DE102017210135A1

DE102017210135A1 - Kugelkäfig für VL- und CG-Gelenke

Info

Publication number: DE102017210135A1
Application number: DE102017210135.0A
Authority: DE
Inventors: Oliver Clemm
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2017-06-16
Filing date: 2017-06-16
Publication date: 2018-12-20
Anticipated expiration: 2037-06-17
Also published as: CN109139724A; US20180363712A1; CN109139724B; DE102017210135B4; US10968958B2

Abstract

Ein Kugelkäfig (1) zur universellen zur Verwendung sowohl in einem Gleichlaufverschiebegelenk mit gekreuzten Kugellaufbahnen (VL-Gelenk) als auch in einem Gleichlauffestgelenk mit gekreuzten Kugellaufbahnen (CG-Gelenk) weist eine Außenkontur (2) mit Abschnitten unterschiedlicher Krümmung auf. Axiale Randabschnitte (3) der Außenkontur (2) sind als auf dem Umfang einer gedachten Kugel (K1) liegende Kugelabschnitte ausgebildet, wohingegen ein axial zwischen den Randabschnitten (3) liegender Mittelabschnitt (4) der Außenkontur (2) radial innerhalb des Durchmessers (D_K1) der gedachten Kugel (K1) verläuft.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Gleichlaufgelenke und hier insbesondere auf Gleichlaufgelenke mit gekreuzten Kugellaufbahnen.
Gleichlaufgelenke mit gekreuzten Kugellaufbahnen sind bereits seit langem bekannt. So werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen Gleichverschiebelaufgelenke mit gekreuzten Laufbahnen, sogenannte VL-Gelenke, in Gelenkwellen als getriebeseitige Verschiebegelenke eingesetzt. Bei Fahrzeugen mit Heckantrieb ist auch ein Einsatz auf der Radseite möglich. Gelenke dieser Bauart sind beispielsweise aus DE 103 52 408 A1 , DE 103 53 608 A1 , DE 10 2007 059 379 A1 und DE 10 2008 008 212 A1 bekannt.
Durch ein axiales Fixieren des Kugelkäfigs eines solchen VL-Gelenks entsteht ein Festgelenk, das je nach Ausführung für Beugewinkel von bis zu ca. 25° einsetzbar ist. Üblicherweise ist hierbei der Kugelkäfig an einer Käfigführungsfläche geführt, welche unter axialer Festlegung des Kugelkäfigs gleichzeitig die Schwenkbewegbarkeit des Gelenks gewährleistet. Solche Gleichlauffestgelenke mit gekreuzten Kugellaufbahnen werden als CG-Gelenke bezeichnet. Gelenke dieser Bauart sind beispielsweise aus DE 10 2004 031 154 A1 , DE 199 56 672 C1 , DE 42 28 230 A1 und US 6,497,622 A bekannt.
Aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen an diese Gelenktypen, werden deren Bauteile bisher unabhängig voneinander entworfen und dimensioniert. Die Verwendung von Gleichteilen über unterschiedliche Gelenktypen hinweg ist bisher ungebräuchlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen.
Dazu wird ein Kugelkäfig gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagen, welcher universell sowohl in einem Gleichlaufverschiebegelenk mit gekreuzten Kugellaufbahnen als auch in einem Gleichlauffestgelenk mit gekreuzten Kugellaufbahnen einsetzbar ist, ohne die gelenkspezifischen Festigkeitsanforderungen zu beeinträchtigen oder zu vergrößerten Bauteilabmessungen zu führen.
Der erfindungsgemäße Kugelkäfig zeichnet sich dadurch aus, dass dieser eine Außenkontur mit Abschnitten unterschiedlicher Krümmung aufweist, wobei axiale Randabschnitte der Außenkontur als auf dem Umfang einer gedachten Kugel liegende Kugelabschnitte ausgebildet sind und ein axial zwischen den Randabschnitten liegender Mittelabschnitt der Außenkontur radial innerhalb des Durchmessers der gedachten Kugel verläuft.
Bei einem herkömmlichen CG-Gelenk ist die Außenkontur des Kugelkäfigs durchgehend kugelförmig ausgebildet. Würde man einen solchen herkömmlichen Kugelkäfig eines CG-Gelenks in einem VL-Gelenk einsetzen, würde die Bruchlast des VL-Gelenks deutlich sinken. Dem könnte durch eine Erhöhung des Kugeldurchmessers der Außenkontur des Kugelkäfigs abgeholfen werden. Eine solche Erhöhung bedeutet jedoch, dass die korrespondierende Käfigführungsfläche am Gelenkaußenteil des CG-Gelenks im Zwischenbereich zwischen den Kugellaufbahnen stärker eingeschnitten werden muss, d.h. die Umschlingung der Kugeln durch die Kugellaufbahnen dort reduziert wird. Eine solche Verminderung der Umschlingung wäre für die Lebensdauereigenschaften des CG-Gelenks unvorteilhaft. Umgekehrt kann ein herkömmlicher Kugelkäfig, welcher auf ein VL-Gelenk abgestimmt ist, in einem CG-Gelenk nicht kollisionsfrei untergebracht werden, würde also verklemmen.
Die erfindungsgemäße Lösung schafft demgegenüber einen Kugelkäfig, der in beiden Gelenktypen eingesetzt werden kann. Aufgrund der modifizierten Außenkontur des Kugelkäfigs ist es möglich, die Festigkeit in den Randbereichen des Kugelkäfigs hochzuhalten. Gleichzeitig bleibt die Laufbahnumschlingung der Kugeln im Gelenkaußenteil groß, da die korrespondierende Käfigführungsfläche zwischen den Kugellaufbahnen einen etwas kleineren Innendurchmesser aufweisen kann, somit die Laufbahnen tiefer in das Gelenkaußenteil eingeschnitten bleiben.
Dies ist für eine hohe Lebensdauer des Gelenks vorteilhaft, da sich dann die Druckellipsen der Kugeln in den Kugellaufbahnen im Gelenkaußenteil über eine größere Fläche ausbreiten können. Hierdurch sinkt die Flächenpressung in den Kugellaufbahnen und demzufolge die Gefahr von Pittingbildung.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
So kann beispielsweise der Mittelabschnitt als auf dem Umfang einer zweiten gedachten Kugel liegender Kugelabschnitt ausgebildet sein, wobei der Durchmesser der zweiten Kugel kleiner als der Kugeldurchmesser der Randabschnitte ist.
Hierdurch wird bei kleinen Beugewinkeln das Abbeugen des Gelenks begünstigt. Der Mittelabschnitt muss nicht notwendigerweise als Kugelabschnitt ausgebildet sein, sollte jedoch jedenfalls zwischen den beiden gedachten Kugeln verlaufen.
Ferner können die Mittelpunkte der ersten und zweiten gedachten Kugel zusammenfallen. Hierdurch wird sichergestellt, dass beim Abbeugen des Gelenks an den Kontaktpunkten zwischen der Außenkontur des Kugelkäfigs und den korrespondierenden Käfigführungsflächen am Gelenkaußenteil ein Verschwenken um einen gemeinsamen Drehpunkt erfolgt, wodurch Verzwängungen vermieden werden und die Reibung im Gelenk gering bleibt.
In einer weiteren Ausführungsvariante sind die Durchmesserunterschiede zwischen den Randabschnitten und dem Mittelabschnitt derart gewählt, dass der maximale Durchmesser des Kugelkäfigs durch den Kugeldurchmesser des Mittelabschnitts bestimmt wird. Hierdurch wird gewährleistet, dass bei einer Axialfixierung des Kugelkäfigs an den Randabschnitten gleichzeitig eine Radialabstützung am Mittelabschnitt so möglich bleibt, dass der Kugelkäfig koaxial zum Gelenkaußenteil in letzteres axial eingeschoben werden kann.
In einer weiteren Ausführungsvariante verläuft der Mittelabschnitt in ein Bereich zwischen dem Kugeldurchmesser der Randabschnitte und einem kleiner Kugeldurchmesser, wobei das Verhältnis von größerem Kugeldurchmesser zu kleineren Kugeldurchmesser 1,01 bis 1,05 beträgt. Hierdurch können trotz des größeren Kugeldurchmessers an den Randabschnitten hinreichende Beugewinkel am Gelenk in der Größenordnung bis etwa 25° erzielt werden, ohne dass die Randabschnitte mit der Käfigführungsfläche für den Mittelabschnitt verklemmen.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Randabschnitte jeweils über einen weich gekrümmten Übergangsabschnitt kontinuierlich in den Mittelabschnitt übergehen. Der Übergang zwischen den Randabschnitten und dem Mittelabschnitt kann somit frei von Kanten und Absätzen ausgeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsvariante sind die Randabschnitte der Außenkontur an der Art konfiguriert, dass sich diese sich jeweils über einen Bogenwinkelbereich mit einer Bogenlänge von 3° bis 12,5° erstrecken. Die Bogenlänge kann dabei an den jeweils benötigten maximalen Beugewinkeln der Gelenke angepasst werden. Bei kleinen maximalen Beugewinkeln kann diese kürzer ausgeführt werden.
Zudem kann in einem solchen Fall dann ein tendenziell etwas größerer Kugeldurchmesser für die Randabschnitte gewählt werden, um den Kugelkäfig in seinen Randbereichen zu stärken.
Der oben erläuterte Kugelkäfig lässt sich, wie bereits erwähnt in einem CG-Gelenk einsetzen. Es ergibt sich dann ein Gleichlauffestgelenk mit gekreuzten Kugellaufbahnen mit einem Gelenkaußenteil, welches Kugellaufbahnen aufweist, einem Deckel, der an dem Gelenkaußenteil befestigt ist, und einem Kugelkäfig der vorstehend erläuterten Art, wobei an dem Gelenkaußenteil und dem Deckel erste Käfigführungsflächen vorgesehen sind, an welchen die Randabschnitte des Kugelkäfigs geführt sind, um den Kugelkäfig im Gelenk axial zu fixieren, und das Gelenkaußenteil eine zweite Käfigführungsfläche aufweist, an welcher der Mittelabschnitt der Außenkontur des Kugelkäfigs radial geführt ist. Gegenüber einem CG-Gelenk mit einem herkömmlichen Kugelkäfig mit kugelförmiger Außenkontur steigt die Festigkeit bei gleichem Zylinderdurchmesser an.
In einer Ausführungsvariante des CG-Gelenks ist die zweite Käfigführungsfläche am Gelenkaußenteil zylindrisch ausgebildet, so dass der Kugelkäfig sehr einfach durch axiales Einschieben in das Gelenkaußenteil montiert werden kann.
Weiterhin kann der gleiche Kugelkäfig in einem VL-Gelenk zum Einsatz kommen. Es ergibt sich dann ein Gleichlaufverschiebegelenk mit gekreuzten Kugellaufbahnen, umfassend ein Gelenkaußenteil mit an seinem Innenumfang ausgebildeten Kugellaufbahnen, ein Gelenkinnenteil mit an seinem Außenumfang ausgebildeten Kugellaufbahnen, wobei die Kugellaufbahnen des Gelenkaußenteils und des Gelenkinnenteils einander paarweise gegenüberliegen und bei ungebeugtem Gelenk einander kreuzen, jeweils eine Kugel je Kugellaufbahnpaar, und einen Kugelkäfig der vorstehend erläuterten Art, der zwischen dem Gelenkaußenteil und dem Gelenkinnenteil angeordnet ist und Fenster zur Aufnahme der Kugel ausbildet.
Je nach Ausgestaltung des VL-Gelenks kann der Kugelkäfig zu dem Gelenkaußenteil und dem Gelenkinnenteil radial Spiel aufweisen, wodurch eine hochgenaue Bearbeitung der der Außen- und Innenkontur gegenüberliegenden Flächen am Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil eingespart werden kann.
Es ist jedoch auch möglich, den Kugelkäfig mit dem Mittelabschnitt seiner Außenkontur an einem Käfigführungsabschnitt des Gelenkaußenteils radial zu führen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

1 eine Schnittansicht eines Kugelkäfigs nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine Schnittansicht eines CG-Gelenks nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Kugelkäfig gemäß 1,
3 eine weitere Schnittansicht des CG-Gelenks nach 2, und in
4 eine Schnittansicht eines VL-Gelenks nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Kugelkäfig gemäß 1.

1 zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel für einen Kugelkäfig nach der Erfindung, der universell bei verschiedenen Typen von Gleichlaufgelenken mit gekreuzten Kugellaufbahnen eingesetzt werden kann. Der Kugelkäfig 1 stellt somit ein Gleichteil dar, das bei der Fertigung unverändert in unterschiedlichen Typen von Gleichlaufgelenken zum Einsatz kommen kann.
Im dargestellten Längsschnitt weist die Außenkontur 2 des Kugelkäfigs 1 Abschnitte unterschiedlicher Krümmung auf.
Die Außenkontur 2 umfasst zwei axiale Randabschnitte 3, welche jeweils als auf dem Umfang einer gedachten Kugel K1 liegende Kugelabschnitte ausgebildet sind und dementsprechend jeweils einen gleichen Kugeldurchmesser D_K1 aufweisen.
Diese Randabschnitte 3 der Außenkontur erstrecken sich jeweils über einen Bogenwinkelbereich, dessen Bogenlänge α_R jeweils im Bereich von 3° bis 15°, vorzugsweise 5° bis 12,5° liegen kann. Die Bogenlänge α_R der Randabschnitte 3 wird in Abhängigkeit des gewünschten maximalen Beugewinkels der Gelenke gewählt.
Axial zwischen den Randabschnitten 3 befindet sich an der Außenkontur 2 ein Mittelabschnitt 4, welcher radial innerhalb des Durchmessers D_K1 der gedachten Kugel K1 verläuft.
Dabei kann der Mittelabschnitt 4 ebenfalls als auf dem Umfang einer zweiten gedachten Kugel K2 liegender Kugelabschnitt ausgebildet sein, wobei der Durchmesser D_K2 der zweiten Kugel K2 kleiner als der Kugeldurchmesser D_K1 der Randabschnitte 3 ist.
Jedoch sind für den Mittelabschnitt 4 auch Abweichungen von einer strengen Kugelform möglich, solange der Verlauf zwischen den beiden gedachten Kugeln K1 und K2 bleibt.
Der Kugelkäfig 1 ist somit im Bereich seines Mittelabschnitts 4 im Vergleich zur gedachten Kugel K1 etwas verjüngt.
Im Fall einer kugelförmigen Ausbildung des Mittelabschnitts 4 wird der maximale Durchmesser D_max des Kugelkäfigs 1 durch den Kugeldurchmesser D_K2 des Mittelabschnitts 4 bestimmt.
Die beiden gedachten Kugeln K1 und K2 sind vorzugsweise so angeordnet, dass deren Mittelpunkte in einem gemeinsamen Punkt M zusammenfallen.
Wie 1 weiter entnommen werden kann, können im Übergang von den Randabschnitten 3 zum Mittelabschnitt 4 Kanten oder Absätze vermieden werden. Die Randabschnitte 3 gehen in einem solchen Fall dann vielmehr jeweils über einen weich gekrümmten Übergangsabschnitt 5 kontinuierlich in den Mittelabschnitt 4 über. Der Übergangsabschnitt 5 bleibt zwischen den beiden gedachten Kugeln K1 und K2.
Der Mittelabschnitt 4 der Außenkontur 2 erstreckt sich vorzugsweise über einen Bogenwinkelbereich, dessen Bogenlänge α_M im Bereich von 5° bis 20° liegen kann. Die Übergangsabschnitte 5 besitzen eine Bogenlänge, die im Bereich von je 10° bis 20° liegen kann.
Um einerseits hinreichende Beugewinkel bis zu etwa 25° zu ermöglichen und andererseits ein Verklemmen des Gelenks zu vermeiden, sollten die Kugeldurchmesser D_K1 und D_K2 der gedachten Kugeln K1 und K2 nicht zu stark voneinander abweichen. Vorzugsweise verläuft der Mittelabschnitt 4 daher einem Bereich zwischen dem größeren Kugeldurchmesser D_K1 der Randabschnitte 3 und einem kleineren Kugeldurchmesser D_K2 , wobei das Verhältnis von größerem Kugeldurchmesser D_K1 zu kleinerem Kugeldurchmesser D_K2 1,01 bis 1,05 beträgt. Um eine zu starke Schwächung der Randabschnitte 3 zu vermeiden, kann es ferner zweckmäßig sein, das Verhältnis der axialen Käfiglänge I zum größeren Kugeldurchmesser D_K1 auf einen Bereich von 0,7 bis 0,8 zu beschränken.
In diesem Zusammenhang kann es ferner vorteilhaft sein, das Verhältnis des größeren Kugeldurchmessers D_K1 zum maximalen Innendurchmesser D_I des Kugelkäfigs 1 auf einen Bereich von 1,2 bis 1,3 zu beschränken.
Die entsprechende Innenkontur 6 des Kugelkäfigs 1 kann, wie in 1 beispielhaft dargestellt, zylindrisch, d.h. mit konstantem Innendurchmesser D_I ausgeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Innenkontur 6 mit einer Krümmung zu versehen, welche gegebenenfalls im Punkt M zentriert sein kann, vorzugsweise jedoch einen größeren Krümmungsdurchmesser besitzt.
Der Vollständigkeit halber sei ferner erwähnt, dass der Kugelkäfig 1 mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Fenster 7 zur Aufnahme von Kugeln aufweist, die in Umfangsrichtung durch Stegabschnitte 6 voneinander beabstandet sind.
Während die Außenkontur 2 des Kugelkäfigs 1 mit einer hohen Oberflächengüte bearbeitet ist, kann an der Innenkontur 6 eine die Oberflächengüte verbessernde Nachbearbeitung nach dem Urformen des Kugelkäfigs 1 unterbleiben. Die Oberflächengüte an der Innenkontur 6 wird daher normalerweise geringer als an der Außenkontur 2 sein.
Ein solcher Kugelkäfig 1 kann in zwei unterschiedlichen Typen von Gleichlaufgelenken eingesetzt werden, wie dies nachfolgend anhand eines in 2 und 3 dargestellten CG-Gelenks 10 und eines in 4 dargestellten VL-Gelenks 20 erläutert werden soll.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 2 und 3 zeigt ein Gleichlauffestgelenk 10 mit gekreuzten Kugellaufbahnen (CG-Gelenk), das beispielweise als radseitiges Gelenk einer Seitenwelle, insbesondere einer Hinterachsseitenwelle eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann. Auch ein getriebeseitiger Einsatz ist grundsätzlich möglich. Das nachfolgend näher erläuterte Gleichlauffestgelenk 10 kann jedoch auch zu anderen Zwecken unabhängig von einer Gelenkwelle eingesetzt werden.
Das Gleichlauffestgelenk 10 nach dem Ausführungsbeispiel umfasst ein Gelenkaußenteil 11, das an einer Innenumfangfläche mit einer Vielzahl von Kugellaufbahnen 12 versehen ist.
In dem Gelenkaußenteil 11 ist ein Gelenkinnenteil 13 aufgenommen, das an einer Außenumfangsfläche ebenfalls mit einer Vielzahl von Kugellaufbahnen 14 versehen ist.
Die Kugellaufbahnen 12 und 14 an dem Gelenkaußenteil 11 und dem Gelenkinnenteil 13 bilden Kugellaufbahnpaare, die jeweils eine Kugel 15 aufnehmen, um die beiden Gelenkteile 11 und 13 radial aneinander abzustützen. Dabei sind sowohl die Kugellaufbahnen 12 des Gelenkaußenteils 11 als auch die Kugellaufbahnen 14 des Gelenkinnenteils 13 zur jeweiligen Bauteilmittelachse A angewinkelt. Die Anstellwinkel zur Mittelachse A des gestreckten Gelenks 20 sind zumindest für korrespondierende oder aber auch für alle Kugellaufbahnen 12 bzw. 14 dem Betrag nach gleich groß, unterscheiden sich jedoch hinsichtlich des Vorzeichens für das Gelenkaußenteil 11 und das Gelenkinnenteil 13, so dass sich die Kugellaufbahnen 12 und 14 eines Laufbahnpaars kreuzen.
Zwischen dem Gelenkaußenteil 11 und dem Gelenkinnenteil 13 ist ein Kugelkäfig 1 der oben erläuterten Art angeordnet, der an dem Gelenkaußenteil 11 schwenkbar gelagert und gleichzeitig axial festgelegt ist. Dabei sind am Gelenk 10 Beugewinkel von bis zu 25° möglich. Der Kugelkäfig 1 weist eine Vielzahl von Fenstern 7 zur Aufnahme der Kugeln 15 auf, so dass diese bei einer Beugung des Gelenks 10 stets in einer gemeinsamen Ebene, nämlich der Halbwinkelebene des Gelenks 10 gehalten werden. Weiterhin ist an dem Gelenkaußenteil 11 ein Deckel 16 befestigt.
Die Schwenkbewegbarkeit des Kugelkäfigs 1 wird über Käfigführungsflächen am Innenumfang des Gelenkaußenteils 11 und am Deckel 16 gewährleistet. Dabei sind die Käfigführungsflächen am Gelenkaußenteil 11 bei Betrachtung in Richtung der Mittelachse A hinterschnittsfrei ausgeführt, so dass der Kugelkäfig 1 axial in das Gelenkaußenteil 11 eingeführt werden kann. Gegebenenfalls kann am Gelenkaußenteil 11 eine Nase vorgesehen werden, die während der Montage überdrückt werden muss.
Am Gelenkaußenteil 11 und am Deckel 16 sind erste Käfigführungsflächen 17 und 18 vorgesehen, an welchen die Randabschnitte 3 des Kugelkäfigs 1 geführt sind, um den Kugelkäfig 1 im Gelenk 10 axial zu fixieren.
Weiterhin weist das Gelenkaußenteil 11 eine zweite Käfigführungsfläche 19 auf, an welcher der Mittelabschnitt 4 der Außenkontur 5 des Kugelkäfigs 1 radial geführt ist.
Vorzugsweise gehen die erste und zweite Käfigführungsfläche 17 und 19 am Gelenkaußenteil 11 ineinander über.
Bei der Axialmontage gleitet die Außenkontur 2 des Kugelkäfigs 1 mit ihrem Mittelabschnitt 4 dabei zunächst über die vorzugsweise hinterschnittsfreie zweite Käfigführungsfläche 19, die dazu zylindrisch ausgeführt sein kann, bis der Kugelkäfig 1 mit einem seiner Randabschnitte 3 gegen die erste Käfigführungsfläche 17 in Anlage gelangt. Diese erste Käfigführungsfläche 17 kann sphärisch gewölbt sein. Der Durchmesser der Wölbung entspricht vorzugsweise in etwa demjenigen des Randabschnitts 4 des Kugelkäfigs 1, so dass sich ein flächenhafter Kontakt einstellen kann.
Die zweite Käfigführungsfläche 19 geht vorzugsweise tangential, gegebenenfalls jedoch auch über eine Kante in die erste Käfigführungsfläche 17 über. Anstelle einer Wölbung können als erste Käfigführungsfläche 17 am Gelenkaußenteil 11 auch andere hinterschnittsfreie Oberflächenkonturen vorgesehen werden, solange diese die Schwenkbewegbarkeit des Kugelkäfigs 1 im gewünschten Beugewinkelbereich des Gelenks 10 nicht beeinträchtigen.
Auf diese Weise lässt sich der Kugelkäfig 1 axial in einer Richtung festlegen. Die Axialsicherung in Gegenrichtung übernimmt der Deckel 16, der nach erfolgter Montage des Kugelkäfigs 1 an dem Gelenkaußenteil 11 befestigt wird. Im zusammengebauten Zustand ist der Kugelkäfig 1 folglich axial in einer Richtung durch die erste Käfigführungsfläche 17 an dem Gelenkaußenteil 11 und in der entgegengesetzten Richtung durch die Käfigführungsfläche 18 am Deckel 16 fixiert.
Auch die Käfigführungsfläche 18 am Deckel 16 kann als sphärische Anlauffläche ausgebildet sein. Im zusammengebauten Zustand des Gelenks 10 fallen die Mittelpunkte der Käfigführungsflächen 17 und 18 an dem Gelenkaußenteil 11 und dem Deckel 16 zusammen. Der Kugelkäfig 1 ist an diesen mit seinen kugelförmigen Randabschnitten 3 schwenkbewegbar geführt. Wird die Kontaktfläche zwischen der Käfigführungsfläche 18 am Deckel 16 und dem Kugelkäfig 1 sehr klein, so ist eine sphärische Ausgestaltung der Käfigführungsfläche 18 am Deckel 16 nicht zwingend notwendig. Es kann bereits ausreichend sein, diesen auf einer gedachten Kugelfläche um den Mittelpunkt der sphärischen ersten Käfigführungsfläche 17 des Gelenkaußenteils 11 anzuordnen, um die erforderliche Axialsicherung des Kugelkäfigs 1 bei Gewährleistung einer Schwenkbewegbarkeit zu bewerkstelligen.
In Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels kann auch ein wenn auch sehr geringes Axialspiel vorgesehen sein, das bis zu 4 mm beträgt. In diesem Fall ergibt sich ein geringer Versatz der Drehmittelpunkte der nicht notwendigerweise sphärischen Käfigführungsflächen 17 und 18.
4 zeigt schließlich die Verwendung des oben erläuterten Kugelkäfigs 1 in einem Gleichlaufverschiebegelenk 20 mit gekreuzten Kugellaufbahnen (VL-Gelenk), das z. B. in einer Seitenwelle oder einer Längswelle eines Kraftfahrzeugs eingebaut werden kann.
Das VL-Gelenk 20 umfasst ein Gelenkaußenteil 21 und ein in diesem angeordnetes Gelenkinnenteil 23. Sowohl das Gelenkaußenteil 11 als auch das Gelenkinnenteil 23 sind an ihren zueinander weisenden Umfangsflächen mit Kugellaufbahnen 22 und 24 versehen, die gegenüber der jeweiligen Bauteilmittelachse auf dem Umfang angewinkelt sind, wie dies auch beim oben erläuterten CG-Gelenk der Fall ist.
Die Kugellaufbahnen 22 und 24 liegen einander paarweise gegenüber und weisen jeweils entgegengesetzte Schrägungswinkel auf, so dass sich die Kugellaufbahnen 22 und 24 eines Kugellaufbahnpaares bei gestrecktem Gelenk 20 kreuzen. In jedem Kugellaufbahnpaar ist eine drehmomentübertragende Kugel 25 aufgenommen. Die geschrägten Kugellaufbahnen 22 bzw. 24 können jeweils in sich gerade oder um die Mittelachse A schraubenförmig ausgeführt sein. Zudem können die Kugellaufbahnen einzelner Kugellaufbahnpaare auch ohne Schrägung ausgeführt sein.
Zwischen dem Gelenkaußenteil 21 und dem Gelenkinnenteil 23 ist ein Kugelkäfig 1 der oben erläuterten Art angeordnet, wie er identisch im CG-Gelenk 10 eingesetzt wird. Der Kugelkäfig bildet eine Vielzahl von Fenstern 7 zur Aufnahme der Kugeln 25 aus.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Gelenk 1 insgesamt sechs Kugellaufbahnpaare mit sechs Kugeln 25 auf. Jedoch können auch weniger oder mehr Kugellaufbahnpaare mit einer entsprechenden Anzahl von Kugeln 25 vorgesehen werden.
Durch den Kugelkäfig 1 werden die Kugeln 25 im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene gehalten, welche bei gebeugtem Gelenk senkrecht zur Winkelhalbierenden der Bauteilachsen von Gelenkaußenteil 21 und Gelenkinnenteil 23 steht. Die Steuerung der Kugeln 25 in diese Halbwinkelebene erfolgt über die sich kreuzenden Kugellaufbahnen 22 und 24.
Der Kugelkäfig 1 ist bei dem VL-Gelenk 20 gegenüber dem Gelenkaußenteil 21 und dem Gelenkinnenteil 23 axial verschiebbar, wodurch das Gelenkaußenteil 21 relativ zu dem Gelenkinnenteil 23 verschoben werden kann, um im VL-Gelenk 20 im Unterschied zum CG-Gelenk 10 einen axialen Längenausgleich zu ermöglichen.
Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kugelkäfig 1 zwischen dem Gelenkaußenteil 21 und dem Gelenkinnenteil 23 lose angeordnet, das heißt der Kugelkäfig 1 weist zu dem Gelenkaußenteil 21 und dem Gelenkinnenteil 23 radial etwas Spiel auf.
Es ist jedoch auch möglich, den Kugelkäfig 1 an einem der Gelenkteile 21 und 23 radial zu führen. Beispielsweise kann der Kugelkäfig 1 mit dem Mittelabschnitt 4 seiner Außenkontur 2 an einem Käfigführungsabschnitt des Gelenkaußenteils 21 radial geführt sein.
Generell empfiehlt es sich, dass der Kugelkäfig 1 zur einem der beiden Gelenkbauteile, nämlich Gelenkaußenteil 11 bzw. 21 und Gelenkinnenteil 13 bzw. 23, eng geführt ist, vorzugsweise mit einem radialen Abstand von 0,1 bis 0,5 mm, und zum anderen der beiden Gelenkbauteile deutlich größeres Spiel aufweist, damit das Gelenk axial bewegbar ist.
Die Erfindung wurde vorstehend eines Ausführungsbeispiels und weiterer Abwandlungen näher erläutert. Das Ausführungsbeispiel und die Abwandlungen dienen dazu, die Ausführbarkeit der Erfindung zu belegen. Technische Einzelmerkmale, welche oben im Kontext weiter Einzelmerkmale erläutert wurden, können auch unabhängig von diesen sowie in Kombination mit weiteren Einzelmerkmalen verwirklicht werden, selbst wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Die Erfindung ist daher ausdrücklich nicht auf das konkret beschriebene Ausführungsbeispiel und dessen Abwandlungen beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
Bezugszeichenliste

1: Kugelkäfig
2: Außenkontur
3: Randabschnitt der Außenkontur
4: Mittelabschnitt der Außenkontur
5: Übergangsabschnitt der Außenkontur
6: Innenkontur
7: Fenster
8: Steg
10: Gleichlauffestgelenk (CG-Gelenk)
11: Gelenkaußenteil
12: Kugellaufbahn
13: Gelenkinnenteil
14: Kugellaufbahn
15: Kugel
16: Deckel
17: erste Käfigführungsfläche am Gelenkaußenteil
18: Käfigführungsfläche am Deckel
19: zweite Käfigführungsfläche am Gelenkaußenteil
20: Gleichlaufverschiebegelenk (VL-Gelenk)
21: Gelenkaußenteil
22: Kugellaufbahn
23: Gelenkinnenteil
24: Kugellaufbahn
25: Kugel
A: Drehachse des Gelenks bei gestrecktem Gelenk
D_K1: Kugeldurchmesser
D_K2: Kugeldurchmesser
D_I: Innendurchmesser des Kugelkäfigs
D_max: maximaler Durchmesser des Kugelkäfigs
I: Axiallänge des Kugelkäfigs
K1: gedachte Kugel
K2: gedachte Kugel
α_R: Bogenwinkel des Randabschnitts 3
α_M: Bogenwinkel des Mittelabschnitts 4
M: gemeinsamer Mittelpunkt der gedachten Kugeln

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10352408 A1 [0002]
DE 10353608 A1 [0002]
DE 102007059379 A1 [0002]
DE 102008008212 A1 [0002]
DE 102004031154 A1 [0003]
DE 19956672 C1 [0003]
DE 4228230 A1 [0003]
US 6497622 A [0003]

Claims

Kugelkäfig (1) zur Verwendung sowohl in einem Gleichlaufverschiebegelenk mit gekreuzten Kugellaufbahnen als auch in einem Gleichlauffestgelenk mit gekreuzten Kugellaufbahnen, welcher eine Außenkontur (2) mit Abschnitten unterschiedlicher Krümmung aufweist, wobei axiale Randabschnitte (3) der Außenkontur (2) als auf dem Umfang einer gedachten Kugel (K1) liegende Kugelabschnitte ausgebildet sind und ein axial zwischen den Randabschnitten (3) liegender Mittelabschnitt (4) der Außenkontur (2) radial innerhalb des Durchmessers (D_K1) der gedachten Kugel (K1) verläuft.
Kugelkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelabschnitt (4) als auf dem Umfang einer zweiten gedachten Kugel (K2) liegender Kugelabschnitt ausgebildet ist, wobei der Durchmesser (D_K2) der zweiten Kugel (K2) kleiner als der Kugeldurchmesser (D_K1) der Randabschnitte (3) ist, oder der Mittelabschnitt (4) zwischen diesen gedachten Kugeln (K1, K2) verläuft.
Kugelkäfig nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunkte der ersten und zweiten Kugel (K1, K2) zusammenfallen.
Kugelkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Durchmesser (D_max) des Kugelkäfigs (1) durch den Kugeldurchmesser (D_K2) des Mittelabschnitts (4) bestimmt wird.
Kugelkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Randabschnitte (3) jeweils über einen weich gekrümmten Übergangsabschnitt (5) kontinuierlich in den Mittelabschnitt (4) übergehen.
Kugelkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Randabschnitte (3) der Außenkontur (2) sich jeweils über einen Bogenwinkelbereich erstrecken, dessen Bogenlänge 3° bis 15° beträgt.
Kugelkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelabschnitt (4) in ein Bereich zwischen dem Kugeldurchmesser (D_K1) der Randabschnitte (3) und einem kleineren Kugeldurchmesser (D_K2) verläuft, und das Verhältnis von größerem Kugeldurchmesser (D_K1) zu kleinerem Kugeldurchmesser (D_K2) 1,01 bis 1,05 beträgt.
Gleichlauffestgelenk (10) mit gekreuzten Kugellaufbahnen (CG-Gelenk), umfassend ein Gelenkaußenteil (11), welches Kugellaufbahnen (12) aufweist, einen Deckel (16), der an dem Gelenkaußenteil (11) befestigt ist, und einen Kugelkäfig (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei an dem Gelenkaußenteil (11) und dem Deckel (16) erste Käfigführungsflächen (17, 18) vorgesehen sind, an welchen die Randabschnitte (3) des Kugelkäfigs (1) geführt sind, um den Kugelkäfig (1) im Gelenk (10) axial zu fixieren, und das Gelenkaußenteil (11) eine zweite Käfigführungsfläche (19) aufweist, an welcher der Mittelabschnitt (4) der Außenkontur (2) des Kugelkäfigs (1) radial geführt ist.
Gleichlauffestgelenk (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Käfigführungsfläche (19) am Gelenkaußenteil (11) zylindrisch ausgebildet ist.
Gleichlaufverschiebegelenk (20) mit gekreuzten Kugellaufbahnen (VL-Gelenk), umfassend ein Gelenkaußenteil (21) mit an seinem Innenumfang ausgebildeten Kugellaufbahnen (22), ein Gelenkinnenteil (23) mit an seinem Außenumfang ausgebildeten Kugellaufbahnen (24), wobei die Kugellaufbahnen (22, 24) des Gelenkaußenteils (21) und des Gelenkinnenteils (23) einander paarweise gegenüberliegen und bei ungebeugtem Gelenk einander kreuzen, jeweils eine Kugel (25) je Kugellaufbahnpaar (22, 24), und einen Kugelkäfig (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, der zwischen dem Gelenkaußenteil (21) und dem Gelenkinnenteil (23) angeordnet ist und Fenster (7) zur Aufnahme der Kugeln (15) ausbildet.
Gleichlaufverschiebegelenk (20) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkäfig (1) zu dem Gelenkaußenteil (21) und dem Gelenkinnenteil (23) radial Spiel aufweist.
Gleichlaufverschiebegelenk (20) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkäfig (1) mit dem Mittelabschnitt (4) seiner Außenkontur (2) an einem Käfigführungsabschnitt des Gelenkaußenteils (21) radial geführt ist.