DE19726909C1 - Synchronised rotary joint with joint outer part - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Gleichlaufdrehgelenk mit einem Ge lenkaußenteil mit einer ersten Längsachse, das einen Hohlraum aufweist, in dessen Innenfläche Außenlaufrillen um die erste Längsachse verteilt angeordnet sind, mit einem Gelenkinnenteil, mit einer zweiten Längsachse, in dessen Außenfläche Innenlauf rillen um die zweite Längsachse verteilt angeordnet sind, so daß die Außen- und Innenlaufrillen sich paarweise gegenüberliegen, mit Kugeln aus Stahl zur Drehmomentübertragung, welche jeweils in zwei gegenüberliegenden Außen- und Innenlaufrillen aufgenom men sind, mit einem Käfig, der zwischen der Innenfläche des Ge lenkaußenteils und der Außenfläche des Gelenkinnenteils angeord net ist und Fenster aufweist, die jeweils eine Kugel führen.The invention relates to a constant velocity universal joint with a Ge outer steering part with a first longitudinal axis defining a cavity has, in the inner surface of outer grooves around the first Longitudinal axis are distributed, with an inner joint part, with a second longitudinal axis, in the outer surface of the inner barrel grooves are distributed around the second longitudinal axis, so that the outer and inner grooves are in pairs, with steel balls for torque transmission, each in two opposite outer and inner grooves men, with a cage that is between the inner surface of the Ge outer steering part and the outer surface of the inner joint part is net and has windows that each lead a ball.
Gleichlaufgelenke der verschiedensten Bauarten gehören zum Stand der Technik. Beispielsweise sind solche Gelenke im Konstruk tionsbuch, Band 36, herausgegeben von Prof. Dr. Ing. G. Pahl, "Gelenke und Gelenkwellen", von F. Schmelz, H.-CH. Graf von Seherr-Thoss und E. Aucktor, Springer Verlag 1988, Seiten 128, 129 und an anderen Stellen des gleichen Buches beschrieben. Der Grundaufbau aller Gelenke umfaßt ein Gelenkaußenteil, ein Gelen kinnenteil, Kugeln und einen Käfig. Die Gelenkbauteile sind aus Stahl hergestellt, vorzugsweise Stählen, die induktiv oder im Einsatz härtbar sind. Es besteht das Bestreben, die Gelenke mög lichst spielfrei zu verbauen, wobei das Spiel durch leichtes Hin- und Herbeugen des Gelenks geprüft wird. Die Kugeln bestehen aus Kugellagerstahl nach DIN 5401, Qualitätsklasse II/III, und zwar vorzugsweise aus einem Stahl der Qualität 100 Cr6 oder 100 CrMn6. Die einzuhaltende Härte beträgt dabei 63 ± 3 HRc. Auf grund steigender Leistungsanforderungen an die Drehmomentüber tragung und die Abwinkelbarkeit von Gelenkaußenteil und Gelenk innenteil zueinander und zunehmender Kapselung der Fahrzeuge sind die Gelenkbauteile steigenden Arbeitstemperaturen von zum Teil weit über 100°C ausgesetzt. Entsprechende Prüfstandsle bensdauerversuche haben dabei ergeben, daß niedrige Lebensdauer werte erreicht wurden, dieses einhergehend mit Frühausfällen bei unerwartet niedrigen Laufzeiten. Ferner wurde festgestellt, daß gleichzeitig eine Schwergängigkeit der Gelenke infolge Spielver ringerung, einhergehend mit während des Versuches fortlaufendem Anstieg der Gelenktemperaturen zu den kurzen Laufzeiten führten.Constant velocity joints of various designs are part of the stand of the technique. For example, such joints are in the construct tion book, volume 36, edited by Prof. Dr. Ing. G. Pahl, "Joints and Cardan Shafts", by F. Schmelz, H.-CH. Count of Seherr-Thoss and E. Aucktor, Springer Verlag 1988, pages 128, 129 and described elsewhere in the same book. The The basic structure of all joints comprises an outer joint part, a gel chin part, balls and a cage. The joint components are out Manufactured steel, preferably steels that are inductive or in Are hardenable. There is an effort to do the joints as free of play as possible, the game being easy Back and forth bending of the joint is checked. The balls are made made of ball bearing steel according to DIN 5401, quality class II / III, and preferably from a steel of quality 100 Cr6 or 100 CrMn6. The hardness to be observed is 63 ± 3 HRc. On due to increasing performance requirements for the torque support and the ability to bend the outer joint and joint inside each other and increasing encapsulation of the vehicles are the joint components increasing working temperatures from to Partly exposed to well over 100 ° C. Corresponding test bench level Endurance tests have shown that the lifespan is low values were achieved, accompanied by early failures unexpectedly short terms. It was also found that at the same time a tightness of the joints due to play ver wrestling, accompanied by progressive during the experiment Rise in joint temperatures led to the short terms.
Als Ursache wurde an den Kugeln gegenüber dem Anlieferungszu stand trotz leichtem abrasivem Verschleiß an den Kugeloberflä chen eine deutliche Durchmesservergrößerung festgestellt.The cause was on the balls opposite the delivery stood on the ball surface despite slight abrasive wear Chen found a significant increase in diameter.
Es wurde ferner festgestellt, daß hierfür die Umwandlung von vorhandenem Restaustenit in Martensit, und zwar hauptsächlich im Temperaturbereich zwischen 100° und 200°C verantwortlich ist.It was also found that the conversion of Existing austenite in martensite, mainly in Temperature range between 100 ° and 200 ° C is responsible.
Es wurden im Zusammenhang mit Wälzlagern verschiedene Maßnahmen zur Erhöhung der Maßstabilität, d. h. zur Reduzierung des Rest austenitgehaltes bei den Kugellagerherstellern getroffen, näm lich:Various measures have been taken in connection with rolling bearings to increase dimensional stability, d. H. to reduce the rest austenite content at the ball bearing manufacturers, näm Lich:
Stabilisierung, d. h. Anlaßbehandlung bei Temperaturen von 50°C über der maximalen Betriebstemperatur, wobei hier gleichzeitig ein Härteabfall durch Anlassen in Kauf genommen werden muß;Stabilization, d. H. Tempering treatment at temperatures of 50 ° C above the maximum operating temperature, being here at the same time a drop in hardness due to tempering has to be accepted;
Anstreben eines bainitischen Gefüges anstelle martensitischer Härtung, wobei von Nachteil ist, daß eine nicht ausreichende Ausbildungshärte eintritt;Striving for a bainitic structure instead of a martensitic one Hardening, the disadvantage being that an insufficient Training hardship occurs;
Tiefkühlbehandlungen, d. h. Kühlung unter 0°C zwischen Ab schreck- und Anlaßvorgang, mit dem Nachteil, daß schlechtere mechanische Eigenschaften, wie herabgesetzte Zähigkeit, Ermü dungsfestigkeit, die Folge sind.Frozen treatments, d. H. Cooling below 0 ° C between Ab start and start process, with the disadvantage that worse mechanical properties, such as reduced toughness, fatigue resistance, the result.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gelenklebensdauer, insbesondere für Anwendungsfälle mit hohem Temperaturniveau, insbesondere im Betriebstemperaturbereich von 100°-200°C zu verbessern.The invention has for its object the joint life, especially for applications with high temperature levels, especially in the operating temperature range of 100 ° -200 ° C improve.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ku geln aus einem unlegierten Qualitätsstahl mit einem Kohlenstoff gehalt kleiner/gleich 0,7 Gewichtsprozenten bestehen und gehär tet sind.This object is achieved in that the Ku made of an unalloyed quality steel with a carbon content less than or equal to 0.7 percent by weight and hardy are.
Von Vorteil bei dieser Lösung ist, daß gegenüber der Härtung hochlegierter Kugellagerstähle keine oder nur eine vernachläs sigbar geringe Restaustenitbildung eintritt.The advantage of this solution is that compared to hardening high-alloy ball bearing steels no or only neglected Significantly low austenite formation occurs.
Mit den üblichen Härteverfahren, nämlich Induktiv- oder Ofenhär tung, ist die gleiche Härte erzielbar, wie sie für die Außen- und Innenlaufrillen des Gelenkaußen- bzw. Gelenkinnenteiles er reicht werden. Dies ist für die Anwendung in Gleichlaufdrehge lenken ausreichend, obwohl üblicherweise für Wälzlagerungen für die Kugeln höhere Härtewerte als für die Laufbahnen angestrebt werden.With the usual hardening processes, namely induction or furnace hardening the same hardness can be achieved as for outdoor and inner grooves of the outer joint part or inner joint part be enough. This is for use in synchronous rotation steer adequately, although usually for rolling bearings for the balls have higher hardness values than the target for the raceways become.
Aufgrund des fehlenden oder geringeren Gehalts an Restaustenit weisen die Kugeln eine deutlich bessere Maßstabilität als Kugeln aus Kugellagerstahl auf, so daß das Gelenkverbauungsspiel im Zu stand des Zusammenbaus auch über eine lange Lebensdauer und selbst unter hohen Temperaturbelastungen bestehen bleibt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß unlegierter Qualitätsstahl mit einem Kohlenstoffgehalt kleiner/gleich 0,7 Gewichtsprozent preiswert ist. Solche Stähle sind im übrigen auch mit kostengün stigeren Verfahren wärmebehandelbar, beispielsweise durch Induk tivhärtung.Due to the missing or lower content of residual austenite the balls have a significantly better dimensional stability than balls made of ball bearing steel, so that the joint installation play in the zu of the assembly also over a long service life and remains even under high temperature loads. A Another advantage is that unalloyed quality steel With a carbon content of 0.7% by weight or less is inexpensive. Such steels are also inexpensive more heat-processable, for example by induction active hardening.
Eine besonders günstige Werkstoffwahl ist gegeben, wenn die Ku geln aus einem Stahl der Qualität Cf53 und davon abgeleitete Werkstoffe bestehen, da diese Werkstoffe bevorzugt auch für die Gelenkteile gewählt werden. Die Verwendung gleicher Werkstoffe für alle Gelenkbauteile begünstigt die Recycle-Fähigkeit bzw. Kosten, da keine Demontage und Sortierung erforderlich ist, um sortenreine Rohstoffe zu erhalten.A particularly favorable choice of material is given if the Ku made of a steel of the quality Cf53 and derived from it Materials exist because these materials are also preferred for Joint parts can be selected. The use of the same materials for all joint components, the recyclability or Cost because no disassembly and sorting is required to to obtain unmixed raw materials.
Bei der Härtebehandlung wird vorzugweise eine Oberflächenhärte von 58 bis 65 HRc angestrebt.Surface hardness is preferably used in the hardness treatment aimed for from 58 to 65 HRc.
Ein Gleichlaufdrehgelenk, bei dem Kugeln nach der Erfindung Einsatz finden können, ist in der Zeichnung schematisch dar gestellt.A constant velocity universal joint in which balls according to the invention Can be used is shown schematically in the drawing posed.
Es zeigtIt shows
Fig. 1 eine Seitenansicht eines sogenannten VL-Gelenkes und Fig. 1 is a side view of a so-called VL joint and
Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Gleichlaufdrehge lenk mit einer Schnittführung nach der Schnitt linie II-II von Fig. 1. Fig. 2 shows a longitudinal section through the synchronous steering with a cut along the section line II-II of Fig. 1st
In den Fig. 1 und 2 ist ein Gleichlaufdrehgelenk dargestellt, das ein Gelenkaußenteil 1 umfaßt, das eine erste Längsachse 2 besitzt. Das Gelenkaußenteil 1 ist hohl ausgebildet. Es besitzt einen auf der ersten Längsachse 2 zentrierten Hohlraum 3, in dessen Innenfläche 4 Außenlaufrillen 5 umfangsverteilt angeord net sind. Es sind zwei unterschiedliche Ausrichtungen der Außen laufrillen 5 gegeben, und zwar dergestalt, daß sie entlang der ersten Längsachse 2 in der Abwicklung ein V bilden.In Figs. 1 and 2, a constant velocity universal joint is shown, which comprises an outer joint member 1, having a first longitudinal axis 2. The outer joint part 1 is hollow. It has a cavity 3 centered on the first longitudinal axis 2 , in the inner surface of which 4 outer grooves 5 are circumferentially distributed. There are two different orientations of the outer grooves 5 , in such a way that they form a V along the first longitudinal axis 2 in the development.
Ferner ist das Gelenkaußenteil 1 mit einem Anschlußelement 6 versehen, daß in der Fig. 2 nur teilweise dargestellt ist und beispielsweise zum Anschluß des Gelenkaußenteiles 1 an ein treibendes oder getriebenes Bauteil dient, z. B. kann es zum Anschluß an einen Getriebeausgang eines Kraftfahrzeugdifferen tiales dienen. Furthermore, the outer joint part 1 is provided with a connecting element 6 that is only partially shown in FIG. 2 and is used, for example, for connecting the outer joint part 1 to a driving or driven component, for. B. it can serve for connection to a transmission output of a motor vehicle differential.
Im Hohlraum 3 des Gelenkaußenteils 1 ist ein Gelenkinnenteil 7 aufgenommen. Dieses besitzt eine zweite Längsachse 8. In den Darstellungen gemäß der Fig. 1 und 2 sind die beiden Gelenk teile 1, 7 jedoch so ausgerichtet dargestellt, daß die erste Längsachse 2 und die zweite Längsachse 8 zusammenfallen. Das Gelenkinnenteil 7 besitzt eine Außenfläche 9, der Innenlaufril len 10 zugeordnet sind. Jeweils eine Innenlaufrille 10 und eine Außenlaufrille 5 liegen sich gegenüber. Dies bedeutet, daß die Innenlaufrillen 10 entsprechend der Verteilung der Außenlaufril len 5 um die zweite Längsachse 8 verteilt angeordnet sind, sich beide jedoch kreuzen. Ferner weist das Gelenkinnenteil 7 eine Anschlußbohrung 11 auf, die zum Anschluß einer Zwischenwelle dient, die beispielsweise zur Verbindung mit dem Gelenkinnenteil eines weiteren Gleichlaufdrehgelenkes bestimmt ist.An inner joint part 7 is received in the cavity 3 of the outer joint part 1 . This has a second longitudinal axis 8 . In the illustrations according to FIGS. 1 and 2, the two joint parts 1, but 7 shown oriented so that the first longitudinal axis 2 and the second longitudinal axis coincide. 8 The inner joint part 7 has an outer surface 9 , the inner race len 10 are assigned. An inner groove 10 and an outer groove 5 lie opposite each other. This means that the inner grooves 10 according to the distribution of the outer grooves 5 are arranged distributed around the second longitudinal axis 8 , but both intersect. Furthermore, the inner joint part 7 has a connection bore 11 , which is used to connect an intermediate shaft, which is intended, for example, for connection to the inner joint part of a further constant velocity joint.
Zwischen der Innenfläche 4 des Gelenkaußenteils 1 und der Außen fläche 9 des Gelenkinnenteils 7 ist ein Käfig 12 angeordnet des sen Käfiginnenfläche 13 mit Abstand zur Außenfläche 9 des Ge lenkinnenteils 7 angeordnet ist.Between the inner surface 4 of the outer joint member 1 and the outer surface 9 of the inner joint part 7 is a retainer 12 arranged sen of the cage inner surface 13 spaced from the outer surface 9 of the Ge is arranged joint inner part. 7
Der Käfig 12 ist mit seiner Käfigaußenfläche 14 an der Innenflä che 4 des Gelenkaußenteils 1 geführt und weist auf seinem Umfang entsprechend der Verteilung der Außenlaufrillen 5 und Innenlauf rillen 10 Fenster 15 auf, die einen zwischen der Käfiginnenflä che 13 und Käfigaußenfläche 14 offenen Durchbruch darstellen. In diesen Fenstern 15 sind Kugeln 16 geführt, die über die Käfigin nenfläche 13 nach innen und über die Käfigaußenfläche 14 nach außen vorstehen und mit den überstehenden Bereichen in Eingriff zu der zugehörigen Außenlaufrille 5 bzw. Innenlaufrille 10 sind. Die Kugeln 16 dienen zur Drehmomentübertragung zwischen Gelenk außenteil 1 und Gelenkinnenteil 7 und gewährleisten darüber hin aus, daß die beiden Gelenkteile zueinander abgewinkelt werden können, so daß ihre Längsachsen 2, 8 voneinander abweichen. Die Kugeln 16 sind aus einem unlegierten Qualitätsstahl mit einem Kohlenstoffgehalt kleiner/gleich 0,7 Gewichtsprozenten herge stellt. Sie können eine Oberfläche aufweisen, die der der aus Kugellagerstahl hergestellten üblichen Kugeln entsprechen oder aber auch geschliffen sein, d. h. es wird auf das übliche Läppen und Polieren verzichtet. Darüber hinaus weisen die Kugeln eine Härte von 58 bis 65 HRc auf. Ein bevorzugter Werkstoff, der bei diesen Qualitätsmerkmalen genügt, ist ein Stahl mit der Qualität Cf53 gemäß DIN 17212 oder SAE 1050.The cage 12 is guided with its cage outer surface 14 on the inner surface 4 of the outer joint part 1 and has on its circumference corresponding to the distribution of the outer grooves 5 and inner grooves 10 windows 15 , which represent an open opening between the cage inner surface 13 and the cage outer surface 14 . In these windows 15 balls 16 are guided, the inner surface 13 over the Käfigin protrude inward and beyond the cage outer surface 14 and with the protruding areas in engagement with the associated outer groove 5 or inner groove 10 . The balls 16 serve to transmit torque between the outer joint part 1 and the inner joint part 7 and also ensure that the two joint parts can be angled relative to one another so that their longitudinal axes 2 , 8 differ from one another. The balls 16 are made of an unalloyed quality steel with a carbon content of less than or equal to 0.7 percent by weight. They can have a surface which corresponds to that of the conventional balls made from ball-bearing steel or can also be ground, ie the usual lapping and polishing is dispensed with. In addition, the balls have a hardness of 58 to 65 HRc. A preferred material that meets these quality criteria is steel with the quality Cf53 according to DIN 17212 or SAE 1050.
11
Gelenkaußenteil
Outer joint part
22nd
erste Längsachse
first longitudinal axis
33rd
Hohlraum
cavity
44th
Innenfläche
Inner surface
55
Außenlaufrillen
External grooves
66
Anschlußelement
Connector
77
Gelenkinnenteil
Inner joint part
88th
zweite Längsachse
second longitudinal axis
99
Außenfläche
Outside surface
1010th
Innenlaufrillen
Inner grooves
1111
Anschlußbohrung
Connection hole
1212th
Käfig
Cage
1313
Käfiginnenfläche
Inner surface of the cage
1414
Käfigaußenfläche
Cage outer surface
1515
Fenster
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1616
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |