DE102007010083A1

DE102007010083A1 - Gleichlauffestgelenk, Übertragungsvorrichtung mit dem Gleichlauf-festgelenk sowie Verfahren zur Herstellung des Gleichlauffestgelenks

Info

Publication number: DE102007010083A1
Application number: DE102007010083A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl.-Ing. Abraham
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2027-03-03
Also published as: DE102007010083B4

Abstract

Gleichlauffestgelenke werden eingesetzt, um eine gleichmäßige Drehmomentübertragung bzw. Umfangskraftübertragung von einer Welle (Antriebswelle) auf eine winklig dazu angebrachte zweite Welle (Abtriebswelle) zu erreichen. Gleichlauffestgelenke ermöglichen somit Beugewinkel zwischen den zwei Wellen und werden beispielsweise bei Kraftfahrzeugen zur Übertragung der Antriebsdrehmomente auf angetriebene, gelenkte Räder eingesetzt. Die Erfindung betrifft ein Gleichlauffestgelenk 3 für eine Welle 7, 8 mit einem Außengelenkkörper 9 und mit einem Innengelenkkörper 10, welcher von dem Außengelenkkörper 9 aufgenommen und in dem Außengelenkkörper 9 schwenkbar gelagert ist, und mit einer Mehrzahl von Ausgleichskörpern 16, die zur Umfangskraftübertragung zwischen dem Innengelenkkörper 10 und dem Außengelenkkörper 9 zwischengeschaltet sind, wobei die Ausgleichskörper 16 entlang der Umfangsrichtung jeweils in der einen Richtung ausschließlich an dem Außengelenkkörper 9 und in der Gegenrichtung ausschließlich an radial abstehende Mitnahmeflächen 11 des Innengelenkkörpers 10 in Anlage kommen und/oder kommen können.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Gleichlauffestgelenk für eine Welle mit einem Außengelenkkörper und mit einem Innengelenkkörper, welcher von dem Außengelenkkörper aufgenommen und in dem Außengelenkkörper schwenkbar gelagert ist, und mit einer Mehrzahl von Ausgleichskörpern, die zur Umfangskraftübertragung zwischen dem Innengelenkkörper und dem Außengelenkkörper zwischengeschaltet sind, eine Übertragungsvorrichtung mit diesem Gleichlauffestgelenk sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Gleichlauffestgelenke werden eingesetzt, um eine gleichmäßige Drehmomentübertragung bzw. Umfangskraftübertragung von einer Welle (Antriebswelle) auf eine winklig dazu angebrachte zweite Welle (Abtriebswelle) zu erreichen. Gleichlauffestgelenke ermöglichen Beugewinkel zwischen den zwei Wellen und werden beispielsweise bei Kraftfahrzeugen zur Übertragung der Antriebsdrehmomente auf angetriebene, gelenkte Räder eingesetzt.
Im Prinzip bestehen die Gleichlauffestgelenke für Kraftfahrzeuge üblicherweise aus vier Elementen, nämlich einem Innenteil mit meridional angeordneten Kugellaufbahnen, einem Außenteil mit ebenfalls meridional angeordneten Kugellaufbahnen, Kugeln, die zwischen den Kugellaufbahnen geführt sind, sowie einem Käfig zur ergänzenden Kugelführung. Für größere Gelenkwinkel weisen die Gleichlauffestgelenke meistens sechs bis acht Kugeln auf. Die zugrunde liegende Idee dieser bekannten und üblichen Bauweise von Gleichlauffestgelenken ist es, dass die Schwenkbewegungen zwischen Innenteil und Außenteil durch ein Abrollen der Kugeln in den Kugellaufbahnen ermöglicht wird und die Umfangskraftübertragung, also die Drehmoment- oder Drehbewegungsübertragung, ausgehend von dem Innenteil über die Kugellaufbahn auf die Kugeln und von den Kugeln auf die Kugellaufbahn des Außenteils übertragen werden.
Derartige Gleichlauffestgelenke sind beispielsweise aus den Druckschriften DE 199 63 617 C1 oder DE 37 008 68 C1 bekannt.
Den wohl nächstkommenden Stand der Technik bildet die Offenlegungsschrift DE 103 12 880 A1 , die ein käfigloses Gleichlaufgelenk betrifft. Dieses weist ein Gelenkaußenteil, ein Gelenkinnenteil und drehmomentübertragende Kugeln auf, wobei im Gelenkaußenteil umfangsverteilt längsverlaufende Kugelbahnen mit im wesentlichen gleichbleibendem Querschnitt für die Kugeln und im Gelenkinnenteil umfangsverteilt axial durch Kugelanschlagsflächen begrenzte Mulden für die Kugeln ausgeführt sind.
Doch auch bei dieser Ausführungsform wird die Grundidee nicht verlassen, dass die drehmomentübertragenden Kugeln in radialer Richtung etwa zur Hälfte von dem Gelenkinnenteil geführt und zur anderen Hälfte von dem Gelenkaußenteil geführt sind, um Umfangskräfte von dem Gelenkinnenteil auf das Gelenkaußenteil oder anders herum zu übertragen.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Gleichlauffestgelenk für eine Welle zur Übertragung von Drehbewegung und/oder Drehmomenten, eine Übertragungsvorrichtung mit diesem Gleichlauffestgelenk sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung vorzuschlagen, wobei das Gleichlauffestgelenk eine alternative Bau- und damit Funktionsweise aufweist.
Diese Aufgabe wird mit einem Gleichlauffestgelenk mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und im Weiteren durch eine Übertragungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 sowie ergänzend mit einem Verfahren zur Herstellung des Gleichlauffestgelenks mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Das Gleichlauffestgelenk gemäß der Erfindung ist als Gelenk zur gleichmäßigen Drehmomentübertragung von einer Welle auf eine winklig dazu angebrachte, zweite Welle ausgebildet. Es handelt sich vorzugsweise um ein homokinetisches Gelenk oder auch Weitwinkelgelenk genannt. Es weist einen Außengelenkkörper und einen Innengelenkkörper auf, welcher von dem Außengelenkkörper zumindest abschnittsweise aufgenommen und relativ zu einer axialen Erstreckung des Gleichlauffestgelenks in dem Außengelenkkörper um einen Schwenkpunkt oder Drehpunkt S schwenkbar gelagert ist. Eine dem Außengelenkkörper zugeordnete Welle und eine dem Innengelenkkörper zugeordnete Welle können somit zueinander verschwenkt werden.
Es sind eine Mehrzahl von Ausgleichskörpern in dem Gleichlauffestgelenk vorgesehen, die zur Umfangskraftübertragung zwischen dem Innengelenkkörper und dem Außengelenkkörper zwischengeschaltet sind. Insbesondere dienen die Ausgleichskörper als drehmomentübertragende Körper und sind vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildet.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Ausgleichskörper entlang der Umfangsrichtung und insbesondere unabhängig von der aktuellen Drehrichtung jeweils in der einen Richtung ausschließlich durch den Außengelenkkörper und in der Gegenrichtung ausschließlich durch radial abstehende Mitnahmeflächen des Innengelenkörpers in Anlage kommen und/oder geführt sind. Alternativ formuliert sind die Ausgleichskörper in ihrer gesamten radialen Erstreckung in Umfangsrichtung zwischen Außengelenkkörper und Mitnahmeflächen angeordnet. Die Umfangskraftübertragung erfolgt somit über die Mitnahmeflächen, die sich vorzugsweise über die gesamte radiale Ausdehnung der Ausgleichskörper erstrecken.
Das erfindungsgemäße Gleichlauffestgelenk verlässt den bekannten Stand der Technik insbesondere dadurch, dass die Vektoren zur Kraft- oder Momentübertragung nicht mehr einen Umfangskreis um den gemeinsamen Schwenkpunkt S kreuzen, sondern zu diesem tangential oder im wesentlichen tangential ausgerichtet sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Ausgleichskörper als halbkugelartige Körper ausgebildet, die eine flache Körperseite aufweisen, die sich an den radial abstehenden Mitnahmeflächen abstützen bzw. durch diese geführt sind. Die Form der Ausgleichskörper kann auch als Kalotte oder als Kugelsegment realisiert sein. Insbesondere sind die Ausgleichskörper im Hinblick auf eine radial verlaufende Symmetriegerade oder -ebene asymmetrisch und/oder jeweils im Hinblick auf eine in Umfangsrichtung tangential verlaufende Mittengerade des jeweiligen Ausgleichskörpers symmetrisch ausgebildet.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen die flachen Körperseiten der halbkugelartigen Körper eine gekrümmte, insbesondere konvex- oder konkavartige Bewegungsfläche auf. Diese Ausbildung ist geeignet, um eine Kontaktfläche zwischen der flachen Körperseite und den Mitnahmeflächen zu erreichen, die eine Schmierfilmausbildung begünstigt. Dies kann auch durch die Ausbildung der Mitnahmeflächen selbst erreicht werden.
Bei einer bevorzugten Umsetzung zeigt der Innengelenkkörper radial abstehende Mitnahmeflügel, die die radial abstehenden Mitnahmeflächen tragen. Vorzugsweise sind beidseitig der Mitnahmeflügel die zugeordneten Mitnahmeflächen parallel ausgerichtet. Diese Ausführungsform ist besonders kostengünstig herstellbar. Bei alternativen Ausführungsformen können die zu einem Mitnahmeflügel gehörigen Mitnahmeflächen zueinander winklig angeordnet sein.
Insbesondere weisen die Mitnahmeflächen jeweils eine konvexartige oder konkavartige Gegenbewegungsfläche auf, die mit der flachen Körperseite der halbkugelartigen Körper zusammenwirkt. Auch die Oberflächenform der Mitnahmeflächen sind vorzugsweise so ausgelegt, dass der Kontakt zwischen halbkugelartigen Körpern und Mitnahmeflächen für eine Schmierfilmbildung optimiert ist. Vorzugsweise sind die Krümmungen von der flachen Körperseite der halbkugelartigen Körper und der Mitnahmeflächen jeweils gegengleich ausgebildet, so dass eine konvexartige Bewegungsfläche auf eine konkavartige Gegenbewegungsfläche trifft bzw. umgekehrt.
In einer bevorzugten konstruktiven Ausführungsform weist der Außengelenkkörper Taschen zur Aufnahme der Ausgleichskörper auf, welche bevorzugt in Umfangsrichtung geöffnet sind und insbesondere als axial abgeschlossene Mulden ausgebildet sind. Diese Taschen sind insbesondere kugelsegmentförmig und/oder -artig ausgeformt und weisen Taschenbewegungsflächen auf, an der sich jeweils die halbkugelartige Körperseite der Ausgleichskörper abstützt. Insbesondere werden die Ausgleichskörper in radialer Erstreckung vollständig oder im wesentlichen vollständig durch die Taschen aufgenommen.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Umsetzung ist das Spiel und/oder die Form der Bewegungsflächen, also der Bewegungsfläche der halbkugelartigen Körper, der Gegenbewegungsfläche, der Fläche der gekrümmten Körperseite der halbkugelartigen Körper sowie der Taschenbewegungsfläche, zwischen Außengelenkkörper und Ausgleichskörper sowie Ausgleichskörper und Mitnahmeflächen bzw. -flügel so abgestimmt, dass im Betrieb eine insbesondere permanente Taumelbewegung der Ausgleichskörper zu einem elastohydrodynamischen und/oder hydrodynamischen Schmierfilm zwischen den Bewegungsflächen führt. Erfindungsgemäß ist nämlich vorgesehen, dass die Umfangskraftübertragung über die Mitnahmeflügel und die Ausgleichskörper über Innen- zum Außengelenkkörper bzw. umgekehrt erfolgt. Je nach Schwenkwinkel des Gleichlauffestgelenks und Drehzahl zeigen die Ausgleichskörper eine drehende und/oder taumelnde Bewegung. Diese Dreh- bzw. Taumelbewegung ist dabei nicht unbedingt direkt eine Funktion der Geometrie, sondern hängt stark von den Spielen, Schmiegungen, Ölviskositäten zur Schmierung und Geschwindigkeiten ab. Insbesondere ist das Spiel und die Form der Bewegungsflächen so ausgeführt, dass sich zwar nur ein sehr geringes Umfangsspiel (sogenanntes Backlash) ergibt, andererseits aber durch die permanente Taumelbewegung der Ausgleichskörper sich ein elastohydrodynamischer bzw. (je nach Betriebszustand) ein hydrodynamischer Schmierfilm aus einem umgebenden Schmierstoff aufbauen kann, weil durch das Taumeln eine zusätzliche rotative Bewegung der Ausgleichskörper im Außengelenkkörper entsteht. Diese bauartbedingte Funktion wird einerseits durch eine entsprechend dimensionierte Schmiegung zwischen Ausgleichskörper und Tasche erreicht, andererseits sind die Bewegungsflächen zwischen Ausgleichskörpern und Mitnahmeflächen bzw. -flügeln so angepasst, dass sich ein Schmierspalt bzw. eine Schmierkontaktfläche am Ausgleichskörper ergibt, der eine weitgehende Trennung der Bewegungsflächen ermöglicht. Bevorzugt betragen die Radienverhältnisse der Bewegungsflächen im Außengelenkteil, insbesondere in der Tasche, und des Ausgleichskörpers an der gekrümmten Seite zwischen 1 und 1,2.
Allerdings hat der Erfinder auch erkannt, dass bei Stillstand des Fahrzeugs – also bei fehlender Drehbewegung – Betriebszustände auftreten können, bei dem die geschilderte Dynamik nicht vorliegt, sondern stattdessen eine Gleitreibung vorherrscht. Vorzugsweise wird die Gleitreibung durch reibungsmindernde Oberflächengefördert, die an den Bewegungsflächen oder an den nachfolgend erläuterten Gleitflächen angeordnet sind. Die reibungsmindernde Oberfläche wird vorzugsweise durch eine Oberflächenbeschichtung bzw. Materialauswahl, insbesondere der Ausgleichselemente erreicht.
Zur Unterstützung der Schwenkbewegung weisen die Mitnahmeflügel radial außenseitig jeweils eine axial ausgerichtete und in axialer Erstreckung Bogen- oder kreisförmig gekrümmte Außengleitfläche auf, die bei einer Verschwenkung von dem Außengelenkkörper relativ zu dem Innengelenkkörper mit axial ausgerichteten ersten Gegengleitflächen des Außengelenkkörpers zusammenwirken. Die Außengleitflächen sind vorzugsweise kreisförmig gekrümmt mit einem Radius, der dem Abstand zwischen dem Schwerpunkt S und der Außengleitfläche entspricht. Die Gegengleitflächen können wahlweise mit dem gleichen Radius gekrümmt sein, alternativ jedoch in axialer Erstreckung gerade ausgebildet sein.
Auch in Umfangserstreckung sind optional Außengleitflächen und/oder Gegengleitflächen gekrümmt mit dem Krümmungsradius, welcher sich aus dem Abstand der jeweiligen Gleitflächen zu dem Schwenkpunkt S ergibt.
Bei einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist der Außengelenkkörper scheiben- oder flanschartig ausgebildet. Insbesondere weist der Außengelenkkörper keine Glockenform auf. Vorzugsweise sind die Mitnahmeflügel in dem Innengelenkkörper verstemmt, welches den Vorteil birgt, dass die Mitnahmeflügel in einer vormontierten Baugruppe, die den Außengelenkkörper, Innengelenkkörper und die Ausgleichskörper umfasst, montiert werden können.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Übertragungsvorrichtung mit einem Gleichlauffestgelenk, nach einem der vorhergehenden Ansprüche oder wie es soeben beschrieben wurde, als ein erster Wellenpartner und mit einem zweiten Wellenpartner, wobei die Wellenpartner über eine drehmomentfeste Wellenverbindung verbunden sind. Die Wellenverbindung wird dadurch realisiert, dass die Wellenpartner jeweils eine stirnseitige Verzahnung, also eine Stirnverzahnung aufweisen, die formschlüssig und gegeneinander selbstzentrierend ineinander greifen. Beispielsweise sind die Stirnverzahnungen jeweils durch sternförmig angeordnete Rillen gebildet.
Zur axialen Fixierung der Wellenpartner zueinander weist die Wellenverbindung eine Verbindungsvorrichtung auf, welche zumindest abschnittsweise radial umlaufend, also sich in Umfangsrichtung erstreckend, ausgebildet und/oder angeordnet ist, wobei die Verbindungsvorrichtung mit radial nach innen gerichteten Klemmstegen in die beiden Wellenpartner eingreift. Insbesondere wird mit einem ersten Klemmsteg in den ersten Wellenpartner und mit einem zweiten Klemmsteg in den zweiten Wellenpartner eingegriffen.
Ein großer Vorteil der Verbindungsvorrichtung liegt darin, dass der axial erforderliche Bauraum für die Montage der Übertragungsvorrichtung erheblich reduziert ist, was zu großen Vorteilen bei der Fahrzeugmontage oder auch im Servicefall führt. Der verminderte axial erforderliche Bauraum wird dadurch erreicht, dass für die Axialfixierung keine länglichen Befestigungsschrauben mehr erforderlich sind, sondern eine von radial außen einzulegende Verriegelungsvorrichtung vorgesehen ist. Zudem muss bei einer konstruktiven Auslegung eines Befestigungsflansches an dem ersten bzw. zweiten Wellenpartner nur noch die radiale Verzahnungslänge für das zu übertragende Moment berücksichtigt werden, eine Mindestflanschhöhe für die Verwendung von Befestigungsschrauben ist nicht mehr erforderlich, was wieder zu Bauraum-, Material- und/oder Gewichtersparnis führen kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Klemmstege in axialer Richtung parallel und/oder gegenüberliegend zueinander angeordnet. Insbesondere können die Klemmstege auch in Umlaufrichtung zueinander versetzt positioniert sein. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Klemmstege sich in Umlaufrichtung bzw. azimutale Richtung erstrecken.
Bei einer möglichen Ausführungsalternative ist die Verbindungsvorrichtung als eine Vielzahl von Einzelklammern ausgebildet, die über den Umfang insbesondere regelmäßig verteilt sind. Bei einer anderen Ausführungsalternative ist die Verbindungsvorrichtung als ein umlaufender Klemmring realisiert. Bei beiden genannten Alternativen kann die Verbindungsvorrichtung verschnappt oder geklipst oder alternativ durch Umbördeln befestigt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Radlagereinheit einen Wälznietbund oder einen Bördelbund auf, welcher zur axialen Vorspannung eines Wälzlagers der Radlagereinheit vorgesehen ist, wobei auf der freien Stirnseite des Wälznietbunds bzw. des Bördelbunds die Stirneverzahnung, vorzugsweise durch Schmieden, insbesondere durch Taumelschmieden eingeformt ist.
Bevorzugt ist die flächige Erstreckung der Stirnverzahnung senkrecht zur axialen Erstreckung der Übertragungsvorrichtung angeordnet, bei besonderen Ausführungsformen kann sich die Stirnverzahnung auch kegelförmig erstrecken.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Gleichlauffestgelenk einen flanschartigen Abschnitt auf, auf dessen freier Stirnseite die Stirnverzahnung angeordnet ist.
Bei einer bevorzugten Umsetzung der Erfindung ist der zweite Wellenpartner als Radlagereinheit und/oder Seitenwelle ausgebildet. Dies bedeutet insbesondere, dass in der Übertragungsvorrichtung zwei der genannten Wellenverbindungen realisiert sein können. Bei einer besonders praktischen Ausführung wird durch die Verbindungsvorrichtung bzw. die Verbindungsvorrichtungen ein Faltenbalg insbesondere abdichtend gehalten, welcher zum Schutz des Gleichlauffestgelenkes vorgesehen ist.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des Gleichlauffestgelenks bzw. der Übertragungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche bzw. wie zuvor beschrieben, wobei in einem ersten Schritt die Ausgleichskörper und der Innengelenkkörper in dem Außengelenkkörper montiert werden und in einem nächsten Schritt die Mitnahmeflügel eingesetzt und befestigt werden. Die Befestigung ist vorzugsweise zerstörungsfrei unlösbar ausgebildet und erfolgt insbesondere über Verstemmen. Alternativ sind andere Befestigungsarten, wie z. B. Schweißen, insbesondere Laserstrahlschweißen möglich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie den beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
1 in einer schematischen Schnittdarstellung längs der axialen Erstreckung eine Übertragungsvorrichtung mit einem Gleichlauffestgelenk als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 ein Schnitt entlang der Schnittlinie I-I in 1 in schematischer Darstellung;
3 ein Schnitt entlang der Schnittlinie D-D in 2 in schematischer Darstellung;
4 ein Schnitt entlang der Schnittlinie B-B in 3 in schematischer Darstellung;
5 ein Schnitt entlang der Schnittlinie C-C in 2 in schematischer Darstellung;
6 eine Ausschnittsvergrößerung des Mitnahmeflügels in halbgeschnittener schematischer Darstellung.
Einander entsprechende Größen oder Teile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen oder entsprechenden Bezugszeichen versehen.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung in einer Schnittebene parallel zur axialen Erstreckung eine Übertragungsvorrichtung 1, welche ein Drehmoment bzw. eine Drehbewegung von einer in 1 rechts angeordneten Seitenwelle 2 auf ein in der 1 links anzuordnendes und nicht dargestelltes angetriebenes Rad überträgt. Die Übertragungsvorrichtung 1 umfasst grob unterteilt von rechts nach links drei Bereiche: Der erste Bereich betrifft die Seitenwelle 2, an die sich ein Gleichlauffestgelenk 3 anschließt und welches die Seitenwelle 2 mit einer Radlagereinheit 4 drehmomentfest verbindet.
Die Seitenwelle 2 ist in dem vorliegenden Beispiel als Hohlwelle ausgebildet, welche beispielsweise über ein Differenzial angetrieben wird und damit eine Antriebswelle bildet.
Die Radlagereinheit 4 weist in diesem Fall ein zweireihiges Schrägkugellager 5 auf, welches einen mittig geteilten Innenring aufweist, der auf einen Grundkörper der Radlagereinheit 4 aufgepresst ist. Alternativ hierzu können auch Radlagereinheiten anderer Ausführung zum Einsatz kommen. Auf der radäußeren Seite der Radlagereinheit 4 weist diese azimutal verteilte Durchgangsbohrungen 6 auf, welche ausgebildet sind, um Schrauben oder Bolzen zur Befestigung einer Bremsscheibe oder eines Rades aufzunehmen (beides nicht dargestellt).
Durch die Seitenwelle 2 ist eine erste koaxial verlaufende Wellenachse 7 und durch die Radlagereinheit 4 eine zweite, koaxial zu der Radlagereinheit 4 verlaufende Wellenachse 8 definiert. Während in dem in 1 dargestellten Zustand Wellenachse 7 und Wellenachse 8 zusammenfallen, stehen im Betrieb diese beiden Wellenachsen 7, 8 – insbesondere aufgrund von Lenkbewegungen und dergleichen – oftmals winklig zueinander, wobei sich diese im Schwenkpunkt oder Drehpunkt S treffen. Damit eine gleichmäßige Drehmomentübertragung von Seitenwelle 2 auf Radlagereinheit 4 sichergestellt ist, ist das Gleichlauffestgelenk 3 zwischen diesen zwischengeschaltet.
Das Gleichlauffestgelenk 3 weist einen Außengelenkkörper 9, welcher – wie nachfolgend noch dargelegt wird – mit der Radlagereinheit 4 drehfest verbun den ist und einen Innengelenkkörper 10 auf, welcher – wie ebenfalls nachfolgend noch erläutert wird – mit der Seitenwelle 2 drehfest verbunden ist, wobei Außengelenkkörper 9 und Innengelenkkörper 10 zueinander in dem Schwenkpunkt S zueinander schwenkbar gelagert angeordnet sind.
Zur Erläuterung des Aufbaus des Gleichlauffestgelenks 3 wird auf die 2 verwiesen, welche eine Schnittdarstellung des Gleichlauffestgelenks 3 oder eines bauähnlichen Gleichlauffestgelenks 3 entlang der Schnittlinie I-I in 1 zeigt, wobei Teile der Übertragungsvorrichtung 1 zeichnerisch unterdrückt wurden.
In der Schnittdarstellung in 2 ist mittig der Innengelenkkörper 10 zu erkennen, welcher von außen durch den Außengelenkkörper 9 umschlossen und aufgenommen ist. Der Innengelenkkörper 10 weist insgesamt sechs, paarweise diametral angeordnete und radial nach außen weisende Mitnehmerflügel 11 auf, welche mit dem Innengelenkkörper 10 fest, starr und/oder unlösbar verbunden sind oder sogar ein Teil bilden können.
Zur Ermöglichung der Schwenkbewegung zwischen Außengelenkkörper 9 und Innengelenkkörper 10 weisen die Mitnehmerflügel 11 jeweils radial außenseitig eine erste Gleitfläche 12 auf. Der Innengelenkkörper 10 weist für den gleichen Zweck jeweils zwischen den Mitnehmerflügeln 11 angeordnete zweite Gleitflächen 13 auf. Die Gleitflächen 12 und 13 erstrecken sich in axialer Richtung des Gleichlauffestgelenks 3 und sind vorzugsweise kugelig geformt mit einem Radius, der dem Abstand zwischen der jeweiligen Gleitfläche und dem Schwenkpunkt S entspricht.
Der Außengelenkkörper 9 weist komplementär dazu gekrümmte erste Gegengleitflächen 14, welche mit den ersten Gleitflächen 12 zusammenwirken sowie zweite Gegengleitflächen 15 auf, die komplementär zu den zweiten Gleitflächen 13 ausgebildet sind und mit diesen zusammenwirken.
Zur Umfangskraftübertragung, also zur Übertragung einer Kraft in Umfangsrichtung insbesondere zur Übertragung einer Drehbewegung oder eines Drehmoments, sind jeweils beidseitig zu den Mitnehmerflügeln 11 Ausgleichskörper in Form von Kugelsegmenten 16 angeordnet, wobei sich die flache Körperseite der Kugelsegmente 16 beidseitig an die Mitnehmerflügel 11 anschmiegt. Die kugelige Seite der Kugelsegmente 16 ist bevorzugt teilkugelförmig und weist im Querschnitt einen Radius auf, dessen Mittelpunkt im eingebauten Zustand der Kugelsegmente 16 in der Mitte der Mitnehmerflügel 11 angeordnet ist.
Zur Aufnahme der Kugelsegmente 16 weist der Außengelenkkörper 9 eine entsprechende Anzahl von Taschen 17 auf, welche eine halbkugelförmige Innenoberfläche zeigen, die komplementär zu der kugeligen Seite der Kugelsegmente 16 ausgebildet ist. Um den Einbau der Kugelsegmente 16 bzw. der Mitnehmerflügel 11 zu ermöglichen und den Kugelsegmenten 16 ausreichend Bewegungsfreiraum zu geben, weist der Innengelenkkörper 10 im Fußbereich der Mitnehmerflügel 11 beidseitig entsprechend angepasste Aussparungen 18 auf.
Bei einer Rotation wird die Drehbewegung von dem Innengelenkkörper 10 auf die Mitnehmerflügel 11 übertragen, welche die Kraft dann auf die flache Körperseite der Kugelsegmente 16 aufbringen. Diese Kugelsegmente 16 wirken dann als drehmomentübertragende Elemente und schieben den Außengelenkkörper 9 in Umlaufrichtung an, so dass eine Drehbewegung oder ein Drehmoment übertragen wird. In Umfangsrichtung betrachtet, liegt jedes Kugelsegment 16 in der einen Richtung ausschließlich an einem Mitnehmerflügel 11 und in der anderen Richtung ausschließlich an einer Tasche 17 des Außengelenkkörpers 9 an. Die Kraftübertragung verläuft somit im Wesentlichen tangential zu einem Teilkreis und nicht gekreuzt dazu, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Die 3 zeigt eine schematische Schnitt-/Draufsichtdarstellung entlang der Schnittlinie D-D in 2. In dem oberen Bereich sind nochmals die zusammenwirkenden zweiten Gleitflächen bzw. Gegengleitflächen 13 bzw. 15 zu erkennen, welche in dieser Schnittebene eine Krümmung aufweisen mit einem Radius, der dem Abstand der Gleitflächen von dem Schwenkpunkt S entspricht.
In dem unteren Bereich ist eine Draufsicht auf einen der Mitnehmerflügel 11 dargestellt, welcher an der freien Seite die erste Gleitfläche 12 aufweist, die mit der ersten Gegengleitfläche 14 des Außengelenkkörpers 9 zusammenwirkt. Der Doppelpfeil 19 zeigt nochmals eine mögliche Schwenkrichtung bezüglich des Schwenkpunkts S. Wie sich ebenfalls aus der Darstellung ergibt, weist der Mitnehmerflügel 11 eine kuchensegmentartige Form mit gekürzter Spitze auf. Statt der Spitze ist der Mitnehmerflügel in den Innengelenkkörper 10 eingeschoben und mittels einer Verstemmung 20 befestigt.
Die 4 zeigt den Schnitt B-B in der 3 als eine Detaildarstellung, wobei zu erkennen ist, dass jeweils ein Kugelsegment 16 auf jeder Seite des Mitnehmerflügels 11 angeordnet ist und mit der flachen Körperseite an dem Mitnehmerflügel 11 anliegt und mit der gekrümmten Seite in einer Tasche 17 des Außengelenkkörpers 9 drehbar oder mit Spiel gelagert ist.
Zur weiteren Illustration ist die 5 beigefügt, welche einen Schnitt entlang der Schnittlinie C-C in 2 zeigt, wobei noch einmal zu erkennen ist, dass die erste Gleitfläche 12 des Mitnehmerflügels 11 mit der ersten Gegengleitfläche 14 des Außengelenkkörpers 9 schwenkbar zusammenwirkt.
Die 6 zeigt eine Ausschnittvergrößerung einer Draufsicht auf einem Mitnehmerflügel 11.
Nachfolgend wird nochmals auf die 1 Bezug genommen, um die Verbindung zwischen dem Gleichlauffestgelenk 3 und der Seitenwelle 2 bzw. der Radlagereinheit 4 zu erläutern.
Zur Umsetzung einer drehfesten Wellenverbindung zwischen der Seitenwelle 2 und dem Gleichlauffestgelenk 3 weist die Seitenwelle 2 endseitig einen Flansch 21 auf, welcher stirnseitig eine Stirnverzahnung 22a zeigt, welche in den Flansch 21 beispielsweise, z. B. durch Schmieden, insbesondere Taumelschmieden, eingeformt ist. Komplementär dazu ausgebildet zeigt der Innengelenkkörper 10, an der der Seitenwelle 2 zugewandten Endseite, ebenfalls einen Flansch 23, welcher den gleichen Durchmesser wie der Flansch 21 aufweist und eine Stirnverzahnung 22b trägt. Die Stirnverzahnung 22a und b sind zueinander komplementär ausgebildet, so dass diese ineinander greifen und zudem selbstzentrierend realisiert sind.
Zur axialen Fixierung von Seitenwelle 2 und Gleichlauffestgelenk 3 ist ein Klemmring 24 vorgesehen, welcher radial umlaufend zu der Wellenachse 7 angeordnet ist und im Querschnitt radial von außen die Flansche 21 und 23 u-förmig umgreift. Zur Sicherung des Klemmrings 24 weist dieser an den freien Schenkeln des Us einen abgewinkelten Endabschnitt auf, der in eine entsprechende Hinterschneidung der Flansche 21 bzw. 23 eingreift. Der Klemmring 24 wird beispielsweise durch Umbördeln montiert. Alternativ hierzu können eine Vielzahl von Einzelklammern eingesetzt werden, die ebenfalls radial von außen aufgesetzt werden und eine schnappende oder klipsende Verbindung ermöglichen.
Ähnlich wie die Wellenverbindung zwischen Seitenwelle 2 und Gleichlauffestgelenk 3 ist auch die Wellenverbindung zwischen Gleichlauffestgelenk 3 und Radlagereinheit 4 ausgebildet. Hier zeigt der Außengelenkkörper 9 eine Stirnverzahnung 25a mit einem Innen- und Außendurchmesser der jeweils größer ist als der entsprechende Durchmesser der Stirnverzahnungen 22a, b der soeben beschriebenen Wellenverbindung.
Die Radlagereinheit 4 trägt eine komplementär dazu ausgebildete Stirnverzahnung 25b, welche in den Wälznietbund bzw. den Bördelbund 26 vorzugsweise umformtechnisch eingebracht ist. Die Verwendung des Wälznietbundes 26 als Träger für die Stirnverzahnung 25b bietet sich an, da dieser bereits durch einen Umformvorgang gebildet wird: Nach der Montage des Kreuzrollenwälzlagers 5 ist es notwendig, einen zuvor zylindrisch ausgebildeten Endabschnitt des Grundkörpers der Radlagereinheit 4 umzuformen, so dass der Wälzniet bund 26 entsteht, um auf diese Weise das Kreuzrollenwälzlager 5 in axialer Richtung vorzuspannen. Bevorzugt im Rahmen dieses oder eines weitren umformtechnischen Vorganges wird auch die Stirnverzahnung 25b, z. B. durch Schmieden, insbesondere Taumelschmieden, eingebracht.
Die axiale Verriegelung zwischen Gleichlauffestgelenk 3 und Radlagereinheit 4 erfolgt in analoger Weise mit einem Klemmring 27 oder einer Vielzahl von Klemmstücken wie bei der zuvor beschriebenen Wellenverbindung.
Bei einer alternativen Ausführungsform des Ausführungsbeispiels wird ein Faltenbalg 28, welcher zum Schutz des Gleichlauffestgelenks 3 vorgesehen ist, beidseitig jeweils mit dem Klemmring 24 bzw. dem Klemmring 27 abdichtend festgelegt.

1: Übertragungsvorrichtung
2: Seitenwelle
3: Gleichlauffestgelenk
4: Radlagereinheit
5: Kreuzrollenwälzlager
6: Durchgangsbohrungen
7: erste Wellenachse
8: zweite Wellenachse
9: Außengelenkkörper
10: Innengelenkkörper
11: Mitnehmerflügel
12: Gleitfläche
13: zweite Gleitfläche
14: erste Gegengleitfläche
15: zweite Gegengleitfläche
16: Kugelsegment
17: Tasche
18: Aussparungen
19: Doppelpfeil
20: Verstemmung
21: Flansch
22: a und b Stirnverzahnung
23: Flansch
24: Klemmring
25: a und b Stirnverzahnung
26: Bördelbund, Wälznietbund
27: Klemmring
28: Faltenbalg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19963617 C1 [0004]
- DE 3700868 C1 [0004]
- DE 10312880 A1 [0005]

Claims

Gleichlauffestgelenk (3) für eine Welle (7, 8) mit einem Außengelenkkörper (9) und mit einem Innengelenkkörper (10), welcher von dem Außengelenkkörper (9) aufgenommen und in dem Außengelenkkörper (9) schwenkbar gelagert ist, und mit einer Mehrzahl von Ausgleichskörpern (16), die zur Umfangskraftübertragung zwischen dem Innengelenkkörper (10) und dem Außengelenkkörper (9) zwischengeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichskörper (16) entlang der Umfangsrichtung jeweils in der einen Richtung ausschließlich an dem Außengelenkkörper (9) und in der Gegenrichtung ausschließlich an radial abstehende Mitnahmeflächen (11) des Innengelenkkörpers (10) in Anlage kommen und/oder kommen können.
Gleichlauffestgelenk (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichskörper (16) als halbkugelartige Körper ausgebildet sind, die sich mit ihrer flachen Körperseite an den radial abstehenden Mitnahmeflächen des Innengelenkkörpers abstützen.
Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die flache Körperseite der halbkugelartigen Körper (16) eine konvexartige oder konkavartige Bewegungsfläche aufweist.
Gleichlauffestgelenk (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innengelenkkörper (10) radial ab stehende Mitnahmeflügel (11) aufweist, die die radial abstehenden Mitnahmeflächen tragen.
Gleichlauffestgelenk (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnahmeflächen jeweils eine konvexartige oder konkavartige Gegenbewegungsfläche aufweisen.
Gleichlauffestgelenk (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außengelenkkörper (10) Taschen (17) zur Aufnahme der Ausgleichskörper (16) aufweist.
Gleichlauffestgelenk (3) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen jeweils eine kugelsegmentförmig und/oder – artig ausgebildete Taschenbewegungsfläche aufweist, an der sich jeweils die halbkugelartige Körperseite der Ausgleichskörper (16) abstützt.
Gleichlauffestgelenk (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiel und/oder die Form der Bewegungsflächen zwischen Außengelenkkörper (9) und Ausgleichskörper (16) sowie Ausgleichskörper (16) und Mitnahmeflächen bzw. -flügel (11) so abgestimmt ist, dass im Betrieb eine Taumelbewegung der Ausgleichskörper (16) zu einem elastohydrodynamischen und/oder hydrodynamischen Schmierfilm zwischen den Bewegungsflächen führt.
Gleichlauffestgelenk (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsflächen eine reibungsmindernde Beschichtung und/oder Oberflächenbehandlung aufweisen.
Gleichlauffestgelenk (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnahmeflügel (11) radial außenseitig jeweils eine radial ausgerichtete und in axialer Erstreckung bogen- oder kreisförmig gekrümmte Außengleitfläche (12) aufweist, die bei einer Verschwenkung von Außengelenkkörper (9) relativ zu dem Innengelenkkörper (10) mit axial ausgerichteten ersten Gegengleitflächen (14) des Außengelenkkörpers (9) zusammenwirken.
Gleichlauffestgelenk (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innengelenkkörper (9) radial außenseitig zwischen den Mitnahmeflügels (11) jeweils eine radial ausgerichtete und in axialer Erstreckung kreisförmig gekrümmte Innengleitfläche (13) aufweist, die bei einer Verschwenkung von Außengelenkkörper (10) relativ zu dem Innengelenkkörper (9) mit axial ausgerichteten zweiten Gegengleitflächen (15) des Außengelenkkörpers (10) zusammenwirken.
Gleichlauffestgelenk (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außengelenkkörper (10) scheiben- oder flanschartig ausgebildet ist.
Gleichlauffestgelenk (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnahmeflügel (11) in dem Innengelenkkörper (9) verstemmt sind.
Übertragungsvorrichtung (1) mit einem Gleichlauffestgelenk (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher einen ersten Wellenpartner bildet, und mit einem zweiten Wellenpartner (2; 4), wobei die Wellenpartner über eine drehmomentfeste Wellenverbindung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenpartner (3, 2; 4) jeweils eine Stirnverzahnung (22a, b; 25a, b) aufweisen, die formschlüssig und selbstzentrierend ineinander greifen, und die Wellenverbindung eine Verbindungsvorrichtung (24, 27) aufweist, die die Wellenpartner in axialer Richtung zueinander fixiert und zumindest abschnittsweise radial umlaufend ausgebildet und/oder angeordnet ist, wobei die Verbindungsvorrichtung mit radial nach innen gerichteten Klemmstegen in die beiden Wellenpartner (3, 2; 4) eingreift.
Übertragungsvorrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmstege in axialer Richtung parallel und/oder gegenüberliegend zueinander angeordnet sind.
Übertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 14 der 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmstege sich in Umlaufrichtung erstrecken.
Übertragungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsvorrichtung als eine Vielzahl von Einzelklammern ausgebildet ist.
Übertragungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsvorrichtung als ein umlaufender Klemmring (24, 27) ausgebildet ist.
Übertragungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wellenpartner als Radlagereinheit (4) und/oder Seitenwelle (2) ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung des Gleichlauffestgelenks (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die Ausgleichskörper (16) und der Innengelenkkörper (9) in dem Außengelenkkörper (10) montiert werden und in einem nächsten Schritt die Mitnahmeflügel eingesetzt und befestigt werden.