DE102022203464A1 - Gleichlaufgelenk - Google Patents

Abstract

Offenbart wird ein Gleichlaufgelenk (1), welches ein Gelenkaußenteil (2) mit einer Anschlussseite (6) und mit einer Öffnungsseite (8) und ein Gelenkinnenteil (4) aufweist, wobei das Gelenkaußenteil (2) mehrere axial verlaufende Laufrillen (10) aufweist und das Gelenkinnenteil (4) mehrere axial verlaufende Laufrillen (12) aufweist, wobei jeweils eine Laufrille (10) des Gelenkaußenteils (2) und eine Laufrille (12) des Gelenkinnenteils (4) eine Laufbahn für eine Kugel (14) bilden, wobei die Laufrillen (10, 12) zumindest einer Laufbahn zumindest einen ersten Abschnitt (20, 26) aufweisen, der in axialer Richtung einen gekrümmten Verlauf hat.

Description

• Vorliegende Erfindung betrifft ein Gleichlaufgelenk gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
• Gleichlaufgelenke, auch homokinetische Gelenke genannt, werden verwendet, um eine Kraftübertragung bzw. Drehmomentübertragung von einer Welle auf eine zweite Welle zu ermöglichen. Die erste Welle und die zweite Welle können auch winklig zueinander angebracht sein. Solche Gleichlaufgelenke weisen ein Gelenkaußenteil und ein Gelenkinnenteil mit dazwischen angeordneten, drehmomentübertragenden Kugeln auf. Das Gelenkaußenteil hat innere, axial verlaufende Laufrillen, die mit äußeren, axial verlaufenden Laufrillen des Gelenkinnenteils zusammenwirken, so dass die Kugeln jeweils in einer Laufbahn, die jeweils aus einem Paar von äußeren und inneren Laufrillen gebildet ist, geführt werden. Zur Führung der Kugeln wird zusätzlich ein Käfig verwendet werden, der zwischen dem Gelenkaußenteil und dem Gelenkinnenteil angeordnet ist.
• Bei den bekannten Gleichlaufgelenken verlaufen die Laufrillen axial linear, wobei die Laufrillen entweder parallel zur Rotationsachse, d.h. gerade verlaufen, oder gekippt zur Rotationsachse, d.h. schräg verlaufen.
• Bei einem Arbeitswinkel von 0°, d.h. einer axialen Ausrichtung der beiden Wellen zueinander, kann ein sehr hohes, für das jeweilige Gleichlaufgelenk maximales, Drehmoment übertragen werden. Gleichzeitig zeigen Gleichlaufgelenke bei dieser Ausrichtung eine hohe Effizienz. Bei einer Auslenkung der beiden Wellen zueinander, d.h. einem Arbeitswinkel größer als 0°, wird jedoch die Effizienz durch entstehende Reibung und Wärme reduziert.
• Diese Effizienz kann durch schräg verlaufende Laufbahnen, d.h. Laufbahnen, deren Anfang und Ende in Umfangsrichtung versetzt sind, bei einem großen Arbeitswinkel erhöht werden. Allerdings wird bei solchen Laufbahnen die Kraft zwischen einem verwendeten Käfig und den Kugeln erhöht, wodurch bereits bei niedrigeren Drehmomenten, im Vergleich zu in Umfangsrichtung nicht versetzten Laufbahnen, Beschädigungen und möglicherweise Ausfälle des Käfigs auftreten können.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gleichlaufgelenk bereitzustellen, welches in der Lage ist, eine hohe Effizienz des Gleichlaufgelenks auch bei großen Arbeitswinkeln bereitzustellen, während gleichzeitig ein hohes Drehmoment bei kleinem Arbeitswinkel übertragen werden kann.
• Diese Aufgabe wird durch ein Gleichlaufgelenk gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
• Das Gleichlaufgelenk weist ein Gelenkaußenteil mit einer Anschlussseite und mit einer Öffnungsseite und ein Gelenkinnenteil auf. Das Gelenkaußenteil weist mehrere axial verlaufende Laufrillen auf und das Gelenkinnenteil weist ebenfalls mehrere axial verlaufende Laufrillen auf, wobei jeweils eine Laufrille des Gelenkaußenteils und eine Laufrille des Gelenkinnenteils eine Laufbahn für eine Kugel bilden.
• Die Kugeln dienen der Kraft- und Drehmomentübertragung zwischen dem Gelenkaußenteil und dem Gelenkinnenteil. Auf diese Weise kann das Drehmoment einer Welle, die mit dem Gelenkaußenteil verbunden ist, auf eine Welle, die mit dem Gelenkinnenteil verbunden ist, übertragen werden oder umgekehrt. Durch die axial verlaufenden Kugellaufbahnen können zusätzlich die beiden Gelenkteile gegeneinander verkippt werden. Eine solche Verkippung führt bei rotierenden Wellen zu einer Bewegung der Kugeln in den Kugellaufbahnen.
• Um nun im Vergleich zu bisherigen Gleichlaufgelenken zu erreichen, dass das Gleichlaufgelenk sowohl eine Übertragung eines hohen Drehmoments ermöglicht, während gleichzeitig eine hohe Effizienz des Gleichlaufgelenks auch für große Arbeitswinkel, d.h. eine große Verkippung der beiden Gelenkteile zueinander, aufrechterhalten wird, weisen die axial verlaufenden Laufrillen zumindest einer Laufbahn zumindest einen ersten Abschnitt auf, der in axialer Richtung einen gekrümmten Verlauf aufweist. Im Gegensatz zu bisherigen Gleichlaufgelenken verlaufen die Laufrillen einer Laufbahn somit in axialer Richtung nicht vollständig linear, sondern weisen im axialen Verlauf zumindest teilweise eine bogenförmige Abweichung von dem axial linearen Verlauf auf. Eine solche, zumindest abschnittsweise, Krümmung hat sich als vorteilhaft in Bezug auf den Arbeitswinkel sowie die Effizienz erwiesen. Das bedeutet, dass eine solche gekrümmte Laufbahn eine hohe Effizienz bei einem hohen Arbeitswinkel ermöglicht. Wenn ein Käfig verwendet wird, wird zusätzlich die Kraft, die auf einen solchen Käfig ausgeübt wird, im Vergleich zu Laufbahnen mit einem rein linearen, schrägen Verlauf verringert, wodurch die Lebensdauer des verwendeten Käfigs verlängert und das maximal übertragbare Drehmoment erhöht wird.
• Gemäß einer Ausführungsform weisen die Laufrillen zumindest einer Laufbahn zumindest einen zweiten Abschnitt auf, der in axialer Richtung einen gekrümmten Verlauf hat, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt ein Krümmungswechsel vorgesehen ist. Das bedeutet, dass die Laufrillen einer Laufbahn im ersten Abschnitt einen Bogen in die eine Umfangsrichtung und im zweiten Abschnitt einen Bogen in die andere Umfangsrichtung beschreiben. Die Laufbahn kann auch mehrere erste und zweite Abschnitte weisen, die sich vorzugsweise abwechseln. Die Krümmungswinkel der beiden Abschnitte können identisch sein oder voneinander abweichen. Eine solche Ausgestaltung mit zumindest einem ersten und einem zweiten Abschnitt mit einem Krümmungswechsel hat den Vorteil, dass, wenn sich die Kugel bei einem Arbeitswinkel von 0° in dem Krümmungswechsel befindet, ein hohes Drehmoment zwischen den beiden Gelenkteilen übertragen werden kann, während gleichzeitig ein großer Arbeitswinkel, d.h. eine große Auslenkung der beiden Gelenkteile zueinander, mit einer hohen Effizienz in den beiden Krümmungsabschnitten ermöglicht wird. Insbesondere kann bei einem Arbeitswinkel von 0° bei dem hier vorgeschlagenen Gleichlaufgelenk ein Drehmoment übertragen werden, das dem maximal übertragbaren Drehmoment eines Gleichlaufgelenks mit axial gerade und linear verlaufenden Laufbahnen entspricht.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Laufrillen zumindest einer Laufbahn zumindest einen dritten Abschnitt auf, der linear und insbesondere gerade verläuft. Alternativ kann der dritte, linear verlaufende Abschnitt auch schräg verlaufen. In einer Ausführungsform kann der dritte Abschnitt vor oder nach dem ersten und/oder dem zweiten Abschnitt angeordnet sein. Das bedeutet, dass sich an die ersten und/oder zweiten gekrümmten Abschnitte der dritte Abschnitt anschließen und damit an einem oder beiden axialen Endbereichen der Laufbahn angeordnet sein. Bevorzugt kann der dritte Abschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt angeordnet sein. In diesem Fall kann der dritte Abschnitt insbesondere gerade verlaufen. Auf diese Weise wird der Bereich, in dem ein hohes Drehmoment übertragen wird, auf einen linearen Abschnitt ausgedehnt, statt nur auf einen kleinen Bereich des Wechsels zwischen dem ersten und dem zweiten Krümmungsabschnitt.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Krümmungswechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt, und/oder der dritte Abschnitt, in einem Winkelbereich eines Arbeitswinkels von 0°, insbesondere in einem Bereich von +/-5° um Arbeitswinkel von 0°, d.h. den aktiven Bereich der Laufbahn, angeordnet. Wie bereits oben erläutert, kann auf diese Weise der Bereich der Übertragung eines hohen Drehmoments vergrößert werden. Des Weiteren wird in dem Bereich des linearen und gerade verlaufenden dritten Abschnitts weniger Kraft auf einen Käfig im Vergleich zu den bisher bekannten linear, axial schräg verlaufenden Laufbahnen ausgeübt, was wiederum die Abnutzung und den Verschleiß eines verwendeten Käfigs reduziert.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die axialen Verläufe von zwei benachbarten Laufbahnen spiegelbildlich zueinander. Das bedeutet, dass zwei umfänglich benachbarte Laufbahnen in axialer Richtung zusammenlaufen und wieder auseinanderlaufen oder umgekehrt.
• Zumindest eine der Laufbahnen kann gemäß einer weiteren Ausführungsform keine Krümmung aufweisen, sondern stattdessen linear, in Umfangsrichtung nicht versetzt, d.h. gerade, verlaufen. Auf diese Weise können Paare von Laufbahnen, die jeweils spiegelbildlich verlaufen, gebildet werden, und die Gesamtzahl der Laufbahnen, wenn nötig, um eine weitere, axial linear verlaufende Laufbahn ergänzt werden, um die Laufbahnen gleichmäßig auf den Umfang des Gleichlaufgelenks verteilen zu können.
• Es sollte beachtet werden, dass die Laufbahnen des Gleichlaufgelenks unterschiedliche Kombinationen von ersten, zweiten und/oder dritten Abschnitten aufweisen können. Bevorzugt weisen alle Laufbahnen einen gekrümmten ersten und/oder zweiten Abschnitt sowie einen dritten, gerade verlaufenden Abschnitt auf. Andere Anordnungen sind jedoch ebenfalls möglich.
• Des Weiteren können Gruppen von Laufbahnen aus gekrümmten und ungekrümmten Laufbahnen gebildet werden. Beispielsweise kann bei neun Laufbahnen folgendes Muster gebildet werden: erster Verlauf, zweiter, zum ersten Verlauf gespiegelter Verlauf, gerader Verlauf, erster Verlauf, zweiter Verlauf, gerader Verlauf, erster Verlauf, zweiter Verlauf, gerader Verlauf. Jede andere Kombination von gekrümmten und ungekrümmten Verläufen ist ebenfalls möglich.
• Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen angegeben. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen können.
• Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
• Es zeigen:
• 1: eine Schnittansicht eines Gleichlaufgelenks;
• 2: eine perspektivische Ansicht des Gelenkinnenteils des Gleichlaufgelenks von 1;
• 3: eine Draufsicht des Gelenkinnenteils von 2;
• 4: eine perspektivische Ansicht eines Teils des Gelenkaußenteils des Gleichlaufgelenks von 1; und
• 5: eine Draufsicht des Gelenkaußenteils von 4.
• Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
• 1 zeigt ein Gleichlaufgelenk 1 mit einem Gelenkaußenteil 2 und einem Gelenkinnenteil 4. Das Gelenkaußenteil 2 kann mit einer Anschlussseite 6 mit einer ersten Welle (nicht gezeigt) verbunden werden. Eine Öffnungsseite 8 des Gelenkaußenteils 2 umfasst das Gelenkinnenteil 4. Das Gelenkinnenteil 4 kann mit einer zweiten Welle (nicht gezeigt) verbunden werden.
• Das Gelenkaußenteil 2 weist mehrere axial verlaufende Rillen 10 auf und das Gelenkinnenteil 4 weist ebenfalls mehrere axial verlaufende Rillen 12 auf. Wie in 2 gezeigt ist, kann das Gelenkinnenteil 4 als sternförmiger Ring mit mehreren axial verlaufenden Rillen 12 und einer Mittelbohrung 18 angesehen werden.
• Um eine Kraft- und Drehmomentübertragung zwischen dem Gelenkaußenteil 2 und dem Gelenkinnenteil 4 zu ermöglichen, sind Kugeln 14 vorgesehen, die durch einen Käfig 16 geführt werden. Jeweils eine äußere Laufrille 10 und eine innere Laufrille 12 bilden eine Laufbahn, wobei jeweils eine Kugel 14 in jeder Laufbahn angeordnet ist. Durch die axial verlaufenden Rillen 10, 12 können zusätzlich die beiden Gelenkteile 2, 4 gegeneinander verkippt werden. Eine solche Verkippung führt bei rotierenden Wellen zu einer Bewegung der Kugeln 14 in den Laufbahnen.
• Das Gelenkinnenteil 4 und das Gelenkaußenteil 2 werden im Folgenden unter Bezugnahme auf 2 bis 5 näher beschrieben.
• Um durch das Gleichlaufgelenk 1 sowohl eine Übertragung eines hohen Drehmoments als auch eine hohe Effizienz für große Arbeitswinkel, d.h. eine große Verkippung der beiden Gelenkteile 2, 4 zueinander zu erreichen, weisen die axial verlaufenden Laufrillen 10, 12 einer Laufbahn zumindest abschnittsweise eine Krümmung im axialen Verlauf auf. Die Laufrillen 10, 12 einer Laufbahn verlaufen somit in axialer Richtung nicht linear, sondern weisen im axialen Verlauf eine bogenförmige Abweichung von dem axial linearen Verlauf auf. Gleichzeitig wird durch die bogenförmige Ausgestaltung der Laufrillen 10, 12 einer Laufbahn die Effizienz bei großen Arbeitswinkeln erhöht. Die Kraft, die auf den Käfig 16 ausgeübt wird, wird im Vergleich zu Laufbahnen mit linearem, in Umfangsrichtung versetzten, Verlauf verringert, wodurch die Lebensdauer des Käfigs 16 verlängert wird.
• Wie in 2 bis 5 gezeigt ist, können die Laufrillen 10, 12 insbesondere zwei Krümmungswechsel mit einem linearen Abschnitt, bevorzugt ohne Versatz in Umfangsrichtung, zwischen den beiden Krümmungswechseln aufweisen.
• Im Folgenden wird hier die Laufrille 12-1 des Gelenkinnenteils 4 beschrieben, dies gilt jedoch ebenfalls für die übrigen Laufrillen des Gelenkinnenteils 4. Wie in 2 und 3 gezeigt ist, weist die Laufrille 12-1 einen ersten Abschnitt 20 auf, der gekrümmt ist. Nach einem Krümmungswechsel 21 schließt an diesen ersten Abschnitt 20 ein zweiter Abschnitt 22 an, der axial linear, ohne Versatz in Umfangsrichtung verläuft. Daran schließt wiederum nach einem Krümmungswechsel 23 ein dritter Abschnitt 24 an, der wiederum gekrümmt ist. Die Laufrille 10-1 des Gelenkaußenteils 2 (siehe 4 und 5) weist dazu komplementäre Abschnitte 26 bis 30 auf. Die beiden Abschnitte 26 und 30 sind gekrümmt und schließen einen axial linearen Abschnitt 28, ohne Versatz in Umfangsrichtung, zwischen den Krümmungswechseln 27 und 29 ein. Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass, wenn sich die Kugel in dem axial linearen Abschnitt 22, 28 befindet, ein hohes Drehmoment zwischen den beiden Gelenkteilen 2, 4 übertragen werden kann. Durch die gekrümmten Abschnitte 20, 24, 26, 30, 8 kann gleichzeitig bei großen Arbeitswinkeln eine hohe Effizienz erreicht werden.
• Bevorzugt sind immer zwei benachbarte Laufbahnen mit ihren Laufrillen (z.B. 12-1 und 12-2 sowie 10-1 und 10-2) spiegelbildlich zueinander. Die jeweils umfänglich benachbarten Laufrillen 12-1, 12-2 und 10-1, 10-2 laufen dabei an einem Ende zusammen und an dem anderen auseinander.
• Zusammenfassend wird durch das hier beschriebene Gleichlaufgelenk bei großem Arbeitswinkel eine hohe Effizienz erreicht, wobei gleichzeitig bei geringen Arbeitswinkeln ein hohes Drehmoment übertragen werden kann, das mit dem übertragbaren Drehmoment eines üblichen Gleichlaufgelenks mit axial linear verlaufenden Laufbahnen vergleichbar ist.
• Bezugszeichenliste

1

Gleichlaufgelenk

2

Gelenkaußenteil

4

Gelenkinnenteil

6

Anschlussseite

8

Öffnungsseite

10

äußere Laufrillen

12

innere Laufrillen

14

Kugel

16

Käfig

18

Bohrung

20

Krümmungsabschnitt

21

Krümmungswechsel

22

linearer Abschnitt

23

Krümmungswechsel

24

Krümmungsabschnitt

26

Krümmungsabschnitt

27

Krümmungswechsel

28

linearer Abschnitt

29

Krümmungswechsel

20

Krümmungsabschnitt

Claims (10)

1. Gleichlaufgelenk (1), welches ein Gelenkaußenteil (2) mit einer Anschlussseite (6) und mit einer Öffnungsseite (8) und ein Gelenkinnenteil (4) aufweist, wobei das Gelenkaußenteil (2) mehrere axial verlaufende Laufrillen (10) aufweist und das Gelenkinnenteil (4) mehrere axial verlaufende Laufrillen (12) aufweist, wobei jeweils eine Laufrille (10) des Gelenkaußenteils (2) und eine Laufrille (12) des Gelenkinnenteils (4) eine Laufbahn für eine Kugel (14) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufrillen (10, 12) zumindest einer Laufbahn zumindest einen ersten Abschnitt (20, 26) aufweisen, der in axialer Richtung einen gekrümmten Verlauf hat.
2. Gleichlaufgelenk nach Anspruch 1, wobei die Laufrillen (10, 12) zumindest einer Laufbahn zumindest einen zweiten Abschnitt (24, 30) aufweisen, der in axialer Richtung einen gekrümmten Verlauf hat, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt (20, 24; 28, 30) ein Krümmungswechsel (21, 23, 27, 29) vorgesehen ist.
3. Gleichlaufgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Laufrillen (10, 12) zumindest einer Laufbahn zumindest einen dritten Abschnitt (22, 28) aufweisen, der linear verläuft.
4. Gleichlaufgelenk nach Anspruch 3, wobei der dritte Abschnitt (22, 28) im axialen Verlauf vor oder nach dem ersten und/oder dem zweiten Abschnitt (20, 24, 26, 30) angeordnet ist.
5. Gleichlaufgelenk nach Anspruch 3, wobei der dritte Abschnitt (22, 28) zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt (20, 24, 26, 30) angeordnet ist.
6. Gleichlaufgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Krümmungswechsel (21, 23, 27, 29) zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt (20, 24, 26, 30) in einem Winkelbereich eines Arbeitswinkels von 0° angeordnet ist, insbesondere in einem Bereich von +/- 5° um den Arbeitswinkel von 0 °.
7. Gleichlaufgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der dritte Abschnitt (22, 28) in einem Winkelbereich eines Arbeitswinkels von 0° angeordnet ist, insbesondere in einem Bereich von +/- 5° um den Arbeitswinkel von 0.
8. Gleichlaufgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die axialen Verläufe von zwei umfänglich benachbarten Laufbahnen spiegelbildlich zueinander sind.
9. Gleichlaufgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine der Laufbahnen keinen gekrümmten Verlauf aufweist.
10. Gleichlaufgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden Laufrillen (10, 12) einer Laufbahn komplementär zueinander gekrümmt sind.

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