DE102021103567A1

DE102021103567A1 - Homokinetisches Gleichlaufgelenk

Info

Publication number: DE102021103567A1
Application number: DE102021103567.8A
Authority: DE
Inventors: Patrick Stanke
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-02-16
Filing date: 2021-02-16
Publication date: 2022-08-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein homokinetisches Gleichlaufgelenk (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem radial äußeren Gelenkaußenteil (3) und einem radial inneren Gelenkinnenteil (5), wobei das Gelenkaußenteil (3) eine Mehrzahl von Kugellaufbahnen (13) am Innenumfang aufweist und das Gelenkinnenteil (5) eine Mehrzahl von Kugellaufbahnen (15) am Außenumfang aufweist, wobei in einander radial gegenüberliegenden Kugellaufbahnen (13, 15) jeweils eine Kugel (11) zur Drehmomentübertragung zwischen den Gelenkteilen (3, 5) angeordnet ist. Erfindungsgemäß sind die Komponenten (3, 5, 13, 15) des Gleichlaufgelenks (1) zumindest teilweise aus Keramikmaterial gefertigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein homokinetisches Gleichlaufgelenk nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein solches homokinetisches Gleichlaufgelenk kann in einem Kraftfahrzeug an einer Antriebswelle verwendet werden. Das homokinetische Gleichlaufgelenk kann eine Drehbewegung gleichförmig übertragen, so dass die Winkelgeschwindigkeiten an der Antriebsseite sowie an der Abtriebsseite des Gleichlaufgelenks identisch sind.
Ein gattungsgemäßes homokinetisches Gleichlaufgelenk weist ein radial äußeres Gelenkaußenteil und ein radial inneres Gelenkinnenteil auf. Das Gelenkaußenteil ist am Innenumfang mit einer Mehrzahl von Kugellaufbahnen ausgebildet, während das Gelenkinnenteil am Außenumfang mit einer Mehrzahl von Kugellaufbahnen ausgebildet ist. In einander radial gegenüberliegenden Kugellaufbahnen der Gelenkteile ist jeweils eine Kugel zur Drehmomentübertragung angeordnet.
Die Komponenten eines solchen homokinetischen Gleichlaufgelenks sind in gängiger Praxis aus Stahlbauteilen gefertigt, die einen hohen Wartungsaufwand erfordern. So müssen homokinetische Gleichlaufgelenke durch eine Fettpackung geschmiert werden, weshalb sie in der Regel mit einer Achsmanschette gegen Verschmutzung gekapselt sind. Zudem weist das aus Stahl gefertigte Gleichlaufgelenk ein vergleichsweise hohes Bauteilgewicht auf. Speziell bei Hochleistungsanforderungen sind Gleichlaufgelenke Verschleißteile, deren Austausch den Wartungsaufwand weiter erhöht.
Aus der DE 101 49 995 A1 ist ein Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug bekannt. Aus der JPH 04248013 A ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenks bekannt. Aus der JP 2010 138971 A ist eine Kugelgelenkanordnung eines Kraftfahrzeugs bekannt. Die Kugelgelenkanordnung weist zwei Kugelgelenke aus einem Keramik-Werkstoff auf.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein homokinetisches Gleichlaufgelenk bereitzustellen, bei dem ein Wartungsaufwand im Vergleich zum Stand der Technik in einfacher Weise reduzierbar ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 sind die Komponenten des homokinetischen Gleichlaufgelenks nicht mehr komplett aus Stahlbauteilen gefertigt, sondern zumindest teilweise, insbesondere komplett, aus Keramikmaterial gefertigt. Bevorzugt ist es, wenn das Gleichlaufgelenk oder zumindest teilweise dessen Komponenten aus CNC (Ceramic Metal Composites) gefertigt sind. Diese weisen im Vergleich zum Stahl eine sehr gute Festigkeit bei geringer Dichte auf. Beispielhaft kann das Keramikmaterial Zirkonoxid, Siliziumkarbid oder Bornitrid sein.
In einer technischen Umsetzung kann das Gleichlaufgelenk einen Kugelkäfig aufweisen, der in Radialrichtung zwischen den beide Gelenkteilen angeordnet ist. Der Kugelkäfig kann Fenster aufweisen, in denen jeweils eine Kugel gelagert ist.
In einer ersten Ausführungsvariante kann das homokinetische Gleichlaufgelenk Wellenabschnitte einer Seitenwelle drehmomentübertragend koppeln. Die Seitenwelle kann in Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet sein und zu einem Fahrzeugrad führen. Alternativ dazu kann in einer zweiten Ausführungsform das homokinetische Gleichlaufgelenk Wellenabschnitte einer in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichteten Längswelle drehmomentübertragend koppeln.
Das homokinetische Gleichlaufgelenk kann beliebig realisiert sein, beispielhaft als ein Festgelenk oder als ein Verschiebegelenk, das Längenänderungen der Wellenabschnitte ausgleichen kann.
Das Keramikmaterial kann ferner zum Beispiel auf der Basis von Aluminiumoxid, Siliziumnitrid oder Zirkonoxid hergestellt sein. Die Auflistung dieser Werkstoffe ist nicht einschränkend zu verstehen, so dass auch andere Keramikmaterialien bzw. gemischte Keramikmaterialien verwendet werden können, die den Anforderungen im Kraftfahrzeug gerecht werden. Keramikmaterial weist eine sehr hohe Festigkeit auf und ist gegenüber Wasser korrosionsbeständig. Schmutzpartikel zwischen den Kugeln und den Kugellaufbahnen der Gelenkteile können zermahlen werden, so dass diese für den Verschleiß unwirksam sind. Somit reduziert sich der Wartungsaufwand sowie der Dichtungsaufwand zum Schutz gegen Verunreinigungen und Wasser. Zudem weist die Oberfläche von Keramikmaterial einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten auf, so dass gegebenenfalls der Schmiermittelaufwand reduziert wird. die Oberfläche von Keramikmaterial ist ferner keinem bzw. nur einem sehr geringen Verschleiß unterworfen, so dass das erfindungsgemäße homokinetische Gleichlaufgelenk eine deutlich längere Lebensdauer aufweist.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur beschrieben, in der ein homokinetisches Gleichlauffestgelenk 1 in Rzeppa-Bauweise gezeigt ist, das beispielhaft in eine, in der Fahrzeugquerrichtung y ausgerichtete Gelenkwelle eines Kraftfahrzeugs eingebaut sein kann, um eine Antriebsleistung von einem Getriebe zu einem gelenkten Fahrzeugvorderrad zu übertragen. Beispielhaft kann das homokinetische Gleichlaufgelenk 1 einen Gelenkbeugewinkel β von 30° bis 54° erlauben.
Das Gleichlaufgelenk 1 weist ein Gelenkaußenteil 3 und ein Gelenkinnenteil 5 auf. Zwischen dem Gelenkaußenteil 3 und dem Gelenkinnenteil 5 ist ein Käfig 7 angeordnet, der eine Vielzahl von Fenstern 9 zur Aufnahme jeweils einer Kugel 11 ausbildet.
Das Gelenkaußenteil 3 weist an seinem Innenumfang eine Mehrzahl von rillenförmigen Kugellaufbahnen 13 auf. In gleicher Weise sind am Außenumfang des Gelenkinnenteils 5 eine Mehrzahl von rillenartigen Kugellaufbahnen 15 ausgebildet, die den Kugellaufbahnen 13 des Gelenkaußenteils 2 radial gegenüberliegen, um entsprechende Kugellaufbahnpaare zu bilden. Die Kugellaufbahnpaare nehmen jeweils eine Kugel 11 zur Drehmomentübertragung zwischen dem Gelenkaußenteil 3 und dem Gelenkinnenteil 5 auf.
In der Figur ist am Gelenkaußenteil 3 ein Wellenzapfen 17 mit einer Außenverzahnung ausgebildet, der in Steckverzahnung mit einem nicht gezeigten Wellenabschnitt bringbar ist. Das Gehäuseinnenteil 15 weist dagegen am Innenumfang eine Innenverzahnung auf, die mit einer Außenverzahnung eines weiteren (nicht gezeigten) Wellenabschnitts in Steckverbindung bringbar ist.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass bevorzugt sämtliche Komponenten des homokinetischen Gleichlaufgelenks, nämlich die beiden Gelenkteile 3, 5, der Käfig 7 sowie die Kugeln 11 aus einem Keramikmaterial gefertigt sind, das im Vergleich zu herkömmlichen Stahlbauteilen eine sehr gute Festigkeit bei geringer Dichte aufweist.
Bezugszeichenliste

1: homokinetisches Gleichlaufgelenk
3: Gehäuseaußenteil
5: Gehäuseinnenteil
7: Käfig
9: Fenster
11: Kugeln
13, 15: Kugellaufbahnen
17: Wellenzapfen
β: Gelenkbeugewinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10149995 A1 [0005]
JP 2010138971 A [0005]

Claims

Homokinetisches Gleichlaufgelenk (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem radial äußeren Gelenkaußenteil (3) und einem radial inneren Gelenkinnenteil (5), wobei das Gelenkaußenteil (3) eine Mehrzahl von Kugellaufbahnen (13) am Innenumfang aufweist und das Gelenkinnenteil (5) eine Mehrzahl von Kugellaufbahnen (15) am Außenumfang aufweist, wobei in einander radial gegenüberliegenden Kugellaufbahnen (13, 15) jeweils eine Kugel (11) zur Drehmomentübertragung zwischen den Gelenkteilen (3, 5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten (3, 5, 13, 15) des Gleichlaufgelenks (1) zumindest teilweise aus Keramikmaterial gefertigt sind.
Homokinetisches Gleichlaufgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichlaufgelenk (1) einen Kugelkäfig (7) aufweist, der in Radialrichtung zwischen den Gelenkteilen (13, 15) angeordnet ist und Fenster (9) aufweist, in denen jeweils eine Kugel (11) angeordnet ist, und dass insbesondere der Kugelkäfig (7) aus Keramikmaterial gefertigt ist.
Homokinetisches Gleichlaufgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das homokinetische Gleichlaufgelenk (1) Wellenabschnitte einer zu einem Fahrzeugrad führenden, in Fahrzeugquerrichtung (y) ausgerichteten Seitenwelle drehmomentübertragend koppelt.
Homokinetisches Gleichlaufgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das homokinetische Gleichlaufgelenk (1) Wellenabschnitte einer in Fahrzeuglängsrichtung (x) ausgerichteten Längswelle drehmomentübertragend koppelt.
Homokinetisches Gleichlaufgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das homokinetische Gleichlaufgelenk (1) als Festgelenk oder als Verschiebegelenk realisiert ist, das Längenänderungen der Wellenabschnitte ausgleicht.
Homokinetisches Gleichlaufgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichlaufgelenk (1) oder zumindest teilweise dessen Komponenten (3, 5, 7, 11) aus CMC (Ceramic Metal Composites) gefertigt sind, die eine sehr gute Festigkeit bei geringer Dichte aufweisen.
Homokinetisches Gleichlaufgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikmaterial Zirkonoxid, Siliziumkarbid und/oder Bornitrid ist.