DE102010010487A1

DE102010010487A1 - Käfig für Kugelgelenk und Kugelgelenk

Info

Publication number: DE102010010487A1
Application number: DE102010010487A
Authority: DE
Inventors: Dr. Szentmihályi Volker; Arne Schmidbauer
Original assignee: Neumayer Tekfor Holding GmbH
Current assignee: Neumayer Tekfor Engineering GmbH
Priority date: 2010-03-06
Filing date: 2010-03-06
Publication date: 2011-09-08
Anticipated expiration: 2030-03-07
Also published as: US8419554B2; DE102010010487B4; WO2011110155A1; US20120329565A1; CN102792042A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Käfig für ein Kugelgelenk, wobei der Käfig ringförmig um eine Längsachse ausgestaltet ist, wobei der Käfig eine Innenfläche, eine Außenfläche, zwei die Innenfläche und die Außenfläche begrenzende Ränder und ein Fenster aufweist, wobei die Innenfläche einen Innenraum des Käfigs umschließt, wobei an das Fenster seitlich zwei Stege angrenzen. Die Erfindung beinhaltet, dass ein Rand auf der Höhe des Fensters gegenüber einem der zwei Stege einen Versatz relativ zur Längsachse aufweist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein entsprechendes Kugelgelenk.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Käfig für ein Kugelgelenk, wobei der Käfig im Wesentlichen ringförmig um eine Längsachse ausgestaltet ist, wobei der Käfig eine Innenfläche, eine Außenfläche, zwei die Innenfläche und die Außenfläche begrenzende Ränder und mindestens ein Fenster aufweist, wobei die Innenfläche einen Innenraum des Käfigs umschließt, wobei an das mindestens eine Fenster seitlich zwei Stege angrenzen. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Kugelgelenk.
Kugelgelenke werden beispielsweise im Antriebsstrang von Fahrzeugen verwendet, um das Drehmoment des Motors auf eine Reifenachse zu übertragen. Dabei dienen Kugeln der Kraft- und Momentübertragung zwischen einer Außen- und Innennabe des Gelenks und ein Käfig mit Fenstern hält die Kugeln in einer Ebene, um ein Abwinkeln des Gelenks zu erlauben.
Im Stand der Technik sind unterschiedliche Ausgestaltungen des Käfigs bekannt. Die Offenlegungsschrift DE 1 202 588 offenbart einen federnden Käfig, dessen Fenster jeweils mit einem Schlitz versehen sind. Ein Käfig mit unterschiedlich langen Fenstern ist beschrieben in der Offenlegungsschrift DE 103 04 156 A1 . Ein Käfig mit Fenstern, deren Seiten einen spitzen Verlauf haben, lässt sich der Patentschrift DE 43 29 769 C1 entnehmen. In der Patentschrift DE 28 16 255 ist ein Käfig beschrieben, dessen Außenfläche eine Abdrehung aufweist, die vom Rand des Käfigs bis zu einer Längsseite eines Fensters reicht. Zwischen den Fenstern des Käfigs der Offenlegungsschrift WO 03/046397 A1 befinden sich Montageerweiterungen. In der Offenlegungsschrift DE 102 01 168 A1 findet sich ein Käfig, welcher zwischen mindestens zwei Fenstern eine Nut zur Verminderung des Umfangs des Käfigs aufweist. Ein Käfig, dessen Fenster jeweils zwei Kugeln nebeneinander aufnehmen, nennt die Offenlegungsschrift DE 103 37 918 A1 . Der Käfig der Offenlegungsschrift DE 10 2006 020 711 A1 ist derartig ausgestaltet, dass die seitlichen Ränder der Fenster eine größere Wandstärke als der restliche Käfig aufweisen. Ein Käfig, dessen Fenster verstärkende Nasen aufweisen, wird in der Patentschrift DE 198 31 011 C1 gezeigt. Die Offenlegungsschrift DE 38 30 579 A1 beschreibt einen Käfig, welcher aus zwei aus einem Blech bestehenden Halbkäfigen gefertigt wird.
Eine Problematik der Käfige des Standes der Technik besteht darin, dass die Kugeln gegen die Berandung der Fenster drücken und dass es durch die hohen Drehmomente und Relativ- bzw. Gleitbewegungen der Kugeln und der dadurch entstehenden hohen Temperaturen zu einer Beschädigung der Käfige insbesondere im Bereich der Fensterauflageflächen kommen kann. Eine Lösung des Standes der Technik besteht darin, die Wandstärken der Fenster zu erhöhen. Dies geschieht gezielt nur im Bereich der Fenster, um das Gewicht der Käfige nicht unnötig zu erhöhen. Das damit verbundene Herstellungsverfahren ist jedoch aufwändig und kostenintensiv. Insbesondere müssen meist spanende Verfahren angewendet werden, welche aufgrund der durchbrochenen Strukturverläufe im Werkstoff die Festigkeit des Käfigs wieder herabsetzen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, einen Käfig vorzuschlagen, welcher eine höhere Stützwirkung für die Kugeln aufweist und welcher kostengünstig zu fertigen ist.
Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass mindestens ein Abschnitt mindestens eines Randes auf der Höhe des mindestens einen Fensters gegenüber mindestens einem der zwei Stege einen Versatz relativ zur Längsachse aufweist. Erfindungsgemäß liegt somit zumindest eine Seite des mindestens einen Fensters relativ zur Längsachse um einen gewissen Versatz entfernter oder näher an der Längsachse als ein Steg. Das Fenster wird somit gebildet von jeweils einem Teil der beiden Ränder und den zwei Stegen. Sind mehrere Fenster vorhanden, so befinden sich die Stege vorzugsweise zwischen jeweils zwei Fenstern. Der Versatz ist dabei vorzugsweise umformtechnisch, d. h. nicht spanabhebend erzeugt.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Käfigs sieht vor, dass der mindestens eine Abschnitt mindestens eines Randes auf der Höhe des mindestens einen Fensters relativ zur Längsachse näher an der Längsachse als der mindestens eine der zwei Stege angeordnet ist. In dieser Ausgestaltung ist der Rand relativ zur Längsachse hin eingedrückt.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Käfigs beinhaltet, dass mindestens einer der Ränder auf der Höhe des mindestens einen Fensters eine Kugelauflagefläche bildet, und dass die Kugelauflagefläche und der mindestens eine der zwei Stege im Wesentlichen die gleiche Wandstärke aufweist. Die Kugelauflagefläche ist vorzugsweise symmetrisch um die Mittelebene des Fensters angeordnet und liegt im Wesentlichen innerhalb des Versatzes, den der Rand relativ zum Steg aufweist. In dieser Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass die Kugellauffläche, also der Teil des versetzten Randes, der im montierten Gelenk den Anschlag für die Kugel bildet, die gleiche Wandstärke wie der Steg oder wie die beiden benachbarten und das Fenster umschließenden Stege aufweist. Die im Wesentlichen gleiche Wandstärke ergibt sich beispielsweise durch das umformtechnische Verformen des Randes zur Längs- bzw. Gelenkachse hin.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Käfigs sieht vor, dass der Käfig zumindest im Bereich des Versatzes eine größere Wandstärke als im Bereich der Stege aufweist.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Käfigs beinhaltet, dass beide Ränder jeweils mindestens einen Abschnitt mit einem Versatz relativ zur Längsachse gegenüber mindestens einem der zwei Stege aufweisen. Gemäß dieser Ausgestaltung ist das Fenster beispielsweise symmetrisch eingefasst, wobei die Ränder gegenüber den Stegen eine Erhöhung nach außen oder einer Vertiefung nach innen z. B. im Mittenbereich des Fensters aufweisen.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Käfigs sieht vor, dass die Außenfläche zumindest teilweise kugelförmig ausgestaltet ist.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Kugelgelenk mit mindestens einem Käfig nach einer der obigen Ausgestaltungen.
Die Erfindung wird anhand einiger in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
1: eine räumliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Käfigs,
2: einen Schnitt durch den Käfig der 1, und
3: einen Schnitt durch ein Kugelgelenk mit einem erfindungsgemäßen Käfig.
In der 1 ist ein erfindungsgemäßer Käfig 1 dargestellt, welcher ringförmig um eine Längsachse 8 herum ausgestaltet ist. Die Außenfläche 3 und die Innenfläche 2 umfassen einen Innenraum 7. Von den Rändern 4, 5 und den Stegen 9 umfasst sind Fenster 6 vorgesehen, welche beim zusammengebauten Kugelgelenk die Kugeln aufnehmen. Zu erkennen ist, dass die Ränder 4, 5 auf der Höhe der Fenster 6 eine größere Auflagefläche für die Kugeln bietet als im Bereich der Stege 9. Der Schnitt der 2 zeigt den Versatz im Rand 4 relativ zu den Stegen 9 hin zum Innenraum 7.
Ein mögliches Herstellungsverfahren ist beispielsweise das folgende: In einen beliebig erzeugten Ring werden zunächst die Käfigfenster 6 ausgestanzt. Anschließend werden die Mittenbereiche der Fenster 6 vorwiegend auf ganzer Käfighöhe radial derart nach innen hin verformt, dass die Auflagefläche in der gesamten Materialstärke nach innen hin verschoben ist. Die Abfolge von Ausstanzen der Fenster und Umformung der Mittenbereiche lässt sich jedoch auch umkehren. Danach wird die Außenkugel als Führungsfläche im Gelenkaußenteil bzw. der Gelenkaußennabe beispielsweise spanend hergestellt. Die Führungsflächen sind im benötigten Bereich, also beidseits der Laufbahnen des Gelenkaußenteils vollständig ausgebildet. Vorzugsweise wird der erfindungsgemäße Käfig bei einem Gegenbahngelenk mit Käfigaußenzentrierung verwendet. Ein Vorteil liegt im kostengünstigen Herstellverfahren solcher Käfige mit Fensterverstärkung nach innen. Zudem können die Kontaktflächen der Innenlaufbahnen größer ausgeführt werden, womit die Übertragungsfähigkeit des Gelenks gesteigert wird. Alternativ ist es möglich, die Kugelflächen durch einen Präge- oder Rollprozess ebenfalls spanlos anzuformen. Dabei wird als Stützelement vorzugsweise ein profilierter Dorn in die Bohrung gestellt. Ggf. auftretende Unebenheiten an den Stirnseiten des Käfigs durch ungleichmäßige Materialverdrängung sind bei manchen Anwendungsfällen nicht funktionskritisch oder sie können in einem einfachen Drehprozess beseitigt werden.
Die 3 zeigt ein Gelenk mit einem erfindungsgemäßen Käfig 1. Dabei ist der Schnitt so gelegt, dass er durch einen Abschnitt des Käfigs 1 mit einer Kugel 13 und einen ohne Kugel, d. h. auf der Höhe eines Steges 9 verläuft. Die Innennabe 11 und die Außennabe 12 verfügen jeweils über Rillen oder Bahnen für die Kugeln 13, welche das Drehmoment zwischen den beiden Naben 11, 12 des Gelenks übertragen. Die Kugeln 13 werden durch den Käfig 1 in einer Ebene gehalten und verhindern so z. B. ein Verklemmen nach einer Beugebewegung des Gelenks.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1202588 A [0003]
DE 10304156 A1 [0003]
DE 4329769 C1 [0003]
DE 2816255 [0003]
WO 03/046397 A1 [0003]
DE 10201168 A1 [0003]
DE 10337918 A1 [0003]
DE 102006020711 A1 [0003]
DE 19831011 C1 [0003]
DE 3830579 A1 [0003]

Claims

Käfig für ein Kugelgelenk, wobei der Käfig im Wesentlichen ringförmig um eine Längsachse ausgestaltet ist, wobei der Käfig eine Innenfläche, eine Außenfläche, zwei die Innenfläche und die Außenfläche begrenzende Ränder und mindestens ein Fenster aufweist, wobei die Innenfläche einen Innenraum des Käfigs umschließt, wobei an das mindestens eine Fenster seitlich zwei Stege angrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abschnitt mindestens eines Randes auf der Höhe des mindestens einen Fensters gegenüber mindestens einem der zwei Stege einen Versatz relativ zur Längsachse aufweist.
Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Abschnitt mindestens eines Randes auf der Höhe des mindestens einen Fensters relativ zur Längsachse näher an der Längsachse als der mindestens eine der zwei Stege angeordnet ist.
Käfig nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Ränder auf der Höhe des mindestens einen Fensters eine Kugelauflagefläche bildet, und dass die Kugelauflagefläche und der mindestens eine der zwei Stege im Wesentlichen die gleiche Wandstärke aufweisen.
Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig zumindest im Bereich des Versatzes eine größere Wandstärke als im Bereich der Stege aufweist.
Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beide Ränder jeweils mindestens einen Abschnitt mit einem Versatz relativ zur Längsachse gegenüber mindestens einem der zwei Stege aufweisen.
Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche zumindest teilweise kugelförmig ausgestaltet ist.
Kugelgelenk mit mindestens einem Käfig nach den Ansprüchen 1 bis 6.