DE102010011866A1

DE102010011866A1 - Gleichlaufgelenk

Info

Publication number: DE102010011866A1
Application number: DE102010011866A
Authority: DE
Inventors: Jorge Freeland Flores-Garay; Keith A. Lynn Haven Kozlowski; Eduardo R. Saginaw Mondragon-Parra
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC; Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2009-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2010-11-18
Also published as: CN101839288A; CN105179498A; BRPI1004395A2

Abstract

Ein Gleichlaufgelenk enthält ein äußeres Element, das eine Innenöffnung und eine Vielzahl mit zumindest vier Rillen definiert, die innerhalb der Innenöffnung angeordnet sind und sich entlang einer ersten Längsachse erstrecken, wobei jede der Rillen zu den anderen Rillen und der ersten Längsachse parallel ist, und ein innerhalb der Innenöffnung angeordnetes inneres Element, das eine zweite Längsachse hat und eine Vielzahl Taschen entsprechend den Rillen definiert, die um die zweite Längsachse radial angeordnet sind, wobei jede der Vielzahl Taschen einer der Vielzahl Rillen gegenüberliegt. Das Gelenk enthält ferner eine Vielzahl Laufkugeln entsprechend den Rillen, wobei jede Laufkugel eine sphärische Form hat und innerhalb einer der Vielzahl Taschen drehbar angeordnet und innerhalb einer der Vielzahl Rillen beweglich angeordnet ist, wobei das äußere Element, das innere Element und die Vielzahl Laufkugeln ein Gleichlaufgelenk umfassen.

Description

QUERVERWEISE AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Patentanmeldung ist eine Teilfortsetzung der am 17. Dezember 2007 eingereichten US-Patentanmeldung mit Serien-Nummer 11/958,056 und beansprucht deren Priorität und beansprucht auch die Priorität der am 18. März 2009 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung mit Serien-Nummer 61/161344, die beide durch Verweis in ihrer Gesamtheit hierin einbezogen sind.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die betreffende Erfindung bezieht sich auf ein Universalgelenk zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer antreibenden Welle und einer angetriebenen Welle, während die antreibende Welle und die angetriebene Welle in Bezug aufeinander auslenken.
HINTERGRUND
Die gegenwärtige Entwicklung auf dem Gebiet von Universalgelenken ist in erster Linie gerichtet auf eine Verbesserung der Leistung des Universalgelenks, indem das Drehmomentübertragungsvermögen des Universalgelenks erhöht wird und Geräusch und Vibration des Universalgelenks reduziert werden. Die verbesserte Leistung des Universalgelenks hat erhöhte Kosten, um das Universalgelenk herzustellen, zur Folge. Es besteht jedoch noch ein Bedarf an kostengünstigen und einfach hergestellten Universalgelenken.
Das US-Patent Nr. 4,832,657 (das '657 -Patent) offenbart solch ein kostengünstiges und einfach hergestelltes Universalgelenk. Das Universalgelenk umfasst ein äußeres Element. Das äußere Element definiert eine Innenöffnung und mehrere Rillen, die entlang einer Längsachse verlaufen und innerhalb der Innenöffnung angeordnet sind. Jede der Rillen ist parallel zu allen anderen der Rillen und der Längsachse und weist ein gerades lineares Profil entlang der Längsachse auf. Ein inneres Element ist innerhalb der Innenöffnung angeordnet und definiert mehrere Aperturen, die sich von der Längsachse radial nach außen erstrecken, wobei jede der Aperturen einer der Rillen gegenüberliegt. Das innere Element definiert ferner eine Mittelbohrung, die mit der Längsachse konzentrisch ist und sich durch die Aperturen erstreckt. Das Universalgelenk weist ferner mehrere Laufkugeln mit einer sphärischen Form auf. Eine der Laufkugeln wird durch je eine der Aperturen abgestützt und ist innerhalb dieser drehbar und wird durch eine der Rillen in rollendem Eingriff abgestützt. Ein zentraler Stift ist innerhalb der Mittelbohrung angeordnet und greift an den Laufkugeln im Rolleingriff an. Das in dem '657 -Patent offenbarte Universalgelenk enthält jedoch keine Struktur, die verhindert, dass die zwischen den Aperturen und den Rillen angeordneten Laufkugeln dazwischen klappern, während das innere Element in Bezug auf das äußere Element auslenkt, wodurch unerwünschte Geräusche und Vibration erzeugt werden.
Das US-Patent Nr. 6,685,571 (das '571 -Patent) offenbart auch solch ein kostengünstiges und einfach hergestelltes Universalgelenk. Das Universalgelenk umfasst ein äußeres Element. Das äußere Element definiert eine Innenöffnung und mehrere Rillen, die innerhalb der Innenöffnung angeordnet sind. Die Rillen erstrecken sich entlang einer Längsachse. Ein inneres Element ist innerhalb der Innenöffnung angeordnet und definiert mehrere Taschen. Die Taschen sind radial um die Längsachse angeordnet, wobei jede der Taschen einer der Rillen gegenüberliegt. Das in dem '571 -Patent offenbarte Universalgelenk weist ferner mehrere Laufkugeln mit einer sphärischen Form auf. Eine der Laufkugeln wird durch eine der Taschen abgestützt und ist in dieser drehbar und wird durch eine der Rillen im Rolleingriff abgestützt. Jede der Rillen weist ein gekrümmtes Profil entlang der Längsachse auf, um die Laufkugeln mit der Rille in Kontakt zu halten, während das Universalgelenk ausgelenkt wird.
Obgleich diese Entwürfe von Universalgelenken nützlich sein können, bleibt ein Bedarf an Universalgelenken mit verbesserten Leistungscharakteristiken bestehen, insbesondere einem verbesserten Drehmomentübertragungsvermögen und reduziertem Geräusch und Vibration, welche in Bezug auf andere Entwürfe von Universalgelenken zu geringen Kosten leicht hergestellt werden können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Gleichlaufgelenk geschaffen. Das Gleichlaufgelenk enthält ein äußeres Element, das eine Innenöffnung und eine Vielzahl mit zumindest vier Rillen definiert, die in der Innenöffnung angeordnet sind und sich entlang einer ersten Längsachse erstrecken, wobei jede der Vielzahl von Rillen parallel zu allen anderen der Vielzahl von Rillen und der ersten Längsachse ist. Das Gelenk enthält auch ein innerhalb der Innenöffnung angeordnetes inneres Element, das eine zweite Längsachse aufweist und eine Vielzahl Taschen entsprechend der Vielzahl von Rillen definiert, die radial um die zweite Längsachse angeordnet sind, wobei jede der Vielzahl von Taschen einer der Vielzahl von Rillen gegenüberliegt. Das Gelenk enthält ferner eine Vielzahl von Laufkugeln entsprechend der Vielzahl von Rillen, wobei jede Laufkugel eine sphärische Form hat und innerhalb einer der Vielzahl von Taschen drehbar angeordnet ist und innerhalb einer der Vielzahl von Rillen beweglich angeordnet ist, wobei das äußere Element, das innere Element und die Vielzahl von Laufkugeln ein Gleichlaufgelenk umfassen.
Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung leicht ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ohne weiteres erkannt, da selbige durch Verweis auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verstanden wird, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet wird.
1 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Gleichlaufgelenks wie hierin offenbart;
2 ist eine zerlegte perspektivische Ansicht des Gleichlaufgelenks von 1;
3 ist eine transversale Querschnittsansicht des Gleichlaufgelenks von 1 ist, gelegt entlang Schnitt 3-3;
4 ist eine longitudinale Querschnittsansicht des Gleichlaufgelenks von 1, gelegt entlang Schnitt 4-4;
5 ist eine vergrößerte fragmentarische transversale Querschnittsansicht von Region 5 von 3;
6 ist eine weitere vergrößerte fragmentarische Querschnittsansicht von Region 6 von 5;
7 ist eine vergrößerte fragmentarische Querschnittsansicht von Region 7 von 5;
8 ist eine partielle Querschnittsansicht von Schnitt 8-8 von 5;
9 ist eine zerlegte perspektivische Ansicht einer zweiten beispielhaften Ausführungsform eines Gleichlaufgelenks wie hierin offenbart;
10 ist eine Querschnittsansicht der zweiten beispielhaften Ausführungsform von 9, gelegt entlang Schnitt 10-10, wobei das Gelenk zusammengebaut ist;
11 ist eine Querschnittsansicht des Gleichlaufgelenks von 9 [engl. 11] in einer ausgelenkten Stellung, wobei das Gelenk zusammengebaut ist; und
12 ist eine graphische Darstellung einer normierten erzeugten axialen Kraft als Funktion des Gelenkwinkels für ein Gleichlaufgelenk mit drei Kugeln und vier Kugeln wie hierin offenbart.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung ist in ihrer Art nur beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Nutzungen nicht beschränken. Es sollte sich verstehen, dass in allen Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
Bezug nehmend auf die Zeichnungen ist bei 20 ein Universalgelenk als Ganzes dargestellt. Das Universalgelenk 20 überträgt ein Drehmoment, das heißt eine Drehbewegung, zwischen einer antreibenden Welle 22 und einer angetriebenen Welle 24, während die antreibende Welle 22 und die angetriebene Welle 24 in Bezug aufeinander auslenken. Das Universalgelenk 20 ist besonders nützlich zur Verwendung als Gleichlaufgelenk und kann in jeder beliebigen geeigneten Anwendung verwendet werden, die eine Übertragung eines Drehmoments entlang einer Reihe von Wellen erfordert, und ist besonders geeignet zur Verwendung in Achsantriebswellen von Kraftfahrzeugen und ist speziell nützlich im Antriebsstrang von Fahrzeugen mit Vorderradantrieb zwischen dem Getriebedifferential und den antreibenden Rädern als Innen- und Außen-CV-Gelenke. Es sollte jedoch festgestellt werden, dass das CV-Gelenk 20 oder eine erste Welle 22, die ein erstes CV-Gelenk 20 und ein (nicht dargestelltes) zweites CV-Gelenk enthält, unter anderen Umständen genutzt werden kann, unter denen ein Drehmoment zwischen Wellen übertragen werden muss, die auslenken (das heißt sich in Bezug aufeinander bewegen, insbesondere jene, bei denen die Wellen in Bezug aufeinander gewinkelt oder teleskopartig verschoben oder beides werden).
Das Universalgelenk 20 umfasst ein äußeres Element 26. Das äußere Element 26 ist mit der antreibenden Welle 22 gekoppelt. Das äußere Element 26 und die antreibende Welle 22 können separate Teile sein, die für eine gemeinsame Drehbewegung aneinander fest angebracht sind. Alter nativ dazu können das äußere Element 26 und die antreibende Welle 22 als ein einziges Teil integral geschaffen werden.
Das äußere Element 26 definiert eine Innenöffnung 28 und eine Vielzahl Rillen 30, die innerhalb der Innenöffnung 28 angeordnet sind. Die Rillen 30 erstrecken sich entlang einer Längsachse L des äußeren Elements 26 und der antreibenden Welle 22. Jede der Rillen 30 ist parallel zu allen anderen der Rillen 30 und weist ein gerades lineares Profil entlang und parallel zu der Längsachse L auf. Die Rillen 30 sind vorzugsweise radial um die Längsachse L voneinander beabstandet. Die Rillen 30 weisen einen Querschnitt quer zur Längsachse L auf. Der Querschnitt der Rillen 30 weist eine nicht kreisförmige Form auf. Der nicht kreisförmige Querschnitt der Rillen 30 kann einen gotischen Gewölbebogen, eine Ellipse oder eine Parabel einschließen. Es sollte festgestellt werden, dass der nicht kreisförmige Querschnitt der Rillen 30 auch eine andere Form als den gotischen Gewölbebogen, die Ellipse oder die Parabel einschließen kann.
Ein inneres Element 32 ist innerhalb der Innenöffnung 28 des äußeren Elements 26 angeordnet. Das innere Element 32 ist mit der angetriebenen Welle 24 gekoppelt. Das innere Element 32 und die angetriebene Welle 24 können separate Teile sein, die für eine gemeinsame Drehbewegung fest aneinander angebracht sind. Alternativ dazu können das innere Element 32 und die angetriebene Welle 24 als ein einzelnes Teil integral ausgebildet sein. Das innere Element 32 und die angetriebene Welle 24 erstrecken sich entlang einer Längsachse L₂. Wenn das Gelenk nicht ausgelenkt ist, sind die Längsachse L der antreibenden Welle 22 und des äußeren Elements 26 und die Längsachse L₂ des inneren Elements 32 und der angetriebenen Welle 24 kollinear.
Das innere Element 32 weist ein im Wesentlichen knolliges Ende 34 auf, das innerhalb der Innenöffnung 28 des äußeren Elements 26 angeordnet ist. Das innere Element 32 definiert eine Vielzahl Taschen 36 am knolligen Ende 34. Die Taschen 36 sind voneinander gleich beabstandet, radial um die Längsachse L₂ angeordnet und von dieser beabstandet. Jede der Taschen 36 liegt einer der Rillen 30 gegenüber, das heißt es gibt eine gleiche Anzahl gegenüberliegender Taschen 36 und Rillen 30. Die Taschen 36 können jede beliebige geeignete Taschenform aufweisen, einschließlich verschiedene nicht-sphärische und sphärische Taschenformen. Es sollte festgestellt werden, dass die nicht-sphärische Form der Taschen 36 einen Querschnitt quer zur Längsachse L₂ einschließen kann, der eine nicht kreisförmige Form aufweist, wobei die Querschnittsform der Taschen 36 von der Querschnittsform der Rillen 30 verschieden ist. Die nicht-sphärische Form der Taschen 36 kann durch einen um eine zentrale Achse C gedrehten gotischen Gewölbebogen, eine um die zentrale Achse C gedrehte Ellipse oder durch eine um die zentrale Achse C gedrehte Parabel definiert werden. Es sollte festgestellt werden, dass die nicht-sphärische Form der Taschen 36 auch durch eine andere nicht-sphärische gekrümmte Form definiert werden kann als der gotische Gewölbebogen, die Ellipse oder die Parabel, die um die zentrale Achse C gedreht werden. Die sphärische Form der Taschen 30 kann jede beliebige geeignete sphärische Form einschließen, wie zum Beispiel verschiedene teilweise sphärische oder semi-sphärische Formen. Die sphärische Form der Taschen 36 kann einen Querschnitt quer zur Längsachse L₂ einschließen, der eine kreisförmige Form aufweist, wobei die Querschnittsform der Taschen 36 von der Querschnittsform der Rillen 30 verschieden ist.
Das Universalgelenk 20 weist ferner eine Vielzahl Laufkugeln 38 auf. Jede der Laufkugeln 38 weist eine sphärische Form auf und ist in einer der Taschen 36 teilweise angeordnet und darin drehbar. Jede der Laufkugeln 38 ist auch teilweise innerhalb einer der Rillen 30 für einen Rolleingriff damit angeordnet. Jede der Laufkugeln 38 weist eine Kugelmitte 40 und eine zentrale Achse C auf. Die zentrale Achse C erstreckt sich durch die Kugelmitte 40 jeder der Laufkugeln 38 und schneidet sich mit der Längsachse L₂ unter einem senkrechten Winkel.
Jede der Laufkugeln 38 berührt eine der Taschen 36 entlang einer ringförmigen Kontaktstelle 42, das heißt die nicht sphärische Form der Taschen 36 liegt an der sphärischen Form der Laufkugeln 38 entlang der ringförmigen Kontaktstelle 42 an, 5 und 6. Da die sphärische Form der Laufkugeln 38 von der nicht-sphärischen Form der Taschen 36 verschieden ist, berühren die Laufkugeln 38 die Taschen 36 nur entlang der ringförmigen Kontaktstelle 42, das heißt einem mit der zentralen Achse C der Laufkugeln 38 konzentrischen ringförmigen Ring. Die Lage der ringförmigen Kontaktstelle 42 hängt von der nicht-sphärischen Form der Taschen 36 ab. Da der einzige Kontakt zwischen den Laufkugeln 38 und den Taschen 36 entlang der ringförmigen Kontaktstelle 42 stattfindet, berühren dementsprechend ein erster Oberflächenbereich der Taschen 36 unter der ringförmigen Kontaktoberfläche näher zu einer Basis der Tasche 36 und ein zweiter Oberflächenbereich der Taschen 36 oberhalb der ringförmigen Kontaktstelle 42 näher zu einem äußeren Umfang der Taschen 36 nicht die sphärische Form der Laufkugeln 38. Demgemäß definieren jede der Taschen 36 und jede der Laufkugeln 38 darin eine Taschentrenndistanz 44, 6, zwischen den Taschen 36 und den Laufkugeln 38 entlang der zentralen Achse C nahe der Basis der Tasche 36.
Jede der Laufkugeln 38 weist eine erste radiale Taschenlinie 46 und eine zweite radiale Taschenlinie 48 auf. Die erste radiale Taschenlinie 46 erstreckt sich von der Kugelmitte der Laufkugel 38 zur ringförmigen Kontaktstelle 42. Die zweite radiale Taschenlinie 48 ist koplanar mit der ers ten radialen Taschenlinie 46 und erstreckt sich von der Kugelmitte 40 der Laufkugel 38 zur ringförmigen Kontaktstelle 42 auf einer gegenüberliegenden Seite der zentralen Achse C in Bezug auf die erste radiale Taschenlinie 46. Die erste radiale Taschenlinie 46 und die zweite radiale Taschenlinie 48 definieren einen Taschenkontaktwinkel A, der zwischen der ersten radialen Taschenlinie 46 und der zweiten radialen Taschenlinie 48 gemessen wird. Der Taschenkontaktwinkel A ist geringer als einhundertachtzig Grad (180°). Der Taschenkontaktwinkel A ist vorzugsweise geringer als einhundert Grad (100°C).
Jede der Laufkugeln 38 berührt eine der Rillen 30 entlang einer ersten linearen Berührungsstelle 50 und einer zweiten linearen Berührungsstelle 52, das heißt ein nicht kreisförmiger Querschnitt der Rillen 30 greift an der sphärischen Form der Laufkugeln 38 entlang der ersten linearen Berührungsstelle 50 und der zweiten linearen Berührungsstelle 52 an, 5 und 7. Da die sphärische Form der Laufkugeln 38 von dem nicht-sphärischen Querschnitt der Rillen 30 verschieden ist, berühren die Laufkugeln 38 die Rillen 30 entlang zwei linearen Pfaden, das heißt der ersten linearen Berührungsstelle 50 und der zweiten linearen Berührungsstelle 52. Dies ist eine Variation eines entlang dem geraden linearen Profil der Rillen 30 verlängerten Zweipunktkontaktes. Die Lage der ersten linearen Berührungsstelle 50 und der zweiten linearen Berührungsstelle 52 hängt ab von der nicht kreisförmigen Querschnittsform der Rillen 30. Da der einzige Kontakt zwischen den Laufkugeln 38 und den Rillen 30 entlang der ersten linearen Berührungsstelle 50 und der zweiten linearen Berührungsstelle 52 erfolgt, berühren dementsprechend ein erster Oberflächenbereich der Rillen 30 oberhalb und zwischen der ersten linearen Berührungsstelle 50 und der zweiten linearen Berührungsstelle 52 näher zu einer Basis der Rille 30 und ein zweiter Oberflächenbereich der Rillen unterhalb der ersten linearen Berührungsstelle 50 und der zweiten linearen Berührungsstelle 52 näher zu einem äußeren Rand der Rillen 30 nicht die sphärische Form der Laufkugeln 38. Jede der Rillen 30 und jede der Laufkugeln 38 darin definieren dementsprechend eine Rillentrenndistanz 54 zwischen den Rillen 30 und den Laufkugeln 38 entlang der zentralen Achse C nahe der Basis der Rillen 30.
Jede Laufkugel 38 weist eine erste radiale Rillenlinie 56 und eine zweite radiale Rillenlinie 58 auf. Die erste radiale Rillenlinie 56 erstreckt sich zwischen der Kugelmitte 40 der Laufkugel 38 und der ersten linearen Berührungsstelle 50. Die zweite radiale Rillenlinie 58 erstreckt sich zwischen der Kugelmitte 40 der Laufkugel 38 und der zweiten linearen Berührungsstelle 52 auf einer gegenüberliegenden Seite der zentralen Achse C in Bezug auf die erste radiale Rillenlinie 56. Die erste radiale Rillenlinie 56 und die zweite radiale Rillenlinie 58 definieren einen Rillenkontaktwinkel B, der zwischen der ersten radialen Rillenlinie 56 und der zweiten radialen Rillenlinie 58 gemessen wird.
Der Rillenkontaktwinkel B ist größer, das heißt hat einen größeren Wert, als der Taschenkontaktwinkel A oder, umgekehrt ausgedrückt, der Taschenkontaktwinkel A ist kleiner, das heißt hat einen kleineren Wert, als der Rillenkontaktwinkel B. Der kleinere Taschenkontaktwinkel A zwingt jede der Laufkugeln 38 aufwärts gegen die Rillen 30, während das innere Element 32 in Bezug auf das äußere Element 26 auslenkt. Der Taschenkontaktwinkel A erzeugt eine radiale Last entlang der zentralen Achse C der Laufkugeln 38 nach außen weg von der Längsachse L₂. Der Rillenkontaktwinkel B erzeugt eine radiale Last entlang der zentralen Achse C der Laufkugeln 38 nach innen in Richtung auf die Längsachse L₂. Die vom Taschenkontaktwinkel A erzeugte radiale Last ist größer als die durch den Rillenkontaktwinkel B erzeugte radiale Last, da der Taschenkontaktwinkel A kleiner als der Rillenkontaktwinkel B ist. Somit wird eine radiale Netto last erzeugt, die die Laufkugeln 38 nach außen weg von der Längsachse L₂ und in die Rillen 30 drängt. Es sollte festgestellt werden, dass der größere Rillenkontaktwinkel B gestattet, dass mehr von der Last in einer Richtung quer zur Längsachse L₂ gerichtet wird, und daher der kleinere Taschenkontaktwinkel A eine höhere radiale Last entlang der zentralen Achse C erzeugt.
Ein Rückhaltemechanismus 62, 4, hält das knollige Ende 34 des innern Elements 32 und die Laufkugeln 38 innerhalb der Innenöffnung 28 des äußeren Elements 26 fest. Der Rückhaltemechanismus 62 kann eine Ausnehmung 60 einschließen, die durch das äußere Element 26 innerhalb der Innenöffnung 28 definiert wird, mit einer C-Federklammer, die innerhalb der Ausnehmung 60 angeordnet ist. Es sollte jedoch festgestellt werden, dass der Rückhaltemechanismus 62 irgendeine andere ähnliche Vorrichtung enthalten kann, die imstande ist, die Entfernung des inneren Elements 32 aus der Innenöffnung 28 des äußeren Elements 26 zu verhindern, ohne die Auslenkung des inneren Elements 32 in Bezug auf das äußere Element 26 signifikant zu stören.
Wie in 1–8 veranschaulicht ist, ist in einer beispielhaften Ausführungsform die Vielzahl Taschen 36 gleich drei Taschen 36, ist die Vielzahl Rillen 30 gleich drei Rillen 30, und die Vielzahl Laufkugeln 38 ist gleich drei Laufkugeln 38. Es sollte jedoch festgestellt werden, dass die Anzahl der Vielzahl Taschen 36 gleich zwei Taschen 36 oder größer als drei Taschen 36 sein kann, der Vielzahl Rillen 30 gleich zwei Rillen 30 oder größer als drei Rillen 30 sein kann und der Vielzahl Laufkugeln 38 gleich zwei Laufkugeln 38 oder größer als drei Laufkugeln 38 sein kann.
Gleichlaufgelenke mit drei Nocken [engl. lobe] wie in 1–8 veranschaulicht sind für viele Anwendungen sehr nützlich. Das Gleichlaufge lenk 20 mit drei Nocken, das drei gleich beabstandete Laufkugeln 38, oben beschrieben, enthält, erzeugt im Wesentlichen verhältnismäßig höhere erzeugte axiale Kräfte als Gelenke mit vier gleich beabstandeten Laufkugeln 38, 9–11, wie in 12 veranschaulicht ist. Dies gilt auch für andere Gelenke mit einer ungeraden ganzzahligen Anzahl Laufkugeln 38 verglichen mit Gelenken mit einer geraden ganzzahligen Anzahl Laufkugeln. Im Fall eines Gelenks mit drei Kugeln gilt dies, da während das Gleichlaufgelenk 20 ausgelenkt wird, während es gerade dreht, eine der Laufkugeln 38 innerhalb ihrer Rille 30 in einer ersten Richtung verschoben wird, während die anderen zwei Laufkugeln 38 innerhalb ihrer jeweiligen Rillen 30 in einer zweiten Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung verschoben werden. Die Reibung zwischen den Laufkugeln 38 und den Rillen 30 erzeugt jeweilige axiale Kraftvektoren entlang dem äußeren Element 26 und der antreibenden Welle 22 und aufgelöste [engl. resolved] Kraftvektoren entlang der angetriebenen Welle 24, wobei der durch die eine, sich in der ersten Richtung verschiebende Laufkugel 38 erzeugte Kraftvektor ungleich den Kraftvektoren ist, die durch die anderen zwei, sich in der entgegengesetzten zweiten Richtung verschiebenden Laufkugeln 38 erzeugt werden, was eine erzeugte axiale Nettokrafteinleitung entlang den Wellen ergibt. Während das Gleichlaufgelenk 20 seine Drehung zum Beispiel um eine weitere halbe Drehung (das heißt 180°) fortsetzt, kehren die nicht ausgeglichenen Kraftvektoren ihre Richtung um, wodurch die Richtung der entlang den Wellen eingeleiteten axialen Nettokraft umgekehrt wird. Diese nicht ausgeglichenen erzeugten axialen Kräfte sind in einem Gleichlaufgelenk 20 unerwünscht, da die zyklische Natur der erzeugten axialen Kräfte Vibrationen zur Folge haben kann, die wiederum in die Komponenten übertragen werden, mit denen die Wellen gekoppelt sind. Im Fall von Fahrzeugantriebsstranganwendungen kann dies die angetriebenen Räder, Aufhängung und andere Teile des Antriebsstrangs wie zum Beispiel ein Differential oder Getriebe einschließen. Diese Vibrationen wiederum können über diese Komponenten in andere Teile des Fahrzeugs übertragen werden, einschließlich der Fahrgastzelle, wodurch sie für einen Fahrer oder Passagier fühlbar werden können, sodass die Vibrationen ein unerwünschtes Fahrverhalten des Fahrzeugs zur Folge haben können. Eine ähnliche Verteilung nicht ausgeglichener Kräfte existiert in Gleichlaufgelenken mit einer gleichmäßig beabstandeten, ungeraden ganzzahligen Anzahl Kugeln. Außerdem kann die erzeugte axiale Nettokraft als eine Funktion des Gelenkwinkels (α) variieren, um den das Gleichlaufgelenk ausgelenkt wird, wie in den Daten für das Dreikugelgelenk von 12 veranschaulicht ist.
Die nicht ausgeglichenen Kräfte sind im Wesentlichen Null in Gleichlaufgelenken mit einer geraden ganzzahligen Anzahl Laufkugeln 38, wie zum Beispiel Gelenken mit 4, 6 und 8 Kugeln, da die Kugeln einander diametral gegenüberliegen und, während das Gelenk ausgelenkt und gedreht wird, die Anzahl von Kugeln, die axiale Kräfte in einer Richtung erzeugen, und die Anzahl von Kugeln, die axiale Kräfte in der anderen, entgegengesetzten Richtung erzeugen, gleich sind, und die entgegengesetzten Kraftvektoren einander ausgleichen, sodass der resultierende erzeugte axiale Nettokraftvektor im Wesentlichen Null ist, wie in 12 veranschaulicht ist. Wie in 12 auch veranschaulicht ist, ist der resultierende Vektor der erzeugten axialen Nettokraft für alle Gelenkwinkel (α) im Wesentlichen Null. Da der resultierende Nettokraftvektor im Wesentlichen Null ist, werden die Vibrationen, die während einer Auslenkung und Drehung des Gleichlaufgelenks 20 und der antreibenden und angetriebenen Wellen 22, 24 erzeugt werden, in hohem Maße reduziert. Die reduzierten Vibrationen von Gleichlaufgelenken 20 mit einer geraden ganzzahligen Anzahl Laufkugeln 38, Taschen 36 und Rillen 30 sind sehr vorteilhaft.
Verweisend auf 9 bis 11 ist bei 120 eine zweite Ausführungsform des Gleichlaufgelenks als Ganzes dargestellt. Die Merkmale der zweiten Ausführungsform des Gleichlaufgelenks 120, die ähnlich jenen der ersten Ausführungsform des Gleichlaufgelenks 20 sind, das oben beschrieben wurde, sind mit den gleichen Bezugsziffern wie die erste Ausführungsform des Gleichlaufgelenks 20, mit der Ziffer 1 vorangestellt, identifiziert. Zum Beispiel sind die Laufkugeln 38 der ersten Ausführungsform des Gleichlaufgelenks 20 durch die Bezugsziffer 138 in der zweiten Ausführungsform des Gleichlaufgelenks 120 identifiziert.
Die zweite Ausführungsform des Gleichlaufgelenks 120 enthält eine gerade Anzahl Laufkugeln 38, insbesondere vier Laufkugeln 138, vier Taschen 136 und vier Rillen 130. Die Taschen 136 und die Rillen 130 sind um die zweite Längsachse L₂ in Umfangsrichtung und radial gleichmäßig beabstandet (das heißt winkelmäßig um die Längsachse L₂ in neunzig Grad in Bezug aufeinander bzw. die erste Längsachse L angeordnet). Dementsprechend enthält die zweite Ausführungsform des Gleichlaufgelenks diametral gegenüberliegende Laufkugeln 138 (das heißt jede Laufkugel 138 ist von einer anderen der Laufkugeln 138 der Längsachse L₂ gegenüberliegend angeordnet). Es sollte festgestellt werden, dass die diametral gegenüberliegenden Laufkugeln 138 mit Gleichlaufgelenken erreicht werden können, die eine beliebige gerade Anzahl Taschen 136, 138 und Rillen 130 aufweisen (das heißt 4, 6, 8 etc. Laufkugeln 138, Taschen 136 und Rillen 130). Wie hierin beschrieben wurde, liefern die diametral gegenüberliegenden Laufkugeln 138 eine erzeugte resultierende axiale Nettokraft (das heißt die Summe von Kraftvektoren F, die in 11 schematisch veranschaulicht sind) von im Wesentlichen Null, was eine signifikante Reduzierung ist verglichen mit der resultierenden erzeugten axialen Nettokraft, die durch Reibung zwischen den Laufkugeln 38 und den Rillen 30 in Gleichlaufgelenken 20 mit einer ungeraden oder ungeradzahligen Anzahl Lauf kugeln 38, Taschen 36 und Rillen 30 (das heißt 3, 5, 7 etc. Laufkugeln 38, Taschen 36 und Rillen 30) erzeugt wird. Dies verhält sich so, weil es bei diametral gegenüberliegenden Laufkugeln 183 immer eine gleiche Anzahl Laufkugeln 138 gibt, die sich in den Rillen 130 in entgegengesetzte Richtungen verschieben, wodurch eine erzeugte axiale Nettokraft von im Wesentlichen Null erzeugt wird.
Obgleich die Erfindung mit Verweis auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich für den Fachmann, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente für deren Elemente substituiert werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher soll die Erfindung nicht auf die besonderen Ausführungsformen beschränkt werden, die als das beste Verfahren offenbart wurden, die zum Ausführen dieser Erfindung in Betracht gezogen werden, sondern die Erfindung schließt alle Ausführungsformen ein, die in den Umfang der vorliegenden Anmeldung fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 4832657 [0004, 0004, 0004]
- US 6685571 [0005, 0005, 0005]

Claims

Gleichlaufgelenk, mit: einem äußeren Element, das eine Innenöffnung und eine Vielzahl, mit zumindest vier, Rillen definiert, die in der Innenöffnung angeordnet sind und sich entlang einer ersten Längsachse erstrecken, wobei jede der Vielzahl von Rillen parallel zu allen anderen der Vielzahl Rillen und der ersten Längsachse ist; einem innerhalb der Innenöffnung angeordneten inneren Element, das eine zweite Längsachse aufweist und Vielzahl Taschen entsprechend der Vielzahl Rillen definiert, die radial um die zweite Längsachse angeordnet sind, wobei jede der Vielzahl Taschen einer der Vielzahl Rillen gegenüberliegt; und einer Vielzahl Laufkugeln entsprechend der Vielzahl Rillen, wobei jede Laufkugel eine sphärische Form hat und innerhalb einer der Vielzahl Taschen drehbar angeordnet und innerhalb einer der Vielzahl Rillen beweglich angeordnet ist, wobei das äußere Element, das innere Element und die Vielzahl Laufkugeln ein Gleichlaufgelenk umfassen.
Gleichlaufgelenk nach Anspruch 1, wobei jede der Vielzahl Taschen eine nicht-sphärische Form aufweist.
Gleichlaufgelenk nach Anspruch 1, wobei die nicht-sphärische Form der Vielzahl Taschen einen gotischen Gewölbebogen umfasst.
Gleichlaufgelenk nach Anspruch 1, wobei die nicht-sphärische Form der Vielzahl Taschen eine Parabel umfasst.
Gleichlaufgelenk nach Anspruch 1, wobei die nicht-sphärische Form der Vielzahl Taschen eine Ellipse umfasst.
Gleichlaufgelenk nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl Rillen einen Querschnitt quer zur Längsachse mit einer nicht kreisförmigen Form aufweist, der an der sphärischen Form der Vielzahl Laufkugeln anliegt.
Gleichlaufgelenk nach Anspruch 1, wobei jede der Taschen eine sphärische Form aufweist.
Gleichlaufgelenk nach Anspruch 1, wobei das Gleichlaufgelenk dafür eingerichtet ist, eine erzeugte axiale Kraft zu liefern, die im Wesentlichen Null ist.
Gleichlaufgelenk nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl Rillen, Taschen und Laufkugeln eine gerade ganze Zahl umfasst.
Gleichlaufgelenk nach Anspruch 8, wobei die Taschen in Umfangsrichtung und radial um die zweite Längsachse gleich beabstandet sind.