DE3448074A1 - Gleichlaufdrehgelenk - Google Patents

Description

Gleichlaufdrehgelenk

Die Erfindung betrifft ein Gleichlaufdrehgelenk nach dem Oberbegriff des ersten Anspruches.

Die US-PS 3 490 251 zeigt solche Gelenke mit geraden Bahnen, wobei die Ringe auf den Rollen mittels Wälzelemente gelagert sind.

Der Einsatz von Wälzelementen zwischen Rollen und Ringen bei einem Gelenk mit einem gegebenen Rotationsdurchmesser - bzw. mit einem gegebenen Bahndurchmesser - bringt weitreichende Einschränkungen der Übertragungskapazitäten des Gelenkes mit

sich. Durch die relativ dünnwandigen, voneinander getrennten und somit sehr elastischen Rollen und Ringen ist eine Herabsetzung der Übertragungskapazitäten der Wälzlagerungen unausweichlich. Ferner, durch den erforderlichen Raum für die Wälzelemente muß der Zapfendurchmesser verkleinert werden, so daß eine weitere Reduzierung des Gelenkes in Kauf genommen werden muß.

Bei Ausführungen der Wälzführungen mit Linienberührung, wie z.B. in Fig. 7 gezeigt, ist eine Drehbewegung zwischen der Rolle und dem Ring grundsätzlich nicht möglich. Bei der in Fig. 3 gezeigten Lösung, in der tonnenförmige Nadeln eingesetzt werden, ist eine weitere Gefahr gegeben, nämlich, daß das Reibungsmoment zwischen der Rolle und dem Ring zu einer Verklemmung der tonnenförmigen Nadeln führen kann. Führungen mit Punktberührung, wie z.B. Kugeln auf zylindrischen Flächen, lassen zwar eine Drehbewegung zu, haben jedoch eine Tragfähigkeit, die nur einen Bruchteil der der innenliegenden Nadellagerung betragen würde.

Durch die Einführung der Wälzelemente soll eine Gleitreibung grundsätzlich vermieden werden. Es wurde jedoch festgestellt, daß im praktischen Einsatz des Gelenkes dies aber nicht der Fall ist. Die Wälzelemente werden nämlich durch die Drehmomentübertragung einseitig belastet, so daß bei den relativ dünnwandigen Rollen und Ringen eine sehr begrenzte

Anzahl von den Wälzlelementen-Reihen unter Last stehen. Der Rest der Wälzelemente ist praktisch frei und wird durch die Wirkung der Fliehkraft nach außen geschleudert. Durch die axiale Hubbewegung der Ringe den Bahnen entlang ändert sich die Belastungszone entsprechend, so daß die unbelasteten Wälzelemente, welche sich dann an der äußersten Stelle befinden, beansprucht werden. Befindet sich ein Ring in einer nach außen gerichteten Bewegung, so können die Wälzelemente nicht mehr rollen. Eine Gleitreibung findet dann statt. Das Gelenk läuft unruhig, die periodischen Axialkräfte sind entsprechend sprunghaft.

Der Erfinder hat festgestellt, daß durch die Wälzführungen die Zuverlässigkeit des Gelenkes sehr eingeschränkt wird, da bei solchen kurzen Hubbewegungen nur ein kleiner Teil der gebotenen Laufflächen beansprucht wird, wodurch ein erhöhter örtlicher Verschleiß bzw. Brinellierung und u.U. auch Passungsrost verursacht wird. Ferner ist die Anzahl der kleineren Teile relativ groß. Außerdem sind die Herstel1 kosten solcher Führungen, welche dreimal pro Gelenk vorkommen, aufgrund des Aufwandes recht hoch und der Raumbedarf ist relativ groß.

Daher liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die genannten Nachteile weitgehendst zu reduzieren, insbesondere ein Gleichlaufdrehgelenk hoher Leistungsdichte bei gro-

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ßer Zuverlässigkeit zu schaffen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Ringe auf ihren jeweiligen Rollen drehbar gleitgelagert sind.

Die Ausführung des Gleichlaufdrehgelenkes wird dadurch erheblich vereinfacht, und dennoch wird die Zuverlässigkeit des Gelenkes maßgeblich verbessert. Eine unmittelbare Ummantelung der Rolle durch den Ring, was durch die kaum platzbeanspruchende Gleitlagerung möglich wird, erhöht die Steifigkeit der Rolle und somit die Tragfähigkeit des Drehlagers. Erhöht sich das Reibungsmoment zwischen Rolle und Zapfen aus irgendeinem Grund, z.B. durch etwaige Schaden, so kann hier der Ring auf der Rolle zusätzlich drehen im Sinne einer Überlastsicherung. Überraschenderweise hat sich somit gezeigt, daß entgegen den allgemeinen Entwicklungstendenzen in Richtung auf eine allgemeine Verwendung von Wälzlagern anstelle von Gleitlagern, in vorliegendem Falle der Einsatz einer Gleitlagerung insgesamt vorteilhafter ist, als einer Wälzlagerung.

Die Reibung zwischen Ring und Rolle kann erheblich reduziert werden dadurch, daß zumindest eine der Lagerflächen ein reibungsarmes Material aufweist. Der radiale Hub an dieser Stelle ist verhältnismäßig klein, auch bei Gelenken mit geraden Bahnen, so daß die durchschnittliche relative Geschwindig-

keit entsprechend niedrig ist. Die gebotene große Berührungsfläche, verbunden mit der niedrigen Gleitgeschwindigkeit erlaubt hier den Einsatz von Kunststoffen sogar mit einer relativ niedrigen spezifischen Belastbarkeit.

Die FR-ZP 84 753 zu PS 13 52 259 zeigt ein ähnliches Gelenk, bei dem zwischen den kugeligen Rollen und den Zapfen jeweils eine Lagerschale aus einem Material mit niedrigem Reibwert vorgesehen ist. Diese Lagerung wird für die Hauptdrehbewegung zuzüglich der Verschiebung auf dem Zapfen eingesetzt. Dabei wird die relative Gleitgeschwindigkeit recht hoch, so daß die klassische Anwendung solcher Ausführungen mit Kunststofflager, in einem frontangetriebenen Fahrzeug, nur auf kleine Gelenkgrößen bzw. kleine Fahrzeuge beschränkt bleibt. Durch die hohe Gleitgeschwindigkeit liegt der Reibwert entsprechend hoch, die spezifische Belastbarkeit dagegen niedrig.

In Fortsetzung der Erfindungsgedanken wird vorgeschlagen, daß die Innen- und Außenflächen der Ringe ein reibungsarmes Material aufweisen. Bei der axialen Hubbewegung des Ringes der jeweiligen Bahn entlang, befindet sich der Ring überwiegend in einer Schrägstenung zu der Bahn, wodurch eine nicht unerhebliche radiale Gleitreibungskomponente, besonders an den Wendepunkten und bei Gelenken mit geraden Bahnen, zustande kommt. Das reibungsarme Material an der Außenfläche des

Ringes verringert diese Gleitreibungskomponente entsprechend. Zweckmäßigerweise kann hier eine allseitige Beschichtung oder Imprägnierung des Ringes, z.B. im sog. Tauchverfahren, kostengünstig erzielt werden.

Eine weitere Verbesserung der Reibungsverhältnisse und somit eine weitere Reduzierung der periodischen Axialkräfte kann erreicht werden, wenn die Mantellinie einer der Lagerflächen ballig bzw. bogenförmig bzw. wellenförmig ausgebildet ist. Der Zweck dieser Maßnahme ist eine schmiermittelwirksame Ausbildung der Lagerung in Hubrichtung zu erzielen. Gleichzeitig wird die effektive Flächenpressung erhöht, wodurch eine Herabsetzung des Reibwertes erzielt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung eines Gleichlaufdrehgelenkes prinzipmäßig beschrieben.

Das Gleichlaufdrehgelenk weist in üblicher Weise ein Außenteil 1 und ein Innenteil 2 auf. Eine Bahn 11 im Außenteil 1 ist hohlzylindrisch ausgebildet. Das Innenteil 2 weist drei radiale Zapfen 21 auf, auf denen jeweils Rollen 3 mit Nadelkränze 22 drehgelagert sind. Jeweils eine Haltescheibe 23 und ein Sicherungsring 24 dienen der Halterung der Rolle 3 und des Nadelkranzes 22 in ihrer Position. Jede zylindrische Rolle 3 befindet sich in einem Ring 9, dessen Außenfläche 91

kugelig geformt ist. Die Innenfläche 92 des Ringes 9 ist ebenfalls zylindrisch. Das diametrale Spiel zwischen der Rolle 3 und dem Ring 9 kann beliebig festgelegt werden, wird jedoch bei diesem Beispiel mit einer normalen Spielpassung ausgeführt. Dadurch ist eine große Berührungsfläche zwischen der Rolle 3 und dem Ring 9 gegeben. Beim Drehen des Gelenkes im gebeugten Zustand bewegt sich der Ring 9 radial hin und her entlang der Rolle 3. Ein Drehen zwischen dem Ring 9 und der Rolle 3 kann als Notlauf in Betracht gezogen werden, z.B. wenn die Rolle 3 über die Nadeln 22 an einem Drehen durch etwaige Schaden behindert wird.

Der Reibwert der Nadellagerung ist, wie an sich bekannt, sehr niedrig. Ferner ist der Radius des Nadelkranzes kleiner als der der Passung Rolle 3/Ring 9, so daß die relative Bewegung zwischen dem Ring 9 und der Rolle 3 hauptsächlich radial vorkommt. Die Auslegung dieser Passung kann somit im Sinne eines Kolbens optimiert werden.

Bei einer Nadellagerung dieser Art soll die Wandstärke des Außenringes (hier Rolle 3) bestimmte Verhältnisse nicht unterschreiten, um die Tragfähigkeiten der Nadellagerung weitgehend zu erhalten. Durch die Umschlingung des Ringes 9 kann die Wandstärke der Rolle 3 jedoch relativ klein gehalten werden, so daß die gesamten Außenmaße - siehe kugeligen Durchmessers 91 - gering gehalten werden mit der Folge, daß das

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Gelenk als solches einen verhältnismäßig kleinen Raum benötigt.

Zur Reduzierung der Reibkräfte kann der Verlauf der Bahnen 11 nicht wie gezeigt achsparallel, sondern bogenförmig ausgeführt werden. Somit reduziert sich der axiale Hub zwischen der Rolle 3 und dem Ring 9 und folglich die Schrägstellung zwischen dem Ring 9 und der Bahn, so daß sich die Gleitreibungsanteile auch ohne Herabsetzung der Reibwerte reduzieren .

Die Kraftübertragungskapazität zwischen dem Ring 9 und der Rolle 3 ist dank der großzügigen Berührungsfläche recht hoch. Eine Kunststoffbeschichtung oder ähnliches auf einer Fläche dieser Paarung zur Reduzierung der Reibkräfte ist durchaus empfehlenswert, zumal die durchschnittliche relative Geschwindigkeit der Flächen dieser Paarung verhältnismäßig klein ist.

Wird der Ring 9 im Tauchverfahren oberflächenbehandelt, z.B. mit Kunststoff imprägniert oder mit Gleitlack behandelt, so erzielt man einen doppelten Effekt, nämlich die Reduzierung der linearen Reibung zwischen dem Ring 9 und der Rolle 3, als auch zwischen dem Ring 9 und der Bahn 11. Die periodischen Axialkräfte verbessern sich damit zweimal entsprechend. Die axiale Fixierung der Rollen 3 auf ihren jeweili-

gen Zapfen kann darüberhinaus in einer reibungsarmen Ausführung ausgestattet werden.

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Claims (4)

PATENTANHALT Fasanenstr. 7 DIPL.-ING. WERNER LORENZ 7920 Heidenheim 29.11.1985 - sb Akte: GI 1465 Anmelder: Sobhy Labib Girguis Magdal enenstraße 19 5210 Troisdorf 14 Patentansprüche:

1. Gleichlaufdrehgelenk mit einem hohlen Außenteil, mit drei am Umfang verteilten in der Hauptrichtung axial verlaufenden und im Querschnitt kreisförmig ausgeführten Bahnen, einem im Außenteil befindlichen Innenteil mit drei radial nach außen gericheten Zapfen, drei auf den Zapfen um deren Längsachse drehbar gelagerten Rollen und drei auf den Rollen in Richtung deren Längsachse verschiebbar gelagerten und in den Bahnen des Außenteiles eingreifenden Ringen mit kugeligen Außenfl ächen,

dadurch gekennzeichnet, daß
die Ringe (9) auf ihren jeweiligen Rollen (3) drehbar gleit-

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gelagert sind.

2. Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest jeweils eine der Lagerflächen zwischen den Ringen (9) und den Rollen (3) ein reibungsarmes Material aufweist.

3. Gleich!aufdrehgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen- und Außenflächen (91,92) der Ringe (9) ein reibungsarmes Material aufweisen.

4. Gleichi aufdrehgelenk nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantellinie einer der Lagerflächen ballig bzw. bogenförmig bzw. wellenförmig ausgebildet ist.