DE19514868C1

DE19514868C1 - Kugelgleichlaufdrehgelenk

Info

Publication number: DE19514868C1
Application number: DE1995114868
Authority: DE
Inventors: Hans-Heinrich Dipl In Welschof; Volker Dipl Ing Bergmann
Original assignee: Loehr and Bromkamp GmbH
Current assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Priority date: 1995-04-22
Filing date: 1995-04-22
Publication date: 1996-05-23
Anticipated expiration: 2015-04-23
Also published as: ES2129321A1; FR2733287B1; FR2733287A1; ES2129321B1; BR9602012A; MX9601512A

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgleichlaufdrehgelenk mit einem Gelenkaußenteil, das eine Innenausnehmung mit einer teilkugeli gen Innenfläche aufweist, in der erste längsverlaufende Kugel bahnen ausgebildet sind, einem in dieser Innenausnehmung ange ordneten Gelenkinnenteil mit teilkugeliger Oberfläche, in der längsverlaufende zweite Kugelbahnen ausgebildet sind, die da zwischenliegende längsverlaufende Führungsstege bilden, mit drehmomentübertragenden Kugeln, die in sich paarweise radial gegenüberliegenden ersten und zweiten Kugelbahnen angeordnet sind, sowie einem zwischen Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil einsitzenden ringförmigen Kugelkäfig mit innen und außen kugel abschnittsförmigen Oberflächen, der die Kugeln in einzelnen Käfigfenstern aufnimmt, in einer gemeinsamen Ebene hält und bei einer Abwinkelung des Gelenkaußenteils gegenüber dem Gelenkin nenteil auf die winkelhalbierende Ebene zwischen den Achsen der Gelenkbauteile führt, wobei die gekrümmten Mittellinien der Kugelbahnen zu den gekrümmten Mittellinien der zweiten Kugelbahnen spiegelsymmetrisch bezüglich einer durch die Mittelpunkte der Kugeln verlaufenden Gelenkmit telebene verlaufen und wobei die äußere Oberfläche des Käfigs in der innenkugeligen Innenfläche des Gelenkaußenteils und die innere kugelige Oberfläche dem Käfigs auf den Führungsstegen der außenkugeligen Oberfläche des Gelenkinnenteils geführt ist.

Gleichlaufdrehgelenke der genannten Art sind aus der DE 25 22 670 C2 bekannt. Die stirnseitigen Öffnungen des Kugelkäfigs, der im wesentlichen einen Abschnitt einer Hohlkugel darstellt, sind hierbei deutlich geringer als der größte Außendurchmesser des Gelenkinnenteils, das in den Kugelkäfig eingebracht werden muß.

Zur Montage wird daher das Gelenkinnenteil bei sich senkrecht kreuzenden Achsen der beiden Teile durch eine der endseitigen Öffnungen des Kugelkäfigs so eingefädelt, daß einer der Füh rungsstege des Gelenkinnenteils in ein Käfigfenster eintaucht.

Die vorgegebene axiale Länge des Gelenkinnenteils entsprechend der Länge der Führungsstege zwischen den Kugelbahnen bestimmt somit die Umfangslänge der Käfigfenster, die dadurch größer sein muß, als es die betriebliche Funktion des Gelenkes erfordern würde. Hierdurch wird die Festigkeit des Käfigs, der ohnehin das schwächste Bauteil im Gesamtsystem darstellt, nachteilig redu ziert.

Aus der DE 26 36 085 C2 ist ein Gleichlaufdrehgelenk der genann ten Art bekannt, bei dem die Führungsstege zwischen den Kugel bahnen des Gelenkinnenteils am axialen Ende mit der größeren Bahntiefe derart konisch überdreht sind, daß etwa eine über der Länge gleichbleibende Bahntiefe erzielt wird. Hierdurch ist bei der gleichen, zuvor bereits angesprochenen Art der Montage, bei der das Gelenkinnenteil und der Kugelkäfig mit sich senkrecht kreuzenden Achsen ineinander eingefädelt werden, diese Montage ohne vollständiges Eintauchen eines Führungssteges mit seiner gesamten Länge in eines der Fenster möglich. Die Umfangslänge der Käfigfenster läßt sich hierdurch unter Steigerung der Fe stigkeit des Käfigs, der das schwächste Bauteil im Gesamtsystem darstellt, steigern. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß bei einer relativen axialen Zugbelastung zwischen Gelenkinnenteil und Gelenkaußenteil die Abstützung zwischen Gelenkinnenteil und kugeliger Innenfläche des Käfigs im wesentlichen an den kantigen Übergängen zwischen kugeligem Teil des Führungssteges und koni scher Überdrehung erfolgt. Bei hohen Kräften kann es zu einem Verkanten und zu Schäden an beiden genannten Bauteilen kommen. Soweit die gekürzten Führungsstege eine axiale Kraftübertragung unmittelbar zwischen Gelenkinnenteil und Kugelkäfig aufgrund der vorstehenden Gegebenheiten nicht mehr sicherstellen, findet die Abstützung mittelbar über die Kugelbahnen des Gelenkinnenteils, die Kugeln und die Fensterausschnitte des Kugelkäfigs statt. Hierdurch erfährt der Kugelkäfig in nachteiliger Weise eine zusätzliche Belastung, die die Bruchgefahr erhöht.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gelenk der genannten Art derart weiterzubilden, daß sich die Festigkeit des Kugelkäfigs wesentlich steigern läßt, ohne daß im Betrieb funktionelle Nachteile bezüglich der Belastung der wech selseitigen Oberflächen zwischen Kugelkäfig und Gelenkinnenteil hinzunehmen sind.

Die Lösung hierfür ist gekennzeichnet durch die Merkmalskombina tion, daß ein erster Teil der Führungsstege durch eine kugelige Oberfläche begrenzt über die gesamte axiale Länge des Gelenkin nenteils verläuft und daß ein zweiter Teil der Führungsstege an dem axialen Ende mit größerer Bahntiefe am Gelenkinnenteil auf eine Kontur unterhalb der entsprechenden kugeligen Oberfläche reduziert ist.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Füh rungsstege am Gelenkinnenteil im Umfangssinn wird eine Anzahl von zweiten Führungsstegen so ausgebildet, daß eine Montage bei reduzierter Käfigfensterlänge in Umfangsrichtung möglich wird, daß also der Käfig eine gewünschte Festigkeitssteigerung bei vollkommen symmetrischer und damit optimierter Ausgestaltung erfahren kann. Zum anderen werden erste Führungsstege vorgese hen, die eine gut verteilte flächige gegenseitige Belastung zwischen Gelenkinnenteil und Kugelkäfig im Betrieb zur Aufnahme relativer axialer Zugkräfte zwischen den Gelenkbauteilen auf nehmen. Deren Flächengröße ist ausreichend, Beschädigungen an den miteinander zusammenwirkenden Oberflächen zwischen Gelenkin nenteil und Kugelkäfig trotz der abweichenden Ausgestaltung einzelner Führungsstege sicherzustellen und eine unmittelbare Kraftübertragung über Kugelbahnen, Kugeln und Käfigstege zu vermeiden.

Im Sinne der Erfindung ist zumindest einer der Führungsstege in der erfindungsgemäßen Weise in seiner Kontur zu reduzieren. Eine bevorzugte Ausgestaltung geht dahin, daß zwei sich radial gegen überliegende Führungsstege eine verringerte Kontur aufweisen und insbesondere, daß ein weiterer zu einem der gekürzten Führungs stege benachbart liegender Führungssteg eine reduzierte Kontur aufweist.

Eine andere bevorzugte Ausgestaltung, die sich auf Gelenke mit ungerader Bahnzahl d. h. ungerader Anzahl von Füh rungsstegen bezieht, geht dahin, daß zwei benachbarte Führungs stege und ein der dazwischenliegenden zweiten Kugelbahn radial gegenüberliegender dritter Führungssteg eine reduzierte Kontur aufweisen.

Weitere mögliche Ausgestaltungen sind in Unteransprüchen be nannt.

Die Beschränkung der radialen Höhe und damit der wirksamen axia len Länge an den betroffenen Führungsstegen kann vorzugsweise durch eine keilförmige Abflachung oder eine konische Überdrehung erfolgen, die im Längsschnitt jeweils durch eine Gerade begrenzt sind und deren Oberflächen zur Gelenköffnung weisen. Der Begriff "Überdrehung" ist hierbei nicht fertigungstechnisch zu sehen, da nur einzelne der Führungsstege von der entsprechenden Abwandlung betroffen sind.

In besonders bevorzugter Ausführung kann die Reduzierung der Kontur über die Mittelebene des Gelenkinnenteils bzw. den Punkt des größten Durchmessers der kugeligen Außenoberfläche hinausge hen, ohne daß das Gelenkinnenteil dadurch funktionsunfähig wird; die axiale Stützfunktion wird von den in der Kontur unveränder ten, d. h. über der ganzen Länge kugelabschnittsförmig begrenz ten Führungsstegen sichergestellt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, aus dem der Gegenstand der Erfindung näher verständlich wird, ist in den Zeichnungen dar gestellt.

Fig. 1 zeigt ein Gelenk der erfindungsgemäßen Art

a) im Längsschnitt
b) im Querschnitt;

Fig. 2 zeigt ein Gelenkinnenteil mit einem Kugelkäfig in einer ersten Montageposition in zwei senkrecht zuein ander liegenden Schnitten

a) im Querschnitt durch den Kugelkäfig
b) im Längsschnitt durch den Kugelkäfig;

Fig. 3 zeigt ein Gelenkinnenteil mit einem Kugelkäfig in einer zweiten Montageposition in zwei senkrecht zuein ander liegenden Schnitten

a) im Querschnitt durch den Kugelkäfig
b) im Längsschnitt durch den Kugelkäfig.

Die Fig. 1a und 1b werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Das erfindungsgemäße Gelenk umfaßt ein Gelenkaußenteil 1 mit einem einseitigen abschließenden Boden 2 und einem daran an schließenden Wellenschaft 3. Axial entgegengesetzt dazu ist eine Öffnung 4 einer Innenausnehmung 5 vorgesehen, die das Gelenkau ßenteil 1 bildet. Innerhalb der Innenausnehmung 5 liegt das Gelenkinnenteil 6, in das eine Antriebswelle 7 eingesteckt ist, die in die Öffnung 4 der Innenausnehmung 5 eintritt. Am Gelenk außenteil 1 ist ein Faltenbalg 8 mittels eines Spannbandes festgelegt, der abgebrochen dargestellt ist und außerhalb der Darstellung das Gelenk gegenüber der Antriebswelle 7 abschließt. Zwischen dem Gelenkaußenteil 1 und dem Gelenkinnenteil 6 befin det sich Kugelkäfig 9, der mit einer kugeligen Außenfläche 10 in einer innenkugeligen Führungsfläche 11 des Gelenkaußenteils 1 geführt ist, und der mit einer innenkugeligen Fläche 12 auf einer kugeligen Außenfläche 13 des Gelenkinnenteils geführt ist. Der Kugelkäfig 9 weist umfangsverteilte Käfigfenster 14 auf, in denen Kugeln 15 in einer gemeinsamen Ebene gehalten sind, die in ersten Kugelbahnen 16 im Gelenkaußenteil 1 und zweiten Kugelbah nen 17 im Gelenkinnenteil 6, die sich paarweise radial gegen überliegen, jeweils gehalten sind. Durch die Kugelbahnen 16 werden im Gelenkaußenteil 1 aus der innenkugeligen Führungsflä che 11 Führungsstege 18 ausgebildet. Diese weisen auf der zur Öffnung liegenden Seite sämtlich eine Erweiterung 20 gegenüber der kugeligen Außenfläche 10 des Kugelkäfigs 9 auf. Durch die Kugelbahnen 17 werden am Gelenkinnenteil 6 aus der kugeligen Außenfläche 13 Führungsstege 19 ausgebildet, von denen ein im Längsschnitt nach Fig. 1a gezeigter Führungssteg 19₂ auf der zur Öffnung 4 des Gelenkaußenteils 1 liegenden Seite erfindungsgemäß in seiner Kontur gegenüber der Innenkugelfläche des Käfigs ge kürzt ist und dabei eine Konusabschnittsfläche 21 bildet.

Die Fig. 2a und 2b werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Es ist jeweils der Kugelkäfig 9 mit sechs umfangsverteilten Käfigfenstern 14 erkennbar, der eine kugelige Außenoberfläche 10 und eine kugelige Innenoberfläche 12 aufweist. Er bildet einen hohlen Ringkörper mit endseitigen Öffnungen 22, 23. Der Innen durchmesser der beiden gleich großen Öffnungen bzw. der größeren Öffnung ist mit D_K bezeichnet. Am Gelenkinnenteil 6 sind umfangs verteilte zweite Kugelbahnen 17 und jeweils dazwischenliegende Führungsstege 19 erkennbar. Das in beiden Figuren angedeutete größte Maß zwischen einem Bahngrund einer Bahn 17 und der etwa gegenüberliegenden Kante eines Führungssteges 19 ist mit L be zeichnet. Dieses Maß muß zum Einfädeln des Gelenkinnenteils 6 durch die Öffnung 22 notwendigerweise kleiner als der Innen durchmesser D_K sein. Wie in beiden Figuren erkennbar, gibt es erste Führungsstege 19₁, die über der gesamten axialen Länge des Gelenkinnenteils von einer Kugeloberfläche eingehüllt sind, sowie zweite Führungsstege 19₂, die zur Seite des Gelenkinnen teils mit größerer Bahntiefe eine Abflachung 21 in Form einer konischen Überdrehung haben. In der Darstellung der Fig. 2b sind zwei Stege 19₂, die sich etwa gegenüberliegen, durch die Öffnung 22 ins Innere des Käfigs eingeführt. Wie in Fig. 2a erkennbar, ist der noch außerhalb des Kugelkäfigs liegende Füh rungssteg 19₂, der in Ansicht erkennbar ist, axial länger als die Umfangslänge eines Käfigfensters 14. Das Gelenkinnenteil 6 hat jeweils zwei benachbarte Führungsstege und einen dritten einem der beiden vorgenannten jeweils radial gegenüberliegenden Füh rungssteg von jeder der beiden Führungsstegarten 19₁, 19₂.

Die Fig. 3a und 3b werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Es sind der Kugelkäfig 9 und das Gelenkinnenteil 6 mit den aus den Fig. 2a, 2b bereits bekannten Einzelheiten dargestellt. Einer der erfindungsgemäßen Stege 19₂ ist in eines der Käfig fenster 14 eingetaucht, so daß der radial gegenüberliegende Füh rungssteg 19₂ durch die Öffnung 22 in das Innere des Kugelkäfigs nachgeführt werden kann. Wie in der Fig. 3a erkennbar ist, ist das Eintauchen des Führungssteges 19₂ trotz größerer axialer Länge der Kugelbahn 17 im Verhältnis zur Umfangslänge des Käfig fensters 14 aufgrund der erfindungsgemäßen Reduzierung durch die Konusabschnittsfläche 21 möglich. In einem Nachfolgeschritt können die Achsen der beiden Gelenkbauteile auf einen symmetri schen Schnittpunkt gebracht werden und die gekreuzte Stellung der Achsen in eine koaxiale Stellung überführt werden. Über die ersten Führungsstege 19₁ ergibt sich hiernach eine wirksame und flächige axiale Abstützung zwischen der kugeligen Außenoberflä che dieser Stege und der kugeligen Innenoberfläche 12 des Kugel käfigs.

Die Darstellungsweise der Fig. 2a und 2b sowie 3a und 3b zueinander ist nicht normgerecht.

Bezugszeichenliste

1 Gelenkaußenteil
2 Gelenkboden
3 Achszapfen
4 Gelenköffnung
5 Innenausnehmung
6 Gelenkinnenteil
7 Wellenzapfen
8 Faltenbalg
9 Kugelkäfig
10 Kugelfläche Käfig außen
11 Kugelfläche Außenteil innen
12 Kugelfläche Käfig innen
13 Kugelfläche Gelenkinnenteil außen
14 Käfigfenster
15 Kugel
16 erste Kugelbahn Gelenkaußenteil
17 zweite Kugelbahn Gelenkinnenteil
18 Führungssteg
19 Führungssteg
20 Erweiterung
21 Konusfläche
22 Käfigöffnung
23 Käfigöffnung

Claims

1. Kugelgleichlaufdrehgelenk mit einem Gelenkaußenteil (1), das eine Innenausnehmung (5) mit einer teilkugeligen Innen fläche (11) aufweist, in der erste längsverlaufende Kugel bahnen (16) ausgebildet sind, die dazwischenliegende längs verlaufende Führungsstege (18) bilden, einem in dieser Innenausnehmung (5) angeordneten Gelenkinnenteil (6) mit teilkugeliger Oberfläche (13), in der längsverlaufende zweite Kugelbahnen (17) ausgebildet sind, die dazwischen liegende längsverlaufende Führungsstege (19) bilden, mit drehmomentübertragenden Kugeln (15), die in sich paarweise radial gegenüberliegenden ersten und zweiten Kugelbahnen (16, 17) angeordnet sind, sowie einem zwischen Gelenkaußen teil (1) und Gelenkinnenteil (6) einsitzenden ringförmigen Kugelkäfig (9) mit innen und außen kugelabschnittsförmigen Oberflächen (10, 12), der die Kugeln (15) in einzelnen Käfigfenstern (14) aufnimmt, in einer gemeinsamen Ebene hält und bei einer Abwinkelung des Gelenkaußenteils (1) gegenüber dem Gelenkinnenteil (6) auf die winkelhalbierende Ebene zwischen den Achsen der Gelenkbauteile führt, wobei die gekrümmten Mittellinien der ersten Kugelbahnen (16) zu den gekrümmten Mittellinien der zweiten Kugelbahnen (17) spiegelsymmetrisch bezüglich einer durch die Mittelpunkte der Kugeln (15) verlaufenden Gelenk mittelebene verlaufen und wobei die äußere Oberfläche (10) des Käfigs (9) in den Führungsstegen (18) der innenkugeli gen Innenfläche (11) des Gelenkaußenteils (1) und die inne re kugelige Oberfläche (12) des Käfigs (9) auf den Füh rungsstegen (19) der außenkugeligen Oberfläche (13) des Gelenkinnenteils (6) geführt ist,
gekennzeichnet durch die Merkmalskombination,
daß ein erster Teil der Führungsstege (19₁) durch eine kugelige Oberfläche begrenzt wird und über die gesamte axiale Länge des Gelenkinnenteils (6) verläuft und
daß ein zweiter Teil der Führungsstege (19₂) an dem axialen Ende mit größerer Bahntiefe am Gelenkinnenteil (6) auf eine Kontur unterhalb der entsprechenden kugeligen Oberfläche reduziert ist.

2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei sich radial gegenüberliegende Führungsstege (19₂) eine reduzierte Kontur aufweisen.

3. Gelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer zu einem der sich radial gegenüberliegen den Führungsstege benachbart liegender Führungssteg (19₂) eine reduzierte Kontur aufweist.

4. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zueinander benachbarte Führungsstege (19₂) und ein der dazwischenliegenden zweiten Kugelbahn (17) radial ge genüberliegender dritter Führungssteg (19₂) eine reduzierte Kontur aufweisen.

5. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Führungssteg (19₂) eine reduzierte Kontur aufweist und die restlichen fünf Führungsstege (19₁) bis zur Stirn fläche vollständig kugelig ausgeführt sind.

6. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegenüberliegende Führungsstege (19₁) vollkugelig und die restlichen Führungsstege (19₂) mit reduzierter Kontur ausgeführt sind.

7. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die reduzierte Kontur des zweiten Teils der Führungs stege (19₂) durch im Längsschnitt durch das Gelenkinnenteil geradlinig begrenzte zur Gelenköffnung (4) weisende Keil flächen (21) gebildet wird.

8. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die reduzierte Kontur des zweiten Teils der Führungs stege (19₂) durch zur Gelenköffnung (4) weisende Konusab schnittsflächen (19) gebildet wird.

9. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die reduzierte Kontur des zweiten Teils der Führungs stege (19₂) geringfügig kleiner ist als die Hüllfläche, die sich beim Einfädeln des Gelenkinnenteils (6) durch die Käfiginnenkontur ergibt.