DE102005042909B4

DE102005042909B4 - Gegenbahngelenk mit begrenzter Axialverschiebung

Info

Publication number: DE102005042909B4
Application number: DE102005042909.2A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Thomas (FH) Weckerling; Dipl.-Ing. Orkan (FH) Eryilmaz
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2005-09-08
Publication date: 2015-06-18
Anticipated expiration: 2025-09-09
Also published as: DE102005042909A1; CN101326380B; JP4904356B2; CN101326380A; WO2007028435A1; JP2009507195A

Abstract

Kugelgleichlaufdrehgelenk (11) in Form eines Gegenbahngelenks, umfassend ein Gelenkaußenteil (12) mit ersten und zweiten äußeren Kugelbahnen (16, 18), ein Gelenkinnenteil (14) mit ersten und zweiten inneren Kugelbahnen (17, 19), wobei erste äußere Kugelbahnen (16) mit ersten inneren Kugelbahnen (17) erste Bahnpaare (16, 17) bilden, die sich in einer ersten axialen Richtung Ri1 erweitern (α), und wobei zweite äußere Kugelbahnen (18) mit zweiten inneren Kugelbahnen (19) zweite Bahnpaare (18, 19) bilden, die sich in einer zweiten axialen Richtung Ri2 erweitern (β), Kugeln (20), die in den Bahnpaaren geführt sind und deren Kugelmittelpunkte Z auf einem Rollkreisradius PCR um einen Gelenkmittelpunkt M liegen, einem Kugelkäfig (21) mit umfangsverteilten Käfigfenstern (22), in dem die Kugeln (20) in einer gemeinsamen Mittelebene E gehalten werden und bei Gelenkbeugung auf die winkelhalbierende Ebene geführt werden, wobei zwischen dem Gelenkaußenteil (12) und dem Kugelkäfig (21) einerseits und zwischen dem Kugelkäfig (21) und dem Gelenkinnenteil (14) andererseits Axialspiele vorgesehen sind, die eine relative Axialverschiebung S zwischen Gelenkaußenteil (12) und Gelenkinnenteil (14) zulassen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem Axialspiel S und dem Rollkreisradius PCR der Kugeln (20) jeweils bei gestrecktem Gelenk zwischen 0,01 und 0,05 liegt (0,01 < S/PCR < 0,05) und, dass bei gestrecktem Gelenk in einer mittleren Position der relativen Axialverschiebung zwischen Gelenkaußenteil (12) und Gelenkinnenteil (14) die Öffnungswinkel α und β der ersten Bahnpaare (16, 17) und der zweiten Bahnpaare (18, 19) unterschiedlich groß sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgleichlaufdrehgelenk in Form eines Gegenbahngelenks, umfassend ein Gelenkaußenteil mit ersten und zweiten äußeren Kugelbahnen, ein Gelenkinnenteil mit ersten und zweiten inneren Kugelbahnen, wobei erste äußere Kugelbahnen mit ersten inneren Kugelbahnen erste Bahnpaare bilden, die sich in einer ersten axialen Richtung Ri1 erweitern, und wobei zweite äußere Kugelbahnen mit zweiten inneren Kugelbahnen zweite Bahnpaare bilden, die sich in einer zweiten axialen Richtung Ri2 erweitern, Kugeln, die in den Bahnpaaren geführt sind und deren Kugelmittelpunkt Z auf einem Rollkreisradius PCR um einen Gelenkmittelpunkt M liegen, einem Kugelkäfig mit umfangsverteilten Käfigfenstern, in dem die Kugeln in einer gemeinsamen Ebene E gehalten werden und bei Gelenkbeugung auf die winkelhalbierende Ebene geführt werden, wobei zwischen dem Gelenkaußenteil und dem Kugelkäfig einerseits und zwischen dem Kugelkäfig und dem Gelenkinnenteil andererseits Axialspiele vorgesehen sind, die eine relative Axialverschiebung S zwischen Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil zulassen.
Gelenke der hiermit bezeichneten Art sind in der DE 100 60 120 A1 beschrieben, wobei davon ausgegangen ist, dass der axiale Verschiebeweg in Abhängigkeit von den sich einstellenden Steuerwinkeln zu begrenzen ist. Gelenke der genannten Art sind in der axialen Mittelstellung axialkraftfrei und eignen sich damit zur Entkopplung kleinerer Schwingungen im Antriebsstrang. Bei einer Axialverschiebung unter Drehmomentbelastung bauen sich jedoch Axialkräfte auf, so dass es wieder zu einer Übertragung von Axialschwingungen kommen kann. Bei zu großem Axialverschiebeweg geht der Effekt der Axialkraftfreiheit bzw. Axialkraftarmut verloren.
Aus der DE 40 31 820 A1 ist ein Gleichlaufdrehgelenk in Form eines Gegenbahngelenks mit hinterschnittfreien Außen- und Innenlaufrillen bekannt. Zur Erzielung der Führung des Käfigs beträgt der Käfigsteuerwinkel stets mehr als 7°. Dadurch bedarf der Käfig keiner Führung durch das Außenteil oder Innenteil.
Aus der DE 103 37 612 A1 ist ein Gegenbahngelenk mit ersten Bahnpaaren bekannt, die sich zur Anschlussseite öffnen, und zweiten Bahnpaaren, die sich zur Öffnungsseite hin öffnen. Die ersten Bahnpaare sind so gestaltet, dass der Öffnungswinkel bei Gelenkbeugung an einer über die Mittelebene in das Gelenkaußenteil eintretenden Kugel zunächst Null wird und sich dann zur Öffnungsseite hin öffnet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gelenk der oben genannten Art vorzuschlagen, das im zugelassenen Verschiebebereich nur geringe Axialkräfte aufbaut, so dass das Gelenk zur Schwingungsentkopplung in Antriebssträngen wirksam werden kann.
Die Lösung der vorgenannten Aufgabe besteht in einem Gelenk der genannten Art, dass sich dadurch auszeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem Axialspiel S und dem Rollkreisradius PCR der Kugeln jeweils bei gestrecktem Gelenk zwischen 0,01 und 0,05 liegt (0,01 < S/PCR < 0,05) und, dass bei gestrecktem Gelenk in einer mittleren Position der relativen Axialverschiebung zwischen Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil die Öffnungswinkel (α) der ersten Bahnpaare und die Öffnungswinkel (β) der zweiten Bahnpaare unterschiedlich groß sind. Bei Einhaltung dieses auf die Gelenkgröße bezogenen Axialverschiebeweges wird vermieden, dass im Arbeitsbereich des Gelenks die resultierenden Axialkräfte zu groß werden.
Das Verhältnis zwischen dem Axialspiel S und dem Rollkreisradius PCR der Kugeln jeweils bei gestrecktem Gelenk liegt jeweils unterhalb von 0,05 liegt (S/PCR < 0,05). Die Axialkräfte sind besonders niedrig, wenn die Unterschiede zwischen den Öffnungswinkeln der Bahnpaare relativ gering sind. Es wird daher vorgeschlagen, dass bei gestrecktem Gelenk in den Endpositionen der relativen Axialverschiebung zwischen Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil der jeweils kleinere der Öffnungswinkel α oder β der ersten Bahnpaare oder der zweiten Bahnpaare kleiner 8° ist (α < 8° ⋁ β < 8°). Eine weitere Reduzierung der Öffnungswinkel der Bahnpaare kann soweit gehen, dass bei gestrecktem Gelenk in einer mittleren Position der relativen Axialverschiebung zwischen Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil, in der die Öffnungswinkel α und β der ersten Bahnpaare und der zweiten Bahnpaare dem Betrag nach gleich sind, beide Öffnungswinkel α und β kleiner 8° sind (α < 8° ⋀ β < 8°).
Hierbei ist insbesondere vorzusehen, dass die Innenfläche des Gelenkaußenteils, die Außenfläche des Gelenkinnenteil sowie die Außenfläche und die Innenfläche des Kugelkäfigs jeweils Kugelabschnittsflächen sind, wobei das Radialspiel COR zwischen Gelenkaußenteil und Kugelkäfig und das Radialspiel CIR zwischen Kugelkäfig und Gelenkinnenteil jeweils zwischen 0,015 und 0,20 mm beträgt. Hiermit ist die Gelenkfertigung in vorteilhafter Weise zu entfeinern, da die entsprechenden Flächen, die bei einem Gelenk dieser Art keine Führungsfunktion haben, sondern nur als Axialanschläge dienen, einfach durch Umformung oder durch einfache Drehoperation hergestellt werden können.
Insbesondere ist vorgesehen, dass am Gelenkaußenteil nach dem Umformen mit dem erforderlichen Aufmaß für die mechanische Bearbeitung die innere kugelige Führungsfläche für den Kugelkäfig ausschließlich weichgedreht und abschließend gehärtet wird, während die Kugelbahnen nach dem Umformen nur gehärtet und geschliffen werden. Das Härten von Führungsfläche und Kugelbahnen kann induktiv in einem einzigen Vorgang erfolgen.
Nach einer weiteren bevorzugten Bemessung ist vorgesehen, dass das radiale Kugelspiel BO der Kugeln in den Bahnpaaren zwischen –0,03 mm (Presssitz) und 0,08 mm (Spielpassung) liegt. Dieser Wertebereich gilt ebenso wie der vorher benannte für alle Gelenke gängiger Größen für den Automobilbereich.
Eine bevorzugte Bahngestaltung der hiermit bezeichneten Gegenbahngelenke wird in den Ansprüchen 8 bis 13 angegeben, auf die hiermit Bezug genommen wird. Hiermit wird sichergestellt, dass große Beugewinkel möglich werden und auch bei diesen großen Beugewinkeln ungeachtet der Axialverschiebeposition eine gute Steuerung der Kugeln durch die Bahnkräfte und damit eine zuverlässige Steuerung des Gelenks aufrechterhalten wird. Die genannte Bahngestaltung ist bisher nur für Festgelenke ohne Axialverschiebemöglichkeit vorgeschlagen worden ( DE 103 37 612 A1 ).
Das Gelenk kann vorzugsweise mit sechs Kugeln oder mit acht Kugeln ausgeführt werden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend beschrieben.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Gegenbahngelenk in einer ersten Ausführung mit sechs Kugeln

a) in einem ebenen Längsschnitt durch gegenüberliegende Kugelbahnen
b) in einer Abwicklung des Kugelkäfigs
c) in einem abgeknickten Längsschnitt durch ein Käfigfenster und einen Käfigsteg,
d) in einer vergrößerten Einzelheit nach Darstellung c) mit eingezeichnetem Axialspiel S;

2 zeigt das Gelenk in der Ausführung nach 1 in einer axialverschobenen Stellung

a) in einem ebenen Längsschnitt durch gegenüberliegende Kugelbahnen mit eingezeichneten Steuerwinkeln α und β, für die in der axialverschobenen Stellung β > α gilt,
b) in einer Abwicklung des Kugelkäfigs mit eingezeichneten Kräften F1 und F2, für die in der axialverschobenen Stellung F2 > F1 gilt,
c) in einem abgeknickten Längsschnitt durch ein Käfigfenster und einen Käfigsteg;

3 zeigt das Gelenk in der Ausführung nach den 1 und 2 in einem abgeknickten Längsschnitt durch ein Käfigfenster und einen Käfigsteg

a) in einer ersten axial maximal verschobenen Stellung mit eingezeichnetem ersten Schiebeweg S1,
b) in der axialen Mittelstellung mit eingezeichnetem Gesamtaxialspiel S, für das gilt S = S1 + S2,
c) in einer zweiten axial maximal verschobenen Stellung mit eingezeichnetem zweiten Schiebeweg S2,
d) in einer vergrößerten Einzelheit nach Darstellung b) mit den Axialspielen S1i und S2i zwischen Kugelkäfig und Gelenkinnenteil und den Axialspielen S1o und S2o zwischen Kugelkäfig und Gelenkaußenteil, wobei sich der in 3a) gezeigte maximale Verschiebeweg S1 zu S1 = S1i + S1o ergibt, und der in 3c) gezeigte maximale Verschiebeweg S2 zu S2 = S2i + S2o;

4 zeigt das Gelenk nach den 1 bis 3 in einem abgeknickten Längsschnitt durch ein Käfigfenster und einen Käfigsteg mit ergänzender Vermaßung

a) in einer ersten axial maximal verschobenen Stellung mit eingezeichnetem ersten Schiebeweg S1,
b) in der axialen Mittelstellung mit eingezeichnetem Gesamtaxialspiel S und Rollkreisradius PCR, wobei folgendes gilt S = S1 + S2 und 0,01 < S/PCR < 0,09,
c) in einer zweiten axial maximal verschobenen Stellung mit eingezeichnetem zweiten Schiebeweg S2;

5 zeigt das Gelenk nach den 1 bis 4

a) in der Darstellung nach den 3b und 4b,
b) in einer vergrößerten Einzelheit nach Darstellung a) mit eingezeichnetem Radialspiel CIR zwischen Gelenkinnenteil und Kugelkäfig, und Radialspiel COR zwischen Kugelkäfig und Gelenkaußenteil, wobei für das Radialspiel CIR gilt 0,08 < CIR < 0,02 und für das Radialspiel COR gilt 0,08 < COR < 0,02;

6 zeigt das Gelenk nach den 1 bis 5

a) in der Darstellung nach 5a
b) in einer vergrößerten Einzelheit nach Darstellung a) mit eingezeichnetem Axialspiel BC zwischen Kugel und Käfigfenster, für das –0,03 < BC < 0,1 gilt, und eingezeichnetem Radialspiel BO zwischen Kugel und Bahngrund, für das –0,03 < BC < 0,08 gilt;

7 zeigt ein erfindungsgemäßes Gegenbahngelenk in einer zweiten Ausführung mit sechs Kugeln und einer speziellen Bahnform

a) im Längsschnitt
b) im Querschnitt;

8 zeigt ein erfindungsgemäßes Gegenbahngelenk in einer dritten Ausführung mit einer speziellen Bahnform und acht Kugeln

a) in einem Längsschnitt A-A
b) in einem Längsschnitt B-B durch die zweiten Bahnpaare
c) in axialer Ansicht;

9 zeigt das Gelenk nach 7 mit Bemaßung der Kugelmittellinien

a) im Längsschnitt
b) das Gelenkaußenteil im Längsschnitt als Einzelheit
c) das Gelenkinnenteil im Längsschnitt als Einzelheit.

Die Darstellungen der 1 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Ein erfindungsgemäßes Gegenbahngelenk 11 umfasst ein Gelenkaußenteil 12 mit einem angeformten Boden 13, ein Gelenkinnenteil 14 mit einer eingesteckten Welle 15, Bahnpaare aus ersten äußeren Kugelbahnen 16 und ersten inneren Kugelbahnen 17, die sich in einer Gelenkmittelebene E in einer ersten Richtung Ri1 zum Boden 13 hin öffnen, sowie zweite Bahnpaare aus zweiten äußeren Kugelbahnen 18 und zweiten inneren Kugelbahnen 19, die sich in der Gelenkmittelebene E in einer zweiten axialen Richtung Ri2 zur Welle 15 hin öffnen. Eine Mehrzahl von ersten und zweiten Bahnpaaren verteilt sich über den Gelenkumfang. Der Öffnungswinkel der ersten Bahnpaare 16, 17 in der Mittelebene E ist mit α bezeichnet; der Öffnungswinkel der zweiten Bahnpaare 18, 19 in der Mittelebene E ist mit β bezeichnet. In den Bahnpaaren sitzen erste Kugeln 20 ₁ und zweite Kugeln 20 ₂ ein, die von einem Kugelkäfig 21 mit umfangsverteilten Käfigfenstern 22 in der gemeinsamen Mittelebene E gehalten werden. Es ist die Mittelachse A des gestreckten Gelenks ebenfalls bezeichnet, die die Mittelebene E im Gelenkmittelpunkt M schneidet. Bei Drehmomentübertragung werden auf die ersten Kugeln 20 ₁ Kräfte F1 in Richtung zum Boden 13 ausgeübt und auf die zweiten Kugeln 20 ₂ zweite Kräfte F2 in Richtung zur Welle 15. In der gezeigten Mittelstellung des Gelenks sind aufgrund der Größengleichheit der Winkel α, β die Kräfte F1 und F2 gleich groß, so dass die Summe aller Axialkräfte FC auf den Kugelkäfig 21 gleich Null ist. Wie in Darstellung c) und d) erkennbar, hat der Kugelkäfig 21 sowohl gegenüber dem Gelenkaußenteil 12 als auch gegenüber dem Gelenkinnenteil 14 Radialspiel und dadurch auch Axialspiel, wobei das gesamte Axialspiel zwischen Gelenkaußenteil 12 und Gelenkinnenteil 14 mit S bezeichnet wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat das Gelenkaußenteil 12 eine kugelige Innenfläche 23 und das Gelenkinnenteil 14 eine kugelige Außenfläche 24. Weiterhin hat der Kugelkäfig 21 eine kugelige Außenfläche 25 und eine kugelige Innenfläche 26.
In 2 sind gleiche Einzelheiten wie in 1 mit gleichen Bezugsziffern belegt. Auf die vorangehende Beschreibung wird Bezug genommen. Die einzelnen Darstellungen der 2 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Das Gelenk ist in einer Position dargestellt, in der das Gelenkinnenteil 14 gegenüber der auf das Gelenkaußenteil 12 bezogenen Mittelebene E um den axialen Schiebeweg S2 in der ersten Richtung verschoben ist. Infolge dieser Verschiebung wird der Öffnungswinkel α der ersten Bahnpaare 16, 17 kleiner, während der Öffnungswinkel β der zweiten Bahnpaare 18, 19 größer wird. Hieraus ergibt sich, dass bei Drehmomentübertragung die Axialkräfte F1 auf die ersten Kugeln 20 ₁ jeweils geringer werden und die Axialkräfte F2 auf die zweiten Kugeln 20 ₂ jeweils größer werden. Die Summe der Axialkräfte FC ist damit ungleich Null und in Richtung zur Welle 15 gerichtet. In dieser Stellung kann der Käfig und damit das Gelenk insgesamt nicht mehr axialkraftfrei verschoben werden.
In 3 sind gleiche Einzelheiten wie in den 1 und 2 mit gleichen Bezugsziffern belegt. Auf die vorangehende Beschreibung wird Bezug genommen. In der Darstellung b) ist das Gelenk im Axialschnitt in der axialen Mittelstellung gemäß 1c gezeigt. Aus der vergrößerten Einzelheit ergibt sich, dass das Gelenkinnenteil 14 gegenüber dem Kugelkäfig 21 die Axialspiele S1i und S2i aufweist. Weiterhin ist erkennbar, dass der Kugelkäfig 21 gegenüber dem Gelenkaußenteil 12 die Axialspiele S1o und S2o aufweist. Hieraus ergibt sich, dass der in Darstellung a) gezeigte maximale Verschiebeweg S1 in eine Richtung der Summe aus S1i und S1o entspricht und der in Darstellung c) gezeigte maximale Verschiebeweg S2 in die entgegengesetzte Richtung sich als Summe aus S2i und S2o ergibt. In den Endpositionen schlägt jeweils der Kugelkäfig 21 am Gelenkinnenteil 14 und/oder am Gelenkaußenteil 12 an. Der Gesamtverschiebeweg S ergibt sich als Summe aus S1 und S2, wobei hierbei S die Verschiebung des Gelenkinnenteils 14 gegenüber dem Gelenkaußenteil 12 von einem Anschlag bis zum anderen Anschlag bedeutet.
In 4 sind gleiche Einzelheiten wie in den 1 bis 3 mit gleichen Bezugsziffern belegt. Auf die vorangehende Beschreibung wird insoweit Bezug genommen. Die Darstellungen a), b) und c) entsprechen weitgehend den Darstellungen a), b) und c) der 3. In Darstellung b) ist zusätzlich der Rollkreisradius PCR der Kugeln von der Mittelachse A bis zum Kugelmittelpunkt Z bei gestrecktem Gelenk eingezeichnet. Es ist der erfindungsgemäße Bereich für die konstruktiven Verhältnisse zwischen maximalem Verschiebeweg S = S1 + S2 und Rollkreisradius PCR mit 0,01 < S/PCR < 0,09 angegeben.
In 5 sind gleiche Einzelheiten wie in den 1 bis 4 mit gleichen Bezugsziffern belegt. Auf die vorangehende Beschreibung wird Bezug genommen. Die Darstellung der Figur a) entspricht der Darstellung der 4b. In der vergrößerten Einzelheit nach Darstellung b) sind die Radialspiele CIR zwischen der äußeren Kugelfläche 24 des Gelenkinnenteils 14 und der inneren Kugelfläche 26 des Kugelkäfigs 21 sowie das Radialspiel COR zwischen der äußeren Kugelfläche 25 des Kugelkäfigs 21 und der inneren Kugelfläche 23 des Gelenkaußenteils 12 bezeichnet. Hierbei sind die Größenbereiche für die genannten Spiele mit 0,015 < CIR < 0,20 und 0,015 < COR < 0,20 bezeichnet, wobei sich die Angaben jeweils auf Millimeter beziehen.
In 6 sind gleiche Einzelheiten wie in den 1 bis 5 mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Auf die vorangehende Beschreibung wird Bezug genommen. Die Darstellung a) entspricht der Darstellung der 4b, wobei die Darstellung b) eine vergrößerte Einzelheit wiedergibt. In Darstellung b) ist das Radialspiel BO der Kugel in einem Bahnpaar 16, 18 ebenso wie das Axialspiel BC der Kugel 20 ₁ im Käfigfenster 22 angegeben, wobei die Werte für BC mit –0,03 < BC < 0,1 und die Werte für BO mit –0,03 < BO < 0,08 angegeben sind; hierbei beziehen sich die Angaben jeweils auf Millimeter.
In 7 ist ein erfindungsgemäßes Gegenbahngelenk mit sechs Bahnpaaren 16, 17; 18, 19 und somit sechs Kugeln 20 im Längsschnitt sowie in Ansicht gezeigt. Erste und zweite Bahnpaare wechseln sich über dem Umfang ab. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern belegt wie in den vorangegangenen 1 bis 6. Auf die Beschreibung wird insoweit Bezug genommen.
In 8 ist ein erfindungsgemäßes Gegenbahngelenk mit acht Kugeln 20 dargestellt, wobei ein Längsschnitt A-A durch erste Bahnpaare 16, 17 und ein Längsschnitt B-B durch zweite Bahnpaare 18, 19 gelegt ist. Erste und zweite Bahnpaare wechseln sich über dem Umfang ab. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern wie in den 1 bis 6 bezeichnet, auf deren Beschreibung Bezug genommen wird.
In 9 ist das Gelenk nach 7 gezeigt, wobei sich die Einzelheiten zu den Bahnmittellinien der Kugelbahnen, auf die nachstehend Bezug genommen wird, sinngemäß auch auf das Gelenk nach 8 erstrecken. Die Mittellinie M16 der dargestellten ersten äußeren Kugelbahn 16 im Gelenkaußenteil 12 besteht aus einem Bogen mit einem ersten Radius R2 mit einem Mittelpunkt O2, der auf der Längsachse A mit axialem Offset gegenüber der Mittelebene E zum Boden hin angeordnet ist, einem sich daran stetig anschließenden Bogen mit einem kleineren Radius R3, dessen Mittelpunkt O3 den gleichen axialen Offset zum Boden hin wie der Mittelpunkt O2 von R2 hat, sowie einem Bogen mit einem Gegenradius R1, dessen Mittelpunkt O1 einen axialen Offset gegenüber der Mittelebene E in Gegenrichtung zu den Mittelpunkten O2, O3 der Bögen mit den Radien R2, R3, das heißt zur Öffnungsseite hin hat und dessen Mittelpunkt O1 außerhalb eines Kreises mit dem Radius R2 um den Mittelpunkt O2 liegt. Am Gelenkinnenteil ist erkennbar, dass die Mittellinie M17 der dargestellten ersten inneren Kugelbahn 17 zur Mittellinie der äußeren Kugelbahn 16 spiegelsymmetrisch in Bezug auf die Mittelebene E ist, das heißt aus Bögen mit den Radien R2', R3' und R1' um Mittelpunkte O2', O3', O1' gleich aber symmetrisch zusammengesetzt ist. Die Mittellinie M18 der zweiten äußeren Kugelbahn 18 umfasst einen Bogen mit einem ersten Radius R5, dessen Mittelpunkt O5 auf der Längsachse A liegt, mit einem axialen Offset, der entgegengesetzt zum Offset des Mittelpunkts O2 des Bogens mit dem Radius R2 ist, das heißt zur Öffnungsseite hin liegt. An den Bogen mit dem Radius R5 schließt sich zur Öffnungsseite hin ein Bogen mit einem Gegenradius R4 an, dessen Mittelpunkt O4 außerhalb eines Kreises mit dem Radius R5 mit dem Mittelpunkt O5 liegt und einen in gleicher Richtung liegenden axialen Offset zur Mittelebene E hat. Es ist erkennbar, dass die Mittellinie M19 der zweiten inneren Kugelbahn 19 im Gelenkinnenteil 14 sich spiegelsymmetrisch zur Mittellinie M18 der zweiten äußeren Kugelbahn 18 verhält, das heißt aus Bogen mit den Radien R5' und R4' um Mittelpunkte O5', O4' jedoch spiegelsymmetrisch in Bezug auf die Mittelebene E zusammengesetzt ist. Die ersten äußeren Kugelnbahnen 16 und ersten inneren Kugelbahnen 17 bilden in der Mittelebene E den eingezeichneten Öffnungswinkel α, der sich in der ersten Richtung Ri1 öffnet, während die zweiten äußeren Kugelbahnen 18 und die zweiten inneren Kugelbahnen 19 in der Mittelebene den entgegengesetzt in der Richtung Ri2 sich öffnenden Öffnungswinkel β bilden. Bei Axialverschiebung dieses erfindungsgemäßen Gelenkes, das durch das erfindungsgemäße Käfigspiel möglich wird, ändern sich die Öffnungswinkel gegensinnig, wobei das Gelenk aus der axialkraftfreien Position in Positionen übergeht, in denen Rückstellkräfte entstehen.
Der verwendete Begriff axialer Offset ist gleichbedeutend mit dem Begriff axialer Abstand, bzw. axialer Versatz.
Bezugszeichenliste

11: Gegenbahngelenk
12: Gelenkaußenteil
13: Boden
14: Gelenkinnenteil
15: Welle
16: erste äußere Kugelbahn
17: erste innere Kugelbahn
18: zweite äußere Kugelbahn
19: zweite innere Kugelbahn
20: Kugel
21: Kugelkäfig
22: Käfigfenster
23: innere Kugelfläche (12)
24: äußere Kugelfläche (14)
25: äußere Kugelfläche (21)
26: innere Kugelfläche (21)

Claims

Kugelgleichlaufdrehgelenk (11) in Form eines Gegenbahngelenks, umfassend ein Gelenkaußenteil (12) mit ersten und zweiten äußeren Kugelbahnen (16, 18), ein Gelenkinnenteil (14) mit ersten und zweiten inneren Kugelbahnen (17, 19), wobei erste äußere Kugelbahnen (16) mit ersten inneren Kugelbahnen (17) erste Bahnpaare (16, 17) bilden, die sich in einer ersten axialen Richtung Ri1 erweitern (α), und wobei zweite äußere Kugelbahnen (18) mit zweiten inneren Kugelbahnen (19) zweite Bahnpaare (18, 19) bilden, die sich in einer zweiten axialen Richtung Ri2 erweitern (β), Kugeln (20), die in den Bahnpaaren geführt sind und deren Kugelmittelpunkte Z auf einem Rollkreisradius PCR um einen Gelenkmittelpunkt M liegen, einem Kugelkäfig (21) mit umfangsverteilten Käfigfenstern (22), in dem die Kugeln (20) in einer gemeinsamen Mittelebene E gehalten werden und bei Gelenkbeugung auf die winkelhalbierende Ebene geführt werden, wobei zwischen dem Gelenkaußenteil (12) und dem Kugelkäfig (21) einerseits und zwischen dem Kugelkäfig (21) und dem Gelenkinnenteil (14) andererseits Axialspiele vorgesehen sind, die eine relative Axialverschiebung S zwischen Gelenkaußenteil (12) und Gelenkinnenteil (14) zulassen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem Axialspiel S und dem Rollkreisradius PCR der Kugeln (20) jeweils bei gestrecktem Gelenk zwischen 0,01 und 0,05 liegt (0,01 < S/PCR < 0,05) und, dass bei gestrecktem Gelenk in einer mittleren Position der relativen Axialverschiebung zwischen Gelenkaußenteil (12) und Gelenkinnenteil (14) die Öffnungswinkel α und β der ersten Bahnpaare (16, 17) und der zweiten Bahnpaare (18, 19) unterschiedlich groß sind.
Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei gestrecktem Gelenk in den Endpositionen der relativen Axialverschiebung zwischen Gelenkaußenteil (12) und Gelenkinnenteil (14) der jeweils kleinere der Öffnungswinkel α oder β der ersten Bahnpaare (16, 17) oder der zweiten Bahnpaare (18, 19) kleiner als 8° ist (α < 8° ⋁ β < 8°).
Gelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei gestrecktem Gelenk in einer mittleren Position der relativen Axialverschiebung zwischen Gelenkaußenteil (12) und Gelenkinnenteil (14), in der die Öffnungswinkel α und β der ersten Bahnpaare (16, 17) und der zweiten Bahnpaare (18, 19) dem Betrag nach gleich sind, beide Öffnungswinkel α und β kleiner als 8° sind (α < 8° ⋀ β < 8°)
Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (23) des Gelenkaußenteils (12), die Außenfläche (24) des Gelenkinnenteil (14) sowie die Außenfläche (25) und die Innenfläche (26) des Kugelkäfigs (21) jeweils Kugelabschnittsflächen sind, wobei das Radialspiel COR zwischen Gelenkaußenteil (12) und Kugelkäfig (21) und das Radialspiel CIR zwischen Kugelkäfig (21) und Gelenkinnenteil (14) jeweils zwischen 0,015 und 0,20 mm beträgt.
Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Radialspiel BO der Kugeln (20) in den Bahnpaaren (16, 17; 18, 19) zwischen –0,03 mm (Presssitz) und 0,08 mm (Spielpassung) liegt.
Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialspiel BC der Kugeln (20) in den Käfigfenstern (22) zwischen –0,03 mm (Presssitz) und 0,1 mm (Spielpassung) liegt.
Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnmittellinien M16 der ersten äußeren Kugelbahnen (16) zentral einen Bogen mit dem Radius R2 haben, dessen Mittelpunkt O2 um einen axialen Offset von der Mittelebene E des Gelenks in der ersten Richtung versetzt liegt, und dass sie anschließend an diesen Bogen in der ersten Richtung von diesem Radius R2 zunehmend nach radial innen abweichen und dass die Bahnmittellinien M17 der ersten inneren Kugelbahnen (17) zentral einen Bogen mit dem Radius R2' haben, dessen Mittelpunkt O2' um einen axialen Offset von der Mittelebene E des Gelenks in der zweiten Richtung versetzt liegt, und dass sie anschließend an diesen Bogen in der zweiten Richtung von diesem Radius R2' zunehmend nach radial innen abweichen.
Gelenk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnmittellinien M16 der ersten äußeren Kugelbahnen (16) im Anschluss an den Bogen mit dem Radius R2 in der ersten Richtung einen Bogen mit einem kleineren Radius R3 mit gleichem Krümmungssinn haben, der sich stetig an ersteren anschließt und dass die Bahnmittellinien M17 der ersten inneren Kugelbahnen (17) im Anschluss an den Bogen mit dem Radius R2' in der zweiten Richtung einen Bogen mit einem kleineren Radius R3' mit gleichem Krümmungssinn haben, der sich stetig an ersteren anschließt.
Gelenk nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnmittellinien M16 der ersten äußeren Kugelbahnen (16) im Anschluss an den Bogen mit dem Radius R2 in der zweiten Richtung von diesem Radius R2 zunehmend nach radial außen abweichen und dass die Bahnmittellinien M17 der ersten inneren Kugelbahnen (17) im Anschluss an den Bogen mit dem Radius R2' in der ersten Richtung von diesem Radius R2' zunehmend nach außen abweichen.
Gelenk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnmittellinien M16 der ersten äußeren Kugelbahnen (16) im Anschluss an den Bogen mit dem Radius R2 in der zweiten Richtung einen Bogen mit dem Radius R1 mit entgegengesetztem Krümmungssinn haben, der sich an ersteren stetig anschließt und dessen Mittelpunkt O1 außerhalb eines Kreises mit dem Radius R2 und dem Mittelpunkt O2 liegt und dass die Bahnmittellinien M17 der ersten inneren Kugelbahnen (17) im Anschluss an den Bogen mit dem Radius R2' in der ersten Richtung einen Radius R1' mit entgegengesetztem Krümmungssinn haben, der sich stetig an ersteren anschließt und dessen Mittelpunkt O1' außerhalb eines Kreises mit dem Radius R2' um den Mittelpunkt O2' liegt.
Gelenk nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnmittellinien M18 der zweiten äußeren Kugelbahnen (18) zentral einen Bogen mit dem Radius R5 haben, dessen Mittelpunkt O5 um einen axialen Offset von der Mittelebene E des Gelenks in der zweiten Richtung versetzt liegt, und dass sie anschließend an diesen Bogen in der zweiten Richtung zunehmend von diesem Radius R5 nach radial außen abweichen, und dass die Bahnmittellinien M19 der zweiten äußeren Kugelbahnen (19) zentral einen Bogen mit dem Radius R5' haben, dessen Mittelpunkt O5' um einen axialen Offset von der Mittelebene E des Gelenks in der ersten Richtung versetzt liegt, und dass sie anschließend an diesen Bogen in der ersten Richtung von diesem Radius R5' zunehmend nach radial außen abweichen.
Gelenk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnmittellinien M18 der zweiten äußeren Kugelbahnen (18) im Anschluss an den Bogen mit dem Radius R5 in der zweiten Richtung einen Bogen mit einem Radius R4 mit entgegengesetztem Krümmungssinn haben, der sich stetig an ersteren anschließt und dessen Mittelpunkt O4 außerhalb eines Kreises mit dem Radius R5 um den Mittelpunkt O5 liegt, und dass die Bahnmittellinien M19 der zweiten inneren Kugelbahnen (19) im Anschluss an den Bogen mit dem Radius R5' in der ersten Richtung einen Bogen mit dem Radius R4' mit entgegengesetztem Krümmungssinn haben, der sich stetig an ersteren anschließt und dessen Mittelpunkt O4' außerhalb eines Kreises mit dem Radius R5' um den Mittelpunkt O5' liegt.
Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit drei ersten Bahnpaaren (16, 17) und drei zweiten Bahnpaaren (18, 19), die über dem Umfang abwechselnd angeordnet sind.
Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, das vier erste Bahnpaare (16, 17) und vier zweite Bahnpaare (18, 19) umfasst, die über dem Umfang abwechselnd angeordnet sind.
Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass am Gelenkaußenteil (12) die innere Kugelfläche (23) ausschließlich weichgedreht und gehärtet ist und die Kugelbahnen (16, 18) gehärtet und geschliffen sind.