DE69711961T2 - Homokinetisches Kreuzgelenk - Google Patents
Homokinetisches KreuzgelenkInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft ein homokinetisches Universalgelenk zum Koppeln einer Antriebswelle und einer angetriebenen Welle, wie es zum Beispiel für einen Kraftübertragungsteil eines Kraftfahrzeugs verwendet wird.
- Ein homokinetisches Universalgelenk wurde bisher für einen Antriebskraft-Übertragungsteil eines Kraftfahrzeugs eingesetzt, um eine drehende Antriebskraft oder ein Drehmoment einer Antriebswelle über eine angetriebene Welle auf die einzelnen Achsen zu übertragen.
- Ein solches herkömmliches homokinetisches Universalgelenk basiert auf einem technischen Konzept, wie es in der japanischen Patent- Offenlegungsschrift 6-123316 offenbart ist. In dieser japanischen Patent- Offenlegungsschrift 6-123316 ist ein System vorgestellt, bei dem eine Berührungsfläche mit sagitaler Konfiguration an einem Rollenelement in Berührutig mit einer sagitalen Lauffläche gelangen kann, die an einer Ausnehmung eines Außenteils ausgebildet ist, wobei eine an dem Rollenelement oder einem Rollenträger ausgebildete Ringschulter gegen eine in einer Ausnehmung ausgebildete Schulter anschlagen kann. Auf diese Weise wird verhindert, daß sich das Rollenelement in einer Spur verkippt.
- Ein weiteres konventionelles homokinetisches Universalgelenk basiert auf einem technischen Konzept, wie es in der japanischen Patent- Offenlegungsschrift 4-282028 gezeigt ist. Dieses System nach der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 4-282028 besitzt eine im Inneren eines Außenteils definierte vertikale Lücke. Das System enthält einen Rollkörper, der ständig in Berührung mit einer Abrollfläche steht, die in der vertikalen Lücke definiert ist, und zwar entweder über einen Kontaktpunkt A oder einen Kontaktpunkt B und einen Kontaktpunkt C, außerdem eine Schulter zum Regulieren der Versetzung des Rollkörpers.
- Allerdings weisen die herkömmlichen homokinetischen Universalgelenke, wie sie oben beschrieben wurden, folgende Nachteile auf: der Neigungswinkel des Rollenelements wird nur durch die Schulterfläche reguliert, die sich im Inneren benachbart zu der Spur radial ausdehnt. Außerdem wird der Versatz des Rollkörpers nur durch die Schulter reguliert. Daher ist es unmöglich, den Neigungswinkel des Rollenelements oder des Rollkörpers ausreichend zu regulieren.
- In Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zeigt die GB- A-2 259 557 ein homokinetisches Universalgelenk (Fig. 9a bis 9c), bei dem die zweite Fläche eine konvexe Konfiguration hat, während die Außenrollen einen linearen Querschnitt aufweisen. Deshalb gibt es weder eine lineare Bewegung der Halter der Außenrollen rechtwinklig zu der axialen Richtung, noch ist das obere Ende jedes Halters in der Lage, flach an der ersten Ebene anzuschlagen. Es gibt stets einen Kippwinkel zwischen dem oberen Ende jedes Halters und der ersten Ebene.
- Ein ähnliches homokinetisches Universalgelenk ist in der FR-A-2 668 804 dargestellt. Auch in dieser Druckschrift gibt es Ausführungsformen, bei denen die zweite Fläche konvex ist, während die Außenrollen einen linearen Querschnitt aufweisen, es gibt zusätzliche Ausführungsformen, bei denen die zweite Ebene einen geradlinigen Querschnitt hat, während die Außenrollen einen konvexen Querschnitt besitzen, so daß wiederum ein Kontaktpunkt zwischen der zweiten Fläche und der Außenrolle vorhanden ist.
- Die DE-C-43 O1 207 zeigt ein homokinetisches Universalgelenk mit einem Außenteil, welches Nuten enthält, und einem Innenteil mit Drehzapfen zur Halterung von Haltern, die ihrerseits Außenrollen tragen, wobei die zweite Fläche der Führungsnut im wesentlichen parallel zu der Mittelachse des Drehzapfens orientiert ist, und wobei eine Außenumfangsfläche der Außenrollen einen linearen Querschnitt besitzt, die einen spitzen Winkel bezüglich der zweiten Ebene bildet.
- Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines homokinetischen Universalgelenks, das die Möglichkeit bietet, eine Drehbewegung ruckfrei von einer Übertragungswelle auf die andere Übertragungswelle zu übertragen, indem der Neigungswinkel der Außenrolle reguliert wird.
- Erreicht wird dieses Ziel durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
- In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung schafft diese ein homokinetisches Universalgelenk, das die Möglichkeit bietet, den Neigungswinkel einer Außenrolle dadurch ausreichend und hochgenau zu regulieren, daß mehrere Funktionen in konzertierter Weise auf die Außenrolle ausgeübt werden.
- Wenn erfindungsgemäß eine Außenrolle unter einem vorbestimmten Winkel bezüglich einer Führungsnut geneigt ist, werden in konzertierter Weise ausgeübt: eine erste Funktion zum Regulieren eines Neigungswinkels der Außenrolle mit Hilfe eines oberen Endes eines Halters, das gegen eine Ebene der Führungsnut anschlägt, eine zweite Funktion zum Regulieren des Neigungswinkels der Außenrolle mittels Reibungswiderstand, der erzeugt wird, wenn die Außenrolle verschieblich entlang einer Abrollfläche verlagert wird, und eine dritte Funktion zum Regulieren des Neigungswinkels der Außenrolle mittels eines Kurvenabschnitts der Außenrolle, der unter Bildung eines Punktkontakts mit einem erweiterten Abschnitt abrollt. Auf diese Weise wird der Neigungswinkel der Außenrolle bezüglich der Führungsnut reguliert.
- Bei der oben erläuterten Erfindung werden die mehreren Funktionen in konzertierter Weise auf die Außenrolle ausgeübt. Damit läßt sich der Neigungswinkel der Außenrolle bezüglich der Führungsnut in ausreichendem Maß und mit hoher Genauigkeit regulieren.
- Das oben angegebene Ziel und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in welchen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anschaulich dargestellt ist.
- Fig. 1 ist eine Vertikalschnittansicht, die ein homokinetisches Universalgelenk gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einem Querschnitt entlang einer Richtung rechtwinklig zu einer Achse des homokinetischen Universalgelenks zeigt.
- Fig. 2 zeigt eine Vertikalschnittansicht entlang der Linie 11-11 in Fig. 1:
- Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils des in Fig. 1 dargestellten homokinetischen Universalgelenks.
- Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils des in Fig. 3 dargestellten homokinetischen Universalgelenks.
- Fig. 5 veranschaulicht die Arbeitsweise des in Fig. 2 gezeigten homokinetischen Universalgelenks in einem Zustand, in welchem eine Außenrolle unter einem vorbestimmten Winkel geneigt ist.
- Fig. 6 zeigt eine Vertikalschnittansicht, die eine modifizierte Ausführungsform eines Drehzapfens für den Aufhau des in Fig. 1 gezeigten homokinetischen Universalgelenks veranschaulicht.
- In Fig. 1 bedeutet Bezugsziffer 10 ein homokinetisches Universalgelenk gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das homokinetische Universalgelenk 10 enthält im wesentlichen einen zylindrischen äußeren Becher (Außenteil) 12, einstückig mit einem Ende einer nicht dargestellten Antriebswelle gekoppelt und mit einer Öffnung ausgestattet, und ein Innenteil 16, das an einem Ende einer angetriebenen Welle 14 angebracht ist und in einem Loch des äußeren Bechers 12 aufgenommen ist.
- Drei Führungsnuten 18a bis 18c sind an der Innenumfangsfläche des äußeren Bechers 12 ausgebildet. Die Führungsnuten 18a bis 18c verlaufen in axialer Richtung, und sie sind voneinander um einen Winkel von jeweils 120º beabstandet. Jede der Führungsnuten 18a (18b, 18c) ist mit einem flachen ebenen Abschnitt (erste Ebene) 20 und einer im wesentlichen rechtwinklig zu der Ebene 20 verlaufenden Ebene ausgestattet. Die Führungsnut 18a (18b, 18c) besitzt eine Abrollfläche (zweite Ebene) 24, die mit der äußeren Umfangsfläche einer Außenrolle 22, die unten noch beschrieben wird, in Berührung steht.
- Ein erweiterter Abschnitt 28, der in Richtung einer Mitte eines noch zu beschreibenden Drehzapfens 26a (26b, 26c) vorsteht und eine gekrümmte und/oder flache Konfiguration besitzt, ist an einem unteren Ende der Abrollfläche 24 ausgebildet. Die Öffnung des äußeren Bechers 12 wird von einem nicht dargestellten, flexiblen Balg verschlossen.
- Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist außen auf die angetriebene Welle 14 ein ringförmiger Vorsprung 30 aufgesetzt. Die drei Drehzapfen 26a (26b, 26c), die sich in Richtung der Führungsnuten 18a (18b, 18c) erstrecken, sind voneinander unter einem Winkel von 120º um die axiale Mitte beabstandet und sind einstückig an einer äußeren Umfangsfläche des Vorsprungs 30 ausgebildet. Jeder der Drehzapfen 26a (26b, 26c) ist so ausgebildet, daß er sich in einer säulenförmigen Gestalt entlang einer Richtung erstreckt, die im wesentlichen senkrecht zu der Achse der angetriebenen Welle 14 verläuft. Eine ringförmige Innenrolle 32, deren Außenumfangsfläche als Kugelfläche ausgebildet ist, ist außen auf jeden der Drehzapfen 26a (26b, 26c) aufgesetzt.
- Ein zylindrischer Halter 34 ist außen auf die Innenrolle 32 aufgesetzt. Der Halter 34 ist derart ausgestaltet, daß eine Innenumfangsfläche des Halters 34 mit einem geradlinigen Querschnitt ausgebildet ist und mit diesem Kontakt hat mit der Außenumfangsfläche der Innenrolle 32, welche einen gekrümmten Querschnitt aufweist. Deshalb ist der Drehzapfen 26a (26b, 26c) in axialer Richtung des Halters 34 verschieblich mit Hilfe der Innenrolle 32, und er ist innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs bezüglich des Halters 34 kippbar.
- Bei einer anderen Ausführungsform kann ein kugelförmiger Drehzapfen 27a (27b, 27c) verwendet werden, bei dem die Innenrolle 32 und der Drehzapfen 26a (26b, 26c) gemäß Fig. 1 zu einer einzigen Einheit kombiniert sind (vergleiche Fig. 6). Bei dieser Ausführungsform ist es nicht nötig, die Innenrolle 32 vorzusehen. Deshalb erhält man den Vorteil, daß die Anzahl der Teile verringert und dementsprechend die Fertigungskosten gesenkt werden können.
- Ein oberes Ende 36 des Halters 34 ragt in Richtung der Ebene 20 vor, abgesetzt von einem oberen Ende der Innenrolle 32, so daß das obere Ende 36 des Halters 34 an die Ebene 20 der Führungsnut 18a (18b, 18c) anschlagen und davon abrücken kann. Das obere Ende 36 des Halters 34 ist nämlich derart positioniert, daß in einem Normalzustand ein geringes Spiel gegenüber der Ebene 20 der Führungsnut 18a (18b, 18c) vorhanden ist. Außerdem ist das obere Ende 36 des Halters 34 so ausgebildet, daß es gegen die Ebene 20 anschlägt, wenn die Antriebswelle oder die angetriebene Welle 14 relativ unter einem vorbestimmten Winkel geneigt ist.
- Die Außenrolle 22 ist außen auf einen Außenumfangsabschnitt des Halters mit Hilfe mehrerer Nadellager 38 aufgesetzt. Die Außenrolle 22 hat eine Außenumfangsfläche mit linearem Querschnitt entsprechend der Querschnittsform der Führungsnut 18a (18b, 18c). Die einzelnen Nadellager 38 und die Außenrolle 22 werden von einem Satz Sprengringen 40a, 40b sowie Beilagscheiben 42a, 42b, die in Ringnuten des Halters 34 sitzen, gehalten. Es ist möglich, die Nadellager 38 und die Außenrolle 22 nur mit Hilfe von Sprengringen 40a, 40b ohne die Beilagscheiben 42a, 42b zu halten.
- Die Außenumfangsfläche der Außenrolle 22 bildet einen Flächenkontakt mit der Abrollfläche 24 der Führungsnut 18a (18b, 18c). Damit ist die Außenrolle 22 in ihrer axialen Richtung (diese Richtung ist in Fig. 3 mit einem Pfeil X bezeichnet) verschieblich. Darüber hinaus ist die Außenrolle 22 seitlich abrollbar (in einer Richtung, die in Fig. 2 mit einem Pfeil Y bezeichnet ist), und zwar entlang der Abrollfläche 24. Außerdem besitzt die Außenrolle 22 an ihrem unteren Ende eine gekrümmten oder Kurvenabschnitt 44, der so ausgebildet ist, daß er einen kreisbogenförmigen Querschnitt besitzt. Im Normalzustand bildet der Kurvenabschnitt 44 eine Punktkontakt mit dem erweiterten Abschnitt 28 an einem Kontaktpunkt A (vergleiche Fig. 4).
- Obschon der erweiterte Abschnitt 28 des äußeren Bechers 12 und der Kurvenabschnitt 44 der Außenrolle 22 mit gleichem Krümmungsradius ausgebildet sein können, kann ein unterschiedlicher Krümmungsradius für den erweiterten Abschnitt 28 des äußeren Bechers 12 und den Kurvenabschnitt 44 der Außenrolle vorgesehen werden. Unterschiedlich gewählte Krümmungsradien bieten Vorteile wie erhöhte Entwurfsfreiheit und leichtere Verarbeitbarkeit. Wenn die Außenrolle 22 den gekrümmten Abschnitt 44 besitzt, kann der erweiterte Abschnitt 28 flache Form annehmen. Anders ausgedrückt: der erweiterte Abschnitt 28 kann an dem Kontaktpunkt A flach ausgebildet sein. Außerdem kann der erweiterte Abschnitt 28 eine Kombination aus flacher und gekrümmter Form aufweisen.
- Das homokinetische Universalgelenk 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung basiert grundlegend auf dem oben beschriebenen Aufbau. Im folgenden sollen Arbeitsweise, Funktionsweise und Wirkungsweise des homokinetischen Universalgelenks 10 erläutert werden.
- Wenn die nicht dargestellte Antriebswelle gedreht wird, wird deren Dreh- Antriebskraft oder Drehmoment über den äußeren Becher 12 auf das Innenteil 16 übertragen. Folglich wird die angetriebene Welle 14 mit Hilfe der Drehzapfen 26a bis 26c in eine vorbestimmte Richtung gedreht.
- Die Dreh-Antriebskraft des äußeren Bechers 12 wird dabei auf die Außenrollen 22 übertragen, die entlang der Führungsnuten 18a (18b, 18c) verlagerbar sind. Die Kraft wird weiter auf die Halter 34 übertragen, die von den Außenrollen über die Nadellager 38 gehalten werden, und die Kraft wird dann weiter über die Innenrollen 32 auf die Drehzapfen 26a (26b, 26c) übertragen. Auf diese Weise wird die mit den Drehzapfen 26a (26b, 26c) in Eingriff befindliche angetriebene Welle 14 gedreht.
- Wenn bei diesem Vorgang die nicht dargestellte antreibende Welle oder die angetriebene Welle 14 geneigt wird, rollen die Außenrollen 22 entlang den Führungsnuten 18a bis 18c. Demzufolge wird die Drehgeschwindigkeit der antreibenden Welle nicht von dem Neigungswinkel der angetriebenen Welle 14 bezüglich des äußeren Bechers 12 beeinflußt, die Kraft wird stets mit konstanter Drehgeschwindigkeit auf die angetriebene Welle 14 übertragen.
- Wenn die Außenrolle 22 um einen vorbestimmten Winkel bezüglich der Führungsnut 18a (18b, 18c) gemäß Fig. 5 geneigt wird, werden erfindungsgemäß folgende Funktionen ausgeübt: eine erste Funktion zum Regulieren des Neigungswinkels der Außenrolle 22 mit Hilfe des oberen Endes 36 des Halters 34, welches gegen die Ebene 20 der Führungsnut 18a (18b, 18c) anstößt, eine zweite Funktion zum Regulieren des Neigungswinkels der Außenrolle 22 mit Hilfe des Reibungswiderstands, der erzeugt wird, wenn die Außenrolle 22 verschieblich in vertikaler Richtung (Pfeilrichtung X) entlang der Führungsnut 18a (18b, 18c) verlagert wird, und eine dritte Funktion zum Regulieren des Neigungswinkels der Außenrolle 22 mittels des Kurvenabschnitts 44 der Außenrolle 22, die entlang dem erweiterten Abschnitt 28 abrollt, der an dem unteren Ende der Führungsnut 18a (18b, 18c) ausgebildet ist, wobei ein punktweiser Kontakt gegeben ist; dabei werden die drei Funktionen in konzertierter Weise ausgeübt. Auf diese Weise wird der Neigungswinkel der Außenrolle 22 bezüglich der Führungsnut 18a (18b, 18c) reguliert.
- Wie oben beschrieben, werden die erste bis dritte Funktion auf die Außenrolle 22 in konzertierter Weise ausgeübt. Damit läßt sich der Neigungswinkel der Außenrolle 22 bezüglich der Führungsnut 18a (18b, 18c) in ausreichendem Maß und mit hoher Genauigkeit regulieren.
- Im Ergebnis wird die Drehbewegung seitens der nicht dargestellten Antriebswelle glatt und ruckfrei auf die Seite der angetriebenen Welle übertragen.
Claims (10)
1. Homokinetisches Universalgelenk, umfassend ein zylindrisches
Außenteil (12), das an eine Übertragungswelle gekoppelt ist und an seiner
inneren Umfangsfläche eine Mehrzahl von Führungsnuten (18a bis 18c)
aufweist, die voneinander durch einen vorbestimmten Abstand beabstandet
sind und sich entlang einer axialen Richtung (Y) erstrecken, und ein
Innenteil (16) mit Drehzapfen (26a bis 26c), das an die andere
Übertragungswelle (14) gekoppelt ist und in einen offenen Innenraum des Außenteils (12)
eingesetzt ist, wobei jede der Führungsnuten (18a bis 18c) eine erste
Ebene (20) und eine zweite Ebene (24) aufweist;
Außenrollen (22), jeweils mit einer äußeren Umfangs-Zylinderfläche mit
geradlinigem Querschnitt entsprechend der zweiten Ebene (24), wobei jede
der Außenrollen (22) entlang der zweiten Ebene (24) verlagerbar ist;
Halter (34) zum Halten der Außenrollen (22) auf den Drehzapfen (26a bis
26c), wobei jeder der Halter (34) ein oberes Ende (36) besitzt, welches in
Anlage an die erste Ebene (20) bringbar oder von ihr abrückbar ist;
erweiterte Abschnitte (28), die benachbart zu der zweiten Ebene (24)
ausgebildet sind, wobei jeder der erweiterten Abschnitte (28) eine gekrümmte
und/oder eine flache Konfiguration aufweist und in Richtung der
Drehzapfen (26a bis 26c) vorragt; und
Kurvenabschnitte (44), jeweils in Kurvenform an einem Ende in axialer
Richtung der Außenrolle (22) gebildet und mit jedem der erweiterten
Abschnitte (28) punktkontaktbildend,
dadurch gekennzeichnet, daß
die zweite Ebene (24) einen geradlinigen Querschnitt rechtwinklig zu der
ersten Ebene (20) aufweist, daß jede der Außenrollen (22) entlang der
zweiten Ebene in einer Richtung (X) etwa rechtwinklig zu der axialen
Richtung verlagerbar ist, und daß das obere Ende jedes der Halter (34) im
Stande ist, an der ersten Ebene anzuschlagen und von dieser abzurücken
durch lineare Verlagerung der Außenrolle in Richtung auf die erste Ebene
zu bzw. von ihr weg in der rechtwinkligen Richtung.
2. Universalgelenk nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, daß die
Außenrolle (22) entlang der axialen Richtung (y) der zweiten Ebene (24)
abrollbar und verlagerbar ist.
3. Universalgelenk nach Anspruch 1, bei dem der erweiterte Abschnitt (28)
und der Kurvenabschnitt (44) derart geformt sind, daß sie Kontakt an
einem Punkt haben.
4. Universalgelenk nach Anspruch 1, bei dem der Drehzapfen (26a bis 26c)
so ausgebildet ist, daß er einen säulenförmigen Aufbau hat, und daß eine
Innenrolle (32) mit einer Kugeloberfläche zwischen dem Drehzapfen (26a
bis 26c) und dem Halter (34) in den Drehzapfen (26a bis 26c) umgebender
Weise angeordnet ist.
5. Universalgelenk nach Anspruch 4, bei dem der säulenförmige
Drehzapfen und die Innenrolle die Kugelfläche in integrierter Form gemeinsam
aufweisen, um einen kugelförmigen Drehzapfen (27a bis 27c) zu bilden.
6. Universalgelenk nach Anspruch 1, bei dem die Außenrolle (22) an dem
Halter durch Befestigungsmittel befestigt ist, die mit dem Halter (34) in
Eingriff sind, wobei die Befestigungsmittel in den Halter (34) eingepaßte
Sprengringe (40a, 40b) aufweisen.
7. Universalgelenk nach Anspruch 6, bei dem die Befestigungsmittel die
Sprengringe (40a, 40b) sowie an den Halter (34) angesetzte Beilagscheiben
(42a, 42b) aufweisen.
8. Universalgelenk nach Anspruch 3, bei dem der erweiterte Abschnitt (28)
und der Kurvenabschnitt (44), die miteinander Punktkontakt bilden, so
ausgebildet sind, daß sie unterschiedliche Krümmungsradien besitzen.
9. Universalgelenk nach Anspruch 3, bei dem der erweiterte Abschnitt (28)
eine flache Konfiguration besitzt und der Kurvenabschnitt (44) eine
gekrümmte Konfiguration besitzt, die miteinander den Punktkontakt bilden.
10. Universalgelenk nach Anspruch 1, bei dem, wenn die Außenrolle (22)
unter einem vorbestimmten Winkel bezüglich der Führungsnut (18a bis
18c) geneigt ist, auf die Außenrolle (22) eine erste Funktion zum
Regulieren des Neigungswinkels der Außenrolle (22) mit Hilfe des oberen Endes
(36) des Halters (34), das gegen die erste Ebene (20) anstößt, eine zweite
Funktion zum Regulieren des Neigungswinkels der Außenrolle (22) mittels
des Reibungswiderstands, erzeugt bei der gleitenden Verlagerung der
Außenrolle (22) in eine Richtung etwa rechtwinklig zur Achse der
Führungsnut (18a bis 18c), und eine dritte Funktion zum Regulieren des
Neigungswinkels der Außenrolle (22) mittels des Kurvenabschnitts (44) der
Außenrolle (22), der bei Punktkontakt entlang dem erweiterten Abschnitt (28) an
einem unteren Ende der Führungsnut (18a bis 18c) rollt, ausgeübt werden;
und wobei die erste bis dritte Funktion in konzertierter Weise ausgeübt
werden, um den Neigungswinkel der Außenrolle (22) bezüglich der
Führungsnut (18a bis 18c) zu regulieren.
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