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Die Erfindung betrifft ein Dreistern- bzw. Dreiarmgleichlaufgelenk, das an Antriebsachsen eines Fahrzeugs bzw. Personenkraftfahrzeugs zur Kraftübertragung auf Antriebsräder angeordnet ist, und insbesondere betrifft die Erfindung ein Dreisterngleichlaufgelenk, das einen Reibungswiderstand reduzieren kann, der zwischen einem Dreistern- bzw. Dreiarmgehäuse und einer Zylinderrolle, die in Kontakt miteinander sind, entsteht.
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Im allgemeinen ist ein Gleichlaufgelenk an Antriebsachsen, die mit einem Enduntersetzungsgetriebe verbunden sind, in einem frontgetriebenen Fahrzeug oder einem allradgetriebenen Fahrzeug angeordnet und haben die Funktion, Kraft auf Antriebsräder zu übertragen. Das Gleichlaufgelenk kann Kraft übertragen aufgrund der Tatsache, daß ein Kontaktpunkt zwischen einer Antriebswelle und einer angetriebenen Welle auf einer Linie vorhanden ist, die einen Winkel zwischen ihnen halbiert.
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Ein Gleichlaufgelenk besteht aus einem Schiebegelenk, einer Welle und einem festen Gelenk. Das Schiebegelenk wird zur Realisierung von Verschiebungen in einer X- und Y-Richtung in einem Fahrzeug verwendet, und Beispiele für das Schiebegelenk sind ein Dreisterngelenk, ein Doppelwinkelgelenk, ein Kreuzrillengelenk usw. Das feste Gelenk wird zur Realisierung eines Lenkwinkels des Fahrzeugs verwendet, und Beispiele für feste Gelenke sind ein Rzeppa-Gelenk, ein Birfield-Gelenk usw.
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In der
US 5203741 A wird ein Gleichlaufdrehgelenk der Tripodenart beschrieben. Das Tripodgelenk weist ein Gelenkaußenteil mit einer Drehachse und drei parallel zu der Drehachse sich erstreckende, gleichmäßig über den Umfang verteilte, um die Drehachse angeordnete Führungsrillen, sowie ein in dem Gelenkaußenteil angeordnetes Gelenkinnenteil mit einer Drehachse und drei in gleichem Abstand um diese herum angeordnete, sich radial in die Führungsrillen des Gelenkaußenteils hinein erstreckende Zapfen auf.
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Aus
US 5330389 A ist ein Tripodegelenk mit einem Gelenkaußenteil mit drei umfangsverteilten Längsausnehmungen bekannt, weiche jeweils in Umfangsrichtung gegenüberliegende Bahnen ausbilden.
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Die Erfindung betrifft ein Dreisterngleichlaufgelenk, und daher wird nachstehend ein Aufbau eines bekannten Dreisterngleichlaufgelenks mit Bezug auf 1 bis 5 beschrieben.
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Ein Dreisterngleichlaufgelenk, das an Antriebsachsen angeordnet ist, die mit einem Endreduziergetriebe in einem Fahrzeug zur Kraftübertragung auf Antriebsräder verbunden sind, wie in 1 bis 3 gezeigt, weist ein Dreisterngehäuse 20 auf, das eine Öffnung begrenzt. Das Dreisterngehäuse 20 ist mit drei Laufrillen bzw. -nuten 21 ausgebildet, die mit der Öffnung in Verbindung stehen und in einer Richtung entlang dem Umfang gleichmäßig voneinander beabstandet sind. In einem Seitenwandteilstück jeder Laufrille 21 ist eine Kontaktrille bzw. -nut 22 ausgebildet. Die Kontaktrille 22 hat einen Bodenwandabschnitt, der ein Paar Führungsflächen P und Q begrenzt, die parallel zueinander sind. Ein Stern 23 ist in der Öffnung des Dreisterngehäuses 20 angeordnet und hat drei Lagerzapfen 24, die von seiner Außenfläche vorstehen, um jeweils in die drei Laufrillen eingefügt zu werden. Drei Paare aus Nadeln 25, Tonnenrolle 26 und Zylinderrolle 27 sind jeweils nacheinander und diametral um die drei Lagerzapfen 24 des Sterns 23 angeordnet. Dadurch greift die Zylinderrolle 27 in die Kontaktrille 22 ein. Eine Druckscheibe 28 und ein Sicherungsring 29 sind an einem Gewindeabschnitt jedes Lagerzapfens 24 über den Nadeln 25 festgeklemmt. Die Druckscheibe 28 und der Sicherungsring 29 verhindern, daß sich die Zylinderrolle 27 löst.
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Wenn in dem Dreisterngleichlaufgelenk, das wie oben beschrieben aufgebaut ist, das Gelenk in einem bestimmten Gelenkwinkel gedreht wird, wird die Zylinderrolle 27, die in die Kontaktrille 22 eingreift, die in der Laufrille 21 des Dreisterngehäuses 20 festgelegt ist, auf dem Paar Führungsflächen P und Q der Kontaktrille 22 gewälzt, und gleichzeitig realisiert die Tonnenrolle 26 eine Ausrichtbewegung der Zylinderrolle 27.
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Andererseits wird die Zylinderrolle 27 beim Wälzen entlang dem Paar Führungsflächen P und Q der Kontaktrille 22 des Dreisterngehäuses 20 bewegt, wie oben beschrieben. Demzufolge ist es, wie in 4 gezeigt, möglich, eine Richtung über einen festgelegten Winkel β zu regulieren.
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Das bekannte Dreisterngleichlaufgelenk hat jedoch folgende Mängel: Da die obere Endfläche und eine untere Endfläche der Zylinderrolle 27 mit allen, nämlich einem linken unteren Endkontaktpunkt A1, einem rechten unteren Endkontaktpunkt A2, einem rechten oberen Endkontaktpunkt A3 und einem linken oberen Endkontaktpunkt A4, die in der Kontaktrille 22 des Dreisterngehäuses 20 festgelegt sind, in Kontakt sind, während eine Richtungsregulierung über den festgelegten Winkel β durchgeführt wird, entsteht sehr viel Reibungswiderstand zwischen der Zylinderrolle 27 und dem Dreisterngehäuse 20.
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Das heißt, wenn man annimmt, daß im Dreisterngleichlaufgelenk, wie in 5 gezeigt, F1, F2, F3 und F4 Reibungswiderstände an den Kontaktpunkten A1, A2, A3 bzw. A4 sind und l1, l2, l3 und l4 Abstände von einer Mitte der Zylinderrolle 27 bis zu den Kontaktpunkten A1, A2, A3 bzw. A4 sind, dann wird, da die obere Endfläche und die untere Endfläche der Zylinderrolle 27 mit den Kontaktpunkten A1, A2, A3 und A4, die in der Kontaktrille 22 festgelegt sind, in Kontakt sind, das Drehreibungsmoment M4 der Zylinderrolle 27 mit M4 = F1l1 + F2l2 + F3l3 + F4l4 beschrieben, wobei sich der Reibungswiderstand nur erhöhen kann.
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Dementsprechend ist die Erfindung in dem Bemühen gemacht worden, die Probleme zu lösen, die beim Stand der Technik auftreten, und eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Dreisterngleichlaufgelenk bereitzustellen, das den Reibungswiderstand reduzieren kann, der zwischen einer Zylinderrolle und einer Kontaktrille eines Dreisterngehäuses entsteht, während die Zylinderrolle umgewälzt wird, um dadurch zuverlässig betätigt zu werden.
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Um die oben beschriebene Aufgabe erfindungsgemäß zu lösen, wird ein erweiterter Abschnitt an einer Kontaktrille oder ein geneigter Abschnitt oder ein vorstehender Abschnitt an einer Zylinderrolle ausgebildet, so daß die Zylinderrolle nur an zwei Kontaktpunkten mit der Kontaktrille in Kontakt kommt.
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Die oben beschriebenen Aufgaben und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nach einer Lektüre der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlich. Dabei zeigen:
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1 eine Schnittansicht eines bekannten Dreisterngleichlaufgelenks;
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2 eine quer geschnittene Ansicht des Dreisterngleichlaufgelenks gemäß 1;
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3 eine perspektivische Ansicht, die die Hauptkomponenten des Gelenks gemäß 1 darstellt;
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4 eine Schnittansicht, die einen Zustand darstellt, in dem eine Tonnenrolle und eine Zylinderrolle betätigt werden;
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5 eine schematische Draufsicht zur Erläuterung einer Drehreibungskraft, die zwischen dem Dreisterngehäuse und der Zylinderrolle entsteht;
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6 eine Schnittansicht eines Dreisterngleichlaufgelenks gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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7 eine Schnittansicht eines Dreisterngleichlaufgelenks gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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7a eine Schnittansicht einer Zylinderrolle, die im Gelenk gemäß 7 verwendet wird;
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8 eine Schnittansicht einer Zylinderrolle gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
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8a eine perspektivische Ansicht, die die Zylinderrolle gemäß 8 zeigt;
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9a und 9b Schnittansichten von Dreisterngleichlaufgelenken, die nicht unter den beanspruchten Schutzumfang fallen; und
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10 eine schematische Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem das Dreisterngleichlaufgelenk gemäß 9a und 9b an einem Fahrzeug angeordnet ist.
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Nachstehend wird ausführlich auf eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung Bezug genommen, von der ein Beispiel in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. Wenn möglich, werden in allen Zeichnungen und in der Beschreibung die gleichen Bezugszeichen verwendet, um gleiche oder ähnlichen Teile zu bezeichnen.
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Ein erfindungsgemäßes Dreisterngleichlaufgelenk weist ein Dreisterngehäuse 20 auf, das eine Öffnung begrenzt. Das Dreisterngehäuse 20 ist mit drei Laufrillen 21 ausgebildet, die mit der Öffnung in Verbindung stehen und in einer Richtung entlang dem Umfang gleichmäßig voneinander beabstandet. In einem Seitenwandteilstück jeder Laufrille 21 ist eine Kontaktrille 22 ausgebildet. Die Kontaktrille 22 hat einen Bodenwandabschnitt, der ein Paar Führungsflächen P und Q begrenzt, die parallel zueinander sind. Ein Stern 23 ist in der Öffnung des Dreisterngehäuses 20 angeordnet und hat drei Lagerzapfen 24, die von seiner Außenfläche vorstehen, um jeweils in die drei Laufrillen 21 eingefügt zu werden. Drei Paare aus Nadeln 25, Tonnenrolle 26 und Zylinderrolle 27 sind jeweils nacheinander und diametral um die drei Lagerzapfen 24 des Sterns 23 angeordnet. Dadurch greift die Zylinderrolle 27 in die Kontaktrille 22 ein. Eine Druckscheibe 28 und ein Sicherungsring 29 sind an einem Gewindeabschnitt jedes Lagerzapfens 24 über den Nadeln 25 festgeklemmt. Die Druckscheibe 28 und der Sicherungsring 29 verhindern, daß sich die Zylinderrolle 27 löst.
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Im einzelnen kommt die Zylinderrolle 27 erfindungsgemäß an zwei Kontaktpunkten mit der Kontaktrille 22 in Kontakt.
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In 6 ist eine Schnittansicht eines Dreisterngleichlaufgelenks gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. In dem Dreisterngleichlaufgelenk gemäß dieser Ausführungsform sind erweiterte Abschnitte P' und Q' an einem rechten oberen Ende bzw. an einem linken unteren Ende der Kontaktrille 22 ausgebildet, so daß ein linkes oberes Ende und ein rechtes unteres Ende der Zylinderrolle 27 mit einem linken oberen Endkontaktpunkt A4 bzw. einem rechten unteren Endkontaktpunkt A2 der Kontaktrille 22 in Kontakt sind oder ein rechtes oberes Ende und ein linkes unteres Ende der Zylinderrolle 27 mit einem rechten oberen Endkontaktpunkt A3 bzw. einem linken unteren Endkontaktpunkt A1 der Kontaktrille 22 in Kontakt sind.
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Wenn angenommen wird, daß in der ersten Ausführungsform der Erfindung ein Segment O1O2 eine Mittellinie der rechten Führungsfläche P der Kontaktrille 22 darstellt, ein Segment O2O2 eine Mittellinie der linken Führungsfläche Q der Kontaktrille 22 darstellt und ein Segment OO eine Mittellinie der Zylinderrolle 27 darstellt, dann sind die Mittellinien der rechten und der linken Führungsfläche P und Q von der Mittellinie der Zylinderrolle 27 um Strecken δ1 bzw. δ2 verschoben.
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In 7 und 7a ist ein Dreisterngleichlaufgelenk gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In dem Dreisterngleichlaufgelenk gemäß dieser Ausführungsform bleibt die Kontaktrille 22, wie sie ist, ohne in ihrer Konfiguration verändert zu werden. In dieser Ausführungsform ist ein erster geneigter Abschnitt C mit einem Abwärtsneigungswinkel α1 am oberen Ende der Zylinderrolle 27 und ein zweiter geneigter Abschnitt D mit einem Aufwärtsneigungswinkel α2 am unteren Ende der Zylinderrolle 27 ausgebildet. Demzufolge sind auch in dieser Ausführungsform das linke obere Ende und das rechte untere Ende der Zylinderrolle 27 mit dem linken oberen Endkontaktpunkt A4 bzw. dem rechten unteren Endkontaktpunkt A2 der Kontaktrille 22 in Kontakt, oder das rechte obere Ende und das linke untere Ende der Zylinderrolle 27 sind mit dem rechten oberen Endkontaktpunkt A3 bzw. dem linken unteren Endkontaktpunkt A1 der Kontaktrille 22 in Kontakt.
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In 8 und 8a ist ein Dreisterngleichlaufgelenk gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In dem Dreisterngleichlaufgelenk in dieser Ausführungsform bleibt die Kontaktrille 22 auch, wie sie ist, ohne in ihrer Konfiguration verändert zu werden. In dieser Ausführungsform ist eine linke Hälfte des oberen Endes der Zylinderrolle 27 entlang dem Umfang mit einer Aussparung versehen, um einen ersten Vorsprung E zu bilden, so daß die linke Hälfte der Zylinderrolle 27 an ihrem oberen Ende in ihrer Länge verkürzt ist, und eine rechte Hälfte des unteren Endes der Zylinderrolle 27 ist entlang dem Umfang mit einer Aussparung versehen, um einen zweiten Vorsprung F zu bilden, so daß die rechte Hälfte der Zylinderrolle 27 an ihrem unteren Ende in ihrer Länge verkürzt ist. Demzufolge sind auch in dieser Ausführungsform das linke obere Ende und das rechte untere Ende der Zylinderrolle 27 mit dem linken oberen Endkontaktpunkt A4 bzw. dem rechten unteren Endkontaktpunkt A2 der Kontaktrille 22 in Kontakt, oder das rechte obere Ende und das linke untere Ende der Zylinderrolle 27 sind mit dem rechten oberen Endkontaktpunkt A3 bzw. dem linken unteren Endkontaktpunkt A1 der Kontaktrille 22 in Kontakt.
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Wenn angenommen wird, daß in der dritten Ausführungsform der Erfindung ein Segment O1O1 eine Mittellinie der oberen Fläche der Zylinderrolle 27 darstellt, ein Segment O2O2 eine Mittellinie der unteren Fläche der Zylinderrolle 27 darstellt und ein Segment OO eine Mittellinie der Zylinderrolle 27 darstellt, dann sind die Mittellinien der oberen und der unteren Fläche von der Mittellinie um Strecken δ3 bzw. δ4 verschoben.
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In 9a, 9b und 10 ist ein Dreisterngleichlaufgelenk, das nicht unter den beanspruchten Schutzumfang fällt, dargestellt. In dem Dreisterngleichlaufgelenk in dieser Ausführungsform sind erweiterte Abschnitte an einem Ende der Kontaktrille 22 in Abhängigkeit von der Lage des Gleichlaufgelenks ausgebildet. Wenn ein Gleichlaufgelenk 1a mit einem linken Antriebsrad 30a verbunden ist, wie in 10 gezeigt, bleibt die rechte Führungsfläche P der Kontaktrille 22 des Dreisterngehäuses 20, wie sie ist, ohne in ihrer Konfiguration verändert zu werden, und erweiterte Abschnitte Q'' sind am linken oberen Ende bzw. am linken unteren Ende der Kontaktrille 22 ausgebildet, so daß das rechte obere Ende und das rechte untere Ende der Zylinderrolle 27 mit dem rechten oberen Endkontaktpunkt A3 bzw. dem rechten unteren Endkontaktpunkt A2 in Kontakt sind (siehe 9a). Wenn ein Gleichlaufgelenk 1b mit einem rechten Antriebsrad 30b verbunden ist, wie in 10 gezeigt, bleibt die linke Führungsfläche Q der Kontaktrille 22 des Dreisterngehäuses 20, wie sie ist, ohne in ihrer Konfiguration verändert zu werden, und erweiterte Abschnitte P' sind im rechten oberen Ende bzw. im rechten unteren Ende der Kontaktrille 22 ausgebildet, so daß das linke obere Ende und das linke untere Ende der Zylinderrolle 27 mit dem linken oberen Endkontaktpunkt A4 bzw. dem linken unteren Endkontaktpunkt A1 in Kontakt sind (siehe 9b). In 10 bezeichnet das Bezugszeichen 31 einen Motor und 32 ein Getriebe.
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Da entsprechend dem Aufbau des erfindungsgemäßen Dreisterngleichlaufgelenks die obere Endfläche und die untere Endfläche der Zylinderrolle 27 nur mit zwei Punkten, nämlich dem linken unteren Endkontaktpunkt A1, dem rechten unteren Endkontaktpunkt A2, dem rechten oberen Endkontaktpunkt A3 und dem linken oberen Endkontaktpunkt A4, die in der Kontaktrille 22 des Dreisterngehäuses 20 ausgebildet sind, in Kontakt sind, während eine Richtungsregulierung über einen festgelegten Winkel β durchgeführt wird, kann der Reibungswiderstand, der zwischen der Zylinderrolle 27 und dem Dreisterngehäuse 20 entsteht, reduziert werden.
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Das heißt, wenn angenommen wird, daß in dem erfindungsgemäßen Dreisterngleichlaufgelenk F1, F2, F3 und F4 Reibungswiderstände an den Kontaktpunkten A1, A2, A3 bzw. A4 sind und l1, l2, l3 und l4 Abstände von einer Mitte der Zylinderrolle 27 bis zu den Kontaktpunkten A1, A2, A3 bzw. A4 sind, dann wird, da die Zylinderrolle 27 mit der Kontaktrille 22 nur an zwei Punkten in Kontakt kommt, wie in den oben dargestellten Ausführungsformen beschrieben, das Drehreibungsmoment M2 der Zylinderrolle 27 mit M2 = F1l1 + F3l3, M2 = F2l2 + F4l4, M2 = F2l2 + F3l3 oder M2 = F1l1 + F4l4 beschrieben, wobei das erfindungsgemäße Drehreibungsmoment M2 im Vergleich zu dem Drehreibungsmoment M4 nach dem Stand der Technik deutlich verringert wird, um dadurch den Reibungswiderstand zu verringern.
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Mittlerweile wird bevorzugt, daß Dreisterngehäuse 20 und Zylinderrollen 27 gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform kegelförmig sind, so daß sie Flächen haben, die bis zu einem vorbestimmten Winkel geneigt sind.
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Infolgedessen liegen bei dem erfindungsgemäßen Dreisterngleichlaufgelenk folgende Vorteile vor: Da eine Zylinderrolle mit einer Kontaktrille eines Dreisterngehäuses nur an zwei Punkten in Kontakt kommt, um dadurch Reibwiderstand zu verringern, werden durch einen zuverlässigen Betrieb des Dreisterngleichlaufgelenks Geräusche vermindert, die Lebensdauer des Gelenks verlängert und das Fahrgefühl des Passagiers verbessert, wodurch sich der Wert des Fahrzeugs erhöht.
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In den Zeichnungen und in der Beschreibung sind typische bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung offenbart worden, und obwohl spezifische Begriffe verwendet werden, werden sie nur als Oberbegriffe und als Begriffe mit deskriptivem Charakter und nicht im einschränkenden Sinne verwendet, wobei der Schutzbereich der die Erfindung in den nachstehenden Ansprüchen ausgeführt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1a
- Gleichlaufgelenk
- 1b
- Gleichlaufgelenk
- 20
- Dreisterngehäuse
- 21
- Laufrille
- 22
- Kontaktrille
- 23
- Stern
- 24
- Lagerzapfen
- 25
- Nadelrolle
- 26
- Tonnenrolle
- 27
- Zylinderrolle
- 28
- Druckscheibe
- 29
- Sicherungsring
- 30a
- linkes Antriebsrad
- 30b
- rechtes Antriebsrad
- 31
- Motor
- 32
- Getriebe
- A1
- Endkontaktpunkt
- A2
- Endkontaktpunkt
- A3
- Endkontaktpunkt
- A4
- Endkontaktpunkt
- C
- Abschnitt
- D
- Abschnitt
- E
- Vorsprung
- F
- Vorsprung
- F1
- Reibungswiderstand
- F2
- Reibungswiderstand
- F3
- Reibungswiderstand
- F4
- Reibungswiderstand
- 11
- Abstand
- 12
- Abstand
- 13
- Abstand
- 14
- Abstand
- M1
- -
- M2
- Drehreibungsmoment
- M3
- -
- M4
- Drehreibungsmoment
- P
- Führungsfläche
- P'
- erweiteter Abschnitt
- P''
- erweiteter Abschnitt
- OO
- Segment
- O1O1
- Segment
- O2O2
- Segment
- Q
- Führungsfläche
- Q'
- erweiteter Abschnitt
- Q''
- erweiteter Abschnitt
- α1
- Abwärtsneigungswinkel
- α2
- Aufwärtsneigungswinkel
- β
- Winkel
- β1
- Strecke
- β2
- Strecke