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Die vorliegende Erfindung ist auf ein Kugelgleichlauf, insbesondere auf ein Kugelgleichlaufverschiebegelenk, gerichtet. Das vorliegende Kugelgleichlauf(-verschiebe-)gelenk (im Folgenden auch als Gelenk bezeichnet) wird insbesondere in einer Seitenwellen- oder Längswellenanordnung bei einem Kraftfahrzeug eingesetzt. Es ist darüber hinaus in sämtlichen weiteren Anwendungsfällen einsetzbar, in denen bisher Kugelgleichlaufgelenke zum Einsatz gekommen sind.
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Kugelgleichlaufgelenke kommen insbesondere bei Kraftfahrzeugen im Bereich von Längswellenanordnungen aber auch in Seitenwellenanordnungen zum Einsatz. Die Längswellen dienen der Übertragung der Antriebskraft von einem Getriebe hin zu einer Achse. Insbesondere ist dabei das Getriebe im vorderen Bereich eines Kraftfahrzeugs angeordnet und die sich entlang der Längsachse des Kraftfahrzeuges erstreckende Längswellenanordnung dient der Übertragung der Antriebskräfte von diesem Getriebe hin zu einer Hinterachse. Bei Längswellenanordnungen sind regelmäßig kleinere Abbeugewinkel des Gelenks erforderlich, insbesondere von 0 bis 10 Winkelgrad. Die Seitenwellen dienen der Übertragung der Antriebskraft von einem Getriebe oder Differential hin zu einem Rad, also im Wesentlichen parallel zu einer Achse des Kraftfahrzeuges. Seitenwellen erstrecken sich quer zu der Längsachse des Kraftfahrzeuges. Bei Seitenwellen sind regelmäßig größere Abbeugewinkel des Kugelgleichlaufgelenks erforderlich, insbesondere von 0 bis 32 Winkelgrad, bevorzugt von 3 bis 20 Winkelgrad.
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Kugelgleichlaufgelenke umfassen z. B. ein Gelenkaußenteil mit einer Drehachse und äußeren Kugelbahnen (außenliegende Kugelbahnen des Kugelgleichlaufverschiebegelenks), ein Gelenkinnenteil mit inneren Kugelbahnen (innenliegende Kugelbahnen des Kugelgleichlaufverschiebegelenks), eine Vielzahl von Drehmoment übertragenden Kugeln, die jeweils in einander zugeordneten äußeren und inneren Kugelbahnen geführt werden, und ggf. einen Käfig, der mit einer Vielzahl von Käfigfenstern versehen ist, die jeweils eine oder mehrere der Kugeln aufnehmen. Der Käfig kann über eine sphärische Kontaktfläche am Gelenkaußenteil und/ oder Gelenkinnteil geführt sein (Festgelenk). Alternativ kann der Käfig am Gelenkaußenteil über eine zylindrische Kontaktfläche geführt sein (Verschiebegelenk).
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Das Gelenkinnenteil ist bei einem Verschiebegelenk gegenüber dem Gelenkaußenteil um einen Gesamtverschiebeweg entlang der Drehachse verschiebbar. Der Gesamtverschiebeweg (also der maximale Weg, um den das Gelenkinnenteil gegenüber dem Gelenkaußenteil verschoben werden kann) beträgt bei einem Verschiebegelenk insbesondere mindestens fünf Millimeter.
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Zumindest ein Teil der äußeren Kugelbahnen und zumindest ein Teil der inneren Kugelbahnen kann einen (beliebig orientierten) Bahnschrägungswinkel gegenüber der Drehachse aufweisen oder aber auch ohne Bahnschrägungswinkel, d. h. parallel zur axialen Richtung bzw. Drehachse verlaufen. Befindet sich das Kugelgleichlaufgelenk in einer gestreckten Lage bzw. Anordnung (also keine Abbeugung des Gelenkinnenteils gegenüber dem Gelenkaußenteil) ist bei einem Verschiebegelenk eine Verschiebung des Gelenkinnenteils gegenüber dem Gelenkaußenteil entlang der gemeinsamen Drehachse möglich, so dass die Drehachsen koaxial zueinander angeordnet bleiben.
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Insbesondere weist ein Kugelbahngrund (also im Fall der äußeren Kugelbahnen jeweils die Bereiche der Kugelbahnen, die in einem größten Abstand von der Drehachse angeordnet sind; im Fall der inneren Kugelbahnen jeweils die Bereiche der Kugelbahnen, die in einem kleinsten Abstand zu einer Drehachse des Gelenkinnenteils angeordnet sind) bzw. eine Mittellinie (der Verlauf eines Kugelmittelpunkts bei der Bewegung einer Kugel entlang einer Kugelbahn) jeder Kugelbahn entlang des Verschiebewegs einen jeweils (im Wesentlichen) konstanten Abstand zur Drehachse entlang einer radialen Richtung auf. Es sind aber auch Ausführungen von Kugelgleichlaufgelenken bekannt, bei denen der Kugelbahngrund bzw. die Mittellinie keinen konstanten Abstand zur Drehachse aufweisen. Dabei ist insbesondere (nur) für einander gegenüberliegende Kugelbahnen der Abstand zur Drehachse gleich, dabei aber nicht konstant über den Verschiebeweg bzw. entlang der Kugelbahn.
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Bei einer Abbeugung des Gelenkinnenteils wird das Gelenkinnenteil aus der gestreckten Lage (Drehachse des Gelenkaußenteils und Drehachse des Gelenkinnenteils sind koaxial zueinander angeordnet) in eine (abweichende) abgebeugte Lage verschwenkt. Dann bilden die Drehachse des Gelenkaußenteils und die Drehachse des Gelenkinnenteils einen (von „0“ Grad abweichenden) Beugewinkel.
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Bei einer Verschiebung des Gelenkinnenteils gegenüber dem Gelenkaußenteil führen die Kugeln in den Kugelbahnen eine durch die Bahn geführte Bewegung (z. B. Rollen, Rutschen, Gleiten, etc.) aus. Idealerweise bewegt sich der Käfig dabei um die halbe Strecke des Verschiebewegs des Gelenkinnenteils gegenüber dem Gelenkaußenteil.
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Kugelgleichlaufverschiebegelenke (bzw. Kugelgelenke mit Verschiebeeinheit) haben aufgrund ihres definierten Packvolumens eine maximal zur Verfügung stehende Verschiebekapazität, weisen also einen maximalen Gesamtverschiebeweg zwischen Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil bzw. einen größten Verschiebeweg zwischen Käfig und Gelenkinnenteil auf.
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Die Aufgabe einer Verschiebeeinheit im Kugelgelenk ist es, unter Wahrung der Gelenkperformance auf kleinstmöglichem Raum die maximale Verschiebung zu realisieren. Kugelgelenke mit einem inneren physikalischen Anschlag des Gelenkinnenteils (Kugelnabe) am Käfig (Kugelkäfig) definieren die mögliche Verschiebung der Gelenkkomponenten zueinander durch den maximal möglichen Weg, den ein Wälzkörper, z. B. eine Kugel, in den Außen- und Innenteilbahnen (inneren und äußeren Kugelbahnen) zurücklegen kann, bis der beschriebene physikalische Anschlag zustande kommt.
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Bei Kugelgleichlaufgelenken mit parallel zur Drehachse verlaufenden Kugelbahnen (also ohne Bahnschrägungswinkel) werden die Kugeln bei Abbeugung des Gelenks über den Käfig auf der Winkelhalbierenden gehalten. Bei gestrecktem Gelenk (Abbeugung null Winkelgrad) wirken auf alle Kugeln die gleichen Kräfte. Bei abgebeugtem Gelenk (Abbeugung größer null Winkelgrad) sind die auf die Kugeln wirkenden Kräfte bzw. Kraftverläufe über eine Umdrehung des Gelenks gesehen für alle Kugeln gleich, nur jeweils Phasenverschoben.
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Für die folgenden Erläuterungen ist relevant, dass die „null bzw. 360 Winkelgrad“ Position einer Kugel im Gelenk (bei einer Ansicht entlang der Drehachse in das Gelenkaußenteil hinein) oben ist und der Winkel dann gegen den Uhrzeigersinn umläuft. Befindet sich das Gelenk also unter null Winkelgrad Beugewinkel werden alle Kugeln gleich belastet und es findet keine Bewegung der Kugeln in den Kugelbahnen entlang der axialen Richtung statt. Bei einer Abbeugung des Gelenks (hier wird angenommen, dass das Gelenkinnenteil nach unten abgebeugt wird) bewegen sich die Kugeln an der „null Winkelgrad“ Position in der Kugelbahnbahn des Gelenkinnenteils nach hinten, im Gelenkaußenteil nach vorne. Erreicht die Kugel die „90 Winkelgrad“ Position ist sie bei der inneren und äußeren Kugelbahn wieder in der Mitte und bei der Weiterbewegung an die „180 Winkelgrad“ Position wird die Auslenkung der Kugeln in den Kugelbahnen dann umgekehrt und die Kugel wandert in der inneren Kugelbahn nach vorne und in der äußeren Kugelbahn nach hinten. Bei der Weiterbewegung in die „270 Winkelgrad“ Position befindet sich die Kugel dann in der inneren und äußeren Kugelbahn wieder in der Mittelstellung (wie in der „90 Winkelgrad“ Position). Dabei ist mit zunehmendem Beugewinkel über eine Umdrehung des Gelenks eine immer weiter uneinheitliche Kraftübertragung der Kugel zu beobachten, d.h. die Kraft, die von der Kugel übertragen wird, führt in Näherung eine Sinusschwingung über die Umdrehung durch. Dabei ist die maximale übertragene Kraft bei gleichem Drehmoment größer als der konstante Wert der Kraft bei nicht abgebeugtem Gelenk.
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Die
AT 277675 ist auf ein Gleichdrehverschiebegelenk gerichtet, bei denen dieses Problem der starken Schwankung der Kraftübertragung gelöst sein soll. Dafür wird dort vorgeschlagen, dass die Mittellinien der inneren Kugelbahnen einen konkaven Verlauf aufweisen, sich also der senkrechte Abstand der Mittellinien von der Drehachse des Gelenkinnenteils hin zu den Enden der Kugelbahnen vergrößert.
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Gerade im Bereich der Großserienfertigung von Kraftfahrzeugen sind die Anforderungen an alle Komponenten hinsichtlich des zu erreichenden Bauraumes, Gewicht und/oder Kosten gestiegen. Es besteht daher ein beständiges Bedürfnis, auch Gelenke dieser Art im Hinblick auf die genannten Anforderungen weiterzuentwickeln.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten Probleme wenigstens teilweise zu lösen. Es soll insbesondere ein Kugelgleichlaufgelenk bereitgestellt werden, bei dem bei Abbeugung und über eine Umdrehung des Gelenks die Kraftübertragung über eine Kugel möglichst gleichmäßig ist.
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Dies wird erreicht mit einem Kugelgleichlaufgelenk gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Es wird ein Kugelgleichlaufgelenk vorgeschlagen, zumindest aufweisend
- • ein Gelenkaußenteil mit einer Drehachse, mit äußeren Kugelbahnen und mit äußeren Mittellinien,
- • ein Gelenkinnenteil mit inneren Kugelbahnen und inneren Mittellinien,
- • eine Vielzahl von Drehmoment übertragende Kugeln, die jeweils in einander zugeordneten äußeren Kugelbahnen und inneren Kugelbahnen geführt werden.
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Bei einer gestreckten Anordnung des Kugelgleichlaufgelenks verlaufen die äußeren Mittellinien in einem konstanten ersten Abstand zu der Drehachse. Das Gelenkinnenteil und die inneren Mittellinien erstrecken sich entlang der Drehachse zwischen einer ersten Stirnseite und einer zweiten Stirnseite. Mindestens eine der inneren Mittellinien erstreckt sich zwischen einem an der ersten Stirnseite vorliegenden ersten Ende und einem an der zweiten Stirnseite vorliegenden zweiten Ende und verläuft in einem sich verändernden zweiten Abstand zu der Drehachse. Ein Maximum des zweiten Abstands ist beabstandet von dem ersten Ende und dem zweiten Ende angeordnet.
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Bevorzugt erstrecken und verlaufen alle inneren Mittellinien wie vorstehend beschrieben.
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Insbesondere weist die mindestens eine innere Mittellinie also einen konvexen Verlauf auf, wobei sich der zweite Abstand der Mittellinie ausgehend von dem Maximum und hin zu den Enden verringert.
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Auf die vorstehenden Ausführungen zu Gelenken wird Bezug genommen - sie kann vollumfänglich zur Erläuterung des hier vorgeschlagenen Gelenks einbezogen werden.
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Es hat sich für derartige Kugelgleichlaufgelenke gezeigt, dass bei Abbeugung des Gelenks eine höchste Belastung der Kugeln im Bereich der „null Winkelgrad“ und der „180 Winkelgrad“ Position auftritt. Gerade durch die nun vorgeschlagene besondere Form der inneren Mittellinien kann eine deutliche Vergleichmäßigung der Belastung der Kugeln erreicht werden.
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Insbesondere weist die mindestens eine innere Mittellinie eine Kreisbogenform, eine Ellipsenform, die Form einer Hyperbel oder eine frei bestimmbare Form, bei der einzelne Teilformen über jeweils einen tangentialen Übergang miteinander verbunden sind, auf. Insbesondere weist die mindestens eine Mittellinie einen gekrümmten Verlauf auf. Die Krümmung kann dabei konstant oder aber auch veränderlich sein. Die Krümmung kann im Bereich des Maximums oder beabstandet vom Maximum minimal oder maximal sein.
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Insbesondere ist die mindestens eine innere Mittellinie durch mehrere Teilformen gebildet ist, wobei zumindest eine Teilform eine Gerade umfasst. Insbesondere können andere Teilformen durch gekrümmte Verläufe gebildet sein. Insbesondere sind einzelne Teilformen über jeweils einen tangentialen Übergang miteinander verbunden.
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Insbesondere ist der zweite Abstand an jedem Ende kleiner als das Maximum.
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Insbesondere verläuft die mindestens eine innere Mittellinie zwischen dem Maximum und dem jeweiligen Ende monoton fallend. Monoton fallend bedeutet, dass der zweite Abstand der inneren Mittellinie ausgehend von dem Maximum und hin zu dem jeweiligen Ende nur kleiner wird, ggf. zumindest abschnittsweise konstant bleibt.
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Insbesondere verläuft die mindestens eine innere Mittellinie zwischen dem Maximum und dem jeweiligen Ende streng monoton fallend. Streng monoton fallend bedeutet, dass der zweite Abstand der inneren Mittellinie ausgehend von dem Maximum und hin zu dem jeweiligen Ende kontinuierlich kleiner wird. Abschnitte mit konstanten zweiten Abständen liegen dann gerade nicht vor.
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Insbesondere sind die an den Enden vorliegenden zweiten Abstände voneinander unterschiedlich oder alternativ gleich groß.
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Insbesondere ist das Maximum in einer ersten Distanz von dem ersten Ende und in einer zweiten Distanz von dem zweiten Ende angeordnet. Die Distanzen sind gleich oder voneinander unterschiedlich.
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Insbesondere entspricht ein größter Radius der mindestens einen inneren Mittellinie mindestens dem 1,0-fachen, bevorzugt mindestens dem 1,2-fachen, besonders bevorzugt mindestens dem 1,56-fachen, eines Teilkreisdurchmessers der Kugeln.
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Der Teilkreisdurchmesser der Kugeln ist der Durchmesser, auf dem die Kugelmittelpunkte (bei gestrecktem Gelenk) angeordnet sind.
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Insbesondere entspricht ein größter Radius der mindestens einen inneren Mittellinie höchstens dem 50-fachen, insbesondere höchstens dem 20-fachen, bevorzugt höchstens dem 10-fachen oder sogar höchstens dem 6,5-fachen eines Teilkreisdurchmessers der Kugeln.
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Bei einem bespielhaften Kugelgleichlaufgelenk beträgt der Teilkreisdurchmesser (PCD) 60 Millimeter, der Durchmesser der Kugeln 16,5 Millimeter und der größte Radius 85 Millimeter oder 170 Millimeter.
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Insbesondere umfasst das Kugelgleichlaufgelenk zusätzlich zumindest einen Käfig, der mit einer Vielzahl von Käfigfenstern versehen ist, die jeweils eine oder mehrere der Kugeln aufnehmen.
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Der Käfig ist insbesondere mit einer sphärischen Innenumfangsfläche über eine sphärische Außenumfangsfläche des Gelenkinnenteils geführt. Dabei kann ein Spiel zwischen den Umfangsflächen vorliegen. Eine Verschiebung des Käfigs gegenüber dem Gelenkinnenteil entlang der Drehachse ist also nur begrenzt möglich, insbesondere auf eine maximale Verschiebung von einem Millimeter begrenzt.
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Infolge der Führung des Käfigs durch das Gelenkinnenteil werden die Kugeln gegenüber dem Gelenkinnenteil nur durch den Käfig geführt. Ist das Kugelgleichlaufgelenk also z. B. als ein Verschiebegelenkt ausgeführt, erfolgt die Verschiebung der Kugeln nur gegenüber dem Gelenkaußenteil und nicht gegenüber dem Gelenkinnenteil.
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Insbesondere verlaufen bei der gestreckten Anordnung des Kugelgleichlaufgelenks die inneren Mittellinien und die äußeren Mittellinien ausschließlich parallel zu einer die Drehachse umfassenden Ebene (also ohne Bahnschrägungswinkel, der eine Neigung der Mittellinie gegenüber einer axialen Richtung in Umfangsrichtung beschreibt).
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Insbesondere ist das Kugelgleichlaufgelenk ein Verschiebegelenk. Insbesondere beträgt der Gesamtverschiebeweg (also der maximale Weg, um den das Gelenkinnenteil gegenüber dem Gelenkaußenteil entlang der Drehachse verschoben werden kann) mindestens fünf Millimeter, bevorzugt mindestens zehn Millimeter.
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Die Ausführungen zu dem Kugelgleichlaufgelenk beziehen sich insbesondere regelmäßig auf einen bestimmungsgemäßen Gebrauch bzw. Betrieb des Kugelgleichlaufgelenks (also nicht auf Extremstellung, die ggf. zur Montage oder zum Service vorgesehen sind). Das bedeutet insbesondere, dass z. B. das Gelenkaußenteil, das Gelenkinnenteil und die Kugeln sowie der ggf. vorhandene Käfig in einer für den bestimmungsgemäßen Gebrauch vorgesehenen Anordnung zueinander positioniert sind, z. B. also in einer Anordnung, die innerhalb des Gesamtverschiebewegs liegt.
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Insbesondere bezieht sich die Beschreibung des Verlaufs der mindestens einen inneren Mittellinie auf den Bereich der inneren Kugelbahnen, in dem die Kugeln bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Kugelgleichlaufgelenks angeordnet sind.
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Das Kugelgleichlaufgelenk weist mindestens 6 oder 6+n (n=1, 2, 3, ...) Kugeln auf.
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Es wird weiter eine Wellenanordnung vorgeschlagen, zumindest umfassend das beschriebene Kugelgleichlaufgelenk sowie eine mit dem Gelenkaußenteil verbundene erste Welle und eine mit dem Gelenkinnenteil verbundene zweite Welle.
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Es wird weiterhin ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das zumindest ein hier vorgeschlagenes Kugelgleichlaufgelenk aufweist. Insbesondere wird das Kugelgleichlaufgelenk zur Verwendung bei einem PKW vorgeschlagen.
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Die Verwendung unbestimmter Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und der diese wiedergebenden Beschreibung, ist als solche und nicht als Zahlwort zu verstehen. Entsprechend damit eingeführte Begriffe bzw. Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und insbesondere aber auch mehrfach vorhanden sein können.
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Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, „dritte“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
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Die Erfindung, sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen schematisch:
- 1: ein bekanntes Kugelgleichlaufgelenk in einer gestreckten Anordnung in einer Ansicht entlang der Drehachse;
- 2: ein Gelenkinnenteil des Kugelgleichlaufgelenks nach 1 mit einer inneren Mittellinie, in einer Seitenansicht im Schnitt;
- 3: eine erste Ausführungsvariante eines Kugelgleichlaufgelenks in einer gestreckten Anordnung in einer Ansicht entlang der Drehachse;
- 4: das Kugelgleichlaufgelenk nach 3, in einer Seitenansicht im Schnitt;
- 5: ein Gelenkinnenteil des Kugelgleichlaufgelenks nach 3 und 4 mit einer inneren Mittellinie, in einer Seitenansicht im Schnitt;
- 6: eine zweite Ausführungsvariante eines Kugelgleichlaufgelenks in einer gestreckten Anordnung, in einer Seitenansicht im Schnitt;
- 7: das Kugelgleichlaufgelenk nach 6 in einer Ansicht entlang der Drehachse;
- 8: eine dritte Ausführungsvariante eines Kugelgleichlaufgelenks in einer gestreckten Anordnung, in einer Seitenansicht im Schnitt;
- 9: das Kugelgleichlaufgelenk nach 8 in einer Ansicht entlang der Drehachse;
- 10: einen Ausschnitt eines Gelenkinnenteils oder eines Gelenkaußenteils in einer Ansicht entlang der Drehachse im Schnitt; und
- 11: ein Diagramm.
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1 zeigt ein bekanntes Kugelgleichlaufgelenk 1 in einer gestreckten Anordnung in einer Ansicht entlang der Drehachse 3. 2 zeigt ein Gelenkinnenteil 6 des Kugelgleichlaufgelenks 1 nach 1 mit einer inneren Mittellinie 8, in einer Seitenansicht im Schnitt. Die 1 und 2 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
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Das Kugelgleichlaufgelenk 1 ist ein Verschiebegelenk. Das Kugelgleichlaufgelenk 1 weist ein Gelenkaußenteil 2 mit einer Drehachse 3 und mit äußeren Kugelbahnen 4 und mit äußeren Mittellinien 5 auf. Weiter weist das Kugelgleichlaufgelenk 1 ein Gelenkinnenteil 6 mit inneren Kugelbahnen 7 und inneren Mittellinien 8 auf. Gelenkinnenteil 6 und Gelenkaußenteil 2 rotieren gemeinsam. Die Drehachsen 3 der Gelenkteile 2, 6 sind in gestreckter Anordnung des Kugelgleichlaufgelenks 1 koaxial zueinander angeordnet. Bei Abbeugung des Kugelgleichlaufgelenks 1 sind die Drehachsen 3 der Gelenkteile 2, 6 zueinander um einen Beugewinkel 26 verschwenkt angeordnet (in 4 angedeutet).
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Das Kugelgleichlaufgelenk 1 weist weiter eine Vielzahl von Drehmoment übertragenden Kugeln 9 auf, die jeweils in einander zugeordneten äußeren Kugelbahnen 4 und inneren Kugelbahnen 7 geführt werden. Weiter umfasst das Kugelgleichlaufgelenk 1 zusätzlich einen Käfig 21, der mit einer Vielzahl von Käfigfenstern 22 versehen ist, die jeweils eine der Kugeln 9 aufnehmen.
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Der Käfig 21 ist mit einer sphärischen Innenumfangsfläche 23 (nicht dargestellt) über eine sphärische Außenumfangsfläche 24 des Gelenkinnenteils 6 geführt. Infolge der Führung des Käfigs 21 durch das Gelenkinnenteil 6 werden die Kugeln 9 gegenüber dem Gelenkinnenteil 6 nur durch den Käfig 21 geführt.
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Bei der gestreckten Anordnung des Kugelgleichlaufgelenks 1 verlaufen die äußeren Mittellinien 5 und inneren Mittellinien 8 koaxial zueinander und die äußeren Mittellinien 5 sind in einem konstanten ersten Abstand 10 zu der Drehachse 3 angeordnet (siehe 2). Das Gelenkinnenteil 6 und die inneren Mittellinien 8 erstrecken sich entlang der Drehachse 3 und sind in einem konstanten zweiten Abstand 15 zu der Drehachse 3 angeordnet.
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Bei der gestreckten Anordnung des Kugelgleichlaufgelenks 1 verlaufen die inneren Mittellinien 8 und die äußeren Mittellinien 5 ausschließlich parallel zu einer die Drehachse 3 umfassenden Ebene 25 (also ohne Bahnschrägungswinkel).
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3 zeigt eine erste Ausführungsvariante eines Kugelgleichlaufgelenks 1 in einer gestreckten Anordnung in einer Ansicht entlang der Drehachse 3. 4 zeigt das Kugelgleichlaufgelenk 1 nach 3, in einer Seitenansicht im Schnitt. 5 zeigt ein Gelenkinnenteil 6 des Kugelgleichlaufgelenks 1 nach 3 und 4 mit einer inneren Mittellinie 8, in einer Seitenansicht im Schnitt. Die 3 bis 5 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu den 1 und 2 wird verwiesen.
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Das Kugelgleichlaufgelenk 1 ist ein Verschiebegelenk. Das Kugelgleichlaufgelenk 1 weist ein Gelenkaußenteil 2 mit einer Drehachse 3 und mit äußeren Kugelbahnen 4 und mit äußeren Mittellinien 5 auf. Weiter weist das Kugelgleichlaufgelenk 1 ein Gelenkinnenteil 6 mit inneren Kugelbahnen 7 und inneren Mittellinien 8 auf. Gelenkinnenteil 6 und Gelenkaußenteil 2 rotieren gemeinsam. Die Drehachsen 3 der Gelenkteile 2, 6 sind in gestreckter Anordnung des Kugelgleichlaufgelenks 1 koaxial zueinander angeordnet. Bei Abbeugung des Kugelgleichlaufgelenks 1 sind die Drehachsen 3 der Gelenkteile 2, 6 zueinander um einen Beugewinkel 26 verschwenkt angeordnet.
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Das Kugelgleichlaufgelenk 1 weist weiter eine Vielzahl von Drehmoment übertragenden Kugeln 9 auf, die jeweils in einander zugeordneten äußeren Kugelbahnen 4 und inneren Kugelbahnen 7 geführt werden. Weiter umfasst das Kugelgleichlaufgelenk 1 zusätzlich einen Käfig 21, der mit einer Vielzahl von Käfigfenstern 22 versehen ist, die jeweils eine der Kugeln 9 aufnehmen.
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Der Käfig 21 ist mit einer sphärischen Innenumfangsfläche 23 über eine sphärische Außenumfangsfläche 24 des Gelenkinnenteils 6 geführt. Es liegt ein Spiel zwischen den Umfangsflächen 23, 24 vor. Eine Verschiebung des Käfigs 21 gegenüber dem Gelenkinnenteil 6 entlang der Drehachse 3 ist also nur begrenzt möglich. Infolge der Führung des Käfigs 21 durch das Gelenkinnenteil 6 werden die Kugeln 9 gegenüber dem Gelenkinnenteil 6 nur durch den Käfig 21 geführt.
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Bei der gestreckten Anordnung des Kugelgleichlaufgelenks 1 verlaufen die inneren Mittellinien 8 und die äußeren Mittellinien 5 ausschließlich parallel zu einer die Drehachse 3 umfassenden Ebene 25 (also ohne Bahnschrägungswinkel).
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Bei der gestreckten Anordnung des Kugelgleichlaufgelenks 1 sind die äußeren Mittellinien 5 und inneren Mittellinien 8 in einem konstanten ersten Abstand 10 zu der Drehachse 3 angeordnet.
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Im Unterschied zu dem bekannten Kugelgleichlaufgelenk 1 gemäß der 1 und 2 erstrecken sich bei dem hier vorgeschlagenen Kugelgleichlaufgelenk 1 alle der inneren Mittellinien 8 zwischen einem an der ersten Stirnseite 11 vorliegendem ersten Ende 13 und einem an der zweiten Stirnseite 12 vorliegenden zweiten Ende 14 und verlaufen in einem sich verändernden zweiten Abstand 15 zu der Drehachse 3. Ein Maximum 16 des zweiten Abstands 15 ist beabstandet von dem ersten Ende 13 und dem zweiten Ende 14 angeordnet.
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Die innere Mittellinie 8 weist einen kreisbogenartigen konvexen Verlauf auf, wobei sich der zweite Abstand 15 der inneren Mittellinie 8 ausgehend von dem Maximum 16 und hin zu den Enden 13, 14 verringert.
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Die innere Mittellinie 8 verläuft entlang eines einzigen Radius 19. Der Radius 19 der inneren Mittellinie 8 entspricht ca. dem 2,8-fachen des Teilkreisdurchmessers 20 der Kugeln 9. Der Teilkreisdurchmesser 20 der Kugeln 9 ist der Durchmesser, auf dem die Kugelmittelpunkte 29 (bei gestrecktem Gelenk) angeordnet sind (siehe 4).
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Die innere Mittellinie 8 verläuft zwischen dem Maximum 16 und dem jeweiligen Ende 13, 14 monoton fallend bzw. streng monoton fallend.
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Die an den Enden 13, 14 vorliegenden zweiten Abstände 15 sind voneinander unterschiedlich groß. Das Maximum 16 ist in einer ersten Distanz 17 von dem ersten Ende 13 und in einer zweiten Distanz 18 von dem zweiten Ende 14 angeordnet. Die Distanzen 17, 18 sind voneinander unterschiedlich.
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6 zeigt eine zweite Ausführungsvariante eines Kugelgleichlaufgelenks 1 in einer gestreckten Anordnung, in einer Seitenansicht im Schnitt. 7 zeigt das Kugelgleichlaufgelenk 1 nach 6 in einer Ansicht entlang der Drehachse 3. Die 6 und 7 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu den 3 bis 5 wird verwiesen.
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Im Unterschied zu der ersten Ausführungsvariante ist bei der zweiten Ausführungsvariante ein kleinerer Radius 19 vorgesehen. Der Radius 19 der inneren Mittellinie 8 entspricht ca. dem 1,4-fache des Teilkreisdurchmessers 20 der Kugeln 9.
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8 zeigt eine dritte Ausführungsvariante eines Kugelgleichlaufgelenks 1 in einer gestreckten Anordnung, in einer Seitenansicht im Schnitt. 9 zeigt das Kugelgleichlaufgelenk 1 nach 8 in einer Ansicht entlang der Drehachse 3. Die 8 und 9 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu den 3 bis 7 wird verwiesen.
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Im Unterschied zu der ersten und der zweiten Ausführungsvariante ist bei der dritten Ausführungsvariante ein mittlerer Radius 19 vorgesehen. Der Radius 19 der inneren Mittellinie 8 entspricht ca. dem 2,3-fachen des Teilkreisdurchmessers 20 der Kugeln 9.
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10 zeigt einen Ausschnitt eines Gelenkinnteils 6 oder eines Gelenkaußenteils 2 in einer Ansicht entlang der Drehachse 3 im Schnitt. Auf die Ausführungen zu den 1 bis 9 wird Bezug genommen.
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Die Kugel 9 kontaktiert die Kugelbahn 4, 7 nicht im Bereich des Bahngrunds 27, sondern im Bereich der Seitenflanken der Kugelbahn 4, 7. Über diesen Bereich werden die Kugeln 9 anteilig mit dem übertragenen Drehmoment beaufschlagt. Die Lage dieses Bereichs an den Seitenflanken wird durch den dargestellten Kraftwinkel 28 beschrieben. Die Kugel 9 weist einen Kugelmittelpunkt 29 auf, der sich bei Bewegung der Kugel 9 entlang der Kugelbahn 4, 7 entlang der Mittellinie 5, 8 bewegt.
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11 zeigt ein Diagramm. Auf der horizontalen Achse ist die Position 30 in Winkelgrad einer Kugel 9 bei einer Umdrehung des Kugelgleichlaufgelenks 1 entlang der Umfangsrichtung 31 dargestellt. Auf der vertikalen Achse ist die je Kugel 9 übertragene Kraft 32 in Newton dargestellt.
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Für die folgenden Erläuterungen wird definiert, dass die „null bzw. 360 Winkelgrad“ Position 30 einer Kugel 9 im Gelenk 1 oben ist (siehe z. B. 3) und der Winkel dann gegen den Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung 31 umläuft. Befindet sich das Gelenk 1 also unter null Winkelgrad Beugewinkel 26 werden alle Kugeln 9 gleich belastet und es findet keine Bewegung der Kugeln 9 in den Kugelbahnen 4, 7 entlang der axialen Richtung (parallele zur Drehachse 3) statt. Bei einer Abbeugung des Gelenks 1 (hier wird angenommen, dass das Gelenkinnenteil 6 nach unten um 15 Winkelgrad abgebeugt wird, siehe 4) bewegen sich die Kugel 9 an der „null Winkelgrad“ Position 30 in der inneren Kugelbahnbahn 7 nach hinten, im Gelenkaußenteil 2 nach vorne. Erreicht die Kugel 9 die „90 Winkelgrad“ Position 30 (links in 3) ist sie bei der inneren und äußeren Kugelbahn 4, 7 wieder in der Mitte und bei der Weiterbewegung an die „180 Winkelgrad“ Position 30 (unten in 3) wird die Auslenkung der Kugeln 9 in den Kugelbahnen 4, 7 dann umgekehrt und die Kugel 9 wandert in der inneren Kugelbahn 7 nach vorne und in der äußeren Kugelbahn 4 nach hinten. Bei der Weiterbewegung in die „270 Winkelgrad“ Position 30 (rechts in 3) befindet sich die Kugel 9 dann in der inneren und äußeren Kugelbahn 4, 7 wieder in der Mittelstellung (wie in der „90 Winkelgrad“ Position 30).
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Mit zunehmendem Beugewinkel 26 über eine Umdrehung des Gelenks 1 ist eine immer weiter uneinheitliche Kraftübertragung der Kugel 9 zu beobachten, d.h. die Kraft 32, die von der Kugel 9 übertragen wird, führt in Näherung eine Sinusschwingung über die Umdrehung durch. Diese Schwingung ist als erster Verlauf 33 in 11 dargestellt. Dabei ist die maximale übertragene Kraft 32 bei gleichem Drehmoment größer als der konstante Wert der Kraft 32 bei nicht abgebeugtem Gelenk 1 (nicht dargestellt).
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Es hat sich für Kugelgleichlaufgelenke 1 gezeigt, dass bei Abbeugung des Gelenks eine höchste Belastung der Kugeln 9 im Bereich der „null Winkelgrad“ und der „180 Winkelgrad“ Position 30 auftritt. Gerade durch die nun vorgeschlagene besondere Form der inneren Mittellinien 7 kann eine deutliche Vergleichmäßigung der Belastung der Kugeln 9 erreicht werden.
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Der in 11 dargestellte zweite Verlauf 34 zeigt die Vergleichmäßigung der Kraft 32 für ein Kugelgleichlaufgelenk 1 gemäß der ersten Ausführungsvariante. Der Radius 19 der inneren Mittellinie 8 entspricht also ca. dem 2,8-fachen des Teilkreisdurchmessers 20 der Kugeln 9. Der in 11 dargestellte dritte Verlauf 35 zeigt die Vergleichmäßigung der Kraft 32 für ein Kugelgleichlaufgelenk 1 gemäß der zweiten Ausführungsvariante. Der Radius 19 der inneren Mittellinie 8 entspricht also ca. dem 1,4-fachen des Teilkreisdurchmessers 20 der Kugeln 9.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kugelgleichlaufgelenk
- 2
- Gelenkaußenteil
- 3
- Drehachse
- 4
- äußere Kugelbahn (des Gelenkaußenteils)
- 5
- äußere Mittellinie (der äußeren Kugelbahn)
- 6
- Gelenkinnenteil
- 7
- innere Kugelbahn (des Gelenkinnenteils)
- 8
- innere Mittellinie (der inneren Kugelbahn)
- 9
- Kugel
- 10
- erster Abstand
- 11
- erste Stirnseite
- 12
- zweite Stirnseite
- 13
- erstes Ende
- 14
- zweites Ende
- 15
- zweiter Abstand
- 16
- Maximum
- 17
- erste Distanz
- 18
- zweite Distanz
- 19
- Radius
- 20
- Teilkreisdurchmesser
- 21
- Käfig
- 22
- Käfigfenster
- 23
- Innenumfangsfläche
- 24
- Außenumfangsfläche
- 25
- Ebene
- 26
- Beugewinkel
- 27
- Bahngrund
- 28
- Kraftwinkel
- 29
- Kugelmittelpunkt
- 30
- Position
- 31
- Umfangsrichtung
- 32
- Kraft
- 33
- erster Verlauf
- 34
- zweiter Verlauf
- 35
- dritter Verlauf
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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