DE3013182A1

DE3013182A1 - Homokinetisches gleitgelenk in tripod-bauart und getriebe mit schwimmend gelagerter welle zum einbau desselben

Info

Publication number: DE3013182A1
Application number: DE19803013182
Authority: DE
Inventors: Michel A Orain
Original assignee: Glaenzer Spicer SA
Current assignee: Glaenzer Spicer SA
Priority date: 1979-04-04
Filing date: 1980-04-03
Publication date: 1980-10-09
Also published as: SU1075962A3; GB2045397A; BR8002001A; GB2045397B; DE3013182C2; JPS6258403B2; FR2453313B1; US4338796A; IT8067521A0; JPS55135230A; ES8101214A1; FR2453313A1; ES490127A0; IT1128390B

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. E. Eder Dipl.-Ing. K. Schlaschke

eMDnchon4O,Elisabethstra8e34

GLAENZER SPICER F-78301 Poissy / Frankreich

Homokinetisches Gleitgelenk in Tripod-Bauart und Getriebe mit schwimmend gelagerter Welle zum Einbau desselben

Die Erfindung betrifft ein homokinetisches Gleitgelenk in Tripod-Bauart mit geringem Arbeitswinkel (unter 20° max.), wie es insbesondere beim Einbau in Kraftfahrzeuggetrieben Verwendung findet. Diese Gelenke umfassen gewöhnlich ein glockenförmiges Teil, das drei Wälzbahnen von kreisförmigem Querschnitt aufweist sowie ein Tripod-Element, welches an einer Welle befestigbar ist mittels einer zylindrischen Hülse, von welcher in radialer Anordnung drei Arme ausgehen, auf denen jeweils ein sphärischer Rollkörper frei drehbar angeordnet ist, welcher mittels eines Nadellagers gleitet, wobei jeder Rollkörper in einer Wälzbahn gelagert und wobei das dreiarmige Element in dem glockenförmigen Teil axial frei beweglich ist.

Unter den homokinetischen Gleitgelenken bietet jene in Tripod-B-auart den geringsten Widerstand gegenüber der Gleitbewegung der Transmissionswelle unter Drehbelastung. Bei einem geringen Arbeitswinkel von wenigen Graden bis Null erfolgt die axiale Auszugs- bzw. Kompressionsbewegung praktisch ausschließlich durch die Bewegung der die Belastungen zwischen führendem und geführtem Teil übertragenden Verbindungselemente.

030041/0840 " ⁴ "

Dies haben vergleichende Labormessungen bestätigt, die zeigen, daß die Dreiarmgelenke der vorgenannten Art bei genauer Konstruktion unter Drehbelastung den geringsten mechanischen Verschleiß aufweisen. Der Verschleiß liegt bei einem Arbeitswinkel von 5 im Bereich von 5/10.000 und bei einem Arbeitswinkel von 3° bei 2/10.000. Andererseits zeigen diese Zahlen, daß der mechanische Verschleiß mit größer werdendem Winkel rasch zunimmt. Bei einem Arbeitswinkel von 10° liegt der Verschleiß bereits bei 25/10.000, wobei der Gleitwiderstand entsprechend spürbarer wird und das Dreiarmgelenk zum Teil seine Vorteile gegenüber anderen Teleskopgelenken verliert.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Dreiarmgelenk zu schaffen, bei dem der mechanische Verschleiß gegenüber den bekannten Gelenken um etwa 50% verringert und dementsprechend die freie Gleitbewegung unter Drehbelastung erleichtert wird, ohne daß hierdurch der einfache Aufbau und die Widerstandsfähigkeit des Gelenks beeinträchtigt würden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Getriebe mit schwimmend zwischen zwei homokinetischen Gleitgelenken gelagerter Welle, wobei mindestens eines dieser Gelenke die erfindungsgemäße Konstruktion aufweist. Hierdurch wird auf einfache und wirtschaftliche Art der Vorteil einer Selbstzentrierung der Welle erzielt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein herkömmliches Dreiarmgelenk, entlang einer axialen Linie halbseitig im Schnitt;

- 5 030041/0840

Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Gelenkkonstruktion nach Fig. 1;

Fig. 3 eine axiale Schnittansicht des erfindungsgemäßen Gelenks;

Fig. 4 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 und 6 zwei graphische Darstellungen analog Fig.2 zu der Konstruktion des Gelenks nach Fig.3 und 4.

Das in Fig. 1 dargestellte homokinetische Gelenk 1 umfaßt im wesentlichen ein glockenförmiges Teil 2 und ein Tripod-Element 3, welches am gezahnten Ende einer Transmissionswelle 4 befestigt ist.

Das glockenförmige Teil 2 besitzt einen an der Innenseite gezahnten Schaft 5 mit einer Achse X-X. Von diesem Schaft gehen drei Segmente 6 aus, deren gegenüberliegende Längsränder so gearbeitet sind, daß zwischen den jeweils benachbarten Segmenten 6 Wälzbahnen 7 von kreisförmigem Querschnitt gebildet werden, die in einem Winkel gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Achse Y-Y jeder Wälzbahn 7 verläuft geradlinig und parallel zur Achse X-X.

Die Befestigung des Tripod-Elements an der We¹Ie 4 findet durch eine zylindrische, innen gezahnte Hülse 8 statt. Von dieser Hülse gehen in radialer Anordnung drei Arme 9 von kreisförmigem Querschnitt aus. Jeder dieser Arme 9 weist ein Wälzelement 10 mit sphärischer aktiver Außenfläche 11 auf. Zwischen dem Arm und dem Wälzelement 10 ist jeweils ein lückenloses Nadellagerband 12 angeordnet, das axial mittels einer Sicherheitsvorrichtung in Form von entsprechenden Beilagscheiben 13, 14 und einer Abschlußwulst 15 gehalten wird. Die Abschlußwulst 15 sitzt in einer am Ende des Arms 9 vorgesehenen Nut. Das Tripod-Element

- 6 030041/0840

3 ist im Inneren des glockenförmigen Teils 2 axial frei beweglich angeordnet.

Außen ist das glockenförmige Element 2 kreisförmig ausgebildet. Am Umfang des Schafts 5 ist das eine Ende eines hermetisch dichten, elastischen Balgs 16 befestigt, der die Segmente 6 umgibt und sich verengend bis zu Befestigungsnuten 17 erstreckt, die an der Welle 4 vorgesehen sind. Mit dem glockenförmigen Teil 2 zusammen bildet der Balg 16 einen hermetischen Mantel 18, der vorhandenes Schmiermittel enthält und den gesamten Mechanismus schützend umgibt.

Bildet die Achse Z-Z der Welle 4 zur Achse X-X nur einen geringen Winkel*/ , erfolgt die axiale Gleitbewegung des dreiarmigen Elements unter Drehbelastung durch reine Wälzbewegungen, und zwar einerseits diejenige der Bohrung der Wälzelemente an den Zapfen mittels des Nadellagers, andererseits diejenige der sphärischen Oberfläche der Wälzelemente auf den Wälzbahnen des glockenförmigen Teils. Unter diesen Bedingungen findet die sich aus der Drehung des Gelenks unter Winkelbelastung ergebende Hin- und Herbewegung der Wälzelemente an den entsprechenden Armen 9 sowie die allgemeine Verschiebungsbewegung der drei Wälzelemente infolge der Gleitbewegung des Tripod-Elements selbst bei einer hohen Drehbelastung selbstverständlich ohne nennenswerten Widerstand statt.

Fig. 2 zeigt schematisch die Anordnung eines Wälzelements 10 bei einer Gelenkstellung in einem Winkel O . Der Winkel OC, der zwischen der Ebene P des Wälzelements und der Achse Y-Y der Wälzbahn 7 gebildet wird, variiert bei der Drehung des Gelenks zwischen + <Tund - ο .

Der bevorzugten Wälzrichtung des Wälzelements entlang der Ebene P steht die Führung der Wälzbahn 7 gegenüber, durch welche das Wälzelement gezwungen ist, sich entlang der Achse Y-Y zu bewegen, d.h. entsprechend einem Driftwinkel CL gegenüber seiner natürlichen Wälzrichtung. Diese Drift entspricht einer seitlichen Verschiebung des Wälzelements, welche gleichzeitig zwischen der

030041/0840 " ⁷ "

sphärischen Oberfläche des Wälzelements und der Wälzbahn einerseits und zwischen der Bohrung des Wälzelements und dessen Arm 9 andererseits erfolgt.

Da das Wälzelement auf einem Nadellager angeordnet ist, ist seine Drehbewegung am Arm 9 als vollkommen unbehindert vorausgesetzt. Die Gleitbewegung auf der vorgesehenen Bahn kann daher nur in einer Ebene erfolgen, in der die Achse des Zapfens 9 liegt.

Bezeichnet man mit P die Distanz zwischen dem Zentrum 0 des drei armigen Elements und dem Zentrum O¹ des Wälzelements, und mit £ die Distanz zwischen den Achsen X-X und Y-Y, dann ist P = —— ^. wobei die elementare Gleitbewegung sich wie folgt ausdrückt:

df-fd QC.tgOC= ⁽¹⁾

Das in Fig. 3 und 4 dargestellte Gelenk la unterscheidet sich vom Gelenk 1 in Fig. 1 im wesentlichen in zweierlei Hinsicht. Zum einen verlaufen die Mittelachsen Y'-Y¹ der Wälzbahnen 7a des glockenförmigen Teils 2a jeweils kreisbogenförmig, so daß sie ringförmig ausgebildet sind. Der Radius R jedes Kreisringes liegt deutlich über dem maximalen Wert r_ der Distanz zwischen der Achse X-X und dem Bogen Y'-Y¹.

Aus dieser Konstruktion ergibt sich, daß die freie axiale Gleitbewegung des Tripod-Elements 3a in dem glockenförmigen Teil unabhängig vom Winkel zwischen den Achsen Z-Z und X-X von einer Gleitbewegung der Wälzelemente an ihrem jeweiligen Arm begleitet ist. Um diese im Vergleich zur bekannten Konstruktion nach Fig. 1 erhöhte Gleitbewegung der Wälzelemente an ihren jeweiligen Armen zu ermöglichen, besitzen die Nadeln 12a als weiteren Unterschied zum Gelenk 1 eine größere Länge als die Wälzelemente.

Des weiteren ist der Balg 16a bei der dargestellten Ausführungsform am offenen Ende einer zylindrischen Schutzkappe 16b befestigt, welche die Segmente 6b des glockenförmigen Teils 3a umschließt.

- 8 -030041/0840

Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung die Anordnung eines Wälzelements 1O₀ wenn sich der Mittelpunkt 0 des Tripod-Eiements in mittlerer axialer Stellung am Punkt 0" der Achse X=X befindet, was der oben erwähnten maximalen Distanz £ bei Fig. 3 entspricht, wobei das Gelenk la unter Winkelbelastung arbeitet. Fig. 6 zeigt ein analoges Schema, jedoch mit einer Verschiebung h^ entlang der Achse X-X zwischen den Punkten 0 und 0".

Der Winkel Θ, der zwischen der Ebene P des Wälzelements und der Tangente zur kreisförmigen Achse Y'-Y' der ringförmigen Bahn 7a gebildet wird, ist kleiner als#. Dieser Winkel θ läßt sich stark annähernd durch folgendes Verhältnis darstellen:

tgQ = (1 - -J-). tgOC- -| (2)

Die elementare Gleitbewegung, welche einer Vergrößerung d OC des Winkels (Xent^richt, läßt sich ähnlich wie im Verhältnis (1) ausdrucken:

dp, = p.dOC.tgQ = —J^₇T₇T- .dOC. 1(1 £). tgtf- £Ί (3)

I t I cos ex. |_ κ Kj

Dabei kommt man genau zu dem Verhältnis (1), wenn, wie es zutrifft, für R =oogesetzt wird, wobei die geraden Bahnen 7 als Kreisringe von unendlichem Krümmungsradius angesehen werden können.

Bei h = 0 (Fig. 5) stellt sich die Beziehung zwischen der elementaren Gleitbewegung άΡ _t des erfindungsgemäßen Gelenks und der elementaren Gleitbewegung άΡ des bekannten Gelenks nach Fig. 1 wie folgt dar :

f —!- 'tgOt.dOC

cos OC

030041/0840

ORIGINAL

Wenn h = 0 bei einer Stellung des Wälzelements mit einem Winkel OL bzw. -O^-ist nur das Mittel &_m der absoluten Werte der entsprechenden Winkel Q₁ und Q₂ hinsichtl ichjeines Verschleißes beim Gleiten bedeutsam. Es läßt sich feststellen:

Ein Vergleich dieses Verhältnisses mit den Verhältnissen (2) und (3) zeigt, daß der mechanische Verschleiß den gleichen Wert wie bei h = 0 aufweist, d.h. das Ve-hältnis (4) bleibt variabel.

Somit wird der mechanische Verschleiß in dem Verhältnis ι - £■ verbessert. Mit anderen Worten, die elementare Gleitarbeit und damit der dazu proportionale elementare mechanische Verschleiß ist bei dem Gelenk la nach der Erfindung bedeutend geringer. Die einzelnen Wälzelemente haben bei Winkelbelastungen d^s Gelenks leichte Gleitfähigkeit, wodurch sich eine verbesserte Isolation des Inner.raums des Fahrzeugs vom cchwingungserzeugcnden Antriebsteil sowie eine geringere Reibungsempfindlich keit ergibt, und somit höherer Komfort insbesondere bei größeren Arbcitswinkeln.

dp Bei einem Verhältnis ■£ = j- erhält man beispielsweise -Aj— = ^" · Der Verschiebungswiderstand des Wälzelements in seiner Bahn wird also um etwa 50% verringert, wobei sich als direkte Folge ein wesentlicher Vorteil hinsichtlich freier Gleitbewegung unter Drehbelastung und somit auch hinsichtlich des Komforts ergibt Theoretisch läßt sich das Verhältnis -5- bis auf 1 erhöhen, wobei der mechanische Verschleiß praktisch gleich Null wäre. Ab einem gewissen Wert hat der Gleitwiderstand jedoch keinen behindernden Einfluß mehr, und außerdem würde bei einer Erhöhung der Verhältnisse £ bis auf 1 die Möglichkeit des axialen Gleitens des erfindungsgemäßen Gelenks wesentlich verringert. Entsprechend dem Anwendungsbereich und unter Berücksichtigung der Größe des häufigsten Arbeitswinkels (J und der Länge der bei dem

030041/0 840

dreiarmigen Element erforderlichen Gleitbewegung wird das Verhältnis — im allgemeinen zwischen 1/4 und 3/4 liegen.

Wenn zwei dreiarmige Gleitgelenke der in Fig. 1 dargestellten, bekannten Art an den Enden einer schwimmend gelagerten Transmissionswelle montiert sind, kommt die Welle im Inneren eines der Dreiarmgelenke natürlich in Endstellungskontakt und erzeugt infolge der Schwingungen der führenden und geführten Teile axiale Erschütterungen. Bei der Verwendung eines oder zweier Gelenke la mit kreisringförmigen Wälzbahnen hingegen hat die Welle die Tendenz, sich selbst axial zu zentrieren, wobei sie vor ihrem Anschlag an beiden Bahnenden jeweils den gleichen freien Abstand einhält.

Wenn sich das Tripod-Element axial dezentriert, nähern sich die Wälzelemente 10 der Mitte des Tripod-Elements unter gleichzeitiger Zunahme des Abstands h bis die Wälzelemente an den Ansatz 19 der Arme 9 stoßen, der die Gleitbewegung der Wälzelemente nach innen zu begrenzt. Diese Besonderheit kann vorteilhafterweise als axiale Haltesicherung genutzt werden. Hierdurch wird ohne ein zusätzliches Halteelement, d.h. auf einfache und wirtschaftliche Art und WEise, ein Anschlagen der Wälzelemente am Ende der Segmente des glockenförmigen Teils verhindert. Es genügt hierzu, die Länge der Wälzbahnen 9a so zu bemessen, daß die Wälzelemente 10 beim Auszug des Gelenks la vor Erreichen des offenen Endes dieser Wälzbahnen an die Ansätze 19 stoßen.

Um hierbei einen hörbaren Anschlag der Wälzelemente 19 des Tripod-Elements zu vermeiden, kann zwischen Wälzelementen und zugehörigem Ansatz jeweils ein gewellter bzw. ein(Bellevi1le-)Federring oder ein Elastomerring vorgesehen werden. Oder es kann auch nach dem Zusammenbau des dreiarmigen Gelenkelements ein gewellter Sicherungsring in das glockenförmige Teil eingesetzt werden. Ein solches Dämpfungselement wurde in der Zeichnung jedoch nicht dargestelIt.

Patentanwälte

_Eder

030041/0840

-M-

Leerseite

Claims

Patentanwälte

DIpI.-ing. E. Eder

D'pl.-Ing. K. Schieschke

BMOnchen«, Eli8abeth8traBe34

GLAENZER SPICER F-78301 Poissy/Frankreich

Homokinetisches Gleitgelenk in Tripod-Bauart und Getriebe mit schwimmend gelagerter Welle

zum Einbau desselben

Patentansprüche :

Γΐ.,Homokinetisches Gleitgelenk in Tripod-Bauart, mit einem glockenförmigen Teil, das drei Wälzbahnen von kreisförmigem Querschnitt aufweist, sowie ein Tripod-Element, welches an einer Welle befestigbar ist mittels einer zy-1indrischen Hülse, von welcher in radialer Anordnung drei Arme ausgehen, auf denen jeweils ein sphärisches Wälzelement frei drehbar angeordnet ist, welches mittels eines Nadellagers gleitet, wobei jedes Wälzelement in einer Wälzbahn gelagert und wobei das Tripod-Element in dem glockenförmigen Teil axial frei beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzbahnen (7a) des glockenförmigen Teils (2a) kreisringförmig ausgebildet sind, wobei das Verhältnis der maximalen Distanz r_ zwischen der Achse (X-X) des glockenförmigen Teils (2a) und der Achse (Y'-Y¹) der die Wälzbahnen (7a) mit einem Radius (R) bildenden Kreisringe zwischen 1/4 und 3/4 liegen.

030041/0840
2. Gelenk nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der maximalen Distanz r_ zwischen der Achse (X-X) des glockenförmigen Teils (2a) und der Achse (Y'-Y¹) der die Wälzbahnen (7a) mit einem Radius (R) bildenden Kreisringe 1/2 beträgt.
3. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadeln (12a) zur Bewegung der Wälzelemente (10) eine größere Länge als die Wälzelemente aufweisen.
4. Gelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Wälzbahnen (7a) so bemessen ist, daß beim Auszug des Gelenks (la) die Wälzelemente vor dem Erreichen des offenen Endes der jeweiligen Wälzbahn in Anschlag mit einem ihre Gleitbewegung nach innen zu begrenzenden Ansatz (19) des jeweiligen Arms gelangen.
5. Gelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf jedem Ansatz (19) ein Dämpfungsmittel befindet.
6. Getriebe mit schwimmend zwischen zwei homokinetischen Gleitgelenken gelagerter Welle, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines dieser Gelenke einem der Ansprüche 1 bis 5 entspricht.

ν PWentsnwälte

CIpI. - Ingl T<A§^h i *sc h KC

8 München 4O₁ ElisabelhstraSe34

030041/0840