DE10151957B4

DE10151957B4 - Vorrichtung zum Beschränken des Winkelverschiebungsausmasses in stationären CV-Kugelgelenken

Info

Publication number: DE10151957B4
Application number: DE10151957.5A
Authority: DE
Inventors: Michael W. Hopson; Richard L. Seidel
Original assignee: Neapco Europe GmbH
Current assignee: Neapco Europe GmbH
Priority date: 2000-10-20
Filing date: 2001-10-22
Publication date: 2015-08-20
Anticipated expiration: 2021-10-23
Also published as: JP2002195286A; GB2368109A; US7607984B2; GB2368109B; DE10151957A1; US20020187842A1

Abstract

Ein äußeres Konstantgeschwindigkeitsgelenk (16), aufweisend: einen Außenlaufring (24), einen Käfig (26), einen Innenlaufring (28), mehrere Lagerkugeln (30), eine Zwischenverbindungswelle (20) mit einer Schulter, einen Winkelbegrenzungsring (40), der einen Rand (46) aufweist und mit der in den Innenlaufring (28) eingefügten Zwischenverbindungswelle (20) verbunden ist, und eine Mittenlinie (35), wobei der Winkelbegrenzungsring (40) dazu ausgelegt ist, dass dann, wenn die Zwischenverbindungswelle (20) auf ihren maximalen Betätigungswinkel relativ zur Mittenlinie (35) ausgelenkt ist, ein Rand (46) des Winkelbegrenzungsrings (40) die Lagerkugeln (30) kontaktiert und dadurch eine weitere Auslenkung verhindert wird, so dass die Lagerkugeln (30) im Konstantgeschwindigkeitsgelenk (16) zurückgehalten werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Antriebssysteme, und insbesondere eine Vorrichtung zum Beschränken des Winkelverschiebungsausmaßes in stationären CV-Kugelgelenken.
Hintergrund
Ein Schlüsselelement in der Transmission und im Antriebszugeines hinterradangetriebenen Fahrzeugs ist ein als feststehende Achse bezeichneter Kraftübertragungsmechanismus. Die feststehende Achse kombiniert das Getriebe und das Differential in einer einzigen Einheit.
In bei Fahrzeugen verwendeten Hinterradantriebssystemen ist der Antriebszug in ein Motor/Getriebe/Antriebswellen/stationäre Achse/Antriebsachse-Paket kompakt zusammengefasst, das Drehmomentkraft für die Hinterräder bereitstellt.
Der Hauptzweck der Antriebsachsen besteht darin, Motordrehmoment von der Endantriebseinheit auf die Hinterräder zu übertragen. Als Teil des Antriebsachsaufbaus sind Konstantgeschwindigkeitsgelenke (CV-Gelenke) dazu ausgelegt, mit unterschiedlichen Winkeln zu arbeiten, um die Auf- und Abwärtsbewegung der Hinterräder aufzunehmen. Einige CV-Gelenke erlauben außerdem Wellenlängenänderungen, hervorgerufen durch die Auf- und Abwärtsbewegung der Hinterräder und durch eine Bewegung der stationären Achse aufgrund von Drehmomentreaktion.
Die DE 28 370 301 A1 zeigt ein CV-Kugelgelenk mit der Aufgabe, die Wandstärke des Käfigs zu verringern und gleichzeitig ein Klemmen der Kugel zwischen der Käfigkante und der äußeren Gelenklauffläche auch bei maximaler radialer Kugelauslenkung zu verhindern.
Die US 4 054 038 A offenbart ein CV-Gelenk mit der Aufgabe, höhere Drehmomente bei gleichem Bauvolumen übertragen zu können, und gleichzeitig nur eine minimale Anzahl von Komponenten im Gegensatz zu konventionellen CV-Gelenken zu modifizieren.
In der US 5 788 578 A wird ein CV-Gelenk offenbart, dass die Aufgabe der Kostensenkung bei CV-Gelenken, insbesondere der Außenlaufringe hat. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der einfachen Herstellung von Außenlaufringen in einem Arbeitsschritt.
Die DE 42 28 482 A1 behandelt CV-Gelenke, die sich konstruktiv von den anderen dadurch unterscheiden, dass sich der Innenlaufring axial an dem Außenlaufring abstützt, die Aufgabe der Erfindung ist es einen dadurch entstehenden hohen Verschleiß oder einen notwendigen hohen Bearbeitungsaufwand zu vermeiden. Dies wird durch ein Zwischenelement erreicht.
Aus der DE 199 05 451 A1 ist ein Gleichlaufgelenk bekannt. Sein Außenlaufring 13 ist in einem Aufnahmeteil 19 fest aufgenommen. In axialer Richtung ist der Außenlaufring 13 zwischen Haltescheiben 20, 21 unverschieblich gehalten. Bei abgewinkelter Stellung des Innenteils zum Außenteil, wie in 4 schnittbildlich dargestellt, liegen die Lagerkugeln 28 an diesen Haltescheiben 20, 21 an.
Typischerweise weisen Antriebsachsen CV-Gelenke sowohl an den ”innen” wie ”außen” gelegenen Enden auf. Das innere CV-Gelenk besteht üblicherweise aus einem Außenlaufring und einer Stummelwelle, einem Innenlaufring, einem Käfig, Kugellagern, letztere werden im Folgenden Lagerkugeln genannt, und einem Kugelhalter. Der Außenlaufring wird aufgrund seiner länglichen Rillen bzw. Nuten als Laufring vom ”Tauchtyp” bzw. ”Profiltyp” bezeichnet, der es dem Lagerkäfig und den Lager erlaubt, ein- und auswärts zu gleiten, wenn die Vorderräder sich auf- und abwärts bewegen. Die innenliegende CV-Gelenkstummelwelle ist mit dem differentialseitigen Zahnrad verkeilt.
Das äußere CV-Gelenk besteht üblicherweise aus einem Außenlaufring, einem Käfig, einem Innenlaufring und Lagerkugeln. Die Stummelwelle des Außenlaufrings des CV-Gelenks ist bzw. mit Keilnuten versehen, um eine mit Keilnuten versehene Nabe aufzunehmen, die aufgepresst und durch eine verstemmte Mutter gehalten ist. Typischerweise wird dieses Gelenk als stationäres CV-Kugelgelenk bezeichnet.
Die CV-Gelenke verwenden die Lagerkugeln in gekrümmten Rillen bzw. Nuten, um eine gleichmäßige Bewegung zu erzielen. Die Kugeln, die sich im Antriebskontakt befinden, bewegen sich seitlich, wenn das Gelenk sich dreht. Dies erlaubt es, dass der Antriebskontaktpunkt zwischen den zwei Hälften der Verbindung in einer Ebene bleibt, die den Winkel zwischen den zwei Wellen in zwei Hälften schneidet.
Ein Problem bei einem optimierten Kleinwinkel-CV-Gelenkbesteht darin, dass diese Gelenke die Fähigkeit besitzen, dass die Lagerkugeln herausfallen, wenn das CV-Gelenk vor dem Einbau in ein Fahrzeug übermäßig ausgelenkt wird. Ein weiteres ähnliches Problem kann auftreten, wenn das CV-Gelenkausgebaut wird. Wenn eines oder mehrere der Lagerkugeln verlorengehen, vermag das CV-Gelenk nicht richtig zu arbeiten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung in das CV-Gelenk einzuführen, das eine übermäßige Auslenkung des CV-Gelenks zu verhindern vermag, wodurch wiederum der Verlust von Lagerkugeln verhindert wird, wenn die Transmission nichtvollständig in ein Fahrzeug eingebaut ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist mit der Notwendigkeit befasst, die Winkelverschiebung eines CV-Kugellagergelenks zu beschränken, das für Kleinwinkelanwendungen ausgelegt ist.
Ein Winkelbegrenzungsring ist an der Zwischenverbindungswelle zusätzlich vorzusehen. Er ist entweder zwischen dem Innenlaufring und der Schulter, die auf der Zwischenverbindungswelle maschinell eingearbeitet ist, vor dem Einbauen der Zwischenverbindungswelle in den Innenlaufring des CV-Kugelgelenks, oder in der Nähe des Endes der Zwischenverbindungswelle zusätzlich vorgesehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, einen Schnappring an der Zwischenverbindungswelle derart zusätzlich vorzusehen, dass der Winkelbegrenzungsringzwischen dem Innenlaufring und dem Schnappring eingefangen ist. Der Schnappring erlaubt es, dass das CV-Gelenk zusammen- bzw. eingebaut und ausgebaut wird, während die Zwischenverbindungswelle in dem Innenlaufring installiert ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Winkelbegrenzungsring in der Nähe des Endes der Zwischenverbindungswelle zusätzlich vorgesehen. Die Zwischenverbindungswelle wird daraufhin in eine Position bewegt, die die Installation der Lagerkugeln erlaubt. Die Zwischenverbindungswelle wird daraufhin neu positioniert und festgelegt durch zusätzliches Vorsehen eines Schnapprings auf der gegenüberliegenden Seite des Innenlaufrings.
Der Winkelbegrenzungsring verhindert, dass das Gelenk über einen vorbestimmten Winkel hinaus ausgelenkt wird, indem es mit mehreren Lagerkugeln bei einem vorbestimmten Winkel nach dem Montage- bzw. Zusammenbauvorgang in Kontakt gebracht wird, wodurch die Lagerkugeln innerhalb des Außenlaufrings zurückgehalten werden.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den anliegenden Ansprüchen unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Hinterradantriebssystems;
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines stationären CV-Gelenks nach dem Stand der Technik;
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines stationären CV-Kugelgelenks mit einem Winkelbegrenzungsring in Übereinstimmung mit einer bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines stationären CV-Kugelgelenks mit einem Winkelbegrenzungsring und einem Schnappring in Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines stationären CV-Kugelgelenks mit einem Winkelbegrenzungsring und einem Schnappring, wobei die Zwischenverbindungswelle zwangsweise innerhalb des Innenlaufrings rückgehalten ist, in Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en)
In 1 ist ein Hinterradantriebssystem 10 gezeigt, das eine feststehende Achse 12 aufweist, die an der Teilkarosserie 14 angebracht ist. Die feststehende Achse 12 ist außerdem mit einer Antriebsachse 13 verbunden. Die Antriebsachse 13 weist als Hauptbestandteile ein erstes Paar von äußeren stationären CV-Kugelgelenken 16 und ein zweites Paar von inneren CV-Gelenken 18 vom Tauchtyp auf. Ein Zwischenverbindungswelle 20 wird verwendet, um eines der äußeren CV-Gelenke 16 mit einem der inneren CV-Gelenke 18 zu verbinden. Die äußeren CV-Gelenke 16 werden mit einem Nabenaufbau durch ein an sich bekanntes Verfahren verbunden.
Wie in 2 gezeigt, handelt es sich bei den äußeren stationären CV-Kugelgelenken 16 um stationäre CV-Kugellagergelenke vom Rzeppa-Typ. Die äußeren CV-Gelenke 16 bestehen aus einem äußeren Laufring 24, einem Käfig 26, einem Innenlaufring 28 und mehren Kugellager, im Folgenden wieder Lagerkugeln 30 genannt. Typischerweise sind in dem äußeren CV-Gelenk 16 sechs Lagerkugeln 30 enthalten. Eine Zwischenverbindungswelle 20 ist im inneren Bereich 38 des äußeren CV-Gelenks 16 in Verbindung gebracht.
Um das äußere CV-Gelenk 16 zusammenzubauen, bzw. zu montieren, werden zunächst der Innenlaufring 28, der Käfig 26 und die Lagerkugeln 30 vor dem Einführen der Zwischenverbindungswelle 20 in den Innenlaufring 28 zusammengebaut bzw. montiert. Sobald die Zwischenverbindungswelle 20 montiert ist, gelangt sie in Kontakt mit dem Außenlaufring 24 unter einem Winkel α, der kleiner ist als der Winkel, der erforderlich ist, um die Lagerkugeln 30 zusammenzubauen bzw. zu montieren. In 2 beträgt dieser Winkel 46 Grad relativ zur Mittenlinie 35.
Wenn unter Bezug auf 3 das Gelenk 16 für Kleinwinkelanwendungen von 25 Grad oder weniger relativ zur Mittenlinie 35 optimiert ist, besteht die Möglichkeit, dass zumindest eine der Lagerkugeln 30 herausfällt, wenn die Zwischenverbindungswelle 20 über einen vorbestimmten Winkel hinaus ausgelenkt wird. Dies kann immer dann der Fall sein, wenn die Antriebsachse 13 nicht in ihrer beabsichtigten Anwendung installiert bzw. vorgesehen ist. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die Antriebsachse 13 verschickt wird, oder wenn die Antriebsachse 13 für einen Einbau in ein Hinterradantriebssystem vorbereitet wird. Wenn eine oder mehrere der Lagerkugeln 30 verloren gehen, vermag das Gelenk 16 nicht richtig zu arbeiten, während des Fahrzeugbetriebs.
Um dies zu verhindern, wird der Zwischenverbindungswelle 20 ein Winkelbegrenzungsring 40 hinzugefügt. Drei bevorzugte Ausführungsformen mit diesem Winkelbegrenzungsring 40 sind in 3, 4 und 5 gezeigt. In 3 ist der Winkelbegrenzungsring 40 auf der Zwischenverbindungswelle 20 in der Nähe des äußeren Abschnitts 29 des Innenlaufrings 28 eingefangen bzw. zurückgehalten. In 4 ist der Winkelbegrenzungsring 40 zusätzlich vorgesehen zwischen dem Innenlaufring 28 und einem Schnappring 42, der auf der Zwischenverbindungswelle 20 angebracht ist. Der Vorteil dieses Schnapprings 42 besteht darin, dass das CV-Gelenk 16 mit der Zwischenverbindungswelle 20 zusammengebaut bzw. von dieser abgebaut werden kann, die in dem Innenlaufring 28 vorgesehen ist. In 5 ist der Winkelbegrenzungsring 40 zusätzlich vorgesehen in der Nähe des inneren Endes 44 der Zwischenverbindungswelle 20. Ein Schnappring 42 wird daraufhin auf die Zwischenverbindungswelle 20 in der Nähe des äußeren Abschnitts 29 des Innenlaufrings 28 vorgesehen.
Die Funktion des Winkelbegrenzungsrings 40 besteht darin, wie vorstehend angesprochen, den Verlust der Lagerkugeln 30 immer dann zu verhindern, wenn die Antriebsachse 13 nichtvollständig in ein Fahrzeug eingebaut ist. Wenn die Zwischenverbindungswelle 20 auf ihren maximalen Betätigungswinkel relativ zur Mittenlinie 35 ausgelenkt wird, welcher Winkel in Übereinstimmung mit den in 3 bis 5 gezeigten Ausführungsformen 30 Grad beträgt, kontaktiert der Rand 46 des Winkelbegrenzungsrings 40 die Lagerkugeln 30 und verhindert dadurch eine weitere Auslenkung über diesen Punkt hinaus und halten die Lagerkugeln 30 in dem CV-Gelenk 16 zurück. Der Winkelbegrenzungsring 40 verhindert dadurch, dass der Aufbau des CV-Gelenks 16 weiter als 30 Grad ausgelenkt wird, während die Antriebsachse 13 nicht in ihrer beabsichtigten Anwendung angeordnet ist.
Der maximale Betätigungswinkel des CV-Gelenks 16 kann selbstverständlich zwischen 15 und 40 Grad relativ zu der Mittenlinie 35 abhängig von der Auslegung des CV-Gelenks 16 variieren, ohne den beabsichtigten erfindungsgemäßen Zweck zu beeinträchtigen, einen Winkelbegrenzungsring 40 zusätzlich vorzusehen. Beispielsweise kann der maximale Betätigungswinkel mit dem Winkelbegrenzungsring 40 33 Grad relativ zur Mittenlinie 35 betragen, wenn geringfügige Modifikationen an der Konstruktion bzw. Auslegung der bevorzugten Ausführungsformengemäß den 3 bis 5 vorgenommen wird. Diese Modifikationen können das Modifizieren der Höhe des Winkelbegrenzungsrings 40 oder das Modifizieren der axialen Position des Winkelbegrenzungsrings 40 entlang der Zwischenverbindungswelle 20 enthalten. Eine Kombination von sowohl der Höhenmodifikation wie der Modifikation der axialen Position des Winkelbegrenzungsrings 40 kann außerdem geeignet sein, den maximalen Betätigungswinkel zu modifizieren.
Während die Form des Winkelbegrenzungsrings 40 in den 3 bis 5 als kreisförmig dargestellt ist, ist die Form nicht auf die Kreisform beschränkt. Insbesondere wird bemerkt, dass die Form Schüsselform oder eine andere unregelmäßige Formaufweisen kann und trotzdem die Winkelverstellung des CV-Gelenks 16 in Übereinstimmung mit der Erfindung zu begrenzen vermag. Der Ring 40 muss kein kontinuierlicher bzw. durchgehend sich erstreckender Ring sein. Beispielsweise kann der Winkelbegrenzungsring 40 C-förmig (geteilt) sein und trotzdem die Funktion gemäß der Erfindung erfüllen.
Während die Erfindung hinsichtlich bevorzugter Ausführungsformen erläutert wurde, wird bemerkt, dass die Erfindung selbstverständlich nicht hierauf beschränkt ist, sondern Modifikationen zugänglich ist, wie sich dem Fachmannerschließt, insbesondere angesichts der vorstehend angeführten Lehren.

Claims

Ein äußeres Konstantgeschwindigkeitsgelenk (16), aufweisend: einen Außenlaufring (24), einen Käfig (26), einen Innenlaufring (28), mehrere Lagerkugeln (30), eine Zwischenverbindungswelle (20) mit einer Schulter, einen Winkelbegrenzungsring (40), der einen Rand (46) aufweist und mit der in den Innenlaufring (28) eingefügten Zwischenverbindungswelle (20) verbunden ist, und eine Mittenlinie (35), wobei der Winkelbegrenzungsring (40) dazu ausgelegt ist, dass dann, wenn die Zwischenverbindungswelle (20) auf ihren maximalen Betätigungswinkel relativ zur Mittenlinie (35) ausgelenkt ist, ein Rand (46) des Winkelbegrenzungsrings (40) die Lagerkugeln (30) kontaktiert und dadurch eine weitere Auslenkung verhindert wird, so dass die Lagerkugeln (30) im Konstantgeschwindigkeitsgelenk (16) zurückgehalten werden.
Das äußere Konstantgeschwindigkeitsgelenk (16) nach Anspruch 1, wobei der Winkelbegrenzungsring (40) dazu ausgelegt ist, die Auslenkung des äußeren Konstantgeschwindigkeitsgelenks (16) auf den ersten Winkel zu begrenzen, bevor eine Antriebswelle in ein Fahrzeug eingebaut wird.
Das äußere Konstantgeschwindigkeitsgelenk (16) nach Anspruch 2, wobei der erste Winkel ungefähr zwischen 15 und 40 Grad relativ zu einer Mittenlinie (35) beträgt.
Das äußere Konstantgeschwindigkeitsgelenk (16) nach Anspruch 2, wobei der erste Winkel ungefähr 30 Grad relativ zu einer Mittenlinie (35) beträgt.
Das äußere Konstantgeschwindigkeitsgelenk (16) nach Anspruch 1, wobei der Winkelbegrenzungsring (40) dazu ausgelegt ist, die Auslenkung des äußeren Konstantgeschwindigkeitsgelenks (16) auf einen ersten Winkel relativ zu einer Mittenlinie (35) während des Ausbaus einer Antriebswelle von einem Fahrzeug zu begrenzen.
Das äußere Konstantgeschwindigkeitsgelenk (16) nach Anspruch 5, wobei der erste Winkel zwischen ungefähr 25 Grad und 40 Grad relativ zu der Mittenlinie (35) beträgt.
Das äußere Konstantgeschwindigkeitsgelenk (16) nach Anspruch 6, wobei der erste Winkel eine Funktion der Höhe des Winkelbegrenzungsrings (40) und der axialen Position des Winkelbegrenzungsrings (40) auf der Zwischenverbindungswelle (20) ist.
Das äußere Konstantgeschwindigkeitsgelenk (16) nach Anspruch 5, wobei der erste Winkel ungefähr 30 Grad relativ zu der Mittenlinie (35) beträgt.
Das äußere Konstantgeschwindigkeitsgelenk (16) nach Anspruch 1, wobei der Winkelbegrenzungsring (40) mit der Zwischenverbindungswelle (20) in einer Position in der Nähe des äußeren Abschnitts des Innenlaufrings (28) in Verbindung steht.
Das äußere Konstantgeschwindigkeitsgelenk (16) nach Anspruch 1, außerdem aufweisend einen Schnappring (42), der mit der Zwischenverbindungswelle (20) verbunden ist, wobei der Winkelbegrenzungsring (40) zwischen dem Schnappring (42) und dem Innenlaufring (28) zu liegen kommt.