DE10304156A1

DE10304156A1 - Gegenbahngelenk mit verbessertem Käfig

Info

Publication number: DE10304156A1
Application number: DE10304156A
Authority: DE
Inventors: Ida Hassenrik; Stephan Dipl.-Ing. Maucher; Thomas Dipl.-Ing. Weckerling (Fh)
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 2003-02-03
Filing date: 2003-02-03
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2023-02-04
Also published as: DE10304156B4; JP2004239436A; US7393284B2; US20060154734A1; US20050090317A1

Abstract

Gegenbahngelenk mit einem Gelenkaußenteil 10, einem Gelenkinnenteil, einem Kugelkäfig 30 und drehmomentübertragenden Kugeln. Im Gelenkaußenteil 10 sind gleichmäßig umfangsverteilt abwechselnd vier erste Außenbahnen und vier zweite Außenbahnen 12 vorgesehen. Im Gelenkinnenteil sind gleichmäßig umfangsverteilt abwechselnd vier erste Innenbahnen und vier zweite Innenbahnen vorgesehen. Die ersten Außenbahnen bilden mit den ersten Innenbahnen erste Bahnpaarungen, die sich bei gestrecktem Gelenk in einer ersten Richtung erweitern. Die zweiten Außenbahnen 12 bilden mit zweiten Innenbahnen zweite Bahnpaarungen, die sich bei gestrecktem Gelenk in einer entgegengesetzten zweiten Richtung erweitern. In jeder der Bahnpaarungen ist eine Kugel gehalten. Der ringförmige Käfig 30 hat acht über den Umfang verteilte Käfigfenster, die jeweils eine der Kugeln aufnehmen und die Gesamtheit der Kugeln mit ihren Mittelpunkten in einer Ebene halten. Die zweiten äußeren Kugelbahnen 12 des Gelenkaußenteils 10 haben an einer Öffnung des Gelenkaußenteils 10 Montageerweiterungen 13 zum Einsetzen von zweiten Kugeln 32 in zweite Käfigfenster von radial außen, bei bereits vollständig mit ersten Kugeln bestückten ersten Käfigfenstern und durch Überbeugen des Gelenks axial aus dem Gelenkaußenteil 10 austretenden zweiten Käfigfenstern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gegenbahngelenk mit einem Gelenkaußenteil, einem Gelenkinnenteil, einem Kugelkäfig und drehmomentübertragenden Kugeln;
im Gelenkaußenteil sind gleichmäßig umfangsverteilt abwechselnd vier erste Außenbahnen und vier zweite Außenbahnen vorgesehen,
im Gelenkinnenteil sind gleichmäßig umfangsverteilt abwechselnd vier erste Innenbahnen und vier zweite Innenbahnen vorgesehen,
die ersten Außenbahnen bilden mit den ersten Innenbahnen erste Bahnpaarungen,
die sich bei gestrecktem Gelenk in einer ersten Richtung erweitern,
die zweiten Außenbahnen bilden mit zweiten Innenbahnen zweite Bahnpaarungen,
die sich bei gestrecktem Gelenk in einer entgegengesetzten zweiten Richtung erweitern,
in jeder der Bahnpaarungen ist eine Kugel gehalten,
der ringförmige Käfig hat acht über dem Umfang verteilte Käfigfenster, die jeweils eine der Kugeln aufnehmen und die Gesamtheit der Kugeln mit ihren Mittelpunkten in einer Ebene halten.

Gegenbahngelenke sind als solche aus der DE 100 60 119 A1 der Anmelderin bekannt, wobei die hier gezeigten Gegenbahngelenke mit sechs drehmomentübertragenden Kugeln dargestellt und beschrieben sind. Rzeppa-Festgelenke mit untereinander gleichen Bahnpaarungen mit einer Anzahl von sechs drehmomentübertragenden Kugeln, bei denen die Käfigfenster aus Montagegründen unterschiedliche Umfangslänge haben, sind in der DE 42 34 488 C1 der Anmelderin beschrieben. Aus der JP 2001232945 A sind Rzeppa-Festgelenke mit untereinander gleichartigen Bahnpaarungen bekannt, die acht Kugeln aufweisen und bei denen an den äußeren Kugelbahnen öffnungsseitig Montagetaschen zum Einsetzen der Kugeln bei Überbeugen des Gelenks vorgeschlagen sind.

Die Montage von Gleichfaufgelenken, bei der zunächst Gelenkaußenteil, Käfig und Gelenkinnenteil auf eine der bekannten Arten zusammengefügt werden und dann die Kugeln unter Überbeugen des Gelenks, d, h. Abbeugen von Gelenkinnenteil und Käfig gegenüber dem Gelenkaußenteil, so daß ein Käfigfenster des Kugelkäfigs aus dem Gelenkaußenteil heraustreten und eine Kugel von radial außen in das Käfigfenster eingesetzt werden kann, hat gewisse Nachteile. Das sogenannte Überbeugen erfordert dann, wenn die Käfigfenster bereits weitgehend mit Kugeln bestückt sind, aufgrund der relativen Umfangsbewegung der Kugeln im Kugelkäfig zueinander eine Umfangslänge der Käfigfenster, die nur während der Montage erforderlich wird, im Betrieb des Gelenks, d. h. bis zum maximalen Betriebsbeugewinkel, jedoch nicht mehr notwendig ist. Diese Verlängerung der Käfigfenster in Umfangsrichtung führt zu einer Reduzierung der Stegbreite zwischen den Käfigfenstern in Umfangsrichtung und damit zu einer Schwächung des Kugelkäfigs. Im Betrieb stellt der Käfig erfahrungsgemäß ein bruchgefährdetes Bauteil dar, das so fest wie möglich ausgelegt sein sollte.

Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gegenbahngelenk mit acht Kugeln bereitzustellen, dessen Käfig mit erhöhter Festigkeit ausgeführt werden kann. Die Lösung liegt darin, daß die zweiten äußeren Kugelbahnen des Gelenkaußenteils an einer Öffnung des Gelenkaußenteils Montageerweiterungen zum Einsetzen von zweiten Kugeln von radial außen in zweite Käfigfenster haben, bei bereits vollständig mit ersten Kugeln bestückten ersten Käfigfenstern und durch Überbeugen des Gelenks axial aus dem Gelenkaußenteil austretenden zweiten Käfigfenstern.

In bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, daß vier erste Käfigfenster, die den ersten Bahnpaarungen zugeordnet sind, in Umfangsrichtung größere Länge L1 haben als vier zweite Käfigfenster, die den zweiten Bahnpaarungen zugeordnet sind und eine Länge L2 haben, die an den Betriebsbeugewinkel des Gelenks angepaßt ist.

Durch die erfindungsgemäßen Montageerweiterungen an den Enden der zweiten äußeren Kugelbahnen ist es möglich, die Kugeln einer zweiten Kugelgruppe bei nur geringfügig über den maximalen Betriebsbeugewinkel hinaus gegenüber dem Gelenkaußenteil gebeugten Käfig einzusetzen, so daß die ersten Käfigfenster für eine erste Gruppe von Kugeln, die bereits eingesetzt sind, nur geringfügig über ihre für den Betrieb erforderliche Umfangslänge hinaus vergrößert werden müssen. Die Käfigfenster für die zweite Gruppe von Kugeln können geringere Umfangslänge haben, da die Kugeln in ihnen während ihrer Montage nicht relativ zueinander verschoben werden. Da die Kugeln der zweiten Gruppe bei der Montage einerseits auf der Beugeachse des Gelenks und andererseits in der Beugeebene des Gelenks liegen, brauchen sie dabei ausschließlich die für die Beugung im Betriebsbeugebereich erforderliche Mindestlänge. Hiermit ist eine wesentliche Verbreiterung der Stege zwischen den Käfigfenstern möglich, so daß die Festigkeit des Käfigs im Betrieb gesteigert ist. Die Belastbarkeit des erfindungsgemäßen Gelenks ist damit erhöht.

Nach einer anderen günstigen Ausführung, die besonders große Montageerweiterungen erfordert, ist vorgesehen, daß vier erste Käfigfenster, die den ersten Bahnpaarungen zugeordnet sind, in Umfangsrichtung eine Länge L1 haben, die übereinstimmt mit der Länge L2 von vier zweiten Käfigfenstern, die den zweiten Bahnpaarungen zugeordnet sind, wobei die Längen mit geringem Aufmaß an den Betriebsbeugewinkel des Gelenks angepaßt sind. Der Vorgang der Montage ist hierbei der gleiche wie zuvor beschrieben, wobei ein Vorteil darin besteht, daß der Käfig beliebig im Verhältnis zu den ersten und zweiten Bahnpaarungen eingesetzt werden kann.

Nach einer ersten günstigen Ausgestaltung, die auch in den Ausführungsbeispielen dargestellt ist, ist vorgesehen, daß entgegengesetzt zur Öffnung des Gelenkaußenteils das Gelenkaußenteil mit einem Boden versehen ist. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, daß in das Gelenkinnenteil eine Antriebswelle lösbar einsetzbar ist.

Nach einer anderen Ausführungsform, die ebenfalls in den Ausführungsbeispielen gezeigt ist, ist vorgesehen, daß mit dem Gelenkinnenteil eine Antriebswelle fest verbunden ist und das Gelenkinnenteil auf der Seite der Öffnung nach innen ausgekehlte Bahnausläufe der zweiten Innenbahnen aufweist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Figuren dargestellt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Endung sind im Vergleich mit einem Gelenk nach dem Stand der Technik in den Zeichnungen dargestellt.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenk in einer ersten Ausführung

a) in axialer Ansicht auf die Gelenköffnung
b) im Schnitt A-A nach 1 a
c) im Längsschnitt B-B nach 1 a;

2 zeigt das erfindungsgemäße Gelenk nach 1 bei Montage der ersten Kugelgruppe

a) in axialer Ansicht auf das Gelenkaußenteil
b) im Schnitt B-B nach 2a
c) mit dem Käfig als vergrößerte Einzelheit;

3 zeigt das erfindungsgemäße Gelenk bei der Montage der zweiten Kugelgruppe

a) in axialer Ansicht auf das Gelenkaußenteil
b) im Längsschnitt A-A nach 3a mit einer vergrößerten Einzelheit X
c) im Querschnitt F-F durch den Kugelkäfig nach 3b;

4 zeigt ein Gelenk nach dem Stand der Technik bei der Montage der zweiten Kugelgruppe

a) in axialer Ansicht auf das Gelenkaußenteil
b) im Längsschnitt A-A nach 4a
c) im Querschnitt F-F durch den Kugelkäfig nach 4b;

5 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenk in einer zweiten Ausführung als Scheibengelenk

a) in axialer Ansicht auf das Gelenk
b) im Längsschnitt durch das Gelenk;

6 zeigt das Gelenk nach 5 bei der Montage der zweiten Kugelgruppe mit einer vergrößerten Einzelheit X.
Die drei Einzeldarstellungen der 1 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Es ist ein Kugelgleichlauffestgelenk nach Art eines Gegenbahngelenkes mit acht Kugeln gezeigt. Ein Gelenkaußenteil 10 weist in der hier gezeigten Ausführung eine Gelenköffnung 17 und einen Boden 18 auf, an dem ein Zapfen 19 angeformt ist. Im Gelenkaußenteil 10 sind erste äußere Kugelbahnen 11 und zweite äußere Kugelbahnen 12 ausgebildet, die zu je vier Kugelbahnen über dem Umfang abwechselnd verteilt sind. Im Gelenkaußenteil 10 sitzt ein Kugelkäfig 30 und ein Gelenkinnenteil 20 ein. Im Gelenkinnenteil 20 sind erste innere Kugelbahnen 21 und zweite innere Kugelbahnen 22 zu je vier Kugelbahnen über dem Umfang abwechselnd verteilt. Erste äußere Kugelbahnen 11 bilden mit ersten inneren Kugelbahnen 21 erste Bahnpaarungen 11, 21. Zweite äußere Kugelbahnen 12 bilden mit zweiten inneren Kugelbahnen 22 zweite Bahnpaarungen 12, 22. Die ersten Bahnpaarungen 11, 21 erweitern sich bei gestrecktem Gelenk von der Öffnung 17 zum Boden 18 in einer ersten Richtung R1. Die zweiten Bahnpaarungen 12, 22 erweitern sich bei gestrecktem Gelenk vom Boden 18 zur Öffnung 17 in einer zweiten Richtung R2. In den ersten Bahnpaarungen 11, 21 sind Kugeln 31 einer ersten Kugelgruppe gehalten. In den zweiten Bahnpaarungen 12, 22 sind Kugeln 32 einer zweiten Kugelgruppe gehalten. Die Kugeln werden von einem Kugelkäfig 30 in hier nicht näher bezeichneten, in Umfangsrichtung verlaufenden Käfigfenstern im Kugelkäfig 30 in einer gemeinsamen Ebene gehalten.
Die einzelnen Darstellungen der 2 werden anschließend gemeinsam beschrieben. Es ist die Montage der vier Kugeln 31 der erste Kugelgruppe in der üblichen Weise durch Überbeugen des Gelenks gezeigt. Zum besseren Verständnis ist das Gelenkinnenteil in der Darstellung weggelassen. Das Gelenkaußenteil 10 ist in der Schnittebene B-B der ersten äußeren Kugelbahnen 11 gezeigt. Der Kugelkäfig 30 ist in der Schnittebene um den Winkel α gegenüber dem Gelenkaußenteil 10 gebeugt. Das nicht dargestellte Gelenkinnenteil ist hierbei nochmals um den gleichen Winkel α in der gleichen Ebene gegenüber dem Kugelkäfig 30 gebeugt. Drei der Kugeln 31 sind bereits in der hier dargestellten Weise montiert. Die in der Schnittebene obenliegende Kugel 31 kann in der dargestellten Position in ein aus dem Gelenkaußenteil 10 ausgetretenes erstes Kugelfenster 27 eingesetzt werden. Die ersten Käfigfenster 27 wechseln sich über dem Umfang ab mit zweiten Kugelfenstern 28, die in Umfangsrichtung abweichend bemessen sind. Die Kugelfenster 27 haben im Verhältnis zum Durchmesser der Kugeln der ersten Kugelgruppe 31 jeweils in Umfangsrichtung ein Montagespiel von 2a. Dieses Montagespiel ist ausreichend, um die Kugeln 32 der zweiten Kugelgruppe später durch das hier gezeigte Überbeugen einzusetzen, wenn die Kugeln 31 der ersten Kugelgruppe bereits montiert sind. Von Interesse ist das hier gezeigte Einsetzen der letzten der vier Kugeln 31 der ersten Kugelgruppe, bei dem der Kugelkäfig 30 um eine Querachse 14 gegenüber dem Gelenkaußenteil um den Winkel α gedreht ist und das hier nicht dargestellte Gelenkinnenteil um einen gleich großen Winkel α in der gleichen Richtung nochmals gegenüber dem Kugelkäfig 30 um die Querachse 14 gedreht ist.
In 3 werden die einzelnen Darstellungen nachstehend gemeinsam beschrieben. Das erfindungsgemäße Gelenk ist im Schnitt A-A durch die zweiten äußeren Kugelbahnen 12 des Gelenkaußenteils 10 bei der Montage der Kugeln 32 der zweiten Kugelgruppe gezeigt. Hierbei sind die Kugeln 31 der ersten Kugelgruppe bereits gemäß der vorangehenden Figur montiert. Das Gelenkinnenteil ist wieder zur besseren Darstellung vollständig weggelassen. Der Käfig 30 ist gegenüber dem Gelenkaußenteil 10 um einen Winkel β2 um eine zweite gegenüber der ersten Querachse 14 um 45° verdrehte Querachse 15 in der Schnittebene A-A gebeugt. Das nicht dargestellte Gelenkinnenteil ist hierbei um einen gleich großen Winkel β2 in der gleichen Richtung gegenüber dem Käfig 30 nochmals gebeugt. Wie insbesondere an der Einzelheit X zu erkennen ist, weisen die zweiten äußeren Kugelbahnen 12 an der Öffnung 17 des Gelenkaußenteils Abschrägungen 13 auf, die ein Einsetzen der Kugeln 32 der zweiten Kugelgruppe bei einem relativ geringen Beugewinke β2 des Kugelkäfig 30 gegenüber dem Gelenkaußenteil 10 ermöglichen. Die relativ zu ihren Käfigfenstern 28 jeweils mittig liegenden Kugeln 32 benötigen hierbei nur Fenster von der Fensterlänge L2, die der Fensterlänge für die Beugung im Betriebsbereich des Gelenkes entsprechen. Die Länge der Fenster 27 für die Kugeln 31 der ersten Kugelgruppe ist hierbei wieder mit L1 angegeben, wobei jetzt das beiderseitige Montagespiel a1 + a2 = 2a nach 2 entspricht. Hierbei kann a2 zu Null werden, so daß dann a1 = 2a ist.
Die verschiedenen Darstellungen der 4 werden nachfolgend gemeinsam beschrieben. Im wesentlichen sind die gleichen Darstellungen wie in 3, jedoch an einem Gelenk herkömmlicher Bauweise gezeigt. Die zweiten äußeren Kugelbahnen 12' weisen hierbei keine Abschrägungen an der Öffnung 17' auf, so daß der Käfig 30' um einen größeren Winkel β1 im Vergleich mit dem zuvor gezeigten Winkel β2 um die zweite gegenüber der ersten Querachse 14 um 45° verdrehten Querachse 15 gebeugt werden muß und ebenso das Gelenkinnenteil, das hier wieder nicht dargestellt ist, um einen nochmals gleich großen Winkel β1 gegenüber dem Käfig in der gleichen Richtung gebeugt werden muß, um die letzte der Kugeln 32 der zweiten Kugelgruppe in ihr Kugelfenster 28' einzusetzen. Dies hat zur Folge, daß bei unveränderter Länge L2 der zweiten Kugelfenster 28' für die zweiten Kugeln 32 eine größere Umfangslänge L1' der ersten Kugelfenster 27' für die Kugeln 31 der ersten Gruppe erforderlich wird. Hierdurch werden die Stege zwischen den Kugelfenstern 27', 28' in Umfangsrichtung kürzer und damit der Kugelkäfig insgesamt schwächer. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern wie in 2, jedoch mit einem Strich versehen, bezeichnet.
In 5 ist ein erfindungsgemäßes Gelenk in einer Ausführung als Scheibengelenk gezeigt, d. h. ein Gelenkaußenteil 10 hat hierbei gegenüberliegend zu einer Öffnung 17 eine zweite Öffnung 16 anstelle eines Bodens 18. Der Schnitt ist durch eine Ebene durch die zweiten äußeren Kugelbahnen 12 und die zweiten inneren Kugelbahnen 22 gelegt, wobei die zweiten äußeren Kugelbahnen 12 die Montageerweiterung 13 zeigen. Das Gelenkinnenteil 20 ist einstöckig mit einem Zapfen 24 verbunden. Auf der Seite der Öffnung 17 haben die zweiten inneren Kugelbahnen 22 des Gelenkinnenteils 20 Bahnausläufe 23, die ein starkes Überbeugen des Gelenkes ermöglichen. Im übrigen sind gleiche Einzelheiten mit gleichen Bezugsziffern wie in 1 versehen. Auf die dortige Beschreibung wird Bezug genommen.
In 6 ist das Gelenk nach 5 bei der Montage der letzten Kugel 32 der zweiten Kugelgruppe bei bereits montierten Kugeln 31 der ersten Kugelgruppe gezeigt. Ein Einsetzen der letzten Kugel 32 der zweiten Kugelgruppe ist aufgrund der Montageerweiterung 13 bei relativ reduziertem Beugewinkel möglich, der hier nicht im einzelnen eingezeichnet ist.

10: Außenteil
11: erste äußere Kugelbahnen
12: zweite äußere Kugelbahnen
13: Montageerweiterung
14: Schwenkachse
15: Schwenkachse
16: Öffnung
17: Öffnung
18: Boden
19: Zapfen
20: Innenteil
21: erste innere Kugelbahnen
22: zweite innere Kugelbahnen
23: Bahnauslauf
24: Zapfen
25
26
27: erste Käfigfenster
28: zweite Käfigfenster
29
30: Kugelkäfig
31: erste Kugel
32: zweite Kugel

Claims

Gegenbahngelenk mit einem Gelenkaußenteil (10), einem Gelenkinnenteil (20), einem Kugelkäfig (30) und drehmomentübertragenden Kugeln (31, 32); im Gelenkaußenteil (10) sind gleichmäßig umfangsverteilt abwechselnd vier erste Außenbahnen (11) und vier zweite Außenbahnen (12) vorgesehen, im Gelenkinnenteil (20) sind gleichmäßig umfangsverteilt abwechselnd vier erste Innenbahnen (21) und vier zweite Innenbahnen (22) vorgesehen, die ersten Außenbahnen (11) bilden mit den ersten Innenbahnen (21) erste Bahnpaarungen (B-B), die sich bei gestrecktem Gelenk in einer ersten Richtung R1 erweitern, die zweiten Außenbahnen (12) bilden mit zweiten Innenbahnen (22) zweite Bahnpaarungen (A-A), die sich bei gestrecktem Gelenk in einer entgegengesetzten zweiten Richtung R2 erweitern, in jeder der Bahnpaarungen ist eine Kugel (31, 32} gehalten, der ringförmige Käfig (30) hat acht über dem Umfang verteilte Käfigfenster (27, 28), die jeweils eine der Kugeln (31, 32) aufnehmen und die Gesamtheit der Kugeln mit ihren Mittelpunkten in einer Ebene halten, die zweiten äußeren Kugelbahnen (12) des Gelenkaußenteils (10) haben an einer Öffnung (17) des Gelenkaußenteils (10) Montageerweiterungen (13) zum Einsetzen von zweiten Kugeln (32) in zweite Käfigfenster (28) von radial außen, bei bereits vollständig mit ersten Kugeln (31) bestückten ersten Käfigfenstern (27) und durch Überbeugen des Gelenks axial aus dem Gelenkaußenteil (10) austretenden zweiten Käfigfenstern (28).
Gegenbahngelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier erste Käfigfenster (27), die den ersten Bahnpaarungen zugeordnet sind, in Umfangsrichtung größere Länge (L1) haben als vier zweite Käfigfenster (28), die den zweiten Bahnpaarungen zugeordnet sind und eine Länge (L2) haben, die an den Betriebsbeugewinkel des Gelenks angepaßt ist.
Gegenbahngelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier erste Käfigfenster (27), die den ersten Bahnpaarungen zugeordnet sind, in Umfangsrichtung eine Länge (L1) haben, die übereinstimmt mit der Länge (L2) von vier zweiten Käfigfenstern (28), die den zweiten Bahnpaarungen zugeordnet sind, wobei die Längen (L1, L2) mit geringem Aufmaß an den Betriebsbeugewinkel des Gelenks angepaßt sind.
Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß axial entgegengesetzt zur Öffnung (17) des Gelenkaußenteils das Gelenkaußenteil mit einem Boden (18) versehen ist.
Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in das Gelenkinnenteil (20) eine Antriebswelle lösbar einsetzbar ist.
Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß axial entgegengesetzt zur Öffnung (17) das Gelenkaußenteil eine zweite Öffnung (16) aufweist.
Gelenk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Gelenkinnenteil (20) eine Antriebswelle (24) fest verbunden ist und das Gelenkinnenteil auf der Seite der Öffnung (17) nach innen ausgekehlte Bahnausläufe (23) für die zweiten Innenbahnen (22) aufweist.