecher 12, und die
Kraft wird stets mit konstanter Drehgeschwindigkeit auf die angetriebene
Welle 14 übertragen.
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Wenn der Drehzapfen 26a (26b, 26c) unter einem vorbestimmten Winkel
geneigt ist, bilden die innere Umfangsfläche mit der säulenförmigen
Gestalt des Halters 32 und der erste und der zweite ringförmige Kamm 38a,
38b des Drehzapfens 26a (26b, 26c) einen Punktkontakt an zwei Punkten.
Als Ergebnis der Neigung der Achse des Drehzapfens 26a (26b, 26c) unter
einem vorbestimmten Winkel in Bezug auf die Achse des Halters 32 ergibt
sich ein Zustand, in welchem der Drehzapfen 26a (26b, 26c) einen
punktweisen Kontakt an den zwei Punkten a1 und a2 bildet.
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In dem geneigten Zustand tritt die Oberfläche des Drehzapfens 26a (26b,
26c) nicht in allen Bereichen in Berührung mit der inneren Umfangsfläche
des Halters 32. Deshalb ist zwischen der Oberfläche des Drehzapfens 26a
(26b, 26c) und der inneren Umfangsfläche des Halters 32 mit Ausnahme
der erwähnten Punkte ein Spielraum (zum Beispiel 70 u bis 100 u)
gebildet. Dementsprechend tritt ein Schmieröl, das in dem Außenbecher 12
eingeschlossen ist, in diesen Spielraum ein. Im Ergebnis kann sich ein Ölfilm
durch das Schmieröl zwischen der Oberfläche des Drehzapfens 26a (26b,
26c) und der inneren Umfangsfläche des Halters 32 ausbilden. Auf diese
Weise werden die Oberfläche des Drehzapfens 26a (26b, 26c) und der
inneren Umfangsfläche des Halters 32 durch den Ölfilm jeweils geschützt.
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Wenn der Drehzapfen 26a (26b, 26c) unter einem vorbestimmten Winkel
geneigt ist, fällt möglicherweise die Achse des Halters 32 mit der Achse
des Drehzapfens 26a (26b, 26c) zusammen, so daß sich ein Zustand ergibt,
in welchem die innere Umfangsfläche des Halters 32 und der
Umfangsabschnitt 36 des Drehzapfens 26a (26b, 26c) einen Linienkontakt an einem
Liniensegment bilden. In diesem Zeitpunkt wird der den Linienkontakt
bildende Bereich von dem Ölfilm geschützt, der zwischen die innere
Umfangsfläche des Halters 32 und den Umfangsabschnitt 36 des Drehzapfens
26a (26b, 26c) gelangt. Es sei angemerkt, daß der Ölfilm zum Schutz des
Umfangsabschnitts 36 nicht abgeschabt wird, da der Umfangsabschnitt 36
nicht die innere Umfangsfläche des Halters 32 berührt.
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Wie oben erläutert, erfahren, wenn der Drehzapfen 26a (26b, 26c) unter
einem vorbestimmten Winkel bezüglich des Halters 32 geneigt ist, die
innere Umfangsfläche des Halters 32 und die Oberfläche des Drehzapfens
26a (26b, 26c) die Änderung des Kontaktzustands einschließlich des
Zustands eines punktweisen Kontakts an den beiden Punkten, des Zustands
des Linienkontakts an dem erwähnten Liniensegment, und des Zustands
eines punktweisen Kontakts an dem einen Punkt, wobei der
Kontaktbereich von dem Ölfilm geschützt wird, der sich zwischen der Oberfläche des
Halters 32 und der inneren Umfangsfläche des Drehzapfens 26a (26b, 26c)
in Abhängigkeit der vorausgehenden Änderung ergibt. Im Ergebnis läßt
sich die Antriebskraft glatter von der antreibenden auf die angetriebene
Welle 14 übertragen, und man erzielt eine gute Übertragungswirksamkeit.
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Darüber hinaus verteilt sich die auf die innere Umfangsfläche des Halters
32 ausgeübte Anpreßkraft aufgrund der Änderung des Kontaktbereichs
zwischen dem Halter 32 und dem Drehzapfen 26a (26b, 26c), um einen
Kontakt an dem einen Punkt, an zwei Punkten und einem Liniensegment
zu bilden. Damit ist es möglich, die Andrückkraft einzuschränken.
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Wie oben erläutert, wird ein Vorteil insofern erreicht, als die Breite des
Ausschnitts 34 (Umfangsabschnitt 36) verringert werden kann, wenn die
Menge von in dem Außenbecher 12 eingeschlossenem Schmieröl im
Vergleich zu einem Normalzustand um eine vorbestimmte Menge erhöht wird.
Die Erläuterung bezog sich auf den Ausschnitt 34, der sich in der Richtung
etwa senkrecht zu der Achse des Drehzapfens 26a (26b, 26c) erstreckt.
Allerdings besteht diesbezüglich keine Beschränkung.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 3 dargestellt ist,
ist ein Ausschnitt 34b vorgesehen, bei dem ein kreisförmiger flacher
Abschnitt 46 am Übertragungspunkt für die Antriebskraft ausgebildet ist. Als
alternative Ausführungsform ist anstelle des flachen Abschnitts 46 die
Kugeloberfläche mit einer im wesentlichen kreisförmigen Ausnehmung 48
ausgebildet, die eine vorbestimmte Krümmung besitzt, welche eine
Krümmung der Kugelfläche übersteigt (vergleiche
Fig. 4).