DE102018124047B4

DE102018124047B4 - Gelenkaußenteil für homokinetische Verschiebegelenke

Info

Publication number: DE102018124047B4
Application number: DE102018124047.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Schmidt; Heike Kleinhaus; Sebastian Eilert
Original assignee: IFA Technologies GmbH
Current assignee: IFA Technologies GmbH
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2022-12-15
Anticipated expiration: 2038-09-29
Also published as: DE102018124047A1; WO2020064056A1

Abstract

Gelenkaußenteil für homokinetische Verschiebegelenke, wobei das Gelenkaußenteil (1) innere Kugellaufbahnen (2) für Kugeln (5), jeweils zwischen zwei inneren Kugellaufbahnen (2) verbleibende, sich zumindest bis zu einer Stirnseite des Gelenkaußenteils (1) erstreckende Stege (7) aufweist, deren Innenfläche als eine Käfigführungsfläche (8) für einen die Kugeln (5) aufnehmenden Kugelkäfig (6) ausgebildet ist, die im Bereich der axialen Verschiebung der Gelenke parallel zur Drehachse des Gelenkaußenteils (1) verläuft, wobei stirnseitig im Bereich der Stege (7) axial verlaufende Bohrungen (15) zur Aufnahme von Befestigungsmitteln in das Gelenkaußenteil (1) eingebracht sind und wobei an der Stirnseite des Gelenkaußenteils (1) zwischen den Bohrungen (15) und im Bereich der Bohrungen (15) radial nach innen versetzt an den Stegen (7) eine kreisringförmige Dichtfläche (12) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass das im Anschluss an die Käfigführungsfläche (8) in Richtung der Dichtfläche (12) auslaufende Ende der Innenfläche der Stege (7) radial in Richtung der Drehachse des Gelenkaußenteils (1) verlaufend ausgeführt ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Gelenkaußenteil für homokinetische Verschiebegelenke nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, das beispielsweise in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen einsetzbar ist.
Gelenke und Lager werden gewöhnlich stirnseitig beispielsweise mittels Flachdichtungen, die durch ein das Gelenk oder Lager verschließendes Abdeckteil gegen das Außenteil gepresst werden, abgedichtet. Hierzu weist das Außenteil in seine ringförmige Stirnfläche eingebrachte Bohrungen auf, in die Befestigungsmittel, wie Schrauben, Stifte, Niete einsteckbar oder durch diese durch das Außenteil hindurchsteckbar sind. Da die Außenteile aufgrund der Forderung nach Gewichtsreduzierung nur eine geringe Dicke aufweisen und zudem diese Dicke durch die Kugellaufbahnen geschwächt ist, sind die Bohrungen im Bereich der die ursprüngliche Dicke des Außenteils aufweisenden Stege, die sich jeweils zwischen zwei Kugellaufbahnen befinden, eingebracht. Die Flachdichtung ist entsprechend der Kontur der ringförmigen Stirnfläche des Außenteils derart angepasst, dass sie im Bereich der Bohrungen eine dem Durchmesser der Bohrungen entsprechende bogenförmige Aussparung aufweist und radial nach innen an den Stegen entlang geführt ist. Mit ihrer Außenkante liegt die Dichtung an einem Begrenzungssteg an, der in axialer Verlängerung des Außenmantels des Gelenkaußenteils hervorsteht ( DE 10 2009 018 373 B4 ).
Bekannt ist auch eine Dichtung für ein Gleichlaufgelenk, das aus einer Kappe und einem Gelenkkörper besteht, in dem sich ein Kugeln aufnehmender Käfig befindet. Der Gelenkkörper ist durch die Kappe verschlossen. Zwischen beiden genannten Teilen ist die Dichtung angeordnet, indem sie an einer ersten ebenen Fläche des Gelenkkörpers anliegt ( US 2016/0312837 A1 ).
Bekannt ist ferner ein Universal-Gleichlaufgelenk mit einem Gelenkaußenteil, einem Innenring und einem Käfig. Das Gelenkaußenteil weist innere Kugellaufbahnen und innere gekrümmte Führungsflächen für den Käfig auf, deren Krümmung kurz vor den Stirnseiten des Gelenkaußenteils endet und in diesem Endbereich parallel zur Achse des Gelenkaußenteils verläuft. Ziel dieser Erfindung ist ein leichtgängiges Gelenk, das unter hoher Belastung und hohen Geschwindigkeiten eine hohe Lebensdauer aufweist. Die konkaven Käfigführungsflächen dieses Gelenks verlaufen von ihrem größten Durchmesser bis hin zu beiden Stirnflächen des Gelenkaußenteils konstruktiv bedingt radial in Richtung der Drehachse des Gelenkaußenteils und bewirken so allein durch ihren bestimmungsgemäßen Verlauf eine Verbreiterung der Dichtfläche ( EP 2 716 925 A1 ).
Bekannt ist auch ein homokinetisches Festgelenk mit Crashfunktion, bestehend aus einem Gelenkaußenteil mit inneren Kugellaufbahnen und einem Gelenkinnenteil mit äußeren Kugellaufbahnen. Jeweils zwischen zwei inneren Kugellaufbahnen verbleiben Stege mit Führungsflächen, die einen Käfig zentrieren, der das Drehmoment übertragende Kugeln aufnimmt. Ein stirnseitiges Ende der Stege ist radial nach au-ßen freiliegend ( DE 10 2013 000 984 B3 ).
Schließlich ist eine Gleichlaufgelenkanordnung bekannt, die einen inneren und einen äußeren Gelenkkörper, einen Käfig mit Drehmoment übertragende Kugeln, eine Hülse, die sich koaxial zu dem inneren Gelenkkörper erstreckt, und eine Manschette aufweist, die mit ihrem einen Endabschnitt den inneren Gelenkkörper und ihrem gegenüberliegenden Endabschnitt den äußeren Gelenkkörper abdichtet ( WO 2017/139581 A1 ).
Der Nachteil dieser Abdichtungen besteht darin, dass deren wirksame Dichtfläche gering ist. Um dem entgegenzuwirken, müssen bei der Montage des Gelenks verhältnismäßig hohe Presskräfte aufgewendet werden. Besonders kritisch ist die Gewährleistung der Dichtheit im Bereich der Bohrungen. Die in die Bohrungen hineinragenden oder durch sie hindurchgeführten Verbindungselemente führen bei den hohen Belastungen während des Betriebs des Gelenks Bewegungen aus, die sie auch auf die Dichtung übertragen. Ungünstigerweise steht die Dichtung in diesem Bereich auch noch über die vom Gelenkaußenteil bereitgestellte Dichtfläche radial nach innen leicht über und bietet dadurch eine Angriffsfläche für im Betriebszustand im Innern des Gelenks wirkende Kräfte. Trotz der aufgewendeten hohen Presskräfte bei der Montage kann es durch die genannten Betriebsbedingungen zeitweise zum Abheben der Dichtung und somit zum Austritt von Schmiermittel kommen.
Somit ist es Aufgabe der Erfindung, die Abdichtung eines Verschiebegelenks an seinem Gelenkaußenteil zu verbessern.
Die Erfindung und ihre Vorteile
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gemäß der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Gelenkaußenteil hat gegenüber dem oben genannten Stand der Technik den Vorteil, dass es ohne Veränderung der verwendeten Dichtung eine bessere Abdichtung des Gelenks ermöglicht.
Diese Vorteile werden dadurch erreicht, dass die stirnseitige Dichtfläche des Gelenkaußenteils im Bereich der Bohrungen vergrößert ist.
Das Gelenkaußenteil weist eine Stirnfläche auf, die über das Gelenk mittels einer Dichtung und eines Verschlussdeckels abgedichtet ist. Der Verschlussdeckel wird mittels bekannter Befestigungsmittel mit dem Gelenkaußenteil fest verbunden, wobei er die Dichtung gegen die Dichtfläche der Stirnfläche drückt.
Das Gelenkaußenteil weist ferner axial oder schräg zur Drehachse des Gelenks verlaufende innere Kugelbahnen für die Kugeln auf, die innerhalb des Gelenks das Drehmoment von dessen Innenteil auf das Gelenkaußenteil oder umgekehrt übertragen. Die jeweils zwischen zwei inneren Kugellaufbahnen verbleibenden Stege erstrecken sich axial bis zu der Dichtfläche des Gelenkaußenteils, wobei die koaxiale Innenfläche der Stege als Führungsfläche für einen die Kugeln aufnehmenden Kugelkäfig ausgebildet ist. Die Bohrungen zur Befestigung des Verschlussdeckels samt der Dichtung sind stirnseitig im Bereich der Stege koaxial zur Drehachse des Gelenks angeordnet.
Erfindungsgemäß ist das im Anschluss an die Käfigführungsfläche in Richtung der Dichtfläche auslaufende Ende der Innenfläche der Stege radial in Richtung der Drehachse des Gelenkaußenteils verlaufend ausgeführt, wodurch sich der schmale Bereich der Stirnfläche der Stege, der sich von den Bohrungen radial in Richtung der Drehachse des Gelenks erstreckt, derart verbreitert, dass eine maximale Kontaktfläche zum Abdichten des Gelenkaußenteils erreicht wird. Die erfindungsgemäße Führung der Innenfläche der Stege bewirkt in dem axialen Bereich unmittelbar vor der Stirnfläche des Gelenkaußenteils eine Reduzierung der lichten Weite des von den Führungsflächen des Käfigs umschlossenen Raumes, die gleichzeitig als Anschlag für den Käfig des Gelenks dient und dadurch Schutz vor einer unerwünschten Demontage, beispielsweise beim Transport des Gelenks, bietet. Durch eine definierte Dimensionierung der Kontur und/oder des Querschnitts der radialen Verbreitung der Stege kann dieser Teil der Stirnfläche des Gelenkaußenteils auch als Sollbruchstelle ausgelegt werden. Das ist insbesondere dann von Interesse, wenn das Gelenk im Antriebsstrang von Fahrzeugen eingebaut ist und genau in diesem Bereich zerstört werden soll, um im Fall unerwünscht hoher auf das Gelenk wirkender Axialkräfte, wie sie beispielsweise bei einem Frontalzusammenstoß eines Fahrzeuges auftreten, ein Teleskopieren der durch das Gelenk miteinander verbundenen Längswellenkomponenten zu ermöglichen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das im Anschluss an die Käfigführungsfläche auslaufende Ende der Innenfläche der Stege zur Dichtfläche hin konisch ausgebildet, d. h. der von der Führungsfläche des Käfigs umschlossene Innenraum des Gelenkaußenteils verjüngt sich ab einem bestimmten axialen Abstand vor der Stirnfläche bis hin zur Stirnfläche kontinuierlich.
Nach einer anderweitigen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das im Anschluss an die Käfigführungsfläche auslaufende Ende der Innenfläche der Stege zur Dichtfläche hin im Längsschnitt gesehen mit einem Radius versehen. Der Radius kann entsprechend der Außenkontur des Käfigs angepasst sein. Außerdem ist der Radius eine geeignete konstruktive Größe, um in diesem Bereich eine Sollbruchstelle zu dimensionieren.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verläuft die Innenfläche der Stege nach ihrem Verlauf in Richtung der Drehachse des Gelenkaußenteils noch, in axialer Richtung gesehen, bevor sie die Dichtfläche erreicht, wieder parallel zur Drehachse des Gelenkaußenteils. Dadurch wird ein scharfkantiger Auslauf der Käfigführungsfläche vermieden.
Die Erfindung ist auch bei Wälzlagern anwendbar. Da der Außenring eines Wälzlagers in der Regel keine Käfigführungsfläche hat, ist in diesem Fall das in Richtung der Dichtfläche auslaufende Ende der Kugellaufbahn des Außenrings in Richtung der Drehachse des Wälzlagers verlaufend ausgeführt, d. h. der von der Kugellaufbahn umhüllte Innenraum des Außenrings des Wälzlagers verjüngt sich wie in den oben für ein Gelenkaußenteil beschriebenen drei Varianten.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen entnehmbar.
Figurenliste
Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gegenstands sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen

1 einen Längsschnitt durch ein homokinetisches Gelenk mit einem erfindungsgemäßen Gelenkaußenteil im Bereich einer Kugellaufbahn,
2 einen Längsschnitt durch das homokinetische Gelenk aus 1 im Bereich eines Steges einer Käfiglaufbahn,
3 eine Draufsicht auf die Stirnseite des erfindungsgemäßen Gelenkaußenteils aus 1 mit Dichtung,
4 die Einzelheit X aus 1 in einer ersten Ausführung,
5 die Einzelheit X aus 1 in einer zweiten Ausführung und
6 die Einzelheit X aus 1 in einer dritten Ausführung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Wie aus 1 und 2 erkennbar, weist das homokinetische Verschiebegelenk ein Gelenkaußenteil 1 mit inneren Kugellaufbahnen 2 und ein Gelenkinnenteil 3 mit äu-ßeren Kugellaufbahnen 4 auf, das mittels zwischen den inneren und äußeren Kugellaufbahnen 2 und 4 angeordneten Kugeln 5 in dem Gelenkaußenteil 1 koaxial positioniert, verschiebbar und schwenkbar angeordnet ist. Die Kugeln 5 sind in einem Käfig 6 positioniert und gehalten, dessen Außenumfang an dem Innenumfang des Gelenkaußenteils 1 anliegt. Dieser Innenumfang wird durch die Innenflächen der zwischen den inneren Kugellaufbahnen 2 verbleibenden Stege 7 gebildet und forthin als Käfigführungsfläche 8 bezeichnet. In das Gelenkinnenteil 3 ist ein Wellenzapfen 9 eingesetzt, der mittels einer flexiblen Manschette 10 und einer Kappe 11 gegenüber dem Gelenkaußenteil 1 abgedichtet ist. An der dieser Abdichtung gegenüberliegenden Stirnseite weist das Gelenkaußenteil 1 eine stirnseitige Dichtfläche 12 auf, über die das Gelenk mittels einer Dichtung 13 und eines Deckels 14 abgedichtet ist. Deckel 14 und Dichtung 13 sind mit dem Gehäuseinnenteil verschraubt, wozu dieses im Bereich der Stege 7 Bohrungen 15 aufweist. Aus 2 ist die erfindungsgemäße Ausführung der Käfigführungsflächen 8 zu erkennen. Zur Dichtfläche 12 hin sind diese quasi nicht in gleicher Weise mechanisch durchgearbeitet wie an der dem Gelenkinnenteil 3 zugewandten Stirnseite, so dass der Innendurchmesser des Gelenkaußenteils 1 zur Dichtfläche 12 hin abnimmt oder, anders ausgedrückt die Stege 7 einen radialen Überstand 16 erhalten. Dadurch ist, wie aus 3 zu erkennen, die für die Dichtung 13 wirksame Fläche an den Stegen 7 im Bereich der Bohrungen 15 radial verbreitert. Rein optisch wird die Reduzierung des Innendurchmessers des Gelenkaußenteils 1 zur Dichtfläche 12 hin bzw. der radiale Überstand 16 der Stege 7 in 3 bei den Stegen 7 bzw. Bohrungen 15 erkennbar, die sich in der 60-Grad-, 180-Grad- und der 300-Gradposition befinden.
Die 4 bis 6 zeigen drei unterschiedliche Ausführungen des dichtungsseitigen radialen Überstandes 16 der Stege 7, wobei in allen drei Ausführungen die Käfigführungsflächen 8, in axialer Richtung gesehen, noch kurz vor der Stirnseite wieder parallel zur Drehachse des Gelenkaußenteils 1 verlaufen. Der Übergang zwischen diesem parallelen Verlauf des radialen Überstandes 16 und dem unveränderten Bereich der Käfigführungsflächen 8 kann als Radius 17 oder konisch ausgebildet sein. In diesem Zusammenhang zeigt 1 einen deutlich größeren Radius 17 als 5. Der in 6 gezeigte Verlauf des Übergangs zum radialen Überstand 16 ist konisch ausgebildet, was in der Zeichnung als Schräge 18 gekennzeichnet ist.
In 3 ist noch eine von der vorliegenden Erfindung unabhängige Besonderheit der Gestaltung der Stirnfläche des Gelenkaußenteils 1 zu erkennen. Die Stirnfläche weist im Bereich der Stege 7 eine wenige Zehntel Millimeter axial aus ihr hervortretende Kontur 19 auf, an der die Dichtung 13 in einem vormontierten Zustand anliegt, also einem Zustand, bei dem noch nicht die für den Betriebszustand vorgeschriebenen Anpresskräfte auf die Dichtung 13 wirken. Diese Kontur 19 sichert die Lage der Dichtung 13 beim Transport des Gelenks, bei nachfolgenden Arbeitsgängen und schließlich beim Einbau in ein Fahrzeug. Sie kann an der Stirnfläche sowohl an bevorzugt geeigneten Bereichen der Dichtfläche 12 eines Bauteils als auch ununterbrochen, beispielsweise bei einem Außenring eines Wälzlagers, angeordnet sein.
Alle hier dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Gelenkaußenteil
2: Innere Kugellaufbahn
3: Gelenkinnenteil
4: Äußere Kugellaufbahn
5: Kugel
6: Käfig
7: Steg
8: Käfigführungsfläche
9: Wellenzapfen
10: Manschette
11: Kappe
12: Dichtfläche
13: Dichtung
14: Deckel
15: Bohrung
16: Radialer Überstand
17: Radius
18: Schräge
19: Kontur

Claims

Gelenkaußenteil für homokinetische Verschiebegelenke, wobei das Gelenkaußenteil (1) innere Kugellaufbahnen (2) für Kugeln (5), jeweils zwischen zwei inneren Kugellaufbahnen (2) verbleibende, sich zumindest bis zu einer Stirnseite des Gelenkaußenteils (1) erstreckende Stege (7) aufweist, deren Innenfläche als eine Käfigführungsfläche (8) für einen die Kugeln (5) aufnehmenden Kugelkäfig (6) ausgebildet ist, die im Bereich der axialen Verschiebung der Gelenke parallel zur Drehachse des Gelenkaußenteils (1) verläuft, wobei stirnseitig im Bereich der Stege (7) axial verlaufende Bohrungen (15) zur Aufnahme von Befestigungsmitteln in das Gelenkaußenteil (1) eingebracht sind und wobei an der Stirnseite des Gelenkaußenteils (1) zwischen den Bohrungen (15) und im Bereich der Bohrungen (15) radial nach innen versetzt an den Stegen (7) eine kreisringförmige Dichtfläche (12) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass das im Anschluss an die Käfigführungsfläche (8) in Richtung der Dichtfläche (12) auslaufende Ende der Innenfläche der Stege (7) radial in Richtung der Drehachse des Gelenkaußenteils (1) verlaufend ausgeführt ist.
Gelenkaußenteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das im Anschluss an die Käfigführungsfläche (8) auslaufende Ende der Innenfläche der Stege (7) zur Dichtfläche (12) hin konisch verläuft.
Gelenkaußenteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das im Anschluss an die Käfigführungsfläche (8) auslaufende Ende der Innenfläche der Stege (7) zur Dichtfläche (12) hin als Radius (17) ausgebildet ist.
Gelenkaußenteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche der Stege (7) nach ihrem Verlauf in Richtung der Drehachse des Gelenkaußenteils (1), in axialer Richtung gesehen, noch vor Erreichen der Dichtfläche (12) wieder parallel zur Drehachse des Gelenkaußenteils (1) verläuft.
Gelenkaußenteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das auslaufende Ende der Innenfläche der Stege (7) als Notanschlag für den Käfig (6) des Gelenkaußenteils (1) ausgebildet ist.
Gelenkaußenteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das auslaufende Ende der Innenfläche der Stege (7) als Sollbruchstelle des Gelenkaußenteils (1) ausgebildet ist.