DE102007023354A1

DE102007023354A1 - Kugelgleichlaufverschiebegelenk mit geringen Verschiebekräften

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Publication number: DE102007023354A1
Application number: DE102007023354A
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Ing. Braun; Joachim Dipl.-Ing. Prölß; Volker Dipl.-Ing. Bergmann; Hans Dipl.-Ing. Lake Orion Wormsbächer
Original assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Current assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Priority date: 2007-05-18
Filing date: 2007-05-18
Publication date: 2008-11-20
Anticipated expiration: 2027-05-19
Also published as: BRPI0811573A2; WO2008141907A1; JP5227397B2; US8277329B2; US20100216559A1; JP2010527427A; DE102007023354B4; CN101711315A; CN101711315B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kugelgleichlaufdrehgelenk in Form eines Verschiebegelenks, insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Das Gelenk umfaßt ein Gelenkaußenteil 3 mit äußeren ersten Kugelbahnen 4 und äußeren zweiten Kugelbahnen 5, wobei die äußeren zweiten Kugelbahnen 5 bei gestrecktem Gelenk eine Gelenkmittelachse A kreuzen; ein Gelenkinnenteil 6 mit inneren ersten Kugelbahnen 7 und inneren zweiten Kugelbahnen 8, wobei die inneren zweiten Kugelbahnen 8 bei gestrecktem Gelenk die Gelenkmittelachse A kreuzen; erste Kugeln 9, die in ersten Bahnpaaren aus jeweils einer äußeren ersten Kugelbahn 4 und einer inneren ersten Kugelbahn 7 gehalten sind; zweite Kugeln 10, die in zweiten Bahnpaaren aus jeweils einer äußeren zweiten Kugelbahn 5 und einer inneren zweiten Kugelbahn 8 gehalten sind, wobei sich jeweils die äußere und die innere Kugelbahn 5, 8 der zweiten Bahnpaare kreuzen; einen Kugelkäfig 12, der umfangsverteilt Käfigfenster 13, 14 aufweist, in denen die ersten und die zweiten Kugeln 9, 10 in einer gemeinsamen Ebene gehalten sind; ein zwischen den zweiten Kugeln 10 und den zweiten Kugelbahnen 5, 8 gebildetes zweites Radialspiel ist größer als ein zwischen den ersten Kugeln 9 und den ersten Kugelbahnen 4, 7 gebildetes erstes Radialspiel.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgleichlaufdrehgelenk in Form eines Verschiebegelenks, insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Das Verschiebegelenk umfaßt ein Gelenkaußenteil mit äußeren ersten Kugelbahnen und äußeren zweiten Kugelbahnen, wobei die äußeren zweiten Kugelbahnen bei gestrecktem Gelenk eine Gelenkmittelachse kreuzen; ein Gelenkinnenteil mit inneren ersten Kugelbahnen und inneren zweiten Kugelbahnen, wobei die inneren zweiten Kugelbahnen bei gestrecktem Gelenk die Gelenkmittelachse kreuzen; erste Kugeln, die in ersten Bahnpaaren aus jeweils einer äußeren ersten Kugelbahn und einer inneren ersten Kugelbahn gehalten sind; zweite Kugeln, die in zweiten Bahnpaaren aus jeweils einer äußeren zweiten Kugelbahn und einer inneren zweiten Kugelbahn gehalten sind, wobei sich jeweils die äußere und die innere Kugelbahn der zweiten Bahnpaare kreuzen; sowie einen Kugelkäfig, der umfangsverteilt Käfigfenster aufweist, in denen die ersten und die zweiten Kugeln in einer gemeinsamen Ebene gehalten sind. Derartige Gleichlaufverschiebegelenke werden beispielsweise als getriebeseitige Gelenke in Seitenwellen eingesetzt, die ein Achsdifferential zur Drehmomentübertragung mit einem Rad des Kraftfahrzeugs verbinden. Sie kommen aber auch in Längsantriebswellen zur Drehmomentübertragung zwischen einem Schaltgetriebe und einem Achsdifferential zum Einsatz.
Ein Gelenk der genannten Art ist aus der DE 38 18 730 C1 bekannt. Im inneren und äußeren Gelenkteil sind Bahnen mit jeweils achsparallelen Mittellinien gebildet, in denen Kugeln zur Drehmomentübertragung geführt sind, sowie Bahnen mit sich kreuzenden Mittellinien, in denen Kugeln zur Steuerung des Kugelkäfigs auf die winkelhalbierende Ebene geführt sind. Derartige Gleichlaufverschiebegelenke werden von der Anmelderin unter der Bezeichnung SC-Gelenke oder PC-Gelenke (früher XL-Gelenke) bezeichnet, die sich durch eine gute Axialverschiebbarkeit bei geringem Kraftaufwand auszeichnen.
Aus der DE 10 2006 020 711.4 der Anmelderin ist ein weiteres Gleichlaufverschiebegelenk mit sich kreuzenden Kugelbahnen bekannt mit einem aus einem Hohlprofil hergestellten Kugelkäfig.
Bei gestrecktem Gelenk übertragen nur die in den Bahnen mit achsparallelen Bahnen geführten Kugeln ein Drehmoment, während die in den Bahnen mit sich kreuzenden Mittellinien geführten Kugeln lediglich der Steuerung des Gelenks dienen. Bei Gelenkbeugung hingegen nehmen auch die in den Bahnen mit sich kreuzenden Mittellinien geführten Kugeln, in Abhängigkeit vom Beugewinkel des Gelenks, an der Drehmomentübertragung teil. Dies führt aufgrund von Reibung dieser Kugeln mit zunehmender Gelenkbeugung zu höheren axialen Verschiebekräften.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kugelgleichlaufdrehgelenk der eingangs genannten Art vorzuschlagen, das geringe axiale Verschiebekräfte und damit eine gute Schwingungsabkopplung, insbesondere auch bei gebeugtem Gelenk, aufweist.
Eine erste Lösung liegt in einem Kugelgleichlaufdrehgelenk in Form eines Verschiebegelenks der eingangs genannten Art, bei dem ein zwischen den zweiten Kugeln und den zweiten Kugelbahnen gebildetes zweites Radialspiel größer ist als ein zwischen den ersten Kugeln und den ersten Kugelbahnen gebildetes erstes Radialspiel.
Eine zweite Lösung besteht in einem Kugelgleichlaufdrehgelenk in Form eines Verschiebegelenks der eingangs genannten Art, bei dem ein zwischen den zweiten Kugeln und den zweiten Käfigfenstern gebildetes zweites Axialspiel größer ist als ein zwischen den ersten Kugeln und den ersten Käfigfenstern gebildetes erstes Axialspiel.
Eine weitere Lösung der obengenannten Aufgabe liegt in einer Kombination der beiden vorstehend genannten Lösungen, das heißt in einem Verschiebegelenk der eingangs genannten Art, bei dem sowohl jeweils ein zwischen den zweiten Kugeln und den zweiten Kugelbahnen gebildetes zweites Radialspiel größer ist als ein zwischen den ersten Kugeln und den ersten Kugelbahnen gebildetes erstes Radialspiel, als auch jeweils ein zwischen den zweiten Kugeln und den zugehörigen zweiten Käfigfenstern gebildetes zweites Axialspiel größer ist als ein zwischen den ersten Kugeln und den zugehörigen ersten Käfigfenstern gebildetes erstes Axialspiel.
Die genannten Lösungen haben den Vorteil, daß Reibungskräfte zwischen den steuernden zweiten Kugeln und den zweiten Kugelbahnen, insbesondere bei abgewinkeltem Gelenk, reduziert werden. Auf diese Weise werden die zweiten Kugeln bei Drehmomentübertragung unter Abwinklung entlastet, so daß Schwingungen zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkaußenteil abgekoppelt werden. insgesamt führt dies zu einem zu einem verbesserten NVH-Verhalten (noise, vibration, harshness) im Antriebsstrang.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform, die sich auf alle drei Lösungen bezieht, ist im Querschnitt durch das gestreckte Gelenk betrachtet der radiale Abstand der Bahnmittellinien PCR_a der äußeren zweiten Kugelbahnen zur Gelenkmittelachse größer als der radiale Abstand PCR_i der Bahnmittellinien der inneren zweiten Kugelbahnen zur Gelenkmittelachse A, der hier dem nominalen radialen Abstand PCR_nenn entspricht. Durch diese Maßnahme sind die zweiten Kugeln, die in gestrecktem Zustand des Gelenks der Steuerung dienen, freigestellt, was sich positiv auf die Reibungskräfte auswirkt. Nach einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform ist der radiale Abstand der Bahnmittellinien PCR_i der inneren zweiten Kugelbahnen zur Gelenkmittelachse im Querschnitt durch das gestreckte Gelenk betrachtet kleiner als ein nominaler radialer Abstand PCR_a zwischen den Bahnmittellinien der äußeren zweiten Kugelbahnen zur Gelenkmittelachse, die hier dem nominalen radialen Abstand PCR_nenn entspricht.
Weiter kann alternativ oder ergänzend vorgesehen sein, daß der Nennradius der inneren und/oder äußeren zweiten Kugelbahnen, im Querschnitt durch das Gelenk, größer ist als der Radius der zweiten Kugeln. Durch diese Ausgestaltung werden die zweiten Kugeln bei Beugung des Gelenks ebenfalls entlastet, was zu reduzierten Axialkräften und damit verbessertem NVH-Verhalten führt. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Querschnitt der ersten Kugelbahnen derart gestaltet, daß jeweils ein Zweipunktkontakt mit der zugehörigen drehmomentübertragenden ersten Kugel vorgesehen ist. Dasselbe gilt für die zweiten Kugelbahnen, deren Querschnittsform so gestaltet ist, daß die zweiten Kugeln theoretisch an zwei Punkten in Anlage kommen können. Beispielsweise können die Kugelbahnen einen elliptischen oder gotischen Querschnitt haben. Selbstverständlich sind auch andere Querschnittsformen denkbar.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung haben die zweiten Kugeln, die zur Käfigsteuerung dienen, einen kleineren Durchmesser als die ersten Kugeln, die zur Drehmomentübertragung dienen. Dies hat den Vorteil, daß die drehmomentübertragenden ersten Kugeln insgesamt größer gestaltet werden können, womit eine hohe Drehmomentübertragungsfähigkeit des Gelenks erreicht werden kann.
Gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gelenks verlaufen die äußeren und die inneren ersten Kugelbahnen bei gestrecktem Gelenk parallel zur Gelenkmittelachse. Nach einer hierzu alternativen zweiten Ausführungsform kreuzen die äußeren und inneren ersten Kugelbahnen die Gelenkmittelachse bei gestrecktem Gelenk, wobei die ersten Winkel, die die ersten Kugelbahnen mit der Gelenkmittelachse einschließen, kleiner sind als die zweiten Winkel, die die zweiten Kugelbahnen mit der Gelenkmittelachse einschließen. Dabei sind die ersten Winkel, die die ersten Kugelbahnen des jeweiligen Gelenkteils mit der Gelenkmittelachse einschließen, und die zweiten Winkel, die die zweiten Kugelbahnen desselben Gelenkteils mit der Gelenkmittelachse einschließen, gleichgerichtet. Durch die verschränkten ersten Kugelbahnen wird erreicht, daß die in Umfangsrichtung zwischen den ersten und den zweiten Kugelbahnen gebildeten Stege verbreitert sind, was sich günstig auf die Festigkeit des Gelenks auswirkt.
Die zweiten Winkel, die die zweiten Kugelbahnen des Gelenkaußenteils mit der Gelenkmittelachse einschließen, sind gleich groß und entgegengesetzt zu den zweiten Winkeln, die die zweiten Kugelbahnen des Gelenkinnenteils mit der Gelenkmittelachse einschließen. Die zweiten Kugelbahnen des Gelenkaußenteils und des Gelenkinnenteils sind vorzugsweise jeweils untereinander gleichgerichtet, das heißt sie verlaufen in Abwicklung betrachtet parallel zueinander. Die ersten Kugelbahnen des Gelenkaußenteils und des Gelenkinnenteils können untereinander gleichgerichtet sein, oder sie können jeweils in zwei Gruppen unterteilt sein, von denen die ersten Kugelbahnen der ersten Gruppe gegenüber den ersten Kugelbahnen der zweiten Gruppe in Bezug auf die Gelenkmittelachse jeweils entgegengesetzt gerichtet sind.
Bevorzugte Ausführungsformen werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Hierin zeigt
1 ein erfindungsgemäßes Verschiebegelenk in einer ersten Ausführungsform

a) im Querschnitt;
b) im Längsschnitt gemäß Schnittlinie B-B aus 1a);
c) eine Abwicklung des Gelenkinnenteils aus den 1a) und 1b);

2 ein erfindungsgemäßes Verschiebegelenk in einer zweiten Ausführungsform im Querschnitt;
3 ein erfindungsgemäßes Verschiebegelenk in einer dritten Ausführungsform im Querschnitt;
4 ein erfindungsgemäßes Verschiebegelenk in einer vierten Ausführungsform im Querschnitt;
5 ein erfindungsgemäßes Verschiebegelenk in einer fünften Ausführungsform im Querschnitt;
6 den Kugelkäfig des Verschiebegelenks nach 5 in Radialansicht, teilweise geschnitten;
7 die Abwicklung des Gelenkinnenteils eines erfindungsgemäßen Verschiebegelenks in einer sechsten Ausführungsform;
8 die Abwicklung des Gelenkinnenteils eines erfindungsgemäßen Verschiebegelenks in einer siebten Ausführungsform;
9 die Abwicklung des Gelenkinnenteils eines erfindungsgemäßen Verschiebegelenks in einer achten Ausführungsform;
10 die Abwicklung des Gelenkinnenteils eines erfindungsgemäßen Verschiebegelenks in einer neunten Ausführungsform;
Die 1 bis 5 werden im folgenden hinsichtlich ihrer Gemeinsamkeiten zunächst gemeinsam beschrieben, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern und abgewandelte Bauteile mit Indizes versehen sind.
Es ist jeweils ein erfindungsgemäßes Gleichlaufverschiebegelenk 2 gezeigt, das ein ringförmiges Gelenkaußenteil 3 mit äußeren ersten und zweiten Kugelbahnen 4, 5, ein nabenförmiges Gelenkinnenteil 6 mit inneren ersten und zweiten Kugelbahnen 7, 8, erste und zweite Kugeln 9, 10, die in Bahnpaaren aus jeweils einer äußeren ersten und einer inneren ersten Kugelbahn 4, 7 bzw. einer äußeren zweiten und einer inneren zweiten Kugelbahn 5, 8 geführt sind, sowie einen Kugelkäfig 12 mit umfangsverteilten ersten und zweiten Fenstern 13, 14 aufweist, in denen die ersten und zweiten Kugeln 9, 10 aufgenommen sind.
Die aus jeweils einer äußeren und inneren ersten Kugelbahn 4, 7 gebildeten ersten Bahnpaare und die jeweils aus einer äußeren und einer inneren zweiten Kugelbahn 5, 8 gebildeten zweiten Bahnpaare sind über den Umfang verteilt abwechselnd angeordnet. Zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten inneren ersten und zweiten Kugelbahnen 7, 8 sind jeweils Stege 25 gebildet. Entsprechend sind zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten äußeren ersten und zweiten Kugelbahnen 4, 5 Stege 26 gebildet. Dabei liegen sich jeweils zwei erste Bahnpaare und damit zwei erste Kugeln 9 in Bezug auf die Gelenkmittelachse A des Gelenks diametral gegenüber. Ebenso liegen sich jeweils zwei zweite Bahnpaare und damit zwei zweite Kugeln 10 in Bezug auf die Gelenkmittelachse A jeweils diametral gegenüber. Bei gestrecktem Gelenk übertragen nur die ersten Kugeln 9 in den Paaren von zur Längsachse A parallelen ersten Kugelbahnen 4, 7 ein Drehmoment, während es an den zweiten Kugeln 10 unter Drehmoment zu einer den Kugelkäfig 12 steuernden Axialkraft kommt. Das gezeigte Gleichlaufverschiebegelenk 2 kann, wie dargestellt, mit jeweils vier achsparallelen Bahnpaaren und vier die Achse kreuzenden Bahnpaaren, die sich über dem Umfang abwechseln und somit insgesamt acht Kugeln aufnehmen, gestaltet sein. Ebenso kann das Gelenk auch drei oder fünf achsparallele Bahnpaare und eine entsprechende Anzahl von die Achse kreuzenden Bahnpaaren aufweisen, die sich über dem Umfang abwechseln und somit insgesamt sechs bzw. zehn Kugeln aufnehmen.
Die äußeren ersten Kugelbahnen 4 und die inneren ersten Kugelbahnen 7 haben bei gestrecktem Gelenk jeweils achsparallele Mittellinien, das heißt sie sind von gleichbleibender Tiefe. Diese ersten Kugelbahnen 4, 7 dienen ausschließlich der Drehmomentübertragung und haben keine Steuerfunktion für den Kugelkäfig 12. Die äußeren zweiten Kugelbahnen 5 schliefen, in Radialansicht bei gestrecktem Gelenk, mit der Gelenkmittelachse A jeweils Kreuzungswinkel β ein. Die entsprechenden gegenüberliegenden inneren zweiten Kugelbahnen 8 weisen gegenüber der Gelenkmittelachse A, in Radialansicht bei gestrecktem Gelenk, einen gleich großen entgegengesetzten zweiten Kreuzungswinkel β auf. Sich so kreuzende äußere und innere zweite Kugelbahnen 5, 8 sind über den Umfang verteilt einander in Paaren zugeordnet. Mit den sich kreuzenden zweiten Kugelbahnen 5, 8 wird die Steuerfunktion für die hierin aufgenommenen zweiten Kugeln 10 sichergestellt, die sich jeweils mit ihrem Mittelpunkt im Kreuzungspunkt der Mittellinien der zweiten Bahnpaare befinden. In den Gelenkquerschnitten wird die zentralsymmetrische Anordnung der ersten und zweiten Kugeln 9, 10 erkennbar, nach der sich jeweils zwei drehmomentübertragende erste Kugeln 9 und zwei steuernde zweite Kugeln 10 bei gestrecktem Gelenk diametral gegenüberliegen. Dabei haben die drehmomentübertragenden ersten Kugeln 9 einen größeren Durchmesser als die steuernden zweiten Kugeln 10. Hiermit ergibt sich insgesamt eine hohe Drehmo mentkapazität des Gleichlaufverschiebegelenks 2 bei geringem Bauraum.
Wie insbesondere aus 1c) hervorgeht, sind bei den erfindungsgemäßen Gleichlaufverschiebegelenken gemäß den 1 bis 5 die zur Gelenkmittelachse A winklig verlaufenden zweiten inneren Kugelbahnen 8 alle untereinander gleichsinnig geschrägt. Gleiches gilt für die hier nicht dargestellten gegenüberliegenden zweiten äußeren Kugelbahnen 5 des Gelenkaußenteils 3. Dieser Typ von Kreuzbahngelenk ist somit dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenkaußenteil 3 und das Gelenkinnenteil 6 jeweils nur zwei Arten von Kugelbahnen aufweist. Es sind jedoch selbstverständlich auch Ausführungen denkbar, bei denen im Gelenkaußenteil und im Gelenkinnenteil jeweils zwei oder mehr Gruppen von die Gelenkmittelachse A kreuzenden Kugelbahnen vorgesehen sind. Hierauf wird weiter unten noch eingegangen.
Das Gelenkaußenteil 3 hat eine innenzylindrische Führungsfläche 15 zum Führen des Kugelkäfigs 12. Das Gelenkinnenteil 6 hat eine – im Längsschnitt betrachtet – dachförmige Führungsfläche 16, die von den inneren Kugelbahnen 7, 8 unterbrochen ist. Die dachförmige Führungsfläche 16 setzt sich aus mittleren sphärischen Flächenabschnitten und hieran tangential anschließenden konischen Flächenabschnitten zusammen. Mit der Führungsfläche 16 ist das Gelenkinnenteil 6 gegenüber der Innenfläche 17 des Kugelkäfigs 12 geführt. Weiterhin ist am Gelenkinnenteil 6 eine zentrale Öffnung 18 mit einer Längsverzahnung 19 zum drehfesten Einstecken einer hier nicht dargestellten Antriebswelle vorgesehen.
Im folgenden wird auf die unterschiedlichen Besonderheiten der erfindungsgemäßen Gleichlaufverschiebegelenke 2 eingegangen.
Das erfindungsgemäße Gleichlaufverschiebegelenk 2 gemäß 1 ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den steuernden zweiten Kugeln 10 und den äußeren zweiten Kugelbahnen 5 ein deutlich größeres Radialspiel 22 vorgesehen ist als zwischen den drehmomentübertragenden ersten Kugeln 9 und den ersten Kugelbahnen 4, 7. Dies wird dadurch erreicht, daß im Querschnitt durch das gestreckte Gelenk der radiale Abstand der Bahnmittellinien PCR_a der äußeren zweiten Kugelbahnen 5 zur Gelenkmittelachse A größer ist als der radiale Abstand der Bahnmittellinien PCR_i der inneren zweiten Kugelbahnen 8 zur Gelenkmittelachse A, wobei die Bahnmittellinien der äußeren zweiten Kugelbahnen 5 gegenüber einem Nennrollkreisradius nach radial außen versetzt sind. Durch diese Maßnahme sind die zweiten Kugeln 10 gegenüber den äußeren Kugelbahnen 5 freigestellt, so daß Reibungskräfte reduziert werden.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Gleichlaufdrehgelenk 2₂ in einer zweiten Ausführungsform. Aufbau und Funktionsweise des vorliegenden Gleichlaufdrehgelenks entsprechen weitestgehend dem in 1 gezeigten Gelenk. Insofern wird hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf obige Beschreibung Bezug genommen, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Auch bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Radialspiel der steuernden zweiten Kugeln 10 größer als das der drehmomentübertragenden ersten Kugeln 9. Im Unterschied zur Ausführungsform nach 1 wird dies dadurch erreicht, daß im Querschnitt durch das gestreckte Gelenk betrachtet der radiale Abstand der Bahnmittellinien PCR_a der äußeren zweiten Kugelbahnen 5₂ zur Gelenkmittelachse A größer ist als der radiale Abstand PCR_i zwischen den Bahnmittellinien der inneren zweiten Kugelbahnen 8₂ zur Gelenkmittelachse A, wobei die Bahnmittellinien der inneren zweiten Kugelbahnen 8₂ gegenüber einem Nennrollkreisradius nach radial innen versetzt sind.
In 3 ist ein erfindungsgemäßes Gleichlaufdrehgelenk 2₃ in einer dritten Ausführungsform gezeigt, wobei Aufbau und Funktionsweise weitestgehend den obengenannten Gelenken gemäß den 1 und 2 entsprechen. Daher kann hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf obige Beschreibung Bezug genommen werden, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Auch bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Radialspiel der steuernden zweiten Kugeln 10 größer als das der drehmomentübertragenden ersten Kugeln 9. Dies wird durch eine Kombination der Maßnahmen gemäß den 1 und 2 erreicht, das heißt, daß sowohl die Bahnmittellinien der äußeren zweiten Kugelbahnen 5₃ gegenüber einem Nennrollkreisradius PCR_nenn nach radial außen, als auch die Bahnmittellinien der inneren zweiten Kugelbahnen 8₃ gegenüber dem Nennrollkreisradius PCR_nenn nach radial innen versetzt sind.
Die in 4 gezeigte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der steuernden zweiten Kugeln 10₄ so reduziert sind, daß zwischen den zweiten Kugelbahnen 5, 8 und den Kugeln 10₄ ein Radialspiel gebildet ist, das über das Radialspiel der ersten Kugeln 9 in den ersten Kugelbahnen 4, 7 hinausgeht. Im übrigen entspricht das gezeigte Gleichlaufverschiebegelenk 2₄ den in 3 gezeigten, so daß hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden kann.
In den 5 und 6, die im folgenden gemeinsam beschrieben werden, ist ein Gleichlaufverschiebegelenk 2₅ bzw. dessen Kugelkäfig 12₅ in einer weiteren Ausführungsform abgebildet. Dabei zeigt 6 Teilabschnitte des Kugelkäfigs 12₅ des Gelenks 2₅ nach 5, und zwar mit einem ersten Käfigfenster 13, in dem eine erste Kugel 9 aufgenommen ist, und einem zweiten Käfigfenster 14, in dem eine zweite Kugel 10 aufgenommen ist. Aufbau und Funktionsweise des vorliegenden Gleichlaufdrehgelenks entsprechen weitestgehend dem in 1 gezeigten Gelenk. Insofern wird hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf obige Beschreibung Bezug genommen, wobei gleiche Bauteile mit gleichen und abgewandelte Bauteile mit Bezugsziffern mit um die Ziffer fünf tiefergestellten Indizes versehen sind. Im Gegensatz zu dem Gelenk nach 1 ist bei der vorliegenden Ausführungsform kein über die üblichen Fertigungstoleranzen hinausgehendes, nennenswertes Radialspiel zwischen den steuernden zweiten Kugeln 10 und den entsprechenden Bahnpaaren 5, 8 vorgesehen. Wie insbesondere aus 6 hervorgeht, ist ein jeweils zwischen den zweiten Kugeln 10 und den zweiten Käfigfenstern 14 gebildetes zweites Axialspiel 24 größer ist als ein zwischen den ersten Kugeln 9 und den ersten Käfigfenstern 13 gebildetes erstes Axialspiel 23. Diese Ausgestaltung stellt auch eine Maßnahme zur Reduzierung der Reibungskräfte dar, so daß das Schwingungsverhalten des Gleichlaufverschiebegelenks 2 insgesamt verbessert wird.
Es versteht sich, daß auch eine Kombination der vorliegenden Ausführungsform mit einer der Ausführungsformen gemäß den 1 bis 4 möglich ist, das heißt ein Gleichlaufverschiebegelenk, bei dem jeweils zwischen den zweiten Kugeln und den zweiten Kugelbahnen ein deutliches Radialspiel vorgesehen ist und bei dem ferner zwischen den zweiten Kugeln und den zugehörigen zweiten Käfigfenstern ein deutliches Axialspiel gebildet ist.
Bei allen vorstehend beschriebenen Gleichlaufverschiebegelenken verlaufen die äußeren und die inneren ersten Kugelbahnen bei gestrecktem Gelenk parallel zur Gelenkmittelachse. Gemäß hier nicht dargestellter weiterer Ausführungsformen ist es ebenso denkbar, daß die äußeren und inneren ersten Kugelbahnen die Gelenkmittelachse bei gestrecktem Gelenk unter untereinander gleich großen ersten Winkeln kreuzen. Diese ersten Winkel sind kleiner als die zweiten Winkel, die die zweiten Kugelbahnen mit der Gelenkmittelachse einschließen. Durch die verschränkten ersten Kugelbahnen wird erreicht, daß die in Umfangsrichtung zwischen den ersten und den zweiten Kugelbahnen gebildeten Stege verbreitert sind, was sich günstig auf die Festigkeit des Gelenks auswirkt.
Insgesamt haben alle vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele den Vorteil, daß Reibungskräfte zwischen den steuernden zweiten Kugeln und den zugehörigen Kugelbahnen, insbesondere bei abgewinkeltem Gelenk, reduziert werden. Auf diese Weise werden die zweiten Kugeln bei Drehmomentübertragung unter Abwinklung entlastet, so daß Schwingungen vermindert werden. Dies führt zu einem verbesserten NVH-Verhalten (noise, vibration, harshness) im Antriebsstrang.
Im folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Verschiebegelenken gemäß den 7 bis 10 beschrieben, auf welche die oben im Zusammenhang mit den 1a, 2, 3, 4 oder 5 beschriebenen Merkmale zur Verminderung der Reibungskräfte an den steuernden zweiten Kugeln übertragbar sind. In den 7 bis 10 sind jeweils nur die Abwicklungen des Gelenkinnenteils dargestellt, wobei das Verschiebegelenk, insbesondere im Hinblick auf die Freistellung der zweiten Kugeln, in seinem Aufbau und in seiner Funktionsweise jedem einzelnen der obengenannten Gelenke gemäß den 1a, 2, 3, 4 oder 5 entsprechen kann. Insofern wird auf die obige Beschreibung Bezug genommen, wobei abgewandelte Bauteile mit um 100 erhöhten Bezugsziffern versehen sind. Allen Verschiebegelenken gemäß den 7 bis 10 ist gemein, daß die drehmomentübertragenden ersten Kugelbahnen 107, 207, 307, 407 gegenüber der Gelenkmittelachse A winklig angestellt sind. Dabei sind die ersten Winkel α, die die ersten Kugelbahnen 107, 207, 307, 407 mit der Gelenkmittelachse A einschließen jeweils kleiner als die zweiten Winkel β, die die zweiten Kugelbahnen 108, 208, 308, 408 mit der Gelenkmittelachse A einschließen. Es werden nachstehend die Besonderheiten der einzelnen Bauformen erläutert.
Das in 7 gezeigte Verschiebegelenk ist dadurch gekennzeichnet, daß die ersten inneren Kugelbahnen 107 und die zweiten inneren Kugelbahnen 108 gegenüber der Gelenkmittelachse A gleichsinnig geschrägt sind. Dies hat den Vorteil, daß die zwischen zwei benachbarten Kugelbahnen gebildeten Stege 25 an ihren Enden, an denen zwei benachbarte erste und zweite Kugelbahnen 107, 108 aufeinander zu laufen, eine maximale Dicke in Umfangsrichtung aufweist. Hierdurch ergibt sich eine hohe Festigkeit, was sich lebensdauerverlängernd auf das Verschiebegelenk auswirkt. Die Winkel α, unter denen die inneren ersten Kugelbahnen 107 die Gelenkmittelachse A kreuzen, und die Winkel, unter denen die hier nicht dargestellten äußeren ersten Kugelbahnen die Gelenkmittelachse A kreuzen, sind gleich groß und entgegengesetzt gerichtet.
Bei dem in 8 gezeigten Verschiebegelenk sind, im Unterschied zu dem vorstehenden Ausführungsbeispiel, die hier nicht sichtbaren äußeren ersten Kugelbahnen und die äußeren zweiten Kugelbahnen, bzw. die inneren ersten Kugelbahnen 207 und die inneren zweiten Kugelbahnen 208, gegensinnig geschrägt. Dabei gilt auch hier, daß die ersten Winkel α, unter denen die äußeren und inneren ersten Kugelbahnen 207 die Gelenkmittelachse A kreuzen, jeweils kleiner sind, als die zweiten Winkel β, unter denen die äußeren und inneren zweiten Kugelbahnen 208 die Gelenkmittelachse A kreuzen.
Die Besonderheit der Verschiebegelenke gemäß den 9 und 10 besteht darin, daß die Gruppen von drehmomentübertragenden äußeren und inneren ersten Kugelbahnen jeweils zwei Teilgruppen umfassen. Und zwar ist eine erste Teilgruppe von inneren ersten Kugelbahnen 307', 407' gegenüber einer zweiten Teilgruppe von inneren ersten Kugelbahnen 307'', 407'' entgegengesetzt gerichtet. Dabei sind die ersten Winkel α', unter denen die inneren ersten Kugelbahnen 307', 407' der ersten Gruppe die Gelenkmittelachse A kreuzen, zu den ersten Winkeln α'', unter denen die inneren ersten Kugelbahnen 307'', 407'' der zweiten Gruppe die Gelenkmittelachse A kreuzen, gleich groß und entgegengesetzt gerichtet. Das gleiche gilt analog für die entsprechenden äußeren Kugelbahnen des Gelenkaußenteils, die hier nicht dargestellt sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 9 sind die inneren ersten Kugelbahnen 307' der ersten Teilgruppe und die inneren ersten Kugelbahnen 407'' der zweiten Teilgruppe – und, analog hierzu, die hier nicht dargestellten äußeren ersten Kugelbahnen der ersten Teilgruppe und die äußeren ersten Kugelbahnen der zweiten Teilgruppe – über den Umfang abwechselnd angeordnet.
Demgegenüber sind in dem Ausführungsbeispiel nach 10 jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarte innere erste Kugelbahnen 407' der ersten Teilgruppe und jeweils zwei in Umfangrichtung benachbarte innere erste Kugelbahnen 407'' der zweiten Teilgruppe gleichsinnig gerichtet, das heißt sie verlaufen in der Abwicklung betrachtet parallel zueinander. Dasselbe gilt für die den inneren ersten Kugelbahnen 407', 407'' gegenüberliegenden und diese kreuzenden äußeren ersten Kugelbahnen des Gelenkaußenteils.

2: Gleichlaufverschiebegelenk
3: Gelenkaußenteil
4: erste Kugelbahn
5: zweite Kugelbahn
6: Gelenkinnenteil
7: erste Kugelbahn
8: zweite Kugelbahn
9: erste Kugel
10: zweite Kugel
12: Kugelkäfig
13: erstes Käfigfenster
14: zweites Käfigfenster
15: Innenfläche
16: Außenfläche
17: Innenfläche
18: Öffnung
19: Längsverzahnung
21: erstes Radialspiel
22: zweites Radialspiel
23: erstes Axialspiel
24: zweites Axialspiel
25: Steg
26: Steg
PCR: Rollkreisradius
A: Gelenkmittelachse Winkel
β: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3818730 C1 [0002]
- DE 102006020711 [0003]

Claims

Kugelgleichlaufdrehgelenk in Form eines Verschiebegelenks, insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Gelenkaußenteil (3) mit einer Gruppe von äußeren ersten Kugelbahnen (4) und einer Gruppe von äußeren zweiten Kugelbahnen (5), wobei die äußeren zweiten Kugelbahnen (5) bei gestrecktem Gelenk eine Gelenkmittelachse (A) kreuzen; ein Gelenkinnenteil (6) mit einer Gruppe von inneren ersten Kugelbahnen (7) und einer Gruppe von inneren zweiten Kugelbahnen (8), wobei die inneren zweiten Kugelbahnen (8) bei gestrecktem Gelenk die Gelenkmittelachse (A) kreuzen; erste Kugeln (9), die in ersten Bahnpaaren aus jeweils einer äußeren ersten Kugelbahn (4) und einer inneren ersten Kugelbahn (7) gehalten sind; zweite Kugeln (10), die in zweiten Bahnpaaren aus jeweils einer äußeren zweiten Kugelbahn (5) und einer inneren zweiten Kugelbahn (8) gehalten sind, wobei sich jeweils die äußere und die innere Kugelbahn (5, 8) der zweiten Bahnpaare kreuzen; einen Kugelkäfig (12), der umfangsverteilt Käfigfenster (13, 14) aufweist, in denen die ersten und die zweiten Kugeln (9, 10) in einer gemeinsamen Ebene gehalten sind; dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen den zweiten Kugeln (10) und den zweiten Kugelbahnen (5, 8) gebildetes zweites Radialspiel (22) größer ist als ein zwischen den ersten Kugeln (9) und den ersten Kugelbahnen (4, 7) gebildetes erstes Radialspiel (21).
Kugelgleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen den zweiten Kugeln (10) und den zugehörigen zweiten Käfigfenstern (14) ein größeres Axialspiel (24) gebildet ist als zwischen den ersten Kugeln (9) und den zugehörigen ersten Käfigfenstern (13).
Kugelgleichlaufdrehgelenk in Form eines Verschiebegelenks, insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Gelenkaußenteil (3) mit einer Gruppe von äußeren ersten Kugelbahnen (4) und einer Gruppe von äußeren zweiten Kugelbahnen (5), wobei die äußeren zweiten Kugelbahnen (5) bei gestrecktem Gelenk eine Gelenkmittelachse (A) kreuzen; ein Gelenkinnenteil (6) mit einer Gruppe von inneren ersten Kugelbahnen (7) und einer Gruppe von inneren zweiten Kugelbahnen (8), wobei die inneren zweiten Kugelbahnen (8) bei gestrecktem Gelenk die Gelenkmittelachse (A) kreuzen; erste Kugeln (9), die in ersten Bahnpaaren aus jeweils einer äußeren ersten Kugelbahn (4) und einer inneren ersten Kugelbahn (7) gehalten sind; zweite Kugeln (10), die in zweiten Bahnpaaren aus jeweils einer äußeren zweiten Kugelbahn (5) und einer inneren zweiten Kugelbahn (8) gehalten sind, wobei sich jeweils die äußere und die innere Kugelbahn (5, 8) der zweiten Bahnpaare kreuzen; einen Kugelkäfig (12), der umfangsverteilt erste und zweite Käfigfenster (13, 14) aufweist, in denen die ersten und die zweiten Kugeln (9, 10) in einer gemeinsamen Ebene gehalten sind; dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen den zweiten Kugeln (10) und den zweiten Käfigfenstern (14) gebildetes zweites Axialspiel (24) größer ist als ein zwischen den ersten Kugeln (9) und den ersten Käfigfenstern (13) gebildetes erstes Axialspiel (23).
Kugelgleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen den zweiten Kugeln (10) und den zweiten Kugelbahnen (5, 8) gebildetes zweites Radialspiel (22) größer ist als ein zwischen den ersten Kugeln (9) und den ersten Kugelbahnen (4, 7) gebildetes erstes Radialspiel (21).
Kugelgleichlaufdrehgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Querschnitt durch das gestreckte Gelenk betrachtet der radiale Abstand (PCR_a) der Bahnmittellinien der äußeren zweiten Kugelbahnen (5) zur Gelenkmittelachse (A) größer ist als ein radialer Abstand (PCR_i) zwischen den Bahnmittellinien der inneren zweiten Kugelbahnen (8) zur Gelenkmittelachse (A). (1a, 2, 3)
Kugelgleichlaufdrehgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß, im Querschnitt durch das Gelenk, ein Nennradius der äußeren zweiten Kugelbahnen (5) größer ist als der Radius der zweiten Kugeln (10). (4)
Kugelgleichlaufdrehgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß, im Querschnitt durch das Gelenk, ein Nennradius der inneren zweiten Kugelbahnen (8) größer ist als der Radius der zweiten Kugeln (10). (4)
Kugelgleichlaufdrehgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Kugeln (10) einen kleineren Durchmesser aufweisen als die ersten Kugeln (9).
Kugelgleichlaufdrehgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren und inneren ersten Kugelbahnen (4, 7) bei gestrecktem Gelenk parallel zur Gelenkmittelachse (A) verlaufen. (1c)
Kugelgleichlaufdrehgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren und inneren ersten Kugelbahnen (107, 207, 307, 407) bei gestrecktem Gelenk die Gelenkmittelachse (A) kreuzen, wobei die ersten Winkel (α), die die äußeren und inneren ersten Kugelbahnen mit der Gelenkmittelachse (A) einschließen, kleiner sind als die zweiten Winkel (β), die die äußeren und inneren zweiten Kugelbahnen (108, 208, 308, 408) mit der Gelenkmittelachse (A) einschließen. (7, 8, 9, 10)
Kugelgleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren zweiten Kugelbahnen und die inneren zweiten Kugelbahnen (108, 208, 308, 408) jeweils untereinander gleichsinnig geschrägt sind.
Kugelgleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren ersten Kugelbahnen und die inneren ersten Kugelbahnen (107) jeweils untereinander gleichsinnig geschrägt sind. (7, 8)
Kugelgleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren ersten Kugelbahnen und die äußeren zweiten Kugelbahnen, bzw. die inneren ersten Kugelbahnen (107) und die inneren zweiten Kugelbahnen (108), gleichsinnig geschrägt sind. (7)
Kugelgleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren ersten Kugelbahnen und die äußeren zweiten Kugelbahnen, bzw. die inneren ersten Kugelbahnen (207) und die inneren zweiten Kugelbahnen (208), gegensinnig geschrägt sind. (8)
Kugelgleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe von äußeren ersten Kugelbahnen eine erste und eine zweite Teilgruppe aufweist, wobei die äußeren ersten Kugelbahnen der ersten Teilgruppe und die äußeren ersten Kugelbahnen der zweiten Teilgruppe gegensinnig geschrägt sind, und, daß die Gruppe von inneren ersten Kugelbahnen eine erste und eine zweite Teilgruppe aufweist, wobei die inneren ersten Kugelbahnen (307', 408') der ersten Teilgruppe und die inneren ersten Kugelbahnen (307'', 407'') der zweiten Teilgruppe gegensinnig geschrägt sind. (9, 10)
Kugelgleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren ersten Kugelbahnen der ersten Teilgruppe und die äußeren ersten Kugelbahnen der zweiten Teilgruppe, bzw. die inneren ersten Kugelbahnen (407') der ersten Teilgruppe und die inneren ersten Kugelbahnen (407'') der zweiten Teilgruppe, über den Umfang abwechselnd angeordnet sind. (9)