DE3005054C2

DE3005054C2 - Tripodegelenk mit einer Zwangssteuerung für die drei das Drehmoment übertragenden Rollen

Info

Publication number: DE3005054C2
Application number: DE19803005054
Authority: DE
Inventors: Leopold F. 7000 Stuttgart Schmid
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-02-11
Filing date: 1980-02-11
Publication date: 1982-01-28
Also published as: JPS56124730A; DE3005054B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Tripodegelenk mit einer Zwangssteuerung für die drei das Drehmoment übertragenden Rollen, bei der die für das Zustandekommen einer gleichförmigen Drehbewegung während einer Winkelbewegung erforderliche radiale Verschiebung der Rollen gegenüber der inneren Gelenkhälfte mittels einer an den Rollen angebrachten kugelförmigen Steuerfläche erfolgt, die über ein zentral angeordnetes und alle drei Rollen gleichzeitig beaufschlagendes Steuerglied an eine an der äußeren Gelenkhälfte angebrachte Gegensteuerfläche gedrückt wird, welche sich im Grund der achsparallel verlaufenden Nuten für die drei das Drehmoment übertragenden Rollen befindet.

Bei der Urform des Tripodegelenkes, die in der US-Patentschrift 29 10 845 beschrieben ist, verlaßt man sich darauf, daß die drei das Drehmoment übertragenden Rollen, die eine kugelförmige Oberfläche haben, allein von der während einer Drehbewegung entstehenden Fliehkraft an den Grund der Nut, in die sie eingreifen, gedrückt und in ihrer radialen Bewegung gegenüber der inneren Gelenkhälfte gesteuert werden.

Die erste Zwangssteuerung für die drei Rollen eines Tripodegelenkes überhaupt ist durch die französische ■■ Patentschrift 12 72 530 bekanntgeworden. Sie ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten der äußeren Gelenkhälfte, in die die drei Rollen eingreifen, die kugelförmige Oberfläche der Rollen beidseits ihrer Lagerzapfen käfigartig umgreifen, so daß

i'¹ es zu einer Zwangssteuerung ihrer radialen Bewegung gegenüber der inneren Gelenkhälfte kommt.

Eine Zwangssteuerung für die drei Rollen bzw. Kugeln eines Tripodegelenkes, die mit Hilfe eines zentral angeordneten und alle drei Rollen bzw. Kugeln

^: ■ gleichzeitig beaufschlagenden Steuergliedes zustande kommt, ist in der deutschen Auslegeschrift 22 25 499 beschrieben. Auf der Grundlage dieses Erfindungsgedankens kam es in der Folgezeit zu mehreren Patentanmeldungen für Zwangssteuerungen mit einem

'■ zentral angeordneten Sieuerglied. für deren Stand der Technik stellvertretend die deutsche Offenlegungsschrift 23 55 765 genannt sei.

In Würdigung des Standes der Technik sei schließlich noch erwähnt, daß in der deutschen Offenlegungsschrift • 22 16 345 ein Tripodegelenk dargestellt und beschrieben ist, bei dem ein zentral und schwimmend angeordnetes Ringteil die drei das Drehmoment übertragenden Rollen gleichzeitig über eine ebene Fläche beaufschlagt. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich aber nicht

'' um eine Zwangssteuerung, weil das Ringteil hier kein starrer Körper sein kann, sondern ein nachgiebiges und seine Form veränderndes Fcderelement sein muß, dessen Federkraft klein ist.

Allen bis jetzt bekanntgewordenen Ausführungsformen von Tripodegelenken haftet der systembedingte Nachteil einer großen Relativbewegung zwischen den drei das Drehmoment übertragenden Rollen und der inneren Gelenkhälfte an, die dadurch zustandekommt, daß beim Beugen des Gelenkes die Rollen radial

^ll! verschoben werden, und zwar so, daß sie zweimal während jeder Umdrehung des Gelenkes zwei Extremlagen einnehmen. In einer dieser Extremlagen nähert sich die Rolle der Mitte der inneren Gelenkhälfte um ein gewisses Maß, während sie sich in der anderen

^II Extremlage um das Dreifache dieses Maßes von dieser Mitte wegbewegt hat. Diese Maße verändern sich näherungsweise so wie die Quadrate der Beugungswinkel. Bei einem für ein maximales Betriebsdrehmoment von 150mkp dimensionierten Tripodegelenk heutiger

^r'° Bauweise ergibt sich schon bei einem Beugungswinkel von 20° ein Maß für diese radial nach außen erfolgende Bewegung der Rolle, welches bei ca. 3 mm liegt. Da Tripodegelenke vorwiegend für Gelenkwellen zum Antrieb der Räder von Kraftfahrzeugen verwendet

■>"· werden, und da bei einem Frontantrieb der Beugungswinkel bis zu 47° ansteigt, können bei den heutigen Ausführungsformen Relativbewegungen bis zu 15 mm erreicht werden. Tripodegelenke haben aber außerdem noch den systembedingten Nachteil, daß sich beim Beugen des Gelenkes die Mitte der inneren Gelenkhälfte relativ zur Mitte der äußeren Gelenkhälfte exzentrisch verlagert. Infolge der sich daraus ergebenden Oszillierbewegung wird die Laufruhe, die bereits durch die Radialbewegung der drei Rollen bceinträchtigt ist, noch weiter verschlechtert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tripodegelenk mit einer Zwangssteuerung der eingangs beschriebenen Art für die drei das Drehmoment

übertragenden Rollen so wciterzuentwickeln und zu verbessern, daß die vorstehend beschriebenen und als systembedingt bekannten Nachteile so entscheidend verringert werden, daß die hierau.i resultierenden nachteiligen Folgen in bezug auf Laufruhe, Wärmeentwicklung, Verschleiß und Wirkungsgrad vermieden sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich der Kugelmittelpunkt der auf den Rollen angebrachten kugelförmigen Steuerfläche in Strecklage des Tripodegelenkes in der Gelenkmilie befindet, und daß sich die an der äußeren Gelenkhälfte angebrachte Gegensteuerfläche auf einer schmalen sich in Längsrichtung erstreckenden Leiste befindet, die aus dem Grund der Nut herauswächst, in die die Rolle eingreift.

Das zentral angeordnete und alle drei Rollen gleichzeitig beaufschlagende Steuerglied ist ein starrer Körper mit einem kreisrunden Querschnitt, der auf eine ebene Fläche der Rollen einwirkt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfii.dung wird diese ebene Fläche vom inneren Ende eines Zapfens gebildet, der zur Lagerung der Rollen in der inneren Gelenkhälfte dient. Das Steuerglied ist entweder kugelförmig oder in Form einer zylindrischen Walze ausgebildet.

In der Zeichnung ist eine mögliche Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt -'"■

F i g. 1 einen Teillängsschnitt durch ein Tripodegelenk gemäß der Erfindung am Beispiel eines sogenannten Verschiebegelenkes, das in Strecklage dargestellt ist,

F i g. 2 einen Teillängsschnitt durch die Anordnung nach F i g. 1 jedoch in gebeugtem Zustand, v·

Fig. 3 einen Querschnitt durch Fig. 1,

F i g. 4 einen Querschnitt schräg durch F i g. 2,

F i g. 5 einen Teillängsschnitt durch ein Tripodegelenk gemäß der Erfindung am Beispiel eines sogenannten Festgelenkes, das in gebeugtem Zustand dargestellt ist, s'·■ und

F i g. 6 eine teilweise Seitenansicht der F i g. 2.

Die äußere Gelenkhälfte 1,24 ist mit drei gleichmäßig verteilten und achsparallel verlaufenden Nuten 11 versehen, in die die drei das Drehmoment übertragen- ■·*> den Rollen 3 eingreifen. Die Rollen 3 sind über ihre Lagerzapfen drehbar und radial verschiebbar in der inneren Gelenkhälfte 2 gelagert. Das innere Ende der Rollen 3 wird von einer ebenen Fläche 20 gebildet, während am äußeren Ende eine kugelförmige Steuerflä- ^4r> ehe 5 angebracht ist, deren Kugelmittelpunkt 14 sich in Strecklage des Tripodegelenkes in der Gelenkmitte befindet. Die kugelförmige Steuerfläche 5 liegt an einer Gegensteuerfläche 10, 17 an, die sich auf einer schmalen sich in Längsrichtung erstreckenden Leiste 4, 16 5u befindet, welche aus dem Grund 6 der Nut 11 herauswächst. Zur Bildung eines sogenannten Verschiebegelenkes verläuft die Gegensteuerfläclie 10 gerade und achsparallel, während die Gegensteuerfläche 17 zur Bildung eines sogenannten Festgelenkes bogenförmig gekrümmt verläuft. Das zentral und schwimmend angeordnete und alle drei Rollen gleichzeitig beaufschlagende Steuerglied 19 ist ein starrer Körper mit einem kreisrunden Querschnitt, der entweder kugelförmig oder in Form einer zylindrischen Walze ausgebildet <>o ist.

Dieses neue und bis jetzt nicht bekannte System einer Zwangssteuerung garantiert eine stets gleichbleibende Anlage der kugelförmigen Steuerfläche 5 an der Gegensteuerfläche 10, 17 und damit das Zustandekom- ^ men einer gleichförmigen Drehbewegung während einer Winkelbewegung auf eine einfache und funktionssichere Weise, weil die ebenen Flächen 20. trotzdem sie sich beim Beugen des Gelenkes relativ zur Gelenkmitte unterschiedlich weit verschieben, bei allen Beugunsswinkeln zueinander üquidistant bleiben. Auf Grund dieser Äquidistanz, welche durch die besondere Form der Steuerfläche 5 der drei Rollen 3 zustandekommt, wird für bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung vorgeschlagen, den Querschnitt des Steuergliedes 19 aus Fertigungsgründen kreisrund zu gestalten. Von der Funktion her könnte dieser Querschnitt natürlich auch drei- oder sechskantig sein, aber die Herstellung eines Polygons wäre erheblich teurer.

Der große Beugungswinkel 18 des sogenannten Festgelenkes, dei beim Antrieb der gelenkten Räder eines Kraftfahrzeuges bis zu 47° ansteigt, hat zur Folge, daß eine der drei Rollen 3 am offenen Ende der äußeren Gelenkhälfte 24 während einer Umdrehung einmal mit ihrer Wälzfläche 21 aus der Nut 11 ein wenig herauskommt. In diesem Moment wird der Kraftfluß aber trotz der verlorengegangenen Abstützung an den Flanken der Nut 11 nicht unterbrochen, sondern Jber die Zwangssteuerung nur umgeleitet, weil ja die kugelförmige Steuerfläche 5 der Rolle 3 über den starren Körper des Steuergliedes 19 an die bogenförmig gekrümmte Gegensteuerfläche 17 gedrückt und stair abgestützt wird. Während der Phase der Umleitung des Kraftflusses über die Zwangssteuerung stützen sich die beiden anderen das Drehmoment übertragenden Rollen uneingeschränkt an den Flanken der Nut 11 ab.

Wie Fig. ο veranschaulicht, tritt beim Beugen des Tripodegelenkes zwischen der Mitte 23 der Nut 11 und der Längsachse 22 der zugeordneten Rolle 3 eine Verschränkung auf, so daß die kreisrunde Wälzfläche 21 der Rollen 3 auch in Längsrichtung der Rollen gekrümmt sein muß. Um die Hertzsche Pressung so niedrig wie möglich zu halten, ist der Krümmungsradius 15 größer als der Halbmesser der kreisrunden Wälzfläche 21, was zur Folge hat, daß mit der Zunahme des Beugungswinkels 12, 18 das Flankenspiel zwischen der Nut 11 und der Wälzfläche 21 der Rollen 3 kleiner wird, was sich vorteilhaft auf die Laufruhe auswirkt. Diese aus F i g. 6 ersichtliche Verschränkung der Achsen 22, 23 ist auch der Grund für die sehr schmale Ausführung der Leiste 4, 16 und der auf ihr befindlichen Gegensteuerfläche 10,17. Infolge dieser geringen Dicke der Leiste ergibt sich beim Fräsen der bogenförmig gekrümmten Gegensteuerfläche 17 nur eine sehr kleine Zerspanungsarbeit.

Wie sehr die erfindungsgemäße Zwangssteuerung die radiale Verschiebung der drei Rollen gegenüber der inneren Gelenkhälfte im Vergleich zu den heutigen Tripodegelenken verringert, zeigt die kleine Differenz zwischen den Maßen 8 und 9 als Folge des in F i g. 2 dargestellten Beugungswinkels von 30°, die weit unter den Werten der heute üblichen Ausführungsformen liegt. Da sich auch die Oszillierbewegung der inneren Gelenkhälfte entsprechend verringert, wird die Laufruhe im Vergleich zu den heutigen Tripodegelenken, die ausnahmslos zu Vibrationen neigen, entscheidend verbessert.

Tripodegelenke mit einer Zwangssteuerung gemäß der Erfindung haben ein besonders kleines Bauvolumen und infolge des großen Unterschiedes zwischen dem dünnen Lagerzapfen der drei Rollen und dem großen Durchmesser ihrer Wälzfläche 21 nur sehr geringe Reibungsverluste, so daß trotz der Glcitlagerung. die viel billiger und funktionssicherer als die heute notwendige Nadellagerung ist, ein guter Wirkungsgrad erreicht wird. Da die Nuten 11 der äußeren Gelenkhälf-

te 1, 24 infolge ihres geraden und achsparallelen Verlaufes auch beim sogenannten l-estgelenk geräumt werden können, wenn man, wie heute bereits häufig praktiziert, die äußere Gclenkhälftc mit ihrem Lagerzapfen mittels einer Reibschweißung verbindet, liegen auch die Herstellungskosten erheblich unter denen von heutigen Tripodcgelenken.

Kin weiterer Vorteil der Krfindung besteht darin, daß sowohl ein Festgelcnk mil einem großen Beugungswinkel als auch ein Verschiebegelenk mit einem großen

Verschiebeweg gestaltet werden kann, bei denen für beide Gelenkarten die gleichen Innenhälften, die gleichen Rollen und die gleichen Steuerglicder verwendet werden können. Die großen Stückzahlen gleicher Kinzelteilc senken die Herstellungskosten wesentlich, und die Gleichheit der [Einzelteile wirkt sich auch vorteilhaft auf den Reparaturbetrieb und die Lagerhaltung der heute weltweit operierenden Automobilindustrie aus.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Tripodegelenk mit einer Zwangssteuerung für die drei das Drehmoment übertragenden Rollen, bei der die für das Zustandekommen einer gleichförmigen Drehbewegung während einer Winkelbewegung erforderliche radiale Verschiebung der Rollen gegenüber der inneren Gelenkhälfte mittels einer an den Rollen angebrachten kugelförmigen Steuerfläche erfolgt, die über ein zentral angeordnetes und alle drei Rollen gleichzeitig beaufschlagendes Steuerglied an eine an der äußeren Gelenkhälfte angebrachte Gegensteuerfläche gedrückt wird, welche sich im Grund der achsparallel verlaufenden Nuten für die drei das Drehmoment übertragenden Rollen befindet, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Kugelmittelpunkt (i4) der auf den Rollen (3) angebrachten kugelförmigen Steuerfläche (5) sich in Sirecklage des Tripodegelenkes (Fig. 1, 3) in der Gelenkmitte (14) befindet, und

b) die an der äußeren Gelenkhälfte (1, 24) angebrachte Gegensteuerfläche (10,17) sich auf einer schmalen sich in Längsrichtung crstrekkenden Leiste (4, 16) befindet, die aus dem Grund (6) der Nut (11) herauswächst, in die die Rolle (3) eingreift.

2. Tripodegelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zentral angeordnete und alle drei Rollen gleichzeitig beaufschlagende Steuerglied (19) ein starrer Körper mit einem kreisrunden Querschnitt ist, der auf eine ebene Fläche (20) der Rollen (3) einwirkt.

3. Tripodegelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene Fläche (20) das innere Ende eines Zapfens bildet, der zur Lagerung der Rollen (3) in der inneren Gelenkhälfte (2) dient.

4. Tripodegelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (19) kugelförmigausgebildet ist.

5. Tripodegelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (19) in Form einer zylindrischen Walze ausgebildet ist.