DE10262238B4 - Gegenbahngelenk mit gleicher Orientierung von gegenüberliegenden Bahnpaaren - Google Patents
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Abstract
Kugelgleichlauffestgelenk in Form eines Gegenbahngelenkes, umfassend ein Gelenkaußenteil (11) mit Außenbahnen (16), ein Gelenkinnenteil (21) mit Innenbahnen (26), drehmomentübertragende Kugeln (36), die in Bahnpaaren aus Außenbahnen und Innenbahnen aufgenommen sind, und einen Kugelkäfig (31) mit Käfigfenstern (34), in denen die Kugeln in einer gemeinsamen Ebene gehalten sind und bei Gelenkbeugung auf die winkelhalbierende Ebene geführt werden, erste Außenbahnen (161) bilden mit ersten Innenbahnen (261) erste Bahnpaare, deren Bahnen sich in einer ersten axialen Richtung (R1) zur Anschlußseite des Gelenkinnenteils (21) voneinander entfernen und in denen erste Kugeln (361) gehalten sind, zweite Außenbahnen (162) bilden mit zweiten Innenbahnen (262) zweite Bahnpaare, deren Bahnen sich in einer zweiten axialen Richtung (R2) zur Anschlußseite des Gelenkaußenteils (11) voneinander entfernen und in denen zweite Kugeln (362) gehalten sind, erste Bahnpaare (161, 261) liegen jeweils ersten Bahnpaaren 161, 261) radial gegenüber und zweite Bahnpaare (162, 262) liegen jeweils zweiten Bahnpaaren (162, 262) radial gegenüber, wobei erste Bahnpaare (161, 261) und zweite Bahnpaare (162, 262) über dem Umfang abwechselnd angeordnet sind und acht Bahnpaare (161, 261; 162, 262) vorgesehen sind, und wobei der Kugelkäfig (31) mit einer sphärischen Außenfläche (32) in einer sphärischen Innenfläche (18) des Gelenkaußenteils (11) gehalten ist, wobei die sphärische Innenfläche (18) einen Verlauf in Richtung einer Achse (A11) des Gelenkaußenteils (11) hat, wobei die sphärische Innenfläche (18) entlang des Verlaufs beidseits der Mittelebene des Gelenkes einander gegenüberliegende Käfigabstützflächen aufweist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Kugelgleichlauffestgelenk in Form eines Gegenbahngelenkes, umfassend ein Gelenkaußenteil mit Außenbahnen, ein Gelenkinnenteil mit Innenbahnen, drehmomentübertragende Kugeln, die in Bahnpaaren aus Außenbahnen und Innenbahnen aufgenommen sind, und einen Kugelkäfig mit Käfigfenstern, in denen die Kugeln in einer gemeinsamen Ebene gehalten sind und bei Gelenkbeugung auf die winkelhalbierende Ebene geführt werden, erste Außenbahnen bilden mit ersten Innenbahnen erste Bahnpaare, deren Bahnen sich in einer ersten axialen Richtung zur Anschlußseite des Gelenkinnenteils voneinander entfernen und in denen erste Kugeln gehalten sind, zweite Außenbahnen bilden mit zweiten Innenbahnen zweite Bahnpaare, deren Bahnen sich in einer zweiten axialen Richtung zur Anschlußseite des Gelenkaußenteils voneinander entfernen und in denen zweite Kugeln gehalten sind.
- Gegenbahngelenke der vorstehend genannten Art haben den Vorteil, daß auf die über dem Umfang abwechseln in ersten Bahnpaaren und zweiten Bahnpaaren angeordneten Kugeln von den Bahnen jeweils abwechseln in eine erste Richtung und in eine zweite Richtung weisende Kräfte ausgeübt werden. Diese Kräfte werden von Gegenkräften des Kugelkäfigs aufgefangen, die als innere Kräfte im Gleichgewicht sind, so daß auf den Käfig keine äußeren Axialkräfte ausgeübt werden. Der Käfig läuft damit relativ reibungsfrei gegenüber dem Gelenkaußenteil. Bisher ist es aus Fertigungs- und Montagegründen und in Bezug auf die bevorzugten Kugelgrößen bei Gelenken nach dem Stand der Technik üblich, daß jeweils einem ersten sich in einer ersten Richtung öffnendem Bahnenpaar ein zweites sich in einer zweiten Richtung öffnendes Bahnenpaar radial gegenüberliegt. Dies hat schwerwiegende Nachteile für die Gelenksteuerung, nämlich die Steuerungskraftverhältnisse am Käfig. Eine einwandfreie Steuerung des Käfigs ist jedoch erforderlich, um jederzeit bei Gelenkbeugung die Gesamtheit der Kugeln mit ausreichenden Steuerungskräften auf die winkelhalbierende Ebene zu führen, die den Winkel zwischen den Achsen von Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil symmetrisch teilt. Die Gründe für diese nachteilige Steuerung bei Gelenken nach dem Stand der Technik werden anhand der Zeichnungen später näher erläutert.
- Aus der
DE 40 42 391 C2 ist ein Gegenbahngelenk in Form eines Scheibengelenks mit beidseitig offenem Gelenkaußenteil bekannt, bei dem das Gelenkaußenteil von einer Glocke mit Anschlusswellenzapfen umfangen ist. Bei diesem Gegenbahngelenk sind zwölf Kugeln und somit zwölf Bahnpaare vorgesehen. Diese hohe Kugelzahl ist nur für Gegenbahngelenke mit kleinem Beugewinkel geeignet. Eine Verwendung eines derartigen Gegenbahngelenks in Seitenwellen beispielsweise ist damit nicht möglich. - Aus der
GB 847569 A - Die
DE 40 42 390 C2 zeigt ein Gegenbahngelenk in Form eines Scheibengelenks mit beidseitig offenem Gelenkaußenteil, bei dem das Gelenkaußenteil in eine Glocke mit einem Anschlusswellenzapfen eingefügt ist, Bei diesem Gelenk sind acht Bahnpaare, die in Umfangsrichtung betrachtet, paarweise angeordnete erste Bahnpaare und paarweise angeordnete zweite Bahnpaare umfassen, vorgesehen. Die Steuerungseigenschaften dieses Gegenbahngelenks sind sehr ungünstig. - Aus der
DE 39 25 857 A1 ist ein Gleichlaufdrehgelenk mit sechs Kugeln in untereinander gleichartig ausgebildeten Bahnpaaren bekannt, die sich in Richtung zum Gelenkboden hin öffnen. Aus Montagegründen ist der Gelenkboden daher ein separat gefertigtes am Gelenkaußenteil angesetztes Bauteil. - Aus der älteren, nachveröffentlichten
DE 102 09 933 A1 ist ein Gegenbahngelenk der vorgenannten Art bekannt, das als Scheibengelenk ausgeführt ist. Das besondere Verhalten der Steuerkräfte im abgebeugten Zustand des Gelenks wird dort nicht betrachtet. - Aus der
DE 1 831 826 U ist ein Gegenbahngelenk mit einer geraden Anzahl von Kugeln bekannt, wobei unterschiedlich orientierte Bahnpaare entlang der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind. Dort wird davon ausgegangen, dass ein solches Gelenk axialkraftfrei ist. Es wird daher vorgeschlagen, den Käfig mit Spiel zum Gelenkaußenteil anzuordnen. - Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gegenbahngelenk mit verbesserten Steuereigenschaften bereitzustellen. Die Lösung hierfür besteht darin, daß erste Bahnpaare jeweils ersten Bahnpaaren radial gegenüberliegen und zweite Bahnpaare jeweils zweiten Bahnpaaren radial gegenüberliegen, wobei erste Bahnpaare und zweite Bahnpaare über dem Umfang abwechselnd angeordnet sind und acht vorzugsweise gleichmäßig umfangsverteilte Bahnpaare vorgesehen sind und wobei der Kugelkäfig mit einer sphärischen Außenfläche in einer sphärischen Innenfläche des Gelenkaußenteils gehalten ist, wobei die sphärische Innenfläche einen Verlauf in Richtung einer Achse des Gelenkaußenteils hat, wobei die sphärische Innenfläche entlang des Verlaufs beidseits der Mittelebene des Gelenkes einander gegenüberliegende Käfigabstützflächen aufweist. Ein erfindungsgemäßes Gelenk zeichnet sich im abgebeugten Zustand durch dauernd von null verschiedene resultierende Steuerungskräfte, die von Bahnpaaren auf jeweils sich gegenüberliegende Kugelpaare ausgeübt werden, aus, so daß insgesamt die Käfigsteuerung wesentlich verbessert wird. Die Begründung für diese verbesserte Steuerungskraftverhältnisse werden anhand der Zeichnungen erläutert.
- Ein erfindungsgemäßes Gelenk im Vergleich mit einem Gelenk nach dem Stand der Technik ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend erläutert.
-
1 zeigt ein Gegenbahngelenk nach dem Stand der Technik - a) in axialer Ansicht auf die Gelenköffnung,
- b) in einem Längsschnitt gemäß der Schnittebene A-A,
- c) in einem Längsschnitt gemäß der Schnittebene B-B;
-
2 zeigt ein Gelenk nach1 unter Darstellung der axialen Kugelkräfte - a) im Längsschnitt,
- b) in Abwicklung des Käfigs;
-
3 zeigt ein gebeugt umlaufendes Gelenk nach1 - a) in axialer Ansicht,
- b) im Längsschnitt,
- c) in einer Einzelheit mit Käfig und Kugeln,
- d) in einer Darstellung des Steuerwinkels („control angle”) für zwei gegenüberliegende Kugeln;
-
4 zeigt ein Gegenbahngelenk gemäß der Erfindung - a) in axialer Ansicht auf die Gelenköffnung,
- b) in einem Längsschnitt gemäß der Schnittebene A-A,
- c) in einem Längsschnitt gemäß der Schnittebene B-B;
-
5 zeigt ein Gelenk nach4 unter Darstellung der axialen Kugelkräfte - a) im Längsschnitt,
- b) in Abwicklung des Käfigs;
-
6 zeigt ein gebeugt umlaufendes Gelenk nach4 - a) in axialer Ansicht,
- b) im Längsschnitt,
- c) in einer Einzelheit mit Käfig und Kugeln,
- d) in einer Darstellung des Steuerwinkels („control angle”) für zwei gegenüberliegende Kugeln.
- Die Darstellungen der
1 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Ein nicht erfindungsgemäßes Gelenkaußenteil11 umfaßt einen Innenraum12 mit einer Öffnung13 und einem gegenüberliegenden Boden14 . An dem Boden14 ist ein Anschlußzapfen15 angeformt. Im Innenraum12 sitzt ein Gelenkinnenteil21 mit einer Innenöffnung22 zum Einstecken eines Wellenzapfens. Zwischen Gelenkaußenteil11 und Gelenkinnenteil21 sitzt ein Kugelkäfig31 . Das Gelenk umfaßt erste Außenbahnen16 1 und erste Innenbahnen26 1, die sich in einer ersten Richtung R1 voneinander entfernen, die von der Gelenkmitte zur Öffnungsseite des Gelenkaußenteils weist. Das Gelenk umfaßt weiterhin zweite Außenbahnen16 2 und zweite Innenbahnen26 2, die sich in einer zweiten Richtung R2 voneinander entfernen, die von der Gelenkmitte ausgesehen zur Zapfenseite des Gelenkaußenteils weist. Erste Außenbahnen16 1 und erste Innenbahnen26 1 bilden erste Bahnpaare miteinander; zweite Außenbahnen16 2 und zweite Innenbahnen26 2 bildet zweite Bahnpaare miteinander. In den aus Innenbahnen und Außenbahnen gebildeten Bahnpaaren sitzen drehmomentübertragende Kugeln36 1,36 2. Der Kugelkäfig31 hat eine sphärische Außenfläche32 , die in einer sphärischen Innenfläche18 des Gelenkaußenteils gehalten ist. Die Kugeln sind in Fenstern34 des Käfigs31 gehalten. In jedem radialen Schnitt durch Kugelbahnen durch das ganze Gelenk liegen sich jeweils erste Bahnpaare16 1,26 1 und zweite Bahnpaare16 2,26 2 gegenüber, wie es sowohl aus dem Schnitt A-A als auch aus dem Schnitt B-B ersichtlich ist. Auf die Kugeln36 1 in den ersten Bahnpaaren werden von den Bahnen Kräfte ausgeübt, die in die erste Richtung R1 weisen. Auf die Kugeln36 2 in den zweiten Bahnpaaren werden von den Bahnen Kräfte ausgeübt, die in die zweite R2 weisen. Dies gilt jeweils für den Fall der Drehmomentübertragung und führt zu einer inneren Belastung des Käfigs. Da sich die Kräfte jedoch paarweise ausgleichen, ist der Käfig insgesamt axial kraftfrei im Gelenkaußenteil gehalten. Hierdurch sind die Reibungskräfte zwischen Käfig und Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil bei gebautem umlaufenden Gelenk gering. - In
2 (nicht erfindungsgemäß) sind die von den Bahnpaaren16 1,26 1,16 2,26 2 auf die Kugeln36 1,36 2 ausgeübten Kräfte nochmals für vier Kugeln dargestellt sowie in der Abwicklung des Käfigs34 die jeweiligen Gegenkräfte auf die Kugeln, die vom Käfig aufzubringen sind. Bei insgesamt sechs Kräften, die jeweils abwechselnd in entgegengesetzte Richtung wirken, ist der Käfig34 nach außen gegenüber dem Gelenkaußenteil11 und dem Gelenkinnenteil21 kräftefrei. - Die einzelnen Darstellungen der
3 (nicht erfindungsgemäß) werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Ein Gelenk nach1 (nicht erfindungsgemäß) ist in abgewinkeltem Zustand dargestellt, wobei zwischen der Achse A11 des Gelenkaußenteils11 und der Achse A21 des Gelenkinnenteils21 ein Beugewinkel β eingestellt ist. Der Winkel zwischen den Achsen A11, A21 wird durch die winkelhalbierende Ebene E symmetrisch geteilt. Die Darstellung b) zeigt einen Längsschnitt in der durch die Achsen A11, A21 aufgespannten sogenannten Beugeebene. Die Kugeln sind umlaufend von 1 bis 6 numeriert, wobei die Kugeln 1 und 4 in der Beugeebene liegen. In den Berührpunkten der Kugeln 1 und 4 mit den Kugelbahnen sind jeweils Tangenten an die Kugeln angelegt. Die Tangenten an die Kugel 1 schließen einen Steuerwinkel α1 ein, die Tangenten an die Kugel 4 einen Steuerwinkel α4, der aus Symmetriegründen gleichgroß ist. Von null verschiedene Steuerwinkel („control angle”) sind erforderlich, um bei Abwinklung der Achsen A11, A21 durch die Kugelbahnen Kräfte auf die Kugeln auszuüben, damit diese den Käfig auf die winkelhalbierende Ebene E steuern können. Hierbei ist es zulässig, daß an einzelnen Kugeln die Steuerkräfte zu Null werden, wenn an anderen Kugeln große Steuerkräfte vorliegen. In der Darstellung d) sind für die Kugeln 1 und 4 die genannten Steuerwinkel („control angle”) α1, α4 quantitativ über eine Gelenkumdrehung bei relativ zueinander feststehenden Achsen A11, A21 dargestellt. Aus der Darstellung wird ersichtlich, daß zweimal über dem Umfang, insbesondere bei einem Drehwinkel von 210° und von 330° der Steuerwinkel („control angle”) der Kugeln 1 und 4 gleichzeitig zu Null wird. Damit werden gemäß Darstellung c) auch die Kräfte F1 und F4, die außerhalb dieser Winkelstellungen ein Kräftepaar bilden, das ein Kippmoment erzeugt, zu null. Selbst unter Berücksichtigung der Tatsache, daß zwei weitere Kugelpaare phasenversetzt mit von null verschiedenen Kräftepaaren wirksam sind, ist die Käfigsteuerung hierbei relativ schlecht. - Die Darstellungen der
4 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Ein Gelenkaußenteil11 umfaßt einen Innenraum12 mit einer Öffnung13 und einem gegenüberliegenden Boden14 . An dem Boden14 ist ein Anschlußzapfen15 angeformt. Im Innenraum12 sitzt ein Gelenkinnenteil21 mit einer Innenöffnung22 zum Einstecken eines Wellenzapfens. Zwischen Gelenkaußenteil11 und Gelenkinnenteil21 sitzt ein Kugelkäfig31 . Das Gelenk umfaßt erste Außenbahnen16 1 und erste Innenbahnen26 1, die sich in einer ersten Richtung R1 voneinander entfernen, die von der Gelenkmitte zur Öffnungsseite des Gelenkaußenteils weist. Das Gelenk umfaßt weiterhin zweite Außenbahnen16 2 und zweite Innenbahnen26 2, die sich in einer zweiten Richtung R2 voneinander entfernen, die von der Gelenkmitte ausgesehen zur Zapfenseite des Gelenkaußenteils weist. Erste Außenbahnen16 1 und erste Innenbahnen26 1 bilden erste Bahnpaare miteinander; zweite Außenbahnen16 2 und zweite Innenbahnen26 2 bildet zweite Bahnpaare miteinander. In den aus Innenbahnen und Außenbahnen gebildeten Bahnpaaren sitzen drehmomentübertragende Kugeln36 1,36 2. Der Kugelkäfig31 hat eine sphärische Außenfläche32 , die in einer sphärischen Innenfläche18 des Gelenkaußenteils gehalten ist. Die Kugeln sind in Fenstern34 des Käfigs31 gehalten. In radialen Schnitten durch Kugelbahnen durch das ganze Gelenk liegen jeweils erste Bahnpaare ersten Bahnpaaren gegenüber, wie es aus dem Schnitt B-B ersichtlich ist, oder es liegen jeweils zweite Bahnpaare zweiten Bahnpaaren gegenüber, wie es aus dem Schnitt A-A ersichtlich ist. Auf die Kugeln36 1 in den ersten Bahnpaaren16 1,26 1 werden von den Bahnen Kräfte ausgeübt, die in die erste Richtung R1 weisen. Auf die Kugeln36 2 in den zweiten Bahnpaaren16 2,26 2 werden von den Bahnen Kräfte ausgeübt, die in die zweite R2 weisen. Dies gilt für den Fall der Drehmomentübertragung bei gestrecktem Gelenk und führt zu einer inneren Belastung des Käfigs. Da sich die Kräfte jedoch paarweise ausgleichen, ist der Käfig insgesamt axial kraftfrei im Gelenkaußenteil gehalten. Hierdurch sind die Reibungskräfte zwischen Käfig und Gelenkaußenteil bei gebautem umlaufenden Gelenk gering. - In
5 sind die von den Bahnen auf die Kugeln ausgeübten Kräfte im Schnitt nochmals für vier Kugeln dargestellt sowie in der Abwicklung des Käfigs die jeweiligen Gegenkräfte auf die Kugeln, die vom Käfig aufzubringen sind. Bei insgesamt acht Kräften, die jeweils abwechselnd in entgegengesetzte Richtung wirken, ist der Käfig nach außen kräftefrei. - Die einzelnen Darstellungen der
6 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Ein Gelenk nach4 ist in abgewinkeltem Zustand dargestellt, wobei zwischen der Achse A11 des Gelenkaußenteils11 und der Achse A21 des Gelenkinnenteils21 ein Beugewinkel β eingestellt ist. Der Winkel zwischen den Achsen A11, A21 wird durch die winkelhalbierende Ebene symmetrisch geteilt. Die Darstellung b) zeigt einen Längsschnitt in der durch die Achsen aufgespannten sogenannten Beugeebene. Die Kugeln sind umlaufend von 1 bis 8 numeriert, wobei die Kugeln 1 und 5 in der Beugeebene liegen. In den Berührpunkten der Kugeln 1 und 5 mit den Kugelbahnen sind jeweils Tangenten an die Kugeln angelegt. Die Tangenten an die Kugel 1 schließen einen Steuerwinkel α1 ein, die Tangenten an die Kugel 5 einen Steuerwinkel α5, der aus Symmetriegründen gleichgrßl ist. Von null verschiedene Steuerwinkel („control angle”) sind erforderlich, um bei Abwinklung der Achsen A11, A21 durch die Kugelbahnen Kräfte auf die Kugeln auszuüben, damit diese den Käfig auf die winkelhalbierende Ebene E steuern können. Hierbei ist es zulässig, daß an einzelnen Kugeln die Steuerkräfte zu Null werden, wenn an anderen Kugeln große Steuerkräfte vorliegen. In der Darstellung d) sind für die Kugeln 1 und 5 die genannten Steuerwinkel („control angle”) α1, α5 quantitativ über eine Gelenkumdrehung bei relativ zueinander feststehenden Achsen A11, A21 dargestellt. Aus der Darstellung wird ersichtlich, daß für jede der Kugeln 1 und 5 zweimal über dem Umfang, nämlich bei einem Drehwinkel von 30° und von 150° der Steuerwinkel („control angle”) α5 für die Kugel 5 und bei einem Drehwinkel von 210° und 330° der Steuerwinkel α1 für die Kugel 1 zu null wird. Dabei ist jedoch immer der Steuerwinkel („control angle”) der jeweils radial gegenüberliegenden Kugel von null verschieden. Damit bleibt auch das Kräftepaar aus den Kräften F1 und F4, das ein Kippmoment erzeugt, ständig von null verschieden. Aus6d) ist auch zu erkennen, dass die (für die Kugeln 1 und 5 veranschaulichten) Steuerwinkel („control angle”) mit Ausnahme an den Drehwinkel-Positionen 0° und 180° („rotational angle”) betragsmäßig voneinander verschieden sind. Bei allen Drehwinkeln ist die Käfigsteuerung hierdurch außerordentlich gut.
Claims (2)
- Kugelgleichlauffestgelenk in Form eines Gegenbahngelenkes, umfassend ein Gelenkaußenteil (
11 ) mit Außenbahnen (16 ), ein Gelenkinnenteil (21 ) mit Innenbahnen (26 ), drehmomentübertragende Kugeln (36 ), die in Bahnpaaren aus Außenbahnen und Innenbahnen aufgenommen sind, und einen Kugelkäfig (31 ) mit Käfigfenstern (34 ), in denen die Kugeln in einer gemeinsamen Ebene gehalten sind und bei Gelenkbeugung auf die winkelhalbierende Ebene geführt werden, erste Außenbahnen (16 1) bilden mit ersten Innenbahnen (26 1) erste Bahnpaare, deren Bahnen sich in einer ersten axialen Richtung (R1) zur Anschlußseite des Gelenkinnenteils (21 ) voneinander entfernen und in denen erste Kugeln (36 1) gehalten sind, zweite Außenbahnen (16 2) bilden mit zweiten Innenbahnen (26 2) zweite Bahnpaare, deren Bahnen sich in einer zweiten axialen Richtung (R2) zur Anschlußseite des Gelenkaußenteils (11 ) voneinander entfernen und in denen zweite Kugeln (36 2) gehalten sind, erste Bahnpaare (16 1,26 1) liegen jeweils ersten Bahnpaaren16 1,26 1) radial gegenüber und zweite Bahnpaare (16 2,26 2) liegen jeweils zweiten Bahnpaaren (16 2,26 2) radial gegenüber, wobei erste Bahnpaare (16 1,26 1) und zweite Bahnpaare (16 2,26 2) über dem Umfang abwechselnd angeordnet sind und acht Bahnpaare (16 1,26 1;16 2,26 2) vorgesehen sind, und wobei der Kugelkäfig (31 ) mit einer sphärischen Außenfläche (32 ) in einer sphärischen Innenfläche (18 ) des Gelenkaußenteils (11 ) gehalten ist, wobei die sphärische Innenfläche (18 ) einen Verlauf in Richtung einer Achse (A11) des Gelenkaußenteils (11 ) hat, wobei die sphärische Innenfläche (18 ) entlang des Verlaufs beidseits der Mittelebene des Gelenkes einander gegenüberliegende Käfigabstützflächen aufweist. - Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenkaußenteil (
11 ) auf der Anschlußseite des Gelenkaußenteils einen einstückig angeformten Gelenkboden (14 ) hat.
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