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TECHNISCHES GEBIET
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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein auslenkendes Gleichlaufgelenk, das
bei den Kraftübertragungssystemen von Automobilen und unterschiedlichen
industriellen Maschinen verwendet wird. Ein auslenkendes Gleichlaufgelenk
gestattet nicht nur eine Winkelverschiebung, sondern auch eine axiale Verschiebung
(Auslenkung). Beispiele für das auslenkende Gleichlaufgelenk
umfassen Tripoden-Gleichlaufgelenke, Doppelversatz-Gleichlaufgelenke
und Kreuzrillen-Gleichlaufgelenke.
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STAND DER TECHNIK
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Eine
Antriebswelle, die die Kraft einer Maschine eines Automobils überträgt,
enthält eine Zwischenwelle, ein auslenkendes Gleichlaufgelenk
und ein feststehendes Gleichlaufgelenk, die an den gegenüberliegenden
Enden der Zwischenwelle angebracht sind. Die Antriebswelle ist mit
einem Differential durch das auslenkende Gleichlaufgelenk verbunden
und zudem mit den Rädern durch das feststehende Gleichlaufgelenk
verbunden. Ein Tripoden-Gleichlaufgelenk, das ein Beispiel des auslenkende
Gleichlaufgelenks ist, hat einen Aufbau, bei dem eine Tripode 320 in
ein Gelenkaußenelement 310 (410) eingefügt
ist, wie es in 12A und 12B gezeigt
ist, wobei das Gelenkaußenelement 310 (410)
und die Tripode 320 in der axialen Richtung verschoben
werden können (Auslenkung). 12A zeigt
ein Beispiel des Gelenkaußenelementes 310, das
einen Außenumfang mit einem kreisförmigen Querschnitt
hat, und 12B zeigt ein Beispiel des Gelenkaußenelementes 410,
das einen Außenumfang hat, der eine blütenkronenähnliche
Form mit drei Ausbuchtungen hat, die aus Wiederholungen eines Abschnittes 412 mit
kleinem Durchmesser und eines Abschnittes 414 mit großem
Durchmesser bestehen. Das Außenverbindungselement 310 (410)
hat eine topfähnliche Form und enthält drei sich
axial erstreckende Laufrillen 314, die in deren Innenumfang
in regelmäßigen Abständen ausgebildet
sind. Die Tripode 320 enthält drei radial hervorstehende
Schenkelwellen oder Lagerzapfen 326. Eine Rolle 330 ist drehbar
an jedem der Lagerzapfen 326 angebracht. Die Rollen 330 sind
in den entsprechenden Laufrillen 314 des Gelenkaußenelementes 310 (410)
aufgenommen und rollen entlang Rollenführungsflächen 316 der
Laufrillen 314 in der Achsrichtung des Gelenkaußenelementes 310 (410)
während der Auslenkung.
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Bei
einem Schritt der Montage der Antriebswelle in einem Fahrzeugkörper
oder anderen Schritten, muss die Antriebswelle in einigen Fällen
geneigt oder aufrecht gehalten werden. Wenn in einem derartigen
Fall das Tripoden-Gleichlaufgelenk umgedreht wird, kann die Tripode 320 infolge
ihres Eigengewichtes aus dem Gelenkaußenelement 310 (410) fallen.
Somit ist normalerweise eine Spreizfeder 342 an dem Innenumfang
des Öffnungsendes des Außenringes 310 (410)
angebracht, um zu verhindern, dass die Tripode 320 herausfällt
(Patentdruckschrift 1). Die Spreizfeder 342 ist an einer
kreisförmigen (oder teilweise kreisförmigen) Rille 340 angebracht, die
in der Innenumfangsfläche des Gelenkaußenelementes 310 (410)
ausgebildet ist, und hat einen Durchmesser, der geringer ist als
der Durchmesser des umschriebenen Kreises der Rollen 330,
die an den Lagerzapfen 226 angebracht sind. Somit berührt die
Spreizfeder 342 die Rollen 330, wenn diese zum Öffnungsende
des Außenverbindungselementes 310 (410)
bewegt werden, so dass die Tripode 320 nicht herausfallen
kann.
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Die
Patendruckschrift 2 beschreibt eine Technik zum Verhindern des Herausfallens
der Rollen. Insbesondere ist, wie es in 13 gezeigt
ist, eine Rollenführungsfläche 514 eines
Gelenkaußenelementes 510 eines Tripoden-Gleichlaufgelenkes durch
Wärmebehandlung gehärtet, mit Ausnahme eines Öffnungsendabschnittes 544 des
Gelenkaußenelementes 510, und ist ein hervorstehender
Abschnitt 546 in dem nicht gehärteten Öffnungsendabschnitt 544 durch
plastische Bearbeitung ausgebildet. Die hervorstehenden Abschnitte 546 berühren
die Rollen, um dadurch ein Herabfallen der Rollen zu verhindern.
In 13 stellt ein Punktmuster einen Bereich 542 dar,
der durch die Wärmebehandlung gehärtet ist.
- [Patentdruckschrift
1] Offenlegungsschrift der japanischen
Gebrauchsmusteranmeldung No. Sho 61-24528
- [Patentdruckschrift 2] Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung No. 2002-235766
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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PROBLEME DIE MIT DER ERFINDUNG
GELÖST WERDEN SOLLEN
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Bei
den herkömmlichen Technologien, die oben beschrieben sind,
muss bei beiden Patentdruckschriften 1 und 2 eine Einheit, die das
Herausfallen verhindert, durch Anbringen einer Spreizfeder am Öffnungsende
des Gelenkaußenelementes oder durch plastische Bearbeitung
ausgebildet werden, nachdem die Tripode und die Rollen, die integraler Bestandteil
der Welle sind, in das Gelenkaußenelement eingesetzt worden
sind. Somit erfordert das Zusammensetzen einen erheblichen Aufwand.
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Ein
Ziel dieser Erfindung besteht darin, das Zusammensetzen eines auslenkenden
Gleichlaufgelenkes zu vereinfachen.
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EINRICHTUNGEN ZUM LÖSEN
DER PROBLEME
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Diese
Erfindung gibt ein auslenkendes Gleichlaufgelenk an, enthaltend:
ein Gelenkaußenelement, das mit einer Antriebswelle oder
einer angetriebenen Welle zu verbinden ist, ein Gelenkinnenelement,
das mit der angetriebenen Welle oder der Antriebswelle zu verbinden
ist, ein Drehmomentübertragungselement, das ein Drehmoment
zwischen dem Gelenkaußenelement und dem Gelenkinnenelement überträgt,
wobei das Drehmomentübertragungselement entlang einer Spur
beweglich ist, die im Inneren des Gelenkaußenelementes
ausgebildet ist, wobei eine Einrichtung, die ein Herausfallen verhindert,
an einem Öffnungsendabschnitt des Gelenkaußenelementes
derart angebracht ist, dass das Gelenkaußenelement, das
Gelenkinne nelement und das Drehmomentübertragungselement
zu einem einzigen Gehäuse integriert sind und das Gelenkinnenelement sowie
das Drehmomentübertragungselement in dem Gelenkaußenelement
aufgenommen sind. Wie er hier verwendet wird, bezeichnet der Begriff ”Gehäuse” eine
Einheit, die als Ganzes ohne Trennung ihrer Bestandteile gehandhabt
werden kann.
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Beispielsweise
kann die Einheit, die ein Herausfallen verhindert, dadurch Ausgebildet
sein, dass eine Spreizfeder am Öffnungsendabschnitt des
Gelenkaußenelementes angebracht ist oder ein hervorstehender
Abschnitt auf der Spur in einer Position vorgesehen ist, die von
der Öffnungsstirnfläche des Gelenkaußenelementes
zurückgesetzt ist.
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Ist
der hervorstehenden Abschnitt auf der Spur angebracht, berührt
eine Rolle diesen hervorstehenden Abschnitt. Wenn sich die Rolle
auf die Seite der Öffnungsstirnfläche des Gelenkaußenelementes
zubewegt, berührt die Rolle den hervorstehenden Abschnitt
derart, dass die Bewegung über den hervorstehenden Abschnitt
hinaus beschränkt ist. Auf diese Weise kann ein Herausfallen
ohne Hinzufügen einer Spreizfeder oder einer ähnlichen
Einrichtung, die das Herausfallen verhindert, vermieden werden.
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Durch
Ausbilden der hervorstehenden Abschnittes an einer Position, die
von der Öffnungsstirnfläche des Gelenkaußenelementes
zurückgesetzt ist, und Ausformen der bearbeiteten Fläche
des hervorstehenden Abschnittes derart, dass ein spitzer Winkel
mit der Öffnungsstirnfläche des Gelenkaußenelementes
ausgebildet wird, kann das Gelenkaußenelement durch eine
geringe Kraft in wirkungsvoller Weise verformt werden, während
eine unnötige Verformung vermieden wird. Durch effektive
Formgebung der Anordnung und Gestalt des hervorstehenden Abschnittes,
der die Einrichtung bildet, die ein Herausfallen verhindert, kann
eine stabile Zugfestigkeit sichergestellt werden.
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Der
hervorstehende Abschnitt kann auf einfache Art und Weise kostengünstig
ausgebildet werden, indem der hervorstehende Abschnitt in einer
Position angeordnet wird, die von der Öffnungsstirnfläche
des Gelenkaußenelementes zurückgesetzt ist, und
der hervorstehende Abschnitt derart geformt wird, dass dessen Oberfläche
auf der Seite der Öffnungsstirnfläche des Gelenkaußenelementes
einen spitzen Winkel mit der Öffnungsstirnfläche
bildet. Insbesondere kann der hervorstehende Abschnitt durch plastisches
Verformen der Spur mit Hilfe eines Gesenkschmiedewerkzeugs ausgebildet
werden. Wenn ein Gesenkschmiedewerkzeug mit keilförmigen Oberflächen
verwendet wird, können zwei bearbeitete Flächen
gleichzeitig mit einer geringen Kraft geformt werden. Da die bearbeiteten
Flächen der hervorstehenden Abschnitte (die Oberflächen
auf der Seite der Öffnungsstirnfläche des Gelenkaußenelementes)
spitze Winkel mit der Öffnungsstirnfläche bilden,
kann ein hohes Vorsprungsmaß sichergestellt werden, wenn
eine konstante Presstiefe des Gesenkschmiedewerkzeugs verwendet
wird, wobei eine wirkungsvolle plastische Verformung bei geringer Kraft
erzielt werden kann.
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Ist
der spitze Winkel, d. h. der Winkel der bearbeiteten Oberfläche
des hervorstehenden Abschnittes, α, dann ist der Winkel α vorzugsweise
wenigstens 10° und höchstens 60° und
bestenfalls wenigstens 115° und höchstens 45°.
Ist der Winkel α klein, wie etwa geringer als 10°,
ist eine große Kraft erforderlich, um das Gesenkschmiedewerkzeug
einzudrücken. Ist der Winkel α groß,
nimmt das Vorsprungsmaß des hervorstehenden Abschnittes
zu und die Kraft ab. Überschreitet jedoch der Winkel α 45°,
nimmt das Vorsprungsmaß ab. Überschreitet der Winkel α 60°,
erhöht sich die radial nach außen gerichtete Kraftkomponente,
die während des Gesenkschmiedens erzeugt wird, und führt
dazu, dass der Abstand zwischen den Spuren vergrößert
wird. Unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Tatsache muss
der Winkel α wenigstens 10° und höchstens 60° betragen
und ist wünschenswerterweise wenigstens 15° und
höchstens 45°.
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Vorzugsweise
beträgt die Höhe des hervorstehenden Abschnittes,
der von der Spur hervorsteht, wenigstens 0,4 mm. Der Spalt zwischen
der Spur des Gelenkaußenelementes und der Außenumfangsfläche
der Rolle beträgt maximal 0,2 mm. Wenn die hervorstehende
Höhe des hervorstehenden Abschnittes wenigstens 0,4 mm
beträgt, kann somit der hervorstehende Abschnitt die Rolle
berühren, so dass die erforderliche Zugfestigkeit zuverlässig
sichergestellt werden kann.
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Wünschenswerterweise
beträgt die Breite des hervorstehenden Abschnittes, d.
h. die Größe desselben in radialer Richtung des
Gelenkaußenelementes betrachtet, wenigstens 4 mm. Der Grund hierfür
ist, dass, wenn die Breite des hervorstehenden Abschnittes gering
ist, Schwankungen der Zugfestigkeit auftreten.
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Es
ist erwünscht, dass die Zugfestigkeit wenigstens 490 N
beträgt. Die Zugfestigkeit von 490 N bedeutet, dass die
Rolle aus dem Gelenkaußenelement herausgezogen werden kann,
wenn eine Kraft von wenigstens 490 N auf die Rolle in einer axialen Richtung
des Gelenkaußenelementes wirkt. Wenn es in einem Fahrzeug
installiert ist, kann das Gleichlaufgelenk sein Eigengewicht tragen,
sowie das Gewicht der Anschlussbauteile, wie etwa eines Radkörpers, wobei
die Gesamtgewichtkraft in Abhängigkeit des Fahrzeugtyps
294 bis 490 N beträgt. Somit beträgt die Zugfestigkeit
wenigstens 490 N.
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Bei
dem auslenkenden Gleichlaufgelenk überträgt das
Drehmomentübertragungselement das Drehmoment, während
es sich auf der Spur abwälzt. Somit ist es erforderlich,
dass die Spur eine Lange Abwälzlebensdauer hat. Die Abwälzlebensdauer kann
durch Härten der Spur durch Wärmebehandlung verbessert
werden, wobei dadurch die Lebensdauer des Gelenkes und die Drehmomentaufnahmefähigkeit
verbessert werden können. Wird jedoch die gesamte Spur
gehärtet, besteht die Gefahr, dass das Basismaterial während
der plastischen Bearbeitung infolge eines Mangels an Duktilität
reißt. Daher wird, um das Gesenkschmieden ohne die Verursachung von
Schwierigkeiten ausführen zu können, ein hervorstehender
Abschnitt der Spur, der tiefer angeordnet ist als der hervorstehende
Abschnitt (auf der Seite gegenüberliegend zur Öffnungsstirnfläche
im Bezug auf den hervorstehenden Abschnitt), einer Wärmebehandlung
unterzogen. Ein nicht gehärteter Abschnitt, der eine geringere
Härte und eine höhere Duktilität als
die gehärtete Rollenführungsfläche aufweist,
wird dadurch in der Nähe der Öffnungsstirnfläche
ausgebildet. Anschließend wird der hervorstehende Abschnitt
durch plastische Verformung des nicht gehärteten Abschnittes
ausgebildet. Auf diese Weise kann ein Reißen des Basismaterials
infolge der plastischen Verformung verhindert werden. Um das Reißen
das Basismaterials wirkungsvoll zu verhindern, ist es erwünscht,
die Oberflächenhärte des nicht gehärteten
Abschnittes auf höchstens 40 HRC (Rockwell-Härte,
Verfahren nach Skala C, dasselbe gilt im folgenden) einzustellen.
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Es
können beliebige unterschiedlicher Härtungsbehandlungen
als Oberflächenhärtungsbehandlung für
die Spur angewendet werden. Insbesondere kann die Induktionshärtung
vorteilhaft genutzt werden. Der Grund hierfür ist, dass
eine lokale Erwärmung ausgeführt und die Tiefe
der gehärteten Schicht frei gewählt werden kann.
Darüber hinaus kann die Wärme derart reguliert
werden, dass sie in großem Umfang andere Teile als die
gehärtete Schicht nicht in Mitleidenschaft zieht, so dass
das Materialverhalten des Basismaterials unverändert bleibt.
Somit ist die Induktionshärtung als Wärmebehandlung
für die Oberflächenhärtung der Spur geeignete,
mit Ausnahme eines Abschnittes in der Nähe der Öffnungsstirnfläche
des Gelenkaußenelementes, wie es oben erläutert
wurde. Natürlich wird Einsatzhärten angewendet.
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Diese
Erfindung ist auf auslenkende Gleichlaufgelenke, wie etwa Tripoden-Gleichlaufgelenke, Doppelversatz-Gleichlaufgelenke
und Kreuzrillen-Gleichlaufgelenke anwendbar.
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AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Bei
dieser Erfindung, bei der das Gelenkinnenelement und das Drehmomentübertragungselement
von einer Welle getrennt und in den Topf des Gelenkaußenelementes
eingefügt sind, ist die Einrichtung, die das Herausfallen
verhindert, in dem Öffnungsendabschnitt des Gelenkaußenelementes
vorgesehen, wobei diese Bauteile zu einem einzigen Gehäuse
integriert sind. Auf diese Weise kann das auslenkende Gleichlaufgelenk
lediglich durch Befüllen mit Fett, Einfügen der
Welle und Anbringen eines Faltenbalges zusammengesetzt werden, so
dass der Zusammenbau stark vereinfacht ist.
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Im
folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Vertikalquerschnittsansicht eines Gehäuses eines Tripoden-Gleichlaufgelenks, das
eine Ausführungsform dieser Erfindung darstellt.
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2A ist
eine Stirnansicht des Gelenkes aus 1.
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2B ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie b-b aus 2A.
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3A ist
eine Stirnansicht eines Gelenkaußenelementes.
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3B ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie b-b aus 3A.
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3C ist
eine Aufsicht eines Gesenkschmiedewerkzeuges.
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4A ist
eine Vertikalquerschnittansicht des Gelenkaußenelementes
vor dem Gesenkschmieden.
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4B ist
eine Aufsicht von 4A.
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4C ist
eine Seitenansicht aus 4B.
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5A ist
eine Vertikalschnittansicht des Tripoden-Gleichlaufgelenks.
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5B ist
eine horizontale Querschnittsansicht des Tripoden-Gleichlaufgelenks
aus 5A.
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6 ist
eine Vertikalquerschnittsansicht eines Doppelversatz-Gleichlaufgelenks.
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7 ist
eine Vertikalschnittansicht einer inneren Teilanordnung aus 6.
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8 ist
eine Stirnansicht eines Gelenkaußenelementes aus 6.
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9 ist
eine Vertikalschnittansicht eines Kreuzrillen-Gleichlaufgelenks.
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10 ist
eine Stirnansicht des Gelenks aus 9.
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11 ist
eine Abwicklung von Kugelrillen des Gelenks aus 9.
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12A ist eine Stirnansicht eines Tripoden-Gleichlaufgelenks,
das mit einer spreizfedernartigen Einheit versehen ist, die ein
Herausfallen verhindert.
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12B ist eine Stirnansicht eines weiteren Tripoden-Gleichlaufgelenks,
das mit einer spreizfedernartigen Einheit versehen ist, die ein
Herausfallen verhindert.
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13 ist
eine Vertikalteilquerschnittsansicht des Außenringes eines
Tripoden-Gleichlaufgelenks.
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14 ist
eine Vertikalquerschnittsansicht, die einen Montagevorgang eines
Gehäuses (ein Gelenkaußenelement, eine Tripode
und Rollen) und einer Welle zeigt.
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- 10
- Gelenkaußenelement
- 12
- Maulabschnitt
- 14
- Spurrille
- 16
- Rollenführungsfläche
- 18
- Schaftabschnitt
- 20
- Tripode
- 22
- Buckel
- 24
- Zahnloch
- 26
- Lagerzapfen
- 27
- Flansch
- 28
- Ringnut
- 29
- Laufflächenrille
- 30
- Rolle
(Drehmomentübertragungselement)
- 32
- Nadelrolle
- 34
- Innenscheibe
- 36
- Außenscheibe
- 38
- Sicherungsring
- 40
- hervorstehender
Abschnitt
- 44
- Gesenkschmiedewerkzeug
- 50
- Welle
- 52
- Ringnut
- 54
- Spreizfeder
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BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Zunächst
wird unter Bezugnahme auf 5A und 5B der
Grundaufbau eines Tripoden-Gleichlaufgelenks erläutert.
Die Hauptbestandteile des Tripoden-Gleichlaufgelenks umfassen ein Gelenkaußenelement 10,
das als Gelenkaußenelement verwendet wird, eine Tripode 20,
die als Gelenkinnenelement verwendet wird, und Rollen 30,
die als Drehmomentübertragungselemente verwendet werden.
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Das
Gelenkaußenelement 10 enthält einen Maulabschnitt 12 und
einen Schaftabschnitt 18 und ist mit einer ersten von zwei
Wellen durch Keilprofile (oder Ver zahnungen, dasselbe gilt im folgenden)
des Schaftabschnittes in einer ein Drehmoment übertragenden
Weise verbunden. Der Maulabschnitt 12 hat eine topfähnliche
Form und verfügt über sich in axialer Richtung
erstreckende Spurrillen 14, die in in Umfangsrichtung dreigeteilten
Abschnitten seines Innenumfangs ausgebildet sind. Die gegenüberliegenden Wände
der Spurrillen 14 dienen als Rollenführungsflächen 16.
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Die
Tripode 20 enthält einen Buckel 22 und Lagerzapfen 26 und
ist in einer ein Drehmoment übertragenden Weise mit einer
zweiten der beiden Verbindungswellen durch ein Zahnloch 24 zu
verbinden, das an der Wellenmitte des Buckels 22 ausgebildet
ist. Die Lagerzapfen 26 ragen radial von den in Umfangrichtung
dreigeteilten Abschnitten des Buckelabschnittes 22 hervor.
Jeder der Lagerzapfen 26 hat eine zylindrische Form und
enthält eine Ringnut 28, die in der Nähe
seines Endes ausgebildet ist.
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Die
Rollen 30 sind durch die Lagerzapfen 26 mittels
einer großen Zahl von Nadelrollen 32 drehbar gelagert.
Die Nadelrollen 32 sind zwischen den Lagerzapfen 26 und
den Rollen 30 in einem vollständig komplementären
Zustand installiert. Die Außenumfangsflächen der
Lagerzapfen 26 dienen als innere Laufflächen für
die Nadelrollen 32 und die Innenumfangsflächen
der Rollen 30 dienen als äußere Laufflächen
für die Nadelrollen 32. Eine Innenscheibe 34 und
eine Außenscheibe 36 sind auf gegenüberliegenden
Stirnseiten der Nadelrollen 32 angebracht, und ein Sicherungsring 38,
der ein Abfallen verhindert, ist auf der Stirnseite jedes Lagerzapfens 26 angebracht.
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Jede
Außenscheibe 36 weist einen scheibenförmigen
Abschnitt, der sich in der radialen Richtung des Lagerzapfens 26 erstreckt,
sowie einen röhrenförmigen Abschnitt auf, der
sich in der axialen Richtung des Lagerzapfens 26 erstreckt.
Die Sicherungsringe 38 sind an Ringnuten 28 der
Lagerzapfen 26 angebracht. Der Außendurchmesser
der Sicherungsringe 38, die an den Ringnuten 28 angebracht sind,
ist größer als der Innendurchmesser der Scheibenabschnitte
der Außenscheiben 36. Somit ist die Bewegung der
Außenscheiben 36 zur Wellenstirnseite der Lagerzapfen 26 begrenzt.
Der Außendurchmesser der röhrenförmigen
Abschnitte der Außenscheiben 36 ist gleich dem
oder geringfügig kleiner als der Durchmesser des umschriebenen
Kreises der Nadelrollen 32, so dass die Nadelrollen 32 nicht
abfallen können. Der Außendurchmesser der röhrenförmigen
Abschnitte der Außenscheiben 36 ist geringer als
der Innendurchmesser der Rollen 30, und der Durchmesser
der Kantenabschnitte der röhrenförmigen Abschnitte
ist größer als der Innendurchmesser der Rollen 30.
Somit können sich die Rollen 30 eine vorbestimmte
Distanz in den Achsrichtungen der Lagerzapfen 26 bewegen.
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1, 2A und 2B zeigen
ein Beispiel, bei dem auf die Innenschreiben 34, die Außenscheiben 36 und
die Sicherungsringe 38 verzichtet wurde, um die Anzahl
von Bauteilen zu verringern. In diesem Fall sind die Ringnuten 28 der
Lagerzapfen 26 nicht vorgesehen. Anstelle der Ringnuten 28 sind Flansche 27 an
den Enden der Lagerzapfen 26 ausgebildet, so dass Laufflächenrillen 32 für
die Nadelrollen 32 ausgebildet sind. Die Nadelrollen 32 sind
in den Laufflächenrillen 29 aufgenommen, und die
axiale Bewegung der Rollen 32 ist durch die gegenüberliegenden
Wände der Laufflächenrillen 29 begrenzt.
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Das
Gelenkaußenelement 10 besteht beispielsweise aus
Kohlenstoffstahl (wie etwa S53C), der 0,15 bis 0,60 Gew.-% Kohlenstoff
enthält und durch Verfahren wie etwa Schmieden, Spanabhebung,
Wärmebehandlung und Schleifen des Schaftabschnittes 18 ausgebildet
ist.
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Die
oben genannte Wärmebehandlung umfasst das Oberflächenhärten
für die Rollenführungsflächen 16.
Beispielsweise sind die Rollenführungsflächen 16 auf
wenigstens 55 HRC durch Wärmbehandlung, wie etwa Abschrecken,
gehärtet, um eine Abwälzlebensdauer hervorzurufen,
die ausreichend ist, um der Abwälzbewegung der Rollen 36 zu
widerstehen. Abschnitte der Rollenführungsflächen 16,
die sich in der Nähe der Öffnungsstirnfläche
des Gelenkaußenelementes 10 befinden, werden der
Wärmebehandlung nicht unterzogen, so dass nicht gehärtete
Abschnitte erhalten bleiben. Die Oberflächenhärte der
nicht gehärteten Abschnitte beträgt höchstens
40 HRC, um das Auftreten von Rissen während der Ausformung
der hervorstehenden Abschnitte 40 zu vermeiden, die später
beschrieben werden. Bei normalen Gebrauchsbedingungen rollen die
Rollen 36 nicht auf den ungehärteten Abschnitten
der Rollenführungsflächen 16, die sich
in der Nähe der Öffnungsstirnfläche des
Gelenkaußenelementes 10 befinden, und somit verursacht
der Verzicht auf die Wärmebehandlung keine speziellen Probleme.
Wie es oben erläutert wurde, können die nicht
gehärteten Abschnitte als nicht abgeschrecktes Rohmaterial
ausgebildet sein, das der Wärmebehandlung nicht unterzogen wurde.
Darüber hinaus können die nicht gehärteten Abschnitte
durch eine geeignete Wärmebehandlung ausgebildet werden,
die derart ausgeführt wird, dass die Oberflächenhärte
40 HRC nicht übersteigt. Wie es oben beschrieben wurde,
sind die nicht gehärteten Abschnitte in begrenzten Bereichen
der Rollenführungsfläche 16 ausgebildet.
Somit werden vorzugsweise die Rollenführungsflächen 16 durch
Induktionshärten wärmebehandelt, bei der eine
lokale Erwärmung auf einfache Art ausgeführt wird
und die Wärme derart gesteuert werden kann, dass sie andere
Teile als die gehärtete Schicht nicht übermäßig
in Mitleidenschaft zieht. Darüber hinaus kann ein Härten
durch Hufkohlen Anwendung finden.
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Unter
Bezugnahme auf 1, 2A und 2B sind
die hervorstehenden Abschnitte 40 auf den Rollenführungsflächen 16 ausgebildet
und dicht am Öffnungsende des Außenrings 10 angeordnet. Wie
in 3A bis 3C und 4A bis 4C gezeigt,
sind die hervorstehenden Abschnitte 40 durch Gesenkschmieden
der Rollenführungsflächen 16 des Gelenkaußenelementes 10 mit
Hilfe eines Gesenkschmiedewerkzeuges 44 derart ausgebildet, dass
die Rollenführungsflächen 16 lokal plastisch verformt
sind. In 3A kennzeichnet das Bezugszeichen
B die Abmessung der hervorstehenden Abschnitte 40 in der
radialen Richtung des Gelenkaußenelementes 10.
In 3B kennzeichnet das Bezugszeichen D die Gesenkschmiedetiefe;
das Bezugszeichen H die Höhe der hervorstehenden Abschnitte 40,
die von den Rollenführungsflächen 16 hervorstehen;
und das Bezugszeichen L die Eintauchlänge des Gesenkschmiedewerkzeugs 44,
das in das Gelenkaußenelement 10 von dessen Öffnungsstirnfläche
in der axialen Richtung eingeschoben wird. Wenn die Gesenkschmiedetiefe
D zu gering ist, ist die hervorstehende Höhe H der hervorstehenden
Abschnitte 40 gering. Eine übermäßig
große Gesenkschmiedetiefe D verursacht Schwierigkeiten bei
der Bearbeitung. Der Zweck der Ausformung der hervorstehenden Abschnitte 40 besteht
darin zu verhindern, dass die Rollen 36 herabfallen. Somit
ist eine geeignete Gesenkschmiedetiefe D wenigstens 0,3 mm und höchstens
5 mm.
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Das
Gesenkschmiedewerkzeug 44, das in 3C gezeigt
ist, hat abgeschrägte Oberflächen, die gegen das
Gelenkaußenelement 10 gedrückt werden,
wobei zwei hervorstehende Abschnitte 40 gleichzeitig bearbeitet
werden können. Das Gesenkschmieden wurde mit unterschiedlichen
Winkeln α ausgeführt, wobei sich folgendes gezeigt
hat. Werden Vergleiche unter Verwendung derselben Eindringlänge
L (siehe 3B) gemacht, so ist eine große
Kraft für kleine Winkel α (weniger als 10°)
erforderlich. Wenn der Winkel α zunimmt, nimmt auch die Vorsprungshöhe
H zu und nimmt die erforderlich Kraft ab. Wenn der Winkel α jedoch
45° überschreitet, nimmt die Vorsprungshöhe
H ab. Überschreitet der Winkel α 60°,
wird die Verformung der gegenüberliegenden Rollenführungsflächen
in einer Richtung eines zunehmenden Abstandes zwischen beiden während
der Ausformung der hervorstehenden Abschnitte 40 signifikant.
Daher muss der Winkel α wenigstens 10° und höchsten
60° betragen und ist vorzugsweise wenigstens 15° und
höchstens 45°.
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Bei
dem Beispiel, das in 3A gezeigt ist, werden zwei
gegenüberliegende Spuren in einem Ablauf durch Gesenkschmieden
ausgebildet. Die Spuren können jedoch auch nacheinander
geschmiedet werden, oder es können Spuren gleichzeitig
in drei Abläufen geschmiedet werden. Darüber hinaus
kann nur eine Spur in einem Ablauf durch Gesenkschmieden ausgebildet
werden. Es können lediglich die Spuren geschmiedet werden,
oder die Spuren sowie die Abschnitte, die diese umgeben, geschmiedet
werden.
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In 4A bis 4C ist
nur das Gelenkaußenelement 10 dargestellt. Das
Gesenkschmieden wird jedoch mit einem Tripoden-Satz (20, 30)
ausgeführt, der in das Gelenkaußenelement 10 eingefügt wird,
um ein Gehäuse (10, 20, 30)
auszubilden. Eine Anordnung, die die Tripode 20, die Rollen 30,
die Nadelrollen 32 und andere Beuteile enthält,
wird als Tripoden-Satz bezeichnet. In 3A ist
der Tripoden-Satz (20, 30) in dem Gelenkaußenelement 10 aufgenommen,
um das Gehäuse auszubilden. Die Ausbildung des Gehäuses
ermöglicht es, dass das Gelenkaußenelement 10 und
der Tripoden-Satz (20, 30) als eine einzige Einheit
gehandhabt werden können. Die Einheit, die das Herausfallen
verhindert und in dem Öffnungsendabschnitt des Gelenkaußenelementes 10 vorgesehen
ist, kann von einem Typ sein, bei dem ein Federring angebracht ist
(siehe 12A und 12B).
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Wie
es in 14 gezeigt ist, wird eine Spreizfeder 54 verwendet
um zu verhindern, dass eine Welle 50 aus der Tripode 20 fällt.
Die Welle 50 mit der Spreizfeder 54, die in einer
Ringnut 52 in dem Endabschnitt der Welle angebracht ist,
wird in das Zahnloch 24 der Tripode 20 eingefügt,
die in das Gehäuse ausgebildet ist. Sobald die Spreizfeder 54 einen
ausgenommenen Abschnitt auf der Stirnseite des Zahnloches 24 erreicht,
nimmt der Durchmesser der Spreizfeder 54 federnd zu und
die Spreizfeder 54 wird in den ausgenommenen Abschnitt
der Tripode 20 eingepasst. Wie es in der Zeichnung dargestellt ist,
ist das Größenverhältnis derart eingestellt,
dass das Ende der Welle 50 nicht gegen den Boden des Maulabschnittes
des Gelenkaußenelementes 10 stößt,
bevor die Spreizfeder 54 in einer vorbestimmten Position
in einer vorbestimmten Form angebracht ist.
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Die
Spreizfeder 54 mit ihrem erweiterten Durchmesser berührt
die Seitenwände der Ringnut 52 der Welle 50 und
die Seitenwände des ausgenommenen Abschnittes der Tripode 20 und
dient als Element, das ein Herausfallen verhindert. Die Seitenwände
des ausgenommenen Abschnittes der Tripode 20 sind geneigte
Oberflächen im Bezug auf die Mittelachse der Tripode 20.
Wenn eine axiale Kraft in der Zugrichtung der Welle 20 aus
der Tripode 20 ausgeübt wird, wird eine Kraftkomponente
in der Richtung ausgeübt, die den Durchmesser der Spreizfeder 54 verringert.
Wenn eine axiale Kraft, größer als ein vorbestimmter
Wert auf die Welle 50 ausgeübt wird, wird die
Spreizfeder 54 somit in ihrem Durchmesser verringert, tritt
in die Ringnut 52 der Welle 50 ein und verlässt
den ausgesparten Abschnitt der Tripode 20, so dass die
Tripode 20 und die Welle 50 voneinander getrennt
werden können. Wenn die Tripode 20 und die Welle 50 so
beschaffen sind, dass sie lösbar miteinander verbunden
sind, kann das Gehäuse ausgetauscht werden.
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Wird
der Tripoden-Satz (20, 30) von der Welle 50 getrennt
und in das Gelenkaußenelement 10 eingefügt,
befindet sich die Einrichtung, die das Herausfallen verhindert,
in dem Öffnungsrandabschnitt des Gelenkaußenelementes 10.
Auf diese Weise sind das Gelenkaußenelement 10 und
der Tripoden-Satz (20, 30) zu einem Gehäuse
integriert, so dass der Außenring 10 und der Tripoden-Satz
(20, 30) als Ganzes als eine einzige Einheit gehandhabt werden
können. Die Ausbildung des Gehäuses gestattet
den Zusammenbau des Tripoden-Gleichlaufgelenks lediglich durch Befüllen
mit Fett, Einfügen der Welle und Anbringen eines Faltenbalges
(nicht gezeigt), wodurch die Arbeit des Zusammenbaus stark vereinfacht
ist. Zum Vergleich folgt eine kurze Beschreibung der herkömmlichen
Technologie. Eine Welle wird an einem Tripoden-Satz angebracht,
mit einer Spreizfeder geklemmt und anschließend in ein Gelenkaußenelement
eingefügt. Anschließend wird eine Einrichtung,
die das Herausfallen verhindert, an dem Öffnungsendabschnitt
des Gelenkaußenelementes angebracht.
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Die
Beschreibung erfolgte für ein Beispiel, bei dem die Erfindung
auf einen Typ des Tripoden-Gleichlaufgelenks angewendet wird. Die
Erfindung ist jedoch auf andere Typen des Tripoden-Gleichlaufgelenks
und zudem auf auslenkende Gleichlaufgelenke eines anderen Typs als
den des Tripoden-Typs anwendbar.
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8 bis 6 zeigen
ein Beispiel eines Doppelversatz-Gleichlaufgelenks. Das Doppelversatz-Gleichlaufgelenk
ist ein auslenkendes Gleichlaufgelenk, das Hauptbestandteile enthält,
die ein Gelenkaußenelement 110, ein Gelenkinnenelement 120,
Kugeln 130, die als Drehmomentübertragungselemente
verwendet werden, und einen Käfig 132 umfassen,
der die Kugeln 130 hält.
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Das
Gelenkaußenelement 110 hat eine röhrenförmige
Innenumfangsfläche 112, wobei Kugelrillen 114,
die sich in axialer Richtung erstrecken, in der Innenumfangsflache 112 in
regelmäßigen Intervallen in der Umfangsrichtung
ausgebildet sind. Das Gelenkaußenelement 110 ist
von einem Flanschtyp und dazu bestimmt, durch einen Flansch 116,
der integraler Bestandteil desselben ist, mit einer ersten von zwei
Wellen (antreibende und angetriebene Well) so verbunden zu werden,
dass ein Drehmoment übertragen werden kann. Bei der folgenden
Beschreibung wird die Seite des Flansches 116 des Gelenkaußenelementes 110 (die
rechte Seite in 6) als Gelenkaußenelement-Rückseite
bezeichnet und die Seite gegenüberliegend der Gelenkaußenelement-Rückseite
(die linke Seite in 6) als Gelenkaußenelement-Vorderseite
bezeichnet. Das Flanschtyp-Gelenkaußenelement 110 hat Öffnungen
auf gegenüberliegenden Seiten. Somit ist eine Kappe 118 an
einem Öffnungsabschnitt auf der Gelenkaußenelement-Rückseite
angebracht, da die Innenseite des Gelenkaußenelementes 110 mit
Fett gefüllt werden muss. Das Gelenkaußenelement
kann von einem Typ sein, bei dem ein Schaftabschnitt vorgesehen
ist, der eine Kerbzahnwelle hat.
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Das
Gelenkinnenelement 120 hat eine kugelförmige Außenumfangsfläche 122,
wobei sich axial erstreckende Kugelrillen 124 in der Außenumfangsfläche 122 in
regelmäßigen Intervallen in deren Umfangsrichtung
ausgebildet sind. Das Gelenkinnenelement 120 ist dazu bestimmt,
durch ein Zahnloch 126, das in einem zentralen Abschnitt
seiner Welle ausgebildet ist, mit einer zweiten von zwei Wellen
(antreibende und angetriebene Welle) derart verbunden zu werden,
dass ein Drehmoment übertragen werden kann.
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Die
Kugelrillen 114 des Gelenkaußenelementes 110 sind
mit den Kugelrillen 124 des Gelenkinnenelementes 20 paarweise
angeordnet, wobei eine Kugel 130 zwischen jedem Paar der
Kugelrillen 114 und 124 angeordnet ist. Es kann
eine beliebige Zahl von Kugeln verwendet werden, wobei jedoch im allgemeinen
6 oder 8 Kugeln 130 verwendet werden. Sämtliche
Kugeln 130 sind durch den Käfig 132 in
einer einzigen Ebene gehalten.
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Der
Käfig 132 verfügt über Taschen 134 für die
Aufnahme der Kugeln 130, die in vorbestimmten Intervallen
in der Umfangsrichtung ausgebildet sind. Eine Außenumfangsfläche 136 des
Käfigs 132 hat einen konvexen kugelförmigen
Abschnitt, der mit der Innenumfangsfläche 112 des
Gelenkaußenelementes 110 in Berührung
gelangt, und eine Innenumfangsfläche 138 des Käfigs 132 hat
einen konkaven kugelförmigen Abschnitt, der mit einer Außenumfangsfläche 122 des
Gelenkinnenelementes 120 in Berührung gelangt.
Das Kugelzentrum des konvexen kugelförmigen Abschnittes
der Außenumfangsfläche 136 und das Kugelzentrum
des konkaven kugelförmigen Abschnittes der Innenumfangsfläche 138 sind
in entgegengesetzten axialen Richtungen um denselben Abstand im
Bezug auf das Gelenkzentrum O versetzt. Die Taschen 134 sind
so ausgebildet, dass sich die axialen Positionen der Zentren der
Kugeln an den Halbierungspunkten des Abstandes zwischen dem Kugelzentrum
des konvexen kugelförmigen Abschnittes der Außenumfangsfläche 136 des
Käfigs 132 und dem Kugelzentrum des konkaven kugelförmigen
Abschnittes der Innenumfangsfläche 138 befinden.
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Bei
dem Doppelversatz-Gleichlaufgelenk entsprechen die Kugelrillen 114 des
Gelenkaußenelementes 110 den Spuren, die oben
erläutert wurden. Wie es in 4 und 6 gezeigt
ist, ist durch Vorsehen hervorstehender Abschnitte 140 auf
den Ku gelrillen 114 die Bewegung der Kugeln 130 hin
zur Öffnungsstirnfläche des Gelenkaußenelementes 110 begrenzt,
wodurch verhindert werden kann, dass das Gelenkinnenelement 120 aus
dem Gelenkaußenelement 110 fällt.
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9 bis 11 zeigen
ein Beispiel eines Kreuzrillen-Gleichlaufgelenks. Das Kreuzrillen-Gleichlaufgelenk
enthält Hauptbestandteile, die ein Gelenkaußenelement 210,
ein Gelenkinnenelement 220, Kugeln 230, die als
Drehmomentübertragungselemente verwendet werden, und einen
Käfig 232 umfassen, der die Kugeln 230 hält.
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Das
Gelenkaußenelement 210 ist von einem Scheibentyp,
wobei Kugelrillen 214a und 214b in einer röhrenförmigen
Innenumfangsfläche 212 ausgebildet sind. Schraubenlöcher 216 sind
in regelmäßigen Intervallen in der Umfangsrichtung
derart ausgebildet, dass sie sich zwischen den Kugelrillen 214a und 14b des
Gelenkaußenelementes 210 befinden. Eine Stirnkappe 234 ist
an einem Stirnabschnitt des Gelenkaußenelementes 210 angebracht,
und ein Balgadapter 236 ist an dem anderen Ende angebracht.
Das Gelenkaußenelement kann von einem Flanschtyp oder einem
Glockentyp zusätzlich zum erwähnten Scheibentyp
sein.
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Kugelrillen 224a und 224b sind
in einer im wesentlichen kugelförmigen Außenumfangsfläche 222 des
Gelenkinnenelementes 220 ausgebildet. Das Gelenkinnenelement 220 hat
ein Zahnloch und ist an die Zahnwelle einer Welle, wie es mit Strichlinien
gezeigt ist, derart angepasst, dass ein Drehmoment übertragen
werden kann.
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Die
Kugelrillen 214a, die im Bezug auf die Achslinie des Gelenkaußenelementes 210 geneigt sind,
und die Kugelrillen 214b, die im Bezug auf die Achslinie
des Gelenkaußenelementes 210 in entgegengesetzter
Richtung zur Neigungsrichtung der Kugelrillen 214a geneigt
sind, sind alternierend in der Umfangsrichtung angeordnet. In ähnlicher
Weise sind die Kugelrillen 224a, die im Bezug auf die Achslinie
des Gelenkinnenelementes 220 geneigt sind, und die Kugelrillen 224b,
die im Bezug auf die Achslinie in entgegengesetzter Richtung zur
Neigungsrichtung der Kugelrillen 224a geneigt sind, alternierend
in der Umfangsrichtung angeordnet.
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Unter
Bezugnahme auf 11 ist der Kreuzungswinkel zwischen
der Achslinie und jeder der Kugelrillen 214a, 214b, 224a und 224b mit
dem Bezugszeichen β verse hen. Die Kugelrillen 214a des Gelenkaußenelementes 210 und
die Kugelrillen 224a des Gelenkinnenelementes 220,
die in entgegengesetzten Richtungen geneigt sind, sind paarweise
angeordnet, wobei der Winkel, der von den Rillen eingeschlossen
ist, mit 2β gekennzeichnet ist. In ähnlicher Weise
sind die Kugelrillen 214b des Gelenkaußenelementes 210 und
die Kugelrillen 224b des Gelenkinnenelementes 220,
die in entgegengesetzten Richtungen geneigt sind, paarweise angeordnet,
wobei der Winkel, der von den Rillen eingeschlossen ist, mit 2β gekennzeichnet
ist.
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Die
Kugeln 230 sind an Schnittpunkten zwischen den Paaren der
Kugelrillen 214a des Gelenkaußenelementes 210 und
der Kugelrillen 224a des Gelenkinnenelementes 220 bzw.
an Schnittpunkten zwischen den Paaren der Kugelrillen 214b des
Gelenkaußenelementes 210 und der Kugelrillen 224b des
Gelenkinnenelementes 220 angebracht. Bei dem Beispiel,
das in 10 gezeigt ist, ist die Zahl
der Kugeln 230 6.
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Bei
dem Kreuzrillen-Gleichlaufgelenk entsprechen die Kugelrillen 214a und 214b des
Gelenkaußenelementes 210 den oben beschriebenen
Spuren. Wie es in 9 und 10 gezeigt
ist, ist durch Vorsehen hervorstehender Abschnitte 240 auf
den Kugelrillen 214a und 214b die Bewegung der
Kugeln 230 hin zur Öffnungsstirnfläche
des Gelenkaußenelementes 210 beschränkt,
wodurch verhindert werden kann, dass das Gelenkinnenelement 220 aus dem
Gelenkaußenelement 210 fällt.
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Wird
ein auslenkendes Gleichlaufgelenk verwendet, das mit einem Käfig
versehen ist, können hervorstehende Abschnitte auf der
Innenumfangsfläche des Gelenkaußenelementes vorgesehen
sein. Bei dem Doppelversatz-Gleichlaufgelenk berühren durch
Vorsehen hervorstehender Abschnitte auf der Innenumfangsfläche 112 des
Gelenkaußenelementes 110, wie es in 6 gezeigt
ist, die hervorstehenden Abschnitte die Außenumfangsfläche 136 des
Käfigs 132, so dass dessen Bewegung begrenzt werden kann.
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Zusammenfassung
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Ein
auslenkendes Gleichlaufgelenk enthält ein Gelenkaußenelement 10,
das dazu bestimmt ist, mit einer Antriebswelle oder einer angetriebenen Welle
verbunden zu werden, ein Gelenkinnenelement 20, das dazu
bestimmt ist, mit der angetriebenen Welle oder der Antriebswelle
verbunden zu werden, und eine Drehmomentübertragungselement 30, das
ein Drehmoment zwischen dem Gelenkaußenelement 10 und
dem Gelenkinnenelement 20 überträgt,
wobei das Drehmomentübertragungselement 30 entlang
einer Spur beweglich ist, die im Inneren des Gelenkaußenelementes 10 ausgebildet
ist. Eine Herausfall-Verhinderungseinheit ist am Öffnungsendabschnitt
des Gelenkaußenelementes 10 derart vorgesehen,
dass das Gelenkaußenelement 10, das Gelenkinnenelement 20 und
das Drehmomentübertragungselement 30 zu einem
einzigen Gehäuse integriert sind und als einzige Einheit
gehandhabt werden können, wobei das Gelenkinnenelement 20 und das
Drehmomentübertragungselement 30 in dem Gelenkaußenelement 10 aufgenommen
sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 61-24528 [0004]
- - JP 2002-235766 [0004]