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Die Erfindung betrifft ein Kugelgleichlaufdrehgelenk, dies wird nachfolgend auch Gleichlaufgelenk oder kurz nur als Gelenk bezeichnet. Ein solches Gelenk weist typischerweise folgende Merkmale auf: es ist ein Gelenkaußenteil vorgesehen, welches eine erste Längsachse und axial zueinander entgegengesetzt liegend eine erste Anschlussseite und eine Öffnungsseite hat. Auf seinen Innenumfangsfläche sind bezogen auf das Gelenk äußere Kugelbahnen ausgebildet. Das Gelenk weist ferner ein Gelenkinnenteil auf, welches eine zweite Längsachse und axial zueinander entgegengesetzt eine zweite Anschlussseite und eine dem Gelenkaußenteil zugewandte Innenseite hat. Erste und zweite Anschlussseite dienen jeweils der Aufnahme und oder drehfesten Verbindung mit einer dem Gelenk zugewandten Welle oder einer Nabe, beispielsweise einer Radnabe eines Kraftfahrzeugs. Das Gelenk weist typischerweise mehrere Kugeln zur Drehmomentübertragung zwischen Gelenkinnenteil und Gelenkaußenteil auf. Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil sind so angeordnet, dass sich paarweise jeweils eine der inneren Kugelbahnen und eine der äußeren Kugelbahnen gegenüberliegen, wobei zwischen diesen jeweils eine Kugel aufgenommen ist. Zur Führung der Kugeln ist ein zwischen Gelenkinnenteil und Gelenkaußenteil angeordneter, ringförmiger Kugelkäfig vorgesehen. Der Kugelkäfig weist in Umfangsrichtung verteilt mehrere Käfigfenster, auch kurz als Fenster bezeichnet, auf, in denen typischerweise jeweils eine Kugel aufgenommen ist. Der Kugelkäfig dient der Führung der Kugeln in den Kugelbahnen, wobei die Kugeln entlang einer durch einen Mittelpunkt der jeweiligen Kugel beschriebenen, jeweils durch den Verlauf der zugehörigen Kugelbahnen bestimmten Mittellinie, einer äußeren und einer inneren Mittellinie abrollen und sich geführt durch den Käfig je nach Stellung des Gelenks am Schnittpunkt dieser beiden Mittellinien befinden, so dass bei gestrecktem Gelenk die Mittelpunkte der Kugeln vom Kugelkäfig in einer Gelenkmittelebene geführt werden, die bei gestrecktem Gelenk senkrecht zur ersten und zweiten Längsachse ist und bei gebeugtem Gelenk einer winkelhalbierenden Ebene zwischen der ersten und zweiten Längsachse entspricht. Dabei läuft die Kugel bei gebeugtem Gelenk jeweils entlang einer äußeren Kontaktlinie in der äußeren Kugelbahn unter Ausbildung eines äußeren Kugelkontaktpunkts und entlang einer inneren Kontaktlinie in der inneren Kugelbahn unter Ausbildung eines inneren Kugelkontaktpunkts ab. Die inneren und äußeren Kontaktlinien verlaufen parallel zu den Mittellinien, die sich jeweils am gelenkstellungsabhängigen Ort des Mittelpunkts der Kugel in der Gelenkmittelebene schneiden. Die Tangenten an die äußere Mittellinie und die Tangente an die innere Mittellinie im Schnittpunkt mit der Gelenkmittelebene schließen einen Öffnungswinkel ein. Es sind Gelenke bekannt, bei denen sich dieser Winkel für den einen Teil der Bahnpaare von der ersten Anschlussseite zur Öffnungsseite und für einen anderen Teil der Bahnpaare in entgegengesetzte Richtung öffnet, wie beispielsweise in der
DE 100 60 119 A1 beschrieben.
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Bei Gelenken, wie sie aus der
DE 100 60 119 A1 bekannt sind und die als Gegenbahngelenke bezeichnet werden, weisen die auf die Kugeln einwirkenden Kräfte in axial entgegengesetzte Richtungen aufgrund der entgegengesetzten Öffnungen der Öffnungswinkel. Diese Kräfte werden vom Käfig abgestützt, auf den somit eine zu Null werdende resultierende Axialkraft einwirkt. Der Käfig ist damit im wesentlichen axialkraftfrei im Gelenkaußenteil abgestützt, so dass das Gelenk sich durch Reibungsarmut und damit durch Leichtgängigkeit und hohen Wirkungsgrad auszeichnet. Nachteilig bei dieser Art von Gelenken ist, dass die in dieser Art von Bahnen sich befindliche Kugel eine vergleichsweise geringe Umschlingung aufweist, die insbesondere mit zunehmender Beugung des Gelenks abnimmt. Die Umschlingung oder der Umschlingungsgrad der drehmomentübertragenden Kugeln ist der Winkelbereich, in dem die Kugel von der zugehörigen Laufbahn umschlossen wird, verkleinert sich in den kritischen Randbereichen dieser Kugellaufbahnen, was zu einer höheren Kontaktpressung und damit einer größeren Gefahr des Materialausbruchs führt. Dem kann nur eingeschränkt durch eine sogenannte Offset-Korrektur oder Bahnquerformanpassung entgegengewirkt werden, zumindest gehen diese Korrekturen zu Lasten des Bauvolumens.
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Vor diesem Hintergrund haben sich die Erfinder der vorliegenden Erfindung die Aufgabe gestellt ein Kugelgleichlaufgelenk, oder kurz nur Gleichlaufgelenk, bereitzustellen, bei dem das Verhältnis aus Drehmomentübertragung zu Bauvolumen vergrößert ist und das insbesondere hinsichtlich Laufruhe und Wirkungsgrad verbessert ist. Diese Aufgabe wird durch ein Kugelgleichlaufgelenk gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Das erfindungsgemäße Gleichlaufgelenk weist ein, üblicherweise topfförmiges, Gelenkaußenteil auf, das eine erste Längsachse und axial zueinander entgegengesetzt liegend eine erste Anschlussseite und eine Öffnungsseite hat und das auf seiner Innenumfangsfläche äußere Kugelbahnen aufweist. Beispielsweise ist die Anschlussseite als Wellenzapfen oder zur Aufnahme eines Wellenzapfens ausgebildet. Das Gleichlaufgelenk weist ferner ein Gelenkinnenteil auf, das eine zweite Längsachse und axial zueinander entgegengesetzt liegend eine zweite Anschlussseite und eine dem Gelenkaußenteil zugewandte Innenseite hat und das auf seiner Außenumfangsfläche innere Kugelbahnen aufweist. Üblicherweise ist das Gelenkinnenteil in das durch das Gelenkaußenteil ausgebildete Hohlvolumen eingesetzt. Erfindungsgemäß sind mehrere Kugeln zur Drehmomentübertragung zwischen Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil vorgesehen. Nicht zwingend aber bevorzugt handelt es sich um Kugeln gleicher Abmessung. Erfindungsgemäß ist ferner ein ringförmiger, zwischen Gelenkinnenteil und Gelenkaußenteil angeordneter Kugelkäfig mit mehreren in einer Umfangsrichtung verteilten Käfigfenstern, in denen die Kugeln geführt sind, vorgesehen.
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Erfindungsgemäß sind Gelenkinnenteil und Gelenkaußenteil so angeordnet, dass jeweils eine äußere Kugelbahn des Gelenkaußenteils und eine innere Kugelbahn des Gelenkinnenteils unter Ausbildung dreier unterschiedlicher Arten von Bahnpaaren sich gegenüberliegen, wobei in jeder Bahnpaarung eine der Kugeln aufgenommen ist. Dabei läuft die Kugel bei gebeugtem Gelenk jeweils entlang einer oder mehrerer äußerer Kontaktlinie in der äußeren Kugelbahn und entlang einer oder mehrerer inneren Kontaktlinie in der inneren Kugelbahn ab. Die Kugelkontaktlinie, auch nachfolgend kurz Kontaktlinie genannt, kann dabei entlang des jeweiligen Bahngrundes aber auch entlang beider Flanken oder einer der Flanken verlaufen. Beispielsweise kann der Querschnitt der Bahnen gotisch, elliptisch oder einem Teilkreis entsprechen. Der Umfang dieser von der Kugel vollführten Hin- und Herbewegung ist von dem Beugegrad des Gelenks abhängig. Die von den Kugeln beschriebene Bewegung wird nachfolgend anhand der Mittellinie beschrieben, die die Abrollbewegung des Kugelmittelpunkts einer jeweils auf der jeweiligen Kugelbahn abrollenden Kugel beschreibt, und somit unter Vernachlässigung eines erforderlichen Spiels für die Kugeln die Aussagen bezüglich der jeweiligen Mittellinie entsprechend für die Kontaktlinie gelten.
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Somit wird erfindungsgemäß auf eine äußere und eine innere Mittellinie Bezug genommen, die letztlich das von der Geometrie der Kugelbahn bestimmte Abrollverhalten der Kugeln widerspiegelt. Die Kugeln sind bei der Drehmomentübertragung im Kugelkäfig, auch kurz als Käfig bezeichnet, geführt, so dass bei gestrecktem Gelenk die Mittelpunkte der Kugeln vom Kugelkäfig in einer gemeinsamen Gelenkmittelebene (EM) geführt werden, die bei gestrecktem Gelenk senkrecht zur ersten und zweiten Längsachse ist und bei gebeugtem Gelenk einer winkelhalbierenden Ebene zwischen der ersten und zweiten Längsachse entspricht.
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Für jede während der Drehung des Gelenks einnehmbare Position der Kugel entlang der beiden Kugelbahnen, wobei diese letztlich von der Beugung des Gelenks abhängig ist, ist jeweils ein Öffnungswinkel definiert, der von einer äußeren Tangente an die äußere Mittellinie in deren Schnittpunkt mit der Gelenkmittelebene und einer inneren Tangente an die innerer Mittellinie in deren Schnittpunkt mit der Gelenkmittelebene eingeschlossen wird.
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Erfindungsgemäß ist wenigstens in der gestreckten Stellung des Gelenks vorgesehen, dass für eine erste Art der Bahnpaare sich der Öffnungswinkel der gestreckten Stellung des Gelenks zur ersten Anschlussseite hin öffnet, für eine zweite Art der Bahnpaare sich der Öffnungswinkel der gestreckten Stellung des Gelenks zur Öffnungsseite hin öffnet; für eine dritte Art der Bahnpaare der Öffnungswinkel der gestreckten Stellung des Gelenkes betragsmäßig kleiner ist, als die zur ersten und zweiten Art gehörigen Öffnungswinkel der gestreckten Stellung.
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Somit kann durch die dritte Art der Bahnpaare die mangelnde Umschlingung und die geringe mechanische Standfestigkeit der Bahnpaarung erster und zweiter Art im gebeugten Zustand des Gelenks kompensiert werden. Erfindungsgemäß ist wenigstens ein als Multikäfigfenster bezeichnetes Käfigfenster vorgesehen, in dem gemeinsam wenigstens eine zur ersten Art von Bahnpaaren gehörige Kugel, wenigstens eine zur zweiten Art von Bahnpaaren gehörige Kugel und wenigstens eine zur dritten Art von Bahnpaaren gehörige Kugel angeordnet sind, um somit Bauvolumen einzusparen. Insgesamt betrachtet kann somit das Verhältnis aus Drehmomentübertragungskapazität und Bauraum maximiert werden. Die Aufnahme von mehreren Kugeln in ein Käfigfenster senkt die Reibung und steigert den Wirkungsgrad, da gegenüber einer Anordnung jeder Kugel in einem Einzelfenster nicht jede Kugel des Gelenks mit dem Käfig in mehreren Richtungen in Berührkontakt mit den das Fenster begrenzenden Flächen steht. Durch die erfindungsgemäß darüber hinausgehende Integration von mindestens drei Kugeln in ein Multikäfigfenster wird die Reibung nochmals minimiert und damit der Wirkungsgrad verbessert, da die im Fenster befindlichen inneren Kugel eine geringere Anzahl von Berührkontakten mit dem Käfig aufweisen. Lediglich die äußeren Kugeln des Multikäfigfensters kommen mit den in Umfangsrichtung des Käfigs das jeweilige Multikäfigfenster begrenzenden Stege in Berührung.
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Bevorzugt ist jedes Käfigfenster des Käfigs ein Multikäfigfenster, Beispielsweise entspricht die Gesamtanzahl der Kugeln einem ganzzahligen Vielfachen einer ganzen Zahl größer zwei. Bevorzugt entspricht die Gesamtanzahl der Kugeln einem ganzzahligen Vielfachen von drei, beispielsweise 9.
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Zur Einsparung von Bauvolumen und Beibehalt einer ausreichenden Mindeststabilität des Käfigs ist der über alle gebeugten Stellungen größtmögliche Winkelabstand im Umfangsrichtung zwischen nächstbenachbarten Kugeln des Multikäfigfensters kleiner als der Winkelabstand der äußersten Kugel des Multikäfigfensters zur in Umfangsrichtung nächstbenachbarten Kugel außerhalb des betreffenden Multikäfigfensters. Anders ausgedrückt verbleibt durch Zusammenrücken der Kugeln innerhalb des Multikäfigfensters Raum für ausreichende Stegbreite betreffend die zwischen den Multikäfigfenstern in Umfangsrichtung verbleibenden Stege des Käfigs. Bevorzugt sind die Kugeln so bemessen und die Anordnung der inneren und äußeren Bahnen so gewählt, dass die Mittelpunkte der äußeren Kugeln des Multikäfigfensters innerhalb einer dem Winkel von 40°, bevorzugt von 34°, zugehörigen Bogenlänge angeordnet sind.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die äußeren bzw. inneren Mittellinien innerhalb der zu einer Art gehörigen Bahnpaare jeweils unter Vernachlässigungen des in der Praxis notwendigen Spiels zwischen den beweglichen Gelenkpartnern deckungsgleich zueinander sind.
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Die Ausrichtung der Mittellinie bezüglich der zugehörigen Längsachse kann unterschiedlich sein. Denkbar ist eine Schrägstellung der Mittelinie bezüglich der Längsachse, wobei beispielsweise die Schrägstellung der inneren Mittellinien der der äußeren Mittellinien entgegengesetzt ist, so dass sich das Gelenk als zur Art der Cross-Groove-Gelenke gehörig qualifizieren würde. Bevorzugt sind die Mittellinien jedoch jeweils in Radialebenen angeordnet, nämlich die äußeren Mittellinien jeweils in einer anderen Radialebene der ersten Längsachse und die inneren Mittellinien jeweils in einer anderen Radialebene der zweiten Längsachse.
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Hinsichtlich der konkreten Ausgestaltung der Mittellinien und damit der Kontaktlinien ist die Erfindung nicht eingeschränkt. Über den Verlauf kann die Mittellinie jeweils durch eine Kreisgleichung oder abschnittsweise durch unterschiedliche Kreisgleichungen mit stetigem Übergang beschrieben werden. Prinzipiell sind beliebig gekrümmte Verläufe oder auch Kombinationen aus gekrümmten Abschnitten mit geradlinigen Verläufen der Mittellinien denkbar. Beispielsweise ist der Verlauf der Mittellinie S-förmig. Aus der
DE 100 60 220 A1 sind Gegenbahngelenke bekannt, bei denen eine erst Art von Bahnpaaren mit sich von der Öffnungsseite zur ersten Anschlussseite hin öffnendem Öffnungswinkel jeweils einen Mittellinienverlauf aufweisen, der endständig in S-förmigem Verlauf erweitert ist. Dies heißt, dass die Mittellinien der äußeren Kugelbahnen der ersten Art Bahnpaare sich zur Öffnungsseite hin nach außen krümmen und dass die Mittellinien der ersten inneren Kugelbahnen sich zur ersten Anschlussseite hin nach außen krümmen. Dieser S-förmige Verlauf der Kugelbahnen ermöglicht eine erhöhte Gelenkbeugung, da die sich bei Gelenkbeugung zur Gelenköffnung hinbewegenden Kugeln über einen größeren Beugebereich noch in den Kugelbahnen geführt werden und zur Drehmomentübertragung beitragen können. Eine derartige Mittellinienführung soll erfindungsgemäß auch hiermit kombinierbar und somit umfasst sein. Ein spiralförmiger Verlauf einer ebenso erfindungsgemäß möglichen Kontaktlinie ist beispielsweise in
DE 103 37 612 A1 in Bezug auf eine erste Art von Bahnpaaren beschrieben. Anders ausgedrückt, die vorliegende Erfindung ist bis auf die anspruchsgemäße Formulierung auf keine sonstige konkrete Ausgestaltung des Verlaufs der Kontaktlinien eingeschränkt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass für jedes Bahnpaar der ersten Art ein Bahnpaar der zweiten Art bereitgestellt wird, deren Verlauf der äußeren bzw. inneren Mittellinien bezüglich der Gelenkmittelebene spiegelsymmetrisch zueinander sind.
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Bevorzugt beträgt der zur dritten Art von Paaren gehörige Öffnungswinkel in der gestreckten Stellung 0°. Noch bevorzugter beträgt er in allen möglichen gebeugten Stellungen des Gelenks 0°. Die zu einer solchen Bahnpaarung gehörigen Kugeln werden vom Fachmann als „neutrale“ Kugeln bezeichnet. Die Aufnahme einer solchen Kugel in ein Multikäfigfenster ist besonders bevorzugt, da derartige Kugeln aufgrund dessen, dass sie überwiegend eine Rollbewegung durchführen und eben nicht eine Kombination aus Rollen und Gleiten, unter Reibungs- und Wirkungsgradbetrachtung vorteilhaft.
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Bevorzugt sind die zu den Kugelbahnen der dritten Art von Bahnpaaren gehörigen Mittelinien, nämlich die äußere und innere Mittellinie, jeweils durch einen Kreis beschrieben, wobei der zu den Kreisen gehörige Kreismittelpunkt jeweils auf der Gelenkmittelebene positioniert ist. Noch bevorzugter ist der Kreismittelpunkt auf dem Schnittpunkt der Gelenkmittelebene mit den beiden Längsachsen angeordnet.
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Bevorzugt sind die Kugeln bezüglich ihrer Zugehörigkeit zu den Arten von Bahnpaaren in Umfangsrichtung einer regelmäßigen Abfolge unterworfen alternierend angeordnet.
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Bevorzugt sind die in Umfangsrichtung äußeren Kugeln eines jeden Multikäfigfensters zur ersten oder zweiten Art von Bahnpaaren zugehörig.
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Bevorzugt ist dabei die zur dritten Art von Bahnpaaren gehörige Kugel jeweils eine der inneren beziehungsweise die innere Kugel des betreffenden Multikäfigfensters.
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Bevorzugt ist für die erste Art und zweite Art der Bahnpaare vorgesehen, dass bei maximal gebeugtem, sich drehendem Gelenk für eine diesen Bahnpaaren zugehörige und sich entlang des Verlaufs der äußeren und inneren Mittellinie bewegende Kugel sich der zugehörige Öffnungswinkel im Betrag stetig ändert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass für die erste Art und zweite Art der Bahnpaare und für eine zugehörige, sich entlang des Verlaufs der jeweiligen äußeren und inneren Mittellinie bewegende Kugel bei maximal gebeugtem, sich drehendem Gelenk der zugehörige Öffnungswinkel die jeweilige, prinzipielle Richtung seiner Öffnung beibehält. Anders ausgedrückt: Für die erste Art der Bahnpaare öffnet sich der zugehörige Öffnungswinkel für alle möglichen, aber grundsätzlich von der Beugungsstellung des Gelenks abhängigen Lagen des Schnittpunktes der äußeren und inneren Mittellinie, welcher die möglichen Lage der Kugel definiert, zur ersten Anschlussseite hin während für die zweite Art der Bahnpaare sich der Öffnungswinkel für alle möglichen Lagen sich zur Öffnungsseite hin öffnet. Anders ausgedrückt behalten gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform die Öffnungswinkel der Bahnpaare der ersten und zweiten Art über den durch die Maximalbeugung des Gelenks definierten Bewegungsverlauf der zugehörigen Kugel zumindest die prinzipielle Richtung ihrer Öffnung bei, erfahren somit bei ihrer betragsmäßiger Betrachtung keinen Nulldurchgang.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass für wenigstens eine Art aus erster, zweiter und dritter Art der Bahnpaare und für eine zugehörige, sich entlang des Verlaufs der jeweiligen äußeren und inneren Mittellinie bewegende Kugel bei maximal gebeugtem, sich drehendem Gelenk der zugehörige Öffnungswinkel die prinzipielle Richtung seiner Öffnung wenigstens einmal wechselt, bevorzugt wenigstens einmal stetig wechselt. D.h. damit ist gemeint, dass qualitativ betrachtet, der Öffnungswinkel beispielsweise für einen ersten Abschnitt der Kugelbewegung entlang der beiden Mittellinien in Richtung der ersten Anschlussseite geöffnet ist und für einen sich an den ersten Abschnitt anschließenden Abschnitt der Winkel in Richtung der Öffnungsseite geöffnet ist. Anders ausgedrückt erfährt eine sich entlang der beiden Mittellinien bewegende Kugel eine Umkehr der auf sie einwirkenden Axialkräfte. Beispielsweise ist die betreffende Art von Bahnpaaren so ausgebildet, dass der Wechsel der Öffnung des Öffnungswinkels in der gestreckten Stellung erfolgt und somit beispielsweise bei betragsmäßiger Betrachtung des Öffnungswinkels dieser im gestreckten Zustand des Gelenks beim Durchwandern der Mittellinien einen Nulldurchgang erfährt.
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Bevorzugt sind die zu den Kugelbahnen der ersten und zweiten Art von Bahnpaaren gehörigen, inneren und äußeren Kontaktlinien jeweils zumindest abschnittsweise und bevorzugt durch eine, bevorzugt kreisförmige, Krümmung beschrieben, wobei für die erste Art von Bahnpaaren ein die Krümmung der äußeren Kontaktlinie beschreibender Krümmungsmittelpunkt in Richtung der ersten Öffnungsseite versetzt zur Gelenkmittelebene positioniert ist und ein die Krümmung der inneren Kontaktlinie beschreibender Krümmungsmittelpunkt in Richtung der zweiten Anschlussseite versetzt zur Gelenkmittelebene positioniert ist; und wobei für die zweite Art von Bahnpaaren ein die Krümmung der äußeren Kontaktlinie beschreibender Krümmungsmittelpunkt in Richtung der ersten Anschlussseite versetzt zur Gelenkmittelebene positioniert ist und ein die Krümmung der inneren Kontaktlinie beschreibender Krümmungsmittelpunkt weg von der zweiten Anschlussseite versetzt zur Gelenkmittelebene positioniert ist. Bevorzugt umfasst der zuvor erwähnte gekrümmte Abschnitt die gestreckte Stellung des Gelenks.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist. Es zeigen:
- 1a eine Ansicht auf die Öffnungsseite O einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gleichlaufgelenks 1 in gestreckter Stellung;
- 1b eine Schnittansicht der Ausführungsform aus 1a entlang der Schnittlinie A-A aus 1a;
- 2a eine 1a entsprechende Ansicht mit der Markierung der Schnittlinie B-B;
- 2b eine Schnittansicht der Ausführungsform aus 1a entlang der Schnittlinie B-B aus 2a;
- 3a eine 1a und 2a entsprechende Ansicht mit der Markierung der Schnittlinie C-C;
- 3b eine Schnittansicht der Ausführungsform aus 1a entlang der Schnittlinie C-C aus 3a;
- 4a eine 1a, 2a und 3a entsprechende Ansicht mit der Markierung der Schnittlinie D-D, jedoch in gebeugter Stellung des Gleichlaufgelenks 1;
- 4b eine Schnittansicht der Ausführungsform aus 1a entlang der Schnittlinie D-D aus 4a;
- 5a eine 1a, 2a und 3a entsprechende Ansicht mit der Markierung der Schnittlinie E-E, jedoch in gebeugter Stellung des Gleichlaufgelenks 1;
- 5b eine Schnittansicht der Ausführungsform aus 1a entlang der Schnittlinie E-E aus 5a;
- 6a eine 1a, 2a und 3a entsprechende Ansicht mit der Markierung der Schnittlinie F-F, jedoch in gebeugter Stellung des Gleichlaufgelenks 1;
- 6b eine Schnittansicht der Ausführungsform aus 1a entlang der Schnittlinie F-F aus 6a;
- 7a eine Ansicht des zur Ausführungsform der 1a gehörigen Kugelkäfigs 4 mit den darin geführten Kugeln 5a, 5b, 5c in radialer Richtung;
- 7b eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie G-G in 7a des zur Ausführungsform der 1a gehörigen Kugelkäfigs 4 mit den darin geführten Kugeln 5a, 5b, 5c.
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In der 1a und dem zugehörigen Längsschnitt entlang der beiden Längsachsen La, Li des Gelenks der 1b ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gleichlaufgelenks 1 gezeigt. Dieses weist ein topfförmiges Gelenkaußenteil 2 und ein Gelenkinnenteil 3 auf. Zwischen dem Gelenkaußenteil 2 und dem Gelenkinnenteil 2 sind in Anzahl 9 im Durchmesser gleiche Kugeln 5a, 5b, 5c angeordnet, die einerseits in äußeren Kugelbahnen 11a, 12a, 13a und andererseits in inneren Kugelbahnen 11i, 12i, 13i geführt sind. Die äußeren Kugelbahnen 11a, 12a, 13a sind an einer Innenumfangsflache des Gelenkaußenteils 2 ausgebildet und erstrecken sich von der Öffnungsseite 0 zu einer ersten Anschlussseite A1 des Gelenkaußenteils 2. Das Gelenkaußenteil 2 bildet an seiner ersten Anschlussseite A1 einen Wellenzapfen 6 aus. Das in das vom Gelenkaußenteil 2 ausgebildete Hohlvolumen eingesetzte Gelenkinnenteil 3 bildet jeweils innere Kugelbahnen 11i, 12i, 13i aus, die den äußeren Kugelbahnen 11a, 12a, 13a paarweise unter Aufnahme jeweils einer Kugel 5a, 5b, 5c gegenüberliegen. Das Gelenkinnenteil 3 bildet eine Achsaufnahme 7 aus. Das Gelenkaußenteil 3 rotiert bei bestimmungsgemäßer Verwendung um eine erste Längsachse La und das Gelenkinnenteil 2 rotiert entsprechend um eine zweite Längsachse Li. Sämtliche durch räumliches Gegenüberliegen gebildeten Paarungen aus einer äußeren Kugelbahn 11a, 12a, 13a und einer inneren Kugelbahn 11i, 12i, 13i lassen sich aufgrund unterschiedlicher Formgebungen der Kugelbahnen insbesondere in axialer Richtung in drei Arten von Bahnpaaren einteilen, die nachfolgend als erste Art von Bahnpaaren mit 11a, 11i, als zweite Art von Bahnpaaren 12a, 12i und als dritte Art von Bahnpaaren 13a, 13i bezeichnet werden. Die in der jeweiligen Art von Bahnpaaren angeordneten Kugeln werden lediglich aufgrund dieser Zugehörigkeit und nicht aufgrund eines konstruktiven Unterschieds unterschiedlich bezeichnet, wobei die zur ersten Art von Bahnpaar 11a, 11i gehörige und in dieser Art von Bahnpaar befindliche Kugel mit 5a, die zur zweiten Art von Bahnpaar 12a, 12i gehörige Kugel mit 5b, die zur dritten Art von Bahnpaar 13a, 13i gehörige Kugel mit 5c bezeichnet. Die Bahnpaarung innerhalb einer Art unterscheiden sich nicht, sind daher deckungsgleich und sind gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt, hier um 120° versetzt zueinander auf der Innenumfangsfläche des Gelenkaußenteils 2 bzw. der Außenumfangsfläche des Gelenkinnenteils 3 angeordnet. Die Kugeln 5a, 5b, 5c werden in einem gemeinsamen Kugelkäfig 4 gehalten, wobei die Mittelpunkte der Kugeln 5a, 5b, 5c in einer gemeinsamen Ebene, der sogenannten Gelenkmittelebene EM, gehalten werden, die bei gestrecktem Gelenk senkrecht zur ersten Längsachse La und zweiten Längsachse Li ist. Bei gebeugtem Gelenk 1, wie in den 4b, 5b und 6b gezeigt und welche das Gelenk in gebeugtem Zustand zeigen, entspricht die Gelenkmittelebene EM einer winkelhalbierenden Ebene zwischen der ersten Längsachse La und der zweiten Längsachse Li.
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Der die Art von Bahnpaaren im Wesentlichen ausmachende konstruktive Unterschied soll anhand der Schnittbilder der 1b, 2b und 3b deutlich gemacht werden, wobei sich das Gelenk jeweils in der gestreckten Stellung befindet, bei der die erste Längsachse La und die zweite Längsachse Li zur Deckung gebracht sind. Der Einfachheit halber aber ohne die Erfindung darauf zu beschränken soll hier angenommen werden, dass die Kugeln 5a, 5b, 5c jeweils auf einer Grundlinie der jeweiligen Kugelbahn abwälzt und somit in den Figuren der Verlauf der durch den Kugelmittelpunkt bestimmten Mittelinie um den Kugelradius parallel versetzt dem der jeweiligen Grundlinie entspricht. Daher wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit auf das Einzeichnen der jeweiligen Mittellinie verzichtet. Anhand der 1b wird nachfolgend die Ausgestaltung der zur ersten Art von Bahnpaaren gehörigen äußeren Kugelbahn 13a und inneren Kugelbahn 13i näher erläutert. Die zur äußeren Kugelbahn 13a der dritten Art gehörige Kontaktlinie und die dazu parallel verlaufende Mittellinie und die zur inneren Kugelbahn 13i der dritten Art gehörige Kontaktlinie und die dazu parallel verlaufende Mittellinie sind jeweils durch konzentrische Kreisbahnen beschrieben, deren Kreismittelpunkt auf der Gelenkmittelebene EM in deren Schnittpunkt mit der ersten Längsachse La und mit der zweiten Längsachse Li liegen. Die in 1b gezeigten äußere Tangente an die äußere Mittelline in deren Schnittpunkt mit der Gelenkmittelebene EM ist in der 1b mit Ta bezeichnet und ist parallel zur Tangente Ta' an die äußere Kontaktlinie der äußeren Kugelbahn 13a. Die innere Tangente an die innere Mittellinie in deren Schnittpunkt mit der Gelenkmittelebene EM ist in 1b mit Ti bezeichnet ist parallel zur Tangente Ti' an die innere Kontaktlinie der inneren Kugelbahn 13i. Der Öffnungswinkel ß3 für den gestreckten Zustand ist der durch die innere Tangente Ti und die äußere Tangente Ta eingeschlossene Winkel, der dem von den Tangenten Ti' und TA' eingeschlossenen Winkel entspricht. Für die Bahnpaare der dritten Art, wie in 1b gezeigt, ist dieser Winkel 0°. Aufgrund des konzentrischen, kreisförmigen Verlaufs der Mittellinie bleibt dieser Winkel, wie in 4b gezeigt, über den Schwenkbereich, im Betrag 0°. Anders ausgedrückt Kugeln 5c, die dieser dritten Bahnpaarungsart zugehörig sind erfahren keine Axialkräfte weder in der gestreckten Stellung noch in der gebeugten Stellung des Gelenks 1 und werden im allgemeinen Fachjargon als „neutrale“ Kugeln bezeichnet.
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In 2b ist ein Schnitt durch eine Bahnpaar erster Art aus der äußeren Kugelbahn 11a und der inneren Kugelbahn 11i dargestellt. Wie schon erwähnt, ist das Gelenk 1 in gestreckter Stellung gezeigt. Die zur äußeren Kugelbahn 11a der ersten Art gehörige Kontaktlinie und die dazu parallel verlaufende Mittellinie und die zur inneren Kugelbahn 11i der ersten Art gehörige Kontaktlinie und die dazu parallel verlaufende Mittellinie sind jeweils durch Kreisbahnen beschrieben, deren Kreismittelpunkt jedoch zur Gelenkmittelebene EM in entgegengesetzte Richtung auf der jeweiligen Längsachse versetzt liegen. Dabei sind der Kreismittelpunkt der zur inneren Kugelbahn 11i gehörigen Mittellinie und der dazu parallelen inneren Kontaktlinie zur zweiten Anschlussseite A2 des Gelenkinnenteils 3 versetzt und der Kreismittelpunkt der zur äußeren Kugelbahn 11a gehörigen Mittellinie und der dazu parallelen äußeren Kontaktlinie zur ersten Anschlussseite des Gelenkaußenteils 2 versetzt angeordnet. Die äußere Tangente an die äußere Mittelline in deren Schnittpunkt mit der Gelenkmittelebene EM ist in der 2b mit Ta bezeichnet und ist parallel zur Tangente Ta' an die äußere Kontaktlinie der äußeren Kugelbahn 11a. Die innere Tangente an die innere Mittellinie in deren Schnittpunkt mit der Gelenkmittelebene EM ist in 2b mit Ti bezeichnet und ist parallel zur Tangente Ti' an die innere Kontaktlinie der inneren Kugelbahn 11 i. Der Öffnungswinkel ß1 für den gestreckten Zustand ist der durch die innere Tangente Ti und die äußere Tangente Ta eingeschlossene Winkel, der wiederum dem von den Tangenten Ti' und Ta' eingeschlossenen Winkel entspricht. Für die Bahnpaare der ersten Art, wie in 2b gezeigt, ist dieser Winkel größer 0°. Aufgrund des zwar kreisförmigen aber versetzten Verlaufs der Mittellinien ist dieser Winkel in der gestreckten Stellung für die Bahnpaarung erster Art 11a, 11i von der Öffnungsseite O in Richtung der ersten Anschlussseite A1 geöffnet und behält die qualitative Richtung seiner Öffnung hier in Richtung der Anschlussseite A1 über den Schwenkbereich des Gelenks 1 aus der gestreckten Stellung in eine maximal gebeugte Stellung bei, wie die Schnittdarstellung 5b zeigt, die dem Schnitt entlang der Linie E-E aus 5a entspricht. Anders ausgedrückt die zugehörigen Kugeln 5a, die dieser ersten Bahnpaarungsart zugehörig sind, erfahren Axialkräfte in allen Stellungen des Gelenks 1 und werden im allgemeinen Fachjargon als „steuernde“ Kugeln bezeichnet.
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In 3b ist ein Schnitt gemäß der Schnittlinie C-C der 3a durch eine Bahnpaar zweiter Art aus der äußeren Kugelbahn 12a und der inneren Kugelbahn 12i dargestellt. Wie schon erwähnt, ist das Gelenk 1 in gestreckter Stellung gezeigt. Die zur äußeren Kugelbahn 12a der zweiten Art gehörige Kontaktlinie und die dazu parallel verlaufende Mittellinie und die zur inneren Kugelbahn 12i der zweiten Art gehörige Kontaktlinie und die dazu parallel verlaufende Mittellinie sind jeweils durch Kreisbahnen beschrieben, deren Kreismittelpunkt wiederum zur Gelenkmittelebene EM in entgegengesetzte Richtung auf der jeweiligen Längsachse versetzt liegen. Dabei sind der Kreismittelpunkt der zur inneren Kugelbahn 12i gehörigen Mittellinie und der dazu parallelen inneren Kontaktlinie zur dem Gelenkaußenteil 2 zugewandten Innenseite I des Gelenkinnenteils 3 versetzt und der Kreismittelpunkt der zur äußeren Kugelbahn 12a gehörigen Mittellinie und der dazu parallelen äußeren Kontaktlinie zur Öffnungsseite O des Gelenkaußenteils 2 versetzt angeordnet. Die äußere Tangente an die äußere Mittelline in deren Schnittpunkt mit der Gelenkmittelebene EM ist in der 3b mit Ta bezeichnet und ist parallel zur Tangente Ta' an die äußere Kontaktlinie der äußeren Kugelbahn 12a. Die innere Tangente an die innere Mittellinie in deren Schnittpunkt mit der Gelenkmittelebene EM ist in 3b mit Ti bezeichnet und ist parallel zur Tangente Ti' an die innere Kontaktlinie der inneren Kugelbahn 11i. Der Öffnungswinkel ß2 für den gestreckten Zustand ist der durch die innere Tangente Ti und die äußere Tangente Ta, bzw. durch die Tangenten Ta' und Ti', eingeschlossene Winkel. Für die Bahnpaare der zweiten Art, wie in 3b gezeigt, ist dieser Winkel wiederum größer 0°. Aufgrund des zwar kreisförmigen aber versetzten Verlaufs der Mittellinien ist dieser Winkel in der gestreckten Stellung für die Bahnpaarung zweiter Art 12a, 12i von der ersten Anschlussseite A1 in Richtung der Öffnungsseite O geöffnet. Auch hier wird die qualitative Richtung der Öffnung des Öffnungswinkels ß2 hier in Richtung der Öffnungsseite O über den Schwenkbereich des Gelenks 1 aus der gestreckten Stellung in eine maximal gebeugte Stellung beibehalten, wie die Schnittdarstellung in 6b zeigt, die einem Schnitt entlang der Schnittlinie F-F aus 6a entspricht. Damit ist die Öffnungsrichtung bei dieser zweiten Art der der ersten Art prinzipiell betrachtet umgekehrt. Anders ausgedrückt die zugehörigen Kugeln 5b, die dieser zweiten Bahnpaarungsart zugehörig sind, erfahren Axialkräfte in allen Stellungen des Gelenks 1 und werden im allgemeinen Fachjargon auch als „steuernde“ Kugeln bezeichnet, wobei die auf die der zweiten Art von Bahnpaaren zugehörigen Kugeln 5b wirkenden Axialkräfte denen der Kugeln 5a, die der ersten Art von Bahnpaaren zugehörig sind, entgegengesetzt sind.
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Anhand der 7a und 7b wird die Anordnung dieser aufgrund ihrer Zugehörigkeit zu geometrisch unterschiedlichen Arten von Bahnpaaren sich unterscheidenden Kugeln 5a, 5b 5c innerhalb des Kugelkäfigs 4 beschrieben, ohne dass sich diese Kugeln konstruktiv bei der vorliegenden Ausführungsform unterscheiden. Im Folgenden werden diese Kugeln gemäß ihrer Zugehörigkeit der Einfachheit halber erste Kugeln 5a, zweite Kugeln 5b und dritte Kugeln 5c bezeichnet, wobei letztere die „neutralen“ Kugeln sind. Insgesamt sind neun Kugeln 5a, 5b, 5c in dem Käfig 4 des Gelenks aus 1a geführt. Der ringförmige Käfig 4 weist drei in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte Käfigfenster 14 auf, in denen jeweils 3 Kugeln, eine erste Kugel 5a, eine zweite Kugel 5b und eine dritte Kugel 5c aufgenommen und gemeinsam geführt sind und welche somit als Multikäfigfenster bezeichnet werden. Wie in 1b gezeigt sind die Kugeln in Umfangsrichtung bezüglich ihrer Zugehörigkeit zu den Arten von Bahnpaaren in regelmäßiger Abfolge alternierend angeordnet, d.h. in einer Umlaufrichtung ist die Abfolge der Kugeln in jedem Multikäfigfenster 14 gleich. Aufgrund der Anordnung der Bahnen sind die Mittelpunkte der Kugeln einer Art, also bei artenreiner Betrachtung, jeweils um etwa 120° versetzt zueinander angeordnet. Dabei bilden die steuernden Kugeln, also die ersten Kugeln 5a und die zweiten Kugeln 5b, die äußeren Kugeln des jeweiligen Multikäfigfensters 14. Um die Stege 15 zwischen den Fenstern maximieren zu können, sind durch geeignete Wahl der Kugeldurchmesser und durch relative Lage der zugehörigen Kugelbahnen im Gelenkinnen- bzw. Gelenkaußenteil der maximal mögliche lichte Winkelabstand X zwischen den Kugeln 5a, 5b, 5c, von denen in 7b nur einer exemplarisch eingezeichnet ist, eines jeden Multikäfigfensters 14 so minimiert, dass der Abstand d der äußeren Kugeln 5a, 5b zur jeweils nächsten Kugel im nächst benachbarten Multikäfigfenster 14 maximiert ist. Die Kugeln sind so bemessen und die Anordnung der inneren und äußeren Bahnen so gewählt, dass die Mittelpunkte der äußeren Kugeln 5a, 5b jedes Multikäfigfensters 14 innerhalb einer dem Winkel α (alpha) proportionalen Bogenlänge angeordnet sind, wobei dessen Betrag in dieser Ausführungsform 34° nicht übersteigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10060119 A1 [0001, 0002]
- DE 10060220 A1 [0014]
- DE 10337612 A1 [0014]
