DE102005059696A1

DE102005059696A1 - Kugelkäfig für ein Gleichlaufdrehgelenk und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE102005059696A1
Application number: DE102005059696A
Authority: DE
Inventors: Bruno Feichter
Original assignee: GKN Driveline Brunico SpA
Current assignee: GKN Driveline Brunico SpA
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2007-06-28

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kugelkäfig für ein Gleichlaufdrehgelenk, insbesondere für ein Gleichlaufverschiebegelenk, das ein Gelenkaußenteil mit einer innenzylindrischen Führungsfläche und ein Gelenkinnenteil mit einer äußeren sphärischen Führungsfläche und den Kugelkäfig zur Aufnahme von drehmomentübertragenden Kugeln aufweist. Der Kugelkäfig hat die folgenden Merkmale: DOLLAR A mehrere umfangverteilte Fenster 3 zur Aufnahme der drehmomentübertragenden Kugeln, wobei die Fenster 3 gemeinsam eine Fenstermittenebene M definieren; DOLLAR A eine äußere Freifläche 10 und eine äußere sphärische Steuerfläche 9 zur Führung des Kugelkäfigs gegenüber dem Gelenkaußenteil; DOLLAR A und eine innere sphärische Steuerfläche 16 zur Führung des Kugelkäfigs gegenüber dem Gelenkinnenteil; DOLLAR A wobei der Mittelpunkt der äußeren sphärischen Steuerfläche 9 und der Mittelpunkt der inneren sphärischen Steuerfläche 16 mit axialem Abstand zur Fenstermittenebene M liegen; DOLLAR A wobei die äußere sphärische Steuerfläche 9 hartbearbeitet ist und die äußere Freifläche 10 weichbearbeitet ist. DOLLAR A Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Kugelkäfigs für ein Gleichlaufverschiebegelenk.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kugelkäfig für ein Gleichlaufdrehgelenk, insbesondere für ein Gleichlaufverschiebegelenk nach Art eines Doppel-Offset-Gelenks, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kugelkäfigs sowie ein Gleichlaufdrehgelenk mit einem solchen Kugelkäfig.
Gleichlaufverschiebegelenke sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und umfassen ein Gelenkaußenteil mit mehreren umfangsverteilten längsverlaufenden Außenbahnen, ein Gelenkinnenteil mit mehreren umfangsverteilten längsverlaufenden Innenbahnen, drehmomentübertragende Kugeln, die jeweils in einem Bahnpaar bestehend aus einer Außenbahn und einer Innenbahn geführt sind, sowie einen Kugelkäfig mit umfangsverteilten Fenstern zur Aufnahme der Kugeln. Bei Beugung des Gelenks werden die Kugeln im Zusammenwirken mit den Bahnen und dem Kugelkäfig auf die winkelhalbierende Ebene eingestellt.

Aus der DE 198 56 424 C2 ist ein Gleichlaufverschiebegelenk nach Art eines Doppel-Offset-Gelenks mit Zentriermitteln für den Kugelkäfig bekannt. Hierfür hat der Kugelkäfig eine äußere sphärische Steuerfläche, deren größter Durchmesser mit axialem Abstand zur Gelenkmittenebene entfernt liegt, und eine innere konkave Steuerfläche, deren größter Durchmesser in entgegengesetzte Richtung mit axialem Abstand zur Gelenkmittenebene entfernt liegt. An die äußere sphärische Steuerfläche schließt sich eine Konusfläche tangential an.

Die EP 844 412 B1 zeigt ein weiteres Gleichlaufverschiebegelenk nach Art eines Doppel-Offset-Gelenks, das ähnlich gestaltet ist. Der Kugelkäfig hat außen im Bereich der Fenster von der konischen Führungsfläche radial vorstehende Vorsprünge zur Führung der zugehörigen Kugel bei Abwinklung des Gelenks.

Aus der DE 2 114 536 ist ein Gleichlaufverschiebegelenk bekannt, bei dem ein außen kugeliger Steuerkörper auf das Gelenkinnenteil aufgeschoben und gegenüber diesem axial verschiebbar ist. Auf dem Steuerkörper ist der Kugelkäfig schwenkbar gelagert. Der Kugelkäfig ist in Bezug auf eine Fenstermittenebene asymmetrisch gestaltet.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Kugelkäfig für ein Gleichlaufdrehgelenk sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kugelkäfigs vorzuschlagen, wobei der Kugelkäfig einfach und kostengünstig herstellbar sein und ein geringes Gewicht aufweisen soll. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein verbessertes Gleichlaufdrehgelenk mit einem solchen Kugelkäfig vorzuschlagen.

Eine erste Lösung liegt in einem Kugelkäfig für ein Gleichlaufdrehgelenk, insbesondere für ein Gleichlaufverschiebegelenk, das ein Gelenkaußenteil mit einer innenzylindrischen Führungsfläche und ein Gelenkinnenteil mit einer äußeren sphärischen Führungsfläche und in dem Kugelkäfig gehaltene drehmomentübertragende Kugeln aufweist,
wobei der Kugelkäfig die folgenden Merkmale hat:
mehrere umfangsverteilte Fenster zur Aufnahme der drehmomentübertragenden Kugeln, wobei die Fenster gemeinsam eine Fenstermittenebene definieren;
eine äußere sphärische Steuerfläche zur Führung des Kugelkäfigs gegenüber dem Gelenkaußenteil sowie eine äußere Freifläche;
und eine innere sphärische Steuerfläche zur Führung des Kugelkäfigs gegenüber dem Gelenkinnenteil;
wobei der Mittelpunkt der äußeren sphärischen Steuerfläche und der Mittelpunkt der inneren sphärischen Steuerfläche mit axialem Abstand zur Fenstermittenebene liegen;
wobei die äußere sphärische Steuerfläche hartbearbeitet ist und die äußere Freifläche weichbearbeitet ist.

Dabei wird unter Weichbearbeitung ein Bearbeitungsverfahren vor dem Härten des Kugelkäfigs verstanden, während mit Hartbearbeitung ein Bearbeitungsverfahren nach dem Härten bezeichnet ist. Die Bearbeitungsverfahren sind vorzugsweise spanend, beispielsweise Drehoperationen. Dadurch, daß die äußere sphärische Steuerfläche hartbearbeitet ist und die äußere Freifläche weichbearbeitet ist, ergibt sich insgesamt eine verkürzte Bearbeitungszeit bei der Fertigung des Kugelkäfigs. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kugelkäfigs ist, daß die sphärische Fläche nur eine Teilfläche der Außenfläche darstellt, so daß die Schnittfläche reduziert und der Werkzeugverschleiß beim Hartbearbeiten minimiert ist. Der erfindungsgemäße Kugelkäfig eignet sich besonders für solche Gleichlaufdrehgelenke, bei denen am Kugelkäfig eine primäre Funktionsfläche mit Steuerungsfunktion und eine hiervon abgesetzte sekundäre Fläche ohne Arbeitsfunktion vorgesehen ist. Dies sind insbesondere Verschiebegelenke, beispielsweise Doppel-Offset-Verschiebegelenke mit parallelen Kugelbahnen oder VL-Verschiebegelenke mit gekreuzten Kugelbahnen. Der erfindungsgemäße Kugelkäfig kann jedoch grundsätzlich auch in Festgelenken zum Einsatz kommen, bei denen am Kugelkäfig eine Trennung zwischen einer Funktionsfläche und einer sekundären Fläche ohne Arbeitsfunktion vorgesehen ist. Auch hier ergeben sich die obengenannten Vorteile einer verkürzten Fertigungszeit und einer höheren Werkzeugstandzeit. Dabei ist die Fertigung um so günstiger, je größer die sekundäre Fläche ist.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Abstand zwischen der Fenstermittenebene und einer ersten Stirnfläche kleiner als der Abstand zwischen der Fenstermittenebene und einer zur ersten Stirnfläche entgegengesetzt gerichteten zweiten Stirnfläche. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Materialeinsparung, was sich günstig auf Gewicht und Herstellungskosten des Kugelkäfigs auswirkt. Außerdem kann bei gleichbleibender Schiebeweganforderung des Doppel-Offset-Verschiebegelenks, in dem der erfindungsgemäße Kugelkäfig zum Einsatz kommt, die axiale Länge des Gelenkaußenteils reduziert werden. Dies führt auch beim Gelenkaußenteil zu einer Gewichteinsparung und reduzierten Fertigungszeiten.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist axial zwischen der Freifläche und der äußeren sphärischen Fläche eine umlaufende Ausnehmung als Werkzeugauslauf vor gesehen. Diese ist axial etwa im Bereich des größten Innendurchmessers der inneren sphärischen Steuerfläche angeordnet. Die Ausnehmung bildet einen Auslauf für einen Drehmeißel oder ein Schleifwerkzeug bei der Hartbearbeitung der sphärischen Steuerfläche. Vorzugsweise hat die Ausnehmung einen Boden, der in die Freifläche axial übergeht bzw. an diese anschließt.

Vorzugsweise ist die äußere Freifläche tangential zur äußeren sphärischen Steuerfläche oder zu einer an die äußeren sphärischen Freifläche anschließenden Tangente parallel ausgerichtet. Weiterhin ist es günstig, wenn die Freifläche konisch gestaltet ist, um so eine Abwinklung des Gelenkinnenteils gegenüber dem Gelenkaußenteil über den maximalen Beugewinkel zu ermöglichen. Dabei entspricht der Konuswinkel etwa dem halben maximalen Beugewinkel des Gleichlaufverschiebegelenks.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen der Freifläche und der Ausnehmung eine äußere umlaufende Erhöhung vorgesehen, die tangential zur äußeren sphärischen Steuerfläche ausgerichtet ist und axial im Bereich einer durch Seitenflächen der Fenster aufgespannten Ebene liegt. Diese Erhöhung erweitert die Seitenfläche des Fensters nach radial außen und dient so zur Führung der Kugeln bei abgewinkeltem Gelenk. Bei vorgesehener Erhöhung geht der Boden der Ausnehmung vorzugsweise in die Erhöhung axial nahtlos über bzw. schließt an die Erhöhung stufenlos an. Die Erweiterungsfläche erfüllt die Funktion bezüglich der axialen Montage des Gelenkinnenteils.

Nach einer günstigen Weiterbildung hat der Kugelkäfig im Anschluß an die innere sphärische Steuerfläche eine hinterschnitttreie Erweiterungsfläche, die sich in Richtung zur Öffnung vergrößert. Dabei stellt die Erweiterungsfläche eine sekundäre Fläche dar, die in eingebauten Zustand keine Funktion wahrnimmt und daher vorzugsweise unbearbeitet bleibt. Ausgehend von der Öffnung des Kugelkäfigs hat die Erweiterungsfläche vorzugsweise einen zylindrischen Abschnitt, der bogenförmig in einen nach innen vorstehenden Verbindungsabschnitt übergeht, an den sich wiederum die innere sphärische Steuerfläche anschließt.

Eine zweite Lösung besteht in einem Verfahren zur Herstellung eines Kugelkäfigs für ein Gleichlaufdrehgelenk, insbesondere für ein Gleichlaufverschiebegelenk, das ein Gelenkaußenteil mit einer innenzylindrischen Führungsfläche und ein Gelenkinnenteil mit einer äußeren sphärischen Führungsfläche und in dem Kugelkäfig gehaltene drehmomentübertragende Kugeln aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten:
Bereitstellen eines vorgeformten ringförmigen Rohteils mit einer Außenfläche, einer Innenfläche, einer ersten Endfläche und einer zweiten Endfläche, wobei die Außenfläche eine sphärische Fläche und eine konische Fläche umfaßt;
Weichbearbeiten der konischen Fläche zur Erzeugung einer Freifläche, wobei die sphärische Fläche zunächst unbearbeitet bleibt; Härten des Kugelkäfigs;
Hartbearbeiten der äußeren sphärischen Fläche zur Erzeugung einer Steuerfläche, wobei die Freifläche unbearbeitet bleibt.

Der erfindungsgemäß hergestellte Kugelkäfig bietet die bereits obengenannten Vorteile einer schnellen und kostengünstigen Fertigung, wobei die Werkzeugzeugstandzeiten dadurch, daß nur die äußere sphärische Steuerfläche hartbearbeitet wird, erhöht sind. Es ist vorgesehen, daß nur die Funktionsflächen bearbeitet werden, während die sekundären Flächen unbearbeitet bleiben.

Vorzugsweise weist die Innenfläche des Rohteils eine weitestgehend innenzylindrische Fläche und eine an diese angeschlossene Erweiterungsfläche auf, wobei als ein Verfahrensschritt vorgesehen ist:
Weichbearbeiten der innenzylindrischen Fläche, wobei eine sphärische innere Steuerfläche erzeugt wird. In vorteilhafter Konkretisierung bleibt die Erweiterungsfläche dabei unbearbeitet. Das Rohteil hat zwischen der sphärischen Fläche und der konischen Fläche vorzugsweise eine umlaufende Ausnehmung als Werkzeugauslauf. Diese kann beim Weichbearbeiten der konischen Fläche mit bearbeitet werden, falls dies durch die Fertigungstoleranzen erforderlich ist.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung hat die innenzylindrische Fläche des Rohteils umfangsverteilte längsverlaufende Keilnuten, die in die Erweiterungsfläche münden. Dabei sind die Keilnuten in Umfangsrichtung dort vorgesehen, wo in fertig bearbeiteten Zustand des Kugelkäfigs die Fenster sein sollen. Die zu den Fenstern ausgerichteten Keilnuten und die Erweiterungsfläche ermöglichen die axiale Montage des Ge lenkinnenteils. Weiterhin wird im Bereich der Fenster Material eingespart, das für die Erzeugung der Fenster ohnehin entfernt werden müßte. Dies wirkt sich ebenfalls günstig auf die Fertigungszeiten und Werkzeugstandzeiten aus.

Vorzugsweise ist als ein Verfahrensschritt vorgesehen: Weichbearbeiten der die Freifläche begrenzenden zweiten Endfläche zur Erzeugung einer zweiten Stirnfläche, wobei die erste Endfläche unbearbeitet bleibt und die erste Stirnfläche bildet. So kann eine Bearbeitungsoperation eingespart werden, insbesondere ist kein Umspannen des Kugelkäfigs erforderlich, um die erste Endfläche zu bearbeiten.

Vorzugsweise ist als ein Verfahrensschritt vorgesehen:
Einarbeiten mehrerer umfangsverteilter Fenster zur Aufnahme der drehmomentübertragenden Kugeln, wobei die Fenster gemeinsam eine Fenstermittenebene definieren, wobei ein zwischen der Fenstermittenebene und der ersten Endfläche gebildeter erster Käfigabschnitt axial kürzer ist als ein zwischen der Fenstermittenebene und der zweiten Endfläche gebildeter zweiter Käfigabschnitt. Dies hat den obengenannten Vorteil eines geringen Gewichts des Kugelkäfigs. Es ist günstig, das Einarbeiten der Fenster mittels Fräsen durchzuführen.

Die Verfahrensschritte des Weichbearbeitens sind vorzugsweise Drehoperationen, die alle in einer Aufspannung durchgeführt werden können. Das Hartbearbeiten kann eine Drehoperation oder Schleifoperation sein.

Eine weitere Lösung besteht in einem Gleichlaufdrehgelenk, insbesondere in einem Gleichlaufverschiebegelenk, umfassend
ein Gelenkaußenteil mit einer inneren Führungsfläche, in der Außenbahnen ausgebildet sind;
ein Gelenkinnenteil mit einer äußeren konvexen Führungsfläche, in der Innenbahnen ausgebildet sind;
drehmomentübertragende Kugeln, die in aus jeweils einer Außenbahn und einer Innenbahn gebildeten Kugelbahnen laufen; sowie
einen Kugelkäfig mit folgenden Merkmalen:
mehrere umfangsverteilte Fenster zur Aufnahme der drehmomentübertragenden Kugeln, wobei die Fenster gemeinsam eine Fenstermittenebene definieren;
eine äußere sphärische Steuerfläche zur Führung des Kugelkäfigs gegenüber dem Gelenkaußenteil sowie eine äußere Freifläche;
und eine innere sphärische Steuerfläche zur Führung des Kugelkäfigs gegenüber dem Gelenkinnenteil;
wobei der Mittelpunkt der äußeren sphärischen Steuerfläche und der Mittelpunkt der inneren sphärischen Steuerfläche mit axialem Abstand zur Fenstermittenebene liegen; wobei die äußere sphärische Steuerfläche hartbearbeitet ist und die äußere Freifläche weichbearbeitet ist.

Dabei ist das Gleichlaufdrehgelenk vorzugsweise als Gleichlaufverschiebegelenk gestaltet und hat eine innenzylindrische Führungsfläche am Gelenkaußenteil und eine sphärische Führungsfläche am Gelenkinnenteil. Der Kugelkäfig kann nach einer der obengenannten Ausführungen gestaltet sein, woraus sich die obengenannten Vorteile ergeben. Durch eine asymmetrische Anordnung der Fenstermittenebene kann – bei gleichbleibendem Verschiebeweg – die axiale Länge des Gelenkaußenteils reduziert werden, was auch beim Gelenkaußenteil zu einer Gewichteinsparung und reduzierten Fertigungszeiten führt. Alternativ hierzu kann durch den erfindungsgemäßen Kugelkäfig der Verschiebeweg des Gleichlaufverschiebegelenks vergrößert werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Hierin zeigt
1 einen erfindungsgemäßen Kugelkäfig für ein Doppel-Offset-Verschiebegelenk

a) im Längsschnitt durch zwei einander gegenüberliegende Stege;
b) im Längsschnitt durch zwei einander gegenüberliegende Fenster;
c) das Detail X aus 1b);

2 den erfindungsgemäßen Kugelkäfig bei der Herstellung mit den Verfahrensschritten

a) als Rohling;
b) nach einer Drehbearbeitung;
c) das Detail Y aus 2b);
d) nach der Fräsbearbeitung im Längsschnitt durch die Stege;

3 ein erfindungsgemäßes Doppel-Offset-Gleichlaufverschiebegelenk mit einem erfindungsgemäßen Kugelkäfig.
1 zeigt einen Kugelkäfig 2 für ein weiter unten näher beschriebenes Gleichlaufdrehgelenk in Form eines Gleichlaufverschiebegelenks. Das Gleichlaufverschiebegelenk umfaßt ein Gelenkaußenteil mit einer innenzylindrischen Führungsfläche, ein Gelenkinnenteil mit einer äußeren sphärischen Führungsfläche und den Kugelkäfig zur Aufnahme von drehmomentübertragenden Kugeln.
Der Kugelkäfig 2 ist ringförmig um eine Drehachse A gestaltet und umfaßt mehrere umfangsverteilte Fenster 3 zur Aufnahme der drehmomentübertragenden Kugeln sowie in umfangsrichtung zwischen zwei benachbarten Fenstern 3 gebildete Stege 4. Die Zahl der Fenster 3 richtet sich nach der Zahl der zu verwendenden Kugeln und beträgt üblicherweise sechs oder acht. Die Fenster 3 definieren gemeinsam eine Fenstermittenebene M, in der die Kugeln gehalten werden. Diese Ebene stellt die winkelhalbierende Ebene zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkaußenteil bei Abwinklungen des Gelenks dar. Der Kugelkäfig 2 umfaßt weiterhin einen ersten Käfigabschnitt 5, der sich zwischen der Fenstermittenebene M und einer ersten Stirnfläche 6 erstreckt, sowie einen zweiten Käfigabschnitt 7, der sich zwischen der Fenstermittenebene M und einer zur ersten Stirnfläche 6 entgegengesetzt gerichteten zweiten Stirnfläche 8 erstreckt. Es ist ersichtlich, daß der erste Käfigabschnitt 5 axial kürzer ist als der zweite Käfigabschnitt 7, wodurch Material eingespart werden kann. Dies führt bei gleichbleibender Schiebeweganforderung des Doppel-Offset-Gelenks zu einer Reduzierung der axialen Baulänge des Gelenkaußenteils.
Der Kugelkäfig 2 umfaßt weiterhin eine äußere sphärische Steuerfläche 9, die unmittelbar mit der innenzylindrischen Führungsfläche des Gelenkaußenteils in Kontakt tritt und sich über den ersten Käfigabschnitt 5 und einen Teil des zweiten Käfigab schnitts 7 erstreckt. Die sphärische Steuerfläche 9 ist eine Kugelabschnittsfläche oder eine ähnliche Tonnenfläche, an die sich eine konische Freifläche 10 im wesentlichen tangential anschließt. Dabei entspricht der Konuswinkel etwa dem halben maximalen Beugewinkel des Gleichlaufverschiebegelenks. Zwischen der Freifläche 10 und der sphärischen Steuerfläche 9 ist eine umlaufenden radiale Ausnehmung 12 gebildet, die bei der Fertigung als Auslauf für Bearbeitungswerkzeuge dient. Wie insbesondere aus 1c) ersichtlich, mündet die Freifläche 10 im Bereich der Fenster in eine umlaufende konische Erhöhung 13, die im Bereich ihres größten Durchmessers nahtlos in einen Boden der umlaufenden Ausnehmung 12 übergeht. Dabei liegt die Konusfläche der Erhöhung auf einer Parallelen zu einer an die sphärische Steuerfläche 9 anschließenden Tangente. Die Erhöhung 13 ist axial im Bereich einer durch die seitlichen Führungsflächen 15 der Fenster 3 aufgespannten Ebene angeordnet, die dem zweiten Käfigabschnitt 5 zugeordnet ist. Durch die Erhöhung 13 wird die seitliche Führungsfläche 15 zur Führung der Kugeln bei abgewinkeltem Gelenk radial erweitert.
Auf seiner Innenseite bildet der Kugelkäfig 2 eine konkave innere sphärische Steuerfläche 16 zur Führung des Kugelkäfigs 2 gegenüber einer Führungsfläche des Gelenkinnenteils. Die innere sphärische Steuerfläche 16 erstreckt sich über den zweiten Käfigabschnitt 7 und einen Teil des ersten Käfigabschnitts 5. An die innere sphärische Steuerfläche 16 schließt sich – axial etwa im Bereich des größten Durchmessers der äußeren sphärischen Steuerfläche 9 – eine Erweiterungsfläche 14 an, die den Käfigring in Richtung zur Öffnung erweitert und einen konkaven Übergangsbereich 17 sowie eine innere Zylinderfläche 18 aufweist. Die äußere Steuerfläche 9 hat einen größten Außendurchmesser, der mit gleichem axialen Abstand zur Fenstermittenebene M in entgegengesetzte Richtung zu einem größten Innendurchmesser der inneren Steuerfläche 13 liegt. Dieser Versatz ("Offset") der maximalen Durchmesser der Steuerflächen gibt dem Gelenk seinen Namen, nämlich Doppel-Offset-Gelenk.
Im folgenden werden die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kugelkäfigs 2 anhand der 2 erläutert. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern wie in 1 bezeichnet und vorläufige Bauteile mit um 100 erhöhten Bezugsziffern versehen.
Ausgangspunkt ist ein Rohling 102, der bereits teilweise die Konturen des fertigbearbeiteten Kugelkäfigs 2 aufweist und in 2a) dargestellt ist. Der Rohling 102 ist als Präzisionsrohling gestaltet und durch ein Massivumformverfahren, beispielsweise Schmieden, vorgeformt. Der Rohling 102 ist ringförmig und hat eine erste axiale Endfläche 6, eine hierzu entgegengesetzt gerichtete zweite axiale Endfläche 108, eine Außenfläche und eine Innenfläche. Die Außenfläche umfaßt ausgehend von der ersten Endfläche eine sphärische Fläche 109, eine sich daran axial anschließende umlaufende Ausnehmung 112 sowie eine sich hieran axial anschließende Fläche 110, die vorzugsweise konisch gestaltet ist. Die Innenfläche 102 umfaßt ausgehend von der ersten Endfläche 6 eine erste zylindrische Fläche 18 mit einem größeren Innendurchmesser, einen sich hieran anschließenden konischen Übergangsabschnitt 17 sowie eine sich hieran anschließende zweite zylindrische Fläche 116 mit einem kleineren Innendurchmesser. Dabei sind axial im Bereich der zweiten zylindrischen Fläche 116 längsverlaufende Keilnuten 19 eingeformt, die in die erste zylindrische Fläche 18 münden. Die Keilnuten 19 sind in Umfangsrichtung dort angeordnet, wo sich in fertig bearbeiteten Zustand die Fenster befinden werden. Auf diese Weise wird im Bereich der Fenster Material eingespart, das für die Erzeugung der Fenster ohnehin spanend entfernt werden müßte. Die mit den Fenstern fluchtenden Keilnuten 19 und die Erweiterungsfläche 14 ermöglichen die axiale Montage des Gelenkinnenteils.
Der Rohling wird an seinem der ersten Endfläche 6 zugeordneten Ende eingespannt und in einem folgenden Fertigungsschritt drehend bearbeitet. Bei der Drehbearbeitung werden nur die konische Fläche 110, die nach der Drehoperation die Freifläche 10 bildet, die Endfläche 108, die nach der Drehoperation die Stirnfläche 8 bildet, und die zweite zylindrische Innenfläche 116 gedreht, die nach der Drehoperation die innere sphärische Steuerfläche 16 bildet. Die übrigen Flächen, nämlich die sphärische Außenfläche 109, die Endfläche 6 und die Enweiterungsfläche 14 bestehend aus erster Zylinderfläche 18 und Übergangsfläche 17 bleiben (zunächst) unbearbeitet. 2b) zeigt das Werkstück nach der Drehbearbeitung, wobei die Freifläche 10, die innere sphärische Fläche 16 und die zweite Stirnfläche 8 eingearbeitet sind. Es ist ersichtlich, daß die sphärische Innenfläche 16 im Bereich ihres größten Innendurchmessers durch eine zylindrische Fläche 20 unterbrochen ist. Diese Zylinderfläche 20 ermöglicht im Betriebszustand des Gelenks eine axiale Verschiebbarkeit des Gelenkinnenteils gegenüber dem Kugelkäfig 2, so daß im Antriebsstrang auftretende Schwingungen abgekoppelt werden können.
Im Anschluß an die Drehbearbeitung wird der Kugelkäfig einer Fräsbearbeitung unterzogen, um die Fenster herzustellen. 2c) zeigt den Kugelkäfig 2 nach der Fräsbearbeitung, wobei die über den Umfang verteilten Fenster 3 sichtbar sind. Nach dem Fräsen wird der Kugelkäfig 2 gehärtet. Nach dem Härten wird die bisher unbearbeitete sphärische Außenfläche 109 hartbearbeitet, wobei entweder Drehen oder Schleifen als Fertigungsverfahren in Frage kommen. Bei der Hartbearbeitung wird das beim Rohling vorgesehene Aufmaßmaterial der sphärischen Außenfläche 109 spanend abgetragen, um die äußere sphärische Steuerfläche 9 zu erzeugen. Dabei liegt das Aufmaß bei wenigen Zehntel Millimetern. Die erste Endfläche 6 und die Erweiterungsfläche 14 bleiben bis zuletzt unbearbeitet, so daß hier Fertigungsschritte eingespart werden. Der fertig bearbeitete Kugelkäfig 2 ist in 1 gezeigt, auf deren Beschreibung insofern verwiesen wird. Hier ist die äußere sphärische Steuerfläche 9 aus der sphärischen Außenfläche hervorgegangen, die mit der innenzylindrischen Führungsfläche des Gelenkaußenteils in Kontakt tritt.
3 zeigt ein erfindungsgemäßes Gleichlaufverschiebegelenk 22 mit einem Gelenkaußenteil 23, einem Gelenkinnenteil 24, einem erfindungsgemäßem Kugelkäfig 2 nach obiger Ausführung und drehmomentübertragende Kugeln 25, die jeweils in einem zugehörigen Fenster 3 des Kugelkäfigs 2 in einer gemeinsamen Ebene M gehalten werden. Das Gelenkaußenteil 23 hat eine innenzylindrische Führungsfläche 26, mit der die sphärische Steuerfläche 9 des Kugelkäfigs 2 in Kontakt tritt und in dieser geführt wird. Weiterhin hat das Gelenkaußenteil mehrere über den Umfang verteilte längsverlaufende Außenbahnen 27, die sich über einen wesentlichen Teil des Gelenkaußenteils 23 bis zum offenen Ende 28 erstrecken. An dem zum offenen Ende entgegengesetzten Ende ist das Gelenkaußenteil 23 glockenartig geschlossen und hat einen Boden 29 mit einem angeformten Zapfen 31, der zur Drehmomentabnahme dient. Das Gelenkinnenteil 24 hat eine Bohrung mit einer Längsverzahnung 30, in die ein hier nicht dargestellter Wellenzapfen mit einer entsprechenden Gegenverzahnung zur Drehmomentübertragung eingesteckt werden kann. Weiterhin hat das Gelenkinnenteil eine kugelige Außenfläche 31, die mit der sphärischen Innenfläche 16 des Kugelkäfigs 2 in Kontakt tritt, mit über den Umfang verteilten längsverlaufenden Innenbahnen 32. In jeweils aus einer Innenbahn 32 und einer Außenbahn 27 gebildeten Bahnpaaren ist jeweils eine der drehmomentübertragenden Kugeln 25 geführt. Die erste Zylinderfläche 18 des Kugelkäfigs 2 bildet eine zum Boden 29 des Gelenkaußenteils 23 gerichtete größere Innenöffnung 33, deren Durchmesser zu Montagezwecken größer ist als der Außendurchmesser des Gelenkinnenteils 24. Auf der entgegengesetzten Seite hat der Kugelkäfig 2 eine kleinere Innenöffnung 34, deren Durchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser des Gelenkinnenteils 24 und somit einen axialen Anschlag bildet. Durch den erfindungsgemäßen Kugelkäfig 2 hat das Gelenkaußenteil eine verhältnismäßig kurze axiale Baulänge, was zu einer Gewichteinsparung und reduzierten Fertigungszeiten bewirkt.

2: Kugelkäfig
3: Fenster
4: Steg
5: erster Käfigabschnitt
6: erste Stirnfläche
7: zweiter Käfigabschnitt
8: zweite Stirnfläche
9: äußere Steuerfläche
10: Freifläche
12: Ausnehmung
13: Erhöhung
14: Erweiterungsfläche
15: Führungsfläche
16: innere Steuerfläche
17: Übergangsbereich
18: Zylinderfläche
19: Keilnut
20: zylindrische Fläche
22: Gleichlaufverschiebegelenk
23: Gelenkaußenteil
24: Gelenkinnenteil
25: Kugel
26: Führungsfläche
27: Außenbahn
28: Ende
29: Boden
30: Längsverzahnung
31: Außenfläche
32: Innenbahn
33: Innenöffnung
34: Innenöffnung
A: Längsachse
M: Fenstermittenebene

Claims

Kugelkäfig für ein Gleichlaufdrehgelenk, insbesondere für ein Gleichlaufverschiebegelenk, das ein Gelenkaußenteil mit einer innenzylindrischen Führungsfläche und ein Gelenkinnenteil mit einer äußeren sphärischen Führungsfläche und in dem Kugelkäfig gehaltene drehmomentübertragende Kugeln aufweist, wobei der Kugelkäfig die folgenden Merkmale hat: mehrere umfangsverteilte Fenster (3) zur Aufnahme der drehmomentübertragenden Kugeln, wobei die Fenster (3) gemeinsam eine Fenstermittenebene (M) definieren; eine äußere sphärische Steuerfläche (9) zur Führung des Kugelkäfigs gegenüber dem Gelenkaußenteil sowie eine äußere Freifläche (10); und eine innere sphärische Steuerfläche (16) zur Führung des Kugelkäfigs gegenüber dem Gelenkinnenteil; wobei der Mittelpunkt der äußeren sphärischen Steuerfläche (9) und der Mittelpunkt der inneren sphärischen Steuerfläche (16) mit axialem Abstand zur Fenstermittenebene (M) liegen; dadurch gekennzeichnet, daß die äußere sphärische Steuerfläche (9) hartbearbeitet ist und die äußere Freifläche (10) weichbearbeitet ist.
Kugelkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Fenstermittenebene (M) und einer ersten Stirnfläche (6) kleiner ist als der Abstand zwischen der Fenstermittenebene (M) und einer zur ersten Stirnfläche (6) entgegengesetzt gerichteten zweiten Stirnfläche (8).
Kugelkäfig nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß axial zwischen der Freifläche (10) und der äußeren sphärischen Steuerfläche (9) eine umlaufende Ausnehmung (12) als Werkzeugauslauf vorgesehen ist.
Kugelkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Freifläche (10) zu einer an die äußere sphärische Steuerfläche (9) anschließenden Tangente parallel ausgerichtet ist.
Kugelkäfig nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Freifläche (10) und der Ausnehmung (12) eine umlaufende Erhöhung (13) vorgesehen ist, die tangential zur äußeren sphärischen Steuerfläche (9) ausgerichtet ist und die axial im Bereich einer durch Seitenflächen (15) der Fenster (3) aufgespannten Ebene liegt.
Kugelkäfig nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (12) einen Boden aufweist, der in die Erhöhung (13) bzw. die Freifläche axial übergeht.
Kugelkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die innere sphärische Steuerfläche (16) eine hinterschnittfreie Erweiterungsfläche (14) vorgesehen ist.
Verfahren zur Herstellung eines Kugelkäfigs für ein Gleichlaufdrehgelenk, insbesondere für ein Gleichlaufverschiebegelenk, das ein Gelenkaußenteil mit einer innenzylindrischen Führungsfläche und ein Gelenkinnenteil mit einer äußeren sphärischen Führungsfläche und in dem Kugelkäfig gehaltene drehmomentübertragende Kugeln aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten: Bereitstellen eines vorgeformten ringförmigen Rohteils (102) mit einer Außenfläche, einer Innenfläche, einer ersten Endfläche (106) und einer zweiten Endfläche (108), wobei die Außenfläche eine sphärische Fläche (109) und eine konische Fläche (110) umfaßt; Weichbearbeiten der konischen Fläche (110) zur Erzeugung einer konischen Freifläche (10), wobei die sphärische Fläche (109) zunächst unbearbeitet bleibt; Härten des weichbearbeiteten Bauteils; Hartbearbeiten der sphärischen Fläche (109) zur Erzeugung einer Steuerfläche (9), wobei die konische Freifläche (10) unbearbeitet bleibt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Rohteils (102) eine nahezu innenzylindrische Fläche (116) und eine an diese angeschlossene Erweiterungsfläche (17) aufweist, wobei als weiterer Verfahrensschritt vorgesehen ist: Weichbearbeiten der innenzylindrischen Fläche (116), wobei eine sphärische innere Steuerfläche (16) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterungsfläche (14) unbearbeitet bleibt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die innenzylindrische Fläche (116) des Rohteils umfangsverteilte längsverlaufende Keilnuten (19) aufweist, die in die Erweiterungsfläche (14) münden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als ein Verfahrensschritt vorgesehen ist: Weichbearbeiten der die Freifläche (10) begrenzenden zweiten Endfläche (108) zur Erzeugung einer zweiten Stirnfläche (8), wobei die erste Endfläche (106) unbearbeitet bleibt und die erste Stirnfläche (6) bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als ein Verfahrensschritt vorgesehen ist: Einarbeiten mehrerer umfangsverteilter Fenster (3) zur Aufnahme von dreh momentübertragenden Kugeln, wobei die Fenster (3) gemeinsam eine Fenstermittenebene (M) definieren, wobei ein zwischen der Fenstermittenebene (M) und der ersten Endfläche (6) gebildeter erster Käfigabschnitt (5) axial kürzer ist als ein zwischen der Fenstermittenebene (M) und der zweiten Endfläche (8) gebildeter zweiter Käfigabschnitt (7).
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohteil (102) zwischen der sphärischen Fläche (109) und der konischen Fläche (110) eine umlaufende Ausnehmung (112) hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Weichbearbeitung außen eine umlaufende Erhöhung (13) erzeugt wird, die im Bereich einer durch seitliche Führungsflächen (15) der Fenster (3) aufgespannten Ebene liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Weichbearbeiten Drehoperationen sind.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Einarbeiten der Fenster Fräsoperationen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartbearbeiten eine Drehoperation oder Schleifoperation ist.
Gleichlaufdrehgelenk, insbesondere Gleichlaufverschiebegelenk, umfassend ein Gelenkaußenteil (23) mit einer inneren Führungsfläche (26), in der Außenbahnen (27) ausgebildet sind; ein Gelenkinnenteil (24) mit einer äußeren konvexen Führungsfläche (31), in der längsverlaufende Innenbahnen (32) ausgebildet sind; drehmomentübertragende Kugeln (25), die in aus jeweils einer Außenbahn (27) und einer Innenbahn (32) gebildeten Kugelbahnen laufen; sowie einen Kugelkäfig (2) mit folgenden Merkmalen: mehrere umfangsverteilte Fenster (3) zur Aufnahme der drehmomentübertragenden Kugeln, wobei die Fenster (3) gemeinsam eine Fenstermittenebene (M) definieren; eine äußere sphärische Steuerfläche (9) zur Führung des Kugelkäfigs gegenüber dem Gelenkaußenteil (23) sowie eine äußere Freifläche (10); und eine innere sphärische Steuerfläche (16) zur Führung des Kugelkäfigs gegenüber dem Gelenkinnenteil (24); wobei der Mittelpunkt der äußeren sphärischen Steuerfläche (9) und der Mittelpunkt der inneren sphärischen Steuerfläche (16) mit axialem Abstand zur Fenstermittenebene (M) liegen; wobei die äußere sphärische Steuerfläche (9) hartbearbeitet ist und die äußere Freifläche (10) weichbearbeitet ist.
Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 19, wobei der Kugelkäfig nach einem der Ansprüche 2 bis 18 gestaltet ist.