DE10317146A1

DE10317146A1 - Gleichlauffestgelenk und Montageverfahren

Info

Publication number: DE10317146A1
Application number: DE10317146A
Authority: DE
Inventors: Gregor Schaaf; Gerhard Kaiser
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2004-12-16
Also published as: US7175531B2; US20060063596A1; CN1774581A; WO2004090365A1; CN100585206C

Abstract

Ein Gleichlauffestgelenk (1) weist ein Außenteil (2), ein Innenteil (3) und einen zwischen diesen selbsthaltend aufgenommenen Vollkäfig (4) mit Fenstern (5) zum Halten von Kugeln (6) in Laufbahnen (7, 8) an dem Außenteil (2) und dem Innenteil (3) auf. Der Käfig (4) ist mit kugelförmigen Außenflächen (4.2) an dem Außenteil (2) und mit kugelförmigen Innenflächen (4.3) an dem Innenteil (3) um einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt (M) geführt. Das Außenteil (2) und der Käfig (4) sind beim Zusammenbau in Richtung ihrer Bauteilachsen ineinanderschiebbr. Dies erlaubt eine besonders kompakte Bauweise bei Gleichlauffestgelenken (1) mit Stuber-Offset. Besondere Aussparungen am Außenteil (2) erlauben es, die Kugeln (6) auch dann einzusetzen, wenn das Innenteil (3) bereits mit einer Welle verbunden ist. Weiterhin wird ein Montageverfahren für ein solches Gelenk vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gleichlauffestgelenk mit einem Außenteil, einem Innenteil und einem zwischen diesen selbsthaltend aufgenommenen Vollkäfig mit Fenstern zum Halten von Kugeln in Laufbahnen an dem Außenteil und dem Innenteil, wobei der Käfig mit kugelförmigen Außenflächen an dem Außenteil und mit kugelförmigen Innenflächen an dem Innenteil um einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt geführt ist und das Außenteil und der Käfig beim Zusammenbau in Richtung ihrer Bauteilachsen ineinanderschiebbar sind. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Montageverfahren für ein solches Gelenk.
Die Konzentrizität im Sinne dieser Anmeldung schließt auch sehr kleine axiale Abweichungen der Krümmungsmittelpunkte mit ein. Jedoch dienen die Abweichungen dann nicht wie bei Doppeloffsetkäfigen vorrangig zur Steuerung des Gelenks. Diese wird bei dem hier interessierenden Gleichlauffestgelenktyp (Stuber-Offset) vielmehr über jeweils zu den kugeligen Zentrierflächen versetzte Kugellaufbahnen realisiert.
Gleichlauffestgelenke weisen aufgrund ihrer Geometrie besondere Montageprobleme auf. Umständlich ist vor allem der Einbau des Käfigs und der Kugeln zwischen dem Innenteil und dem Außenteil, da jeweils zwischen dem Käfig und dem Außenteil bzw. dem Käfig und dem Innenteil eine Führung in der Art einer Kugelkalotte vorgesehen ist und das Gelenk im zusammengebauten Zustand axial nicht auseinanderfallen soll. Der Käfig kann daher nicht einfach axial in seine Montageposition in dem Außenteil eingeschoben werden.
Bei herkömmlichen Gleichlauffestgelenken werden beim Zusammenbau des Käfigs mit dem Außenteil zunächst die Bauteilachsen des Außenteils und des Käfigs etwa 90 Grad zueinander angewinkelt. In diesem zu der Betriebsposition verdrehten Zustand wird der Käfig in das Außenteil eingeführt. Durch eine anschließende Verdrehung in dem Außenteil erfolgt dann die Ausrichtung der Bauteilachsen zueinander.

Aufgrund der beengten räumlichen Verhältnisse werden zur Erleichterung des verschwenkten Einführens des Käfigs in das Außenteil und des anschließenden Verdrehens an dem Käfig Ausnehmungen vorgesehen, und zwar vorzugsweise im Bereich der Fenster des Käfigs, wie dies in der DE 102 01 169 A1 gezeigt ist. Allerdings ist hiermit grundsätzlich eine Schwächung des Käfigs verbunden.

Desweiteren ist aus der US 4,231,232 A ein Gleichlauffestgelenk bekannt, bei dem im Unterschied zu dem Gelenktyp nach der Erfindung der Steuerungsoffset im Kugelkäfig realisiert ist. Der Krümmungsmittelpunkt der kugeligen Außenfläche ist zum Krümmungsmittelpunkt der kugeligen Innenfläche des Kugelkäfigs deutlich axial versetzt. Bei diesem Gelenk ist eine axiale Montage möglich. Zu diesem Zweck sind die Fenster an dem Käfig breiter als üblich ausgeführt. Zudem ist den Fenstern in Einschubrichtung jeweils eine Ausnehmung vorgelagert. Auf diese Weise läßt sich der Käfig zwischen den Stegen, welche zwischen den einzelnen Laufbahnen des Außenteils radial nach innen vorspringen, in das Außenteil einschieben. Die Fenster sind dabei zunächst zu den Stegen ausgerichtet. Durch eine anschließende koaxiale Verdrehung um eine halbe Teilung gelangt der Käfig dann in seine Betriebstellung, in der dieser axial in dem Außenteil gesichert ist.

Allerdings verursachen die in der US 4,231,232 A erforderlichen Ausnehmungen einen hohen Fertigungsaufwand, schwächen den Käfig und begrenzen den maximalen Beugewinkel des Gelenkes, da die Kugelführungsflächen des Käfigs in radialer Richtung verkleinert werden. Käfige dieser Bauart sind zudem relativ dickwandig ausgeführt, wodurch wiederum die Kugelumschlingung in den Laufbahnen des Innen- und Außenteils entsprechend geringer ausfällt.

Ein erfindungsgemäß ausgeführtes Gleichlauffestgelenk mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 nutzt nunmehr die Vorteile der axialen Montage auch bei einem Gelenktyp, bei dem der Steuerungsoffset zwischen den gekrümmten Kugellaufbahnen und den Zentrierkugelflächen (Stuber-Offset) realisiert ist. Bei dieser Gelenkausführung sind die kugelige Innenfläche und kugelige Außenfläche des Kugelkäfigs konzentrisch bzw. mit nur kleinem axialen Offset ausgeführt. Hierbei sind keine Aussparungen im Fensterbereich des Käfigs für die Montage des Käfigs in das Außenteil notwendig. Die erfindungsgemäße Ausführung sieht außerdem vor, Vorteile die aus der axialen Montage erwachen unter dem Gesichtspunkt der Raumökonomie weiter auszubauen.

Vorzugsweise wird die sphärische Außenfläche des Käfigs lediglich durch dessen Fenster unterbrochen, so daß der Käfig nicht geschwächt und damit besonders dünnwandig ausgestaltet werden kann. Dies ermöglicht wiederum eine tendenziell kompaktere Bauform von Stuber-Offset-Gelenken.

Der Käfig ist in seiner Betriebsstellung in der einen Hinterschnitt aufweisenden Zentrierkugel des Außenteils gehalten. Es werden daher keine zusätzlichen axialen Sicherungselemente benötigt, um den Käfig im Außenteil abzustützen, wodurch der Herstellungs- und Montageaufwand trotz axialem Einschieben gering bleibt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich gegenüber dem vorstehend genannten Stand der Technik insbesondere dadurch aus, daß der Abstand L1 zwischen dem Glockengrund des Außenteils und dem Drehmittelpunkt M des Käfigs kleiner ist, als der Radius L2 der kugelförmigen Innenfläche des Außenteils.

Gegenüber herkömmlichen Gleichlauffestgelenken mit glockenförmigem Außenteil ist hierdurch eine deutliche kürzere axiale Baulänge und kompaktere Bauweise möglich. Zudem wird eine Gewichteinsparung erzielt. An einem Kraftfahrzeug läßt sich durch Verwendung eines erfindungsgemäßen Gleichlauffestgelenks der Gelenkdrehpunkt weiter nach außen verschieben und damit ein tendenziell kleiner Wendekreis realisieren, da das Beugevermögen gegenüber herkömmlichen Gleichlauffestgelenken unverändert bleibt.

Vorzugsweise beträgt das Abstandsverhältnis L1/L2 weniger als 0,9, vorzugsweise sogar weniger als 0,8. Eine besonders kompakte Bauweise wird mit Abstandsverhältnissen L1/L2 von weniger als 0,75 erzielt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Käfig an seiner zu dem Glockengrund weisenden Stirnseite nach außen abgeschrägt. Dadurch kann die axiale Baulänge des Außenteils noch weiter verringert werden.

Diese Abschrägung des Käfigs liegt bevorzugt in einem Winkelbereich von 15 bis 40 Grad bezogen auf dessen Stirnebene und weiter bevorzugt in einem Winkelbereich von 23 bis 32 Grad.

Weiterhin kann der Öffnungswinkel der Kugellaufbahnen derart konfiguriert werden, daß unter Betriebslast die Abstützung des Käfigs im Außenteil an der Seite erfolgt, zu der der Öffnungswinkel der Laufbahnen weist. Üblicherweise stützt sich der Kugelkäfig unter Betriebslast im Gelenk also an der Öffnungsseite des Außenteils ab. Das bedeutet, eine Reduzierung der Abstützfläche durch eine erfindungsgemäße Fase wirkt sich nicht negativ aus. Bei einer Konstruktion, in dem der benötigte Freiraum durch eine geringere Käfigbreite geschaffen würde, ginge am Innendurchmesser des Käfigs Abstützfläche für das Innenteil verloren. Ein Verlust der Abstützfläche am Innenteil würde die Reibung im Gelenk erhöhen und die Bauteilpositionierung verschlechtert, was eine Verschlechterung der Gelenklebensdauer zur Folge hat, außerdem würde vor allem bei großen Beugewinkeln die Festigkeit des Gelenkes beeinträchtigt. Demgegenüber bietet die erfindungsgemäße Lösung eine Verminderung des benötigten Bauraums ohne Festigkeits- und Funktionseinbußen.

Zur Erleichterung der Montage sind gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Laufbahnen an dem Außenteil an ihrem Auslauf zur Öffnungsseite jeweils mit einer radialen Aussparung versehen, derart, daß in einer stark angewinkelten Stellung zwischen dem Innenteil und dem Außenteil mit der Laufbahn des Außenteils eine Öffnung gebildet wird, durch welche eine Kugel in den zwischen den zugehörigen Laufbahnen gebildeten Raum einführbar ist. Dies erlaubt, wie weiter unten noch näher erläutert wird, ein einfaches Einsetzen der Kugeln in die ansonsten bereits fertigmontierte Anordnung aus Innenteil, Außenteil und Käfig.

Die axiale Montage des erfindungsgemäßen Kugelkäfigs kann auch erfolgen, wenn das Innenteil und eine Profilwelle bereits in den Käfig montiert sind. Bei Ausführungen nach dem Stand der Technik würde die Profilwelle hingegen das Einschieben des Kugelkäfigs behindern. Eine Ausführung der Erfindung sieht vor, das die Kugeln eingesetzt werden, nachdem das Innenteil und die Profilwelle bereits montiert sind. Durch Aussparungen im Bereich der Kugellaufbahnausläufe im Außenteil ist es möglich, in der Montageposition die Profilwelle soweit abzuwinkeln, daß das Einsetzen jeweils einer Kugel in den Kugelkäfig ermöglicht wird.

Vorzugsweise sind die Aussparungen so ausgeführt, daß bei einem maximalen Betriebsbeugewinkel die Kugelabstützung im Bereich des Laufbahnauslaufs ausreichend ist. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kugellaufbahnen an dem Außenteil einen elliptischen oder gotischen Querschnitt aufweisen. In diesem Fall stützen sich nämlich die Kugeln an den Flanken und nicht unmittelbar am Grund der Laufbahn ab, so daß die Aussparungen, welche vor allem an den Laufbahngrund heranreichen, verhältnismäßig groß ausgeführt werden können, ohne die Trageigenschaften zu beeinträchtigen.

Weiterhin ist es hierfür günstig, Kugeln mit einem großen Durchmesser zu verwenden. Daher werden gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung Kugeln vorgesehen, die im Verhältnis zu einer an dem Innenteil vorgesehenen Welle einen Durchmesser im Bereich von 0,8 bis 1 aufweisen.

Prinzipiell kann die Welle als Profilwelle ausgebildet sein, die in dem Innenteil beispielsweise über eine Verzahnung festgelegt ist. Zudem eröffnet die Erfindung die Möglichkeit, Gelenkwellen mit einer unlösbaren Verbindung zwischen der Welle und dem Innenteil vorzusehen. Weiterhin ist es möglich, die Welle und das Innenteil einstückig miteinander auszubilden. Im letztgenannten Fall sind dann die Laufbahnen unmittelbar an einem Wellenabschnitt, der gegebenenfalls auch einen gegenüber der restlichen Welle größeren Durchmesser aufweist, vorgesehen. Dadurch können Verbindungs- und Sicherungselemente zwischen der Welle und dem Innenteil entfallen. Zudem können der Herstellung und Montage der Einzelteile Kostenvorteile erzielt werden. Ein zusätzlicher Funktionsvorteil resultiert daraus, daß Verdrehspiele, wie sie bei herkömmlichen Ausführungen zwischen der Kerbverzahnung einer Profilwelle und dem Innenteil entstehen können, sicher vermieden werden. Das Fehlen einer Verzahnung wirkt sich überdies günstig auf die Bauteilfestigkeit aus, da eine durch die Verbindung verursachte Kerbwirkung unterbleibt.

Im Hinblick auf die Montage der Kugeln können gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Aussparungen an den Laufbahnenausläufen des Außenteils konturkonform zu der Welle ausgebildet sein, wenn die Welle im Kugelmontagewinkel gegen das Außenteil anliegt. Dies ermöglicht einen Montageablauf, bei dem die Kugeln nach dem Zusammenbau von Außenteil, Innenteil und Käfig in die Fenster des letzteren eingesetzt werden, da sich so trotz kompakter Bauweise des Gelenks sehr große Kugelmontagewinkel realisieren lassen.

Die Aussparungen können beispielsweise geschmiedet sein. Da diese keine Betriebsfunktion aufweisen, sind die Ansprüche an die Fertigungsgenauigkeit verhältnismäßig gering.

Weiterhin kann an dem Außenteil ein Faltenbalg befestigt sein, der vor die offenen Laufbahnenden ragende Wandabschnitte aufweist, welche die Kugeln bei einer maximalen Anwinklung zwischen dem Innenteil und dem Außenteil in den jeweiligen Laufbahnen halten. Dadurch wird verhindert, daß die Kugeln aus dem Käfig herausfallen können. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn bei der Handhabung, wie zum Beispiel beim Transport sowie der Montage am Fahrzeug das Gelenk bis zum Kugelmontagewinkel abgewinkelt wird.

Unter Drehung des Gelenks im Betrieb liegt der Wellenanschlag bei einem kleineren Winkel, wodurch das Herausfallen der Kugeln im Betrieb nicht auftreten kann. Praktisch bedeutet dies, daß in einer entsprechenden Ausgestaltungsform der maximale Beugewinkel des Gelenks im Betrieb kleiner ist, als der Kugelmontagewinkel.

Das vorstehend erläuterte Gleichlauffestgelenk zeichnet sich durch eine sehr flexible Montage aus, bei der es beim Zusammenbau auf die Reihenfolge von Innenteil, Außenteil und Käfig nicht ankommt.

Im Unterschied zu herkömmlichen Gleichlauffestgelenken läßt sich die axiale Montage jedoch vor allem auch dann vornehmen, wenn das Innenteil und eine an diesem vorgesehene Welle bereits an dem Käfig montiert sind, da mangels einer Verdrehung der Bauteilachsen die Welle bei der Montage nicht stört. Es ist unmittelbar ersichtlich, daß sich die Art und Weise der Montage auf die Gestaltung des Innenteils und der Welle dahingehend auswirkt, daß diese beiden nunmehr einteilig ausgebildet werden können.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Montageverfahrens ist dessen Möglichkeit zur Automatisierung, da hierbei lediglich verhältnismäßig einfache, weil geradlinige Bewegungen der Bauteil zueinander ausgeführt werden müssen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Montageverfahrens werden die Kugeln einzelnen nacheinander in den mit dem Innenteil und dem Außenteil zusammenmontierten Käfig eingesetzt, wozu für jede Kugel das Innenteil stark zu dem Außenteil angewinkelt wird. Die jeweilige Kugel wird dann an der Öffnungsseite des zugehörigen Laufbahnenpaars in ein Fenster des Käfigs eingeführt. Die an dem Außenteil an den Laufbahnausläufen vorgesehenen Aussparungen erweitern dabei jeweils den Zugang zu dem aufnehmenden Laufbahnraum in der stark angewinkelten Stellung und erleichtern damit die Montage. Vorzugsweise sind diese Aussparungen so zusätzlich ausgeführt, daß gleichzeitig ein Raum zum Eintauchen einer an dem Innenteil vorgesehenen Welle geschaffen wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine Längsschnittansicht eines Ausführungsbeispiels für ein Gleichlauffestgelenk nach der Erfindung,
2 eine Ansicht in Einschubrichtung des Käfigs auf das Außenteil des Gelenks aus 1,
3 eine Ansicht entsprechend 2 in Blickrichtung auf den Käfig,
4 eine Längsschnittansicht des Käfigs,
5 eine Seitenansicht des Außenteils und des Käfigs zur Veranschaulichung der axialen Montage,
6 eine Schnittansicht des Käfigs,
7 eine Ansicht in Einschubrichtung des Käfigs auf das Außenteil eines zweiten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung,
8 eine Längsschnittansicht des Außenteils aus 7, und in
9 eine Längsschnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels für ein Gleichlauffestgelenk nach der Erfindung.
Das erste Ausführungsbeispiel in den 1 bis 6 zeigt ein Gleichlauffestgelenk 1 zur Übertragung von Drehmomenten mit Winkelausgleich. Das Gleichlauffestgelenk 1 umfaßt ein hier beispielhaft glockenförmig ausgebildetes Außenteil 2, ein in diesem angeordnetes Innenteil 3 und einen Käfig 4, der zwischen dem Außenteil 2 und dem Innenteil 3 um einen Drehmittelpunkt M schwenkbar gehalten ist. Dazu sind an der Käfigaußenseite und der Käfiginnenseite kugelförmig gekrümmte Flächen 4.2 und 4.3 vorgesehen, die an jeweils entsprechenden Wandabschnitten des Außenteils 2 und des Innenteils 3 gleitbewegbar geführt sind. Die Krümmungsmittelpunkte der Außenflächen 4.2 und der Innenflächen 4.3 liegen im Drehmittelpunkt M. Zwar ist ein sehr kleiner axialer Offset der Krümmungsmittelpunkte möglich, jedoch dient ein solcher hier nicht zur Steuerung der Kugeln 6 in die Halbwinkelebene. An dem Käfig 4 sind mehrere Fenster 5 in Umfangsrichtung verteilt vorgesehen, welche jeweils eine Kugel 6 aufnehmen und diese vollständig umschließen. Die Kugeln 6 sind in rillenförmigen Laufbahnen 7 und 8 geführt, die einander an dem Außenteil 2 und dem Innenteil 3 paarweise gegenüberliegen. Anders als bei Gelenken mit Doppeloffsetkäfig wird die Steuerung über die Krümmung der Laufbahnen 7 und 8 bewirkt (Stuber-Offset). Die sphärischen Außenflächen 4.2 und der Innenflächen 4.3 des Käfigs werden lediglich durch die Fenster 5 unterbrochen, sind jedoch ansonsten frei von irgendwelchen Ausnehmungen, Abflachungen, Erhebungen oder dergleichen.
Im Unterschied zu herkömmlichen Gleichlauffestgelenken, bei denen bei der Montage der Käfig 4 in einer angewinkelten Stellung in die Öffnung des Außenteils 2 eingeführt wird, sind bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel das Außenteil 2 und der Käfig 4 derart konfiguriert, daß diese beim Zusammenbau in Richtung ihrer Bauteilachsen ineinandergeschoben werden können, wie dies in 5 gezeigt ist.
Dennoch weist das neue Gelenk einen Hinterschnitt in der Zentrierkugel des Außenteils 2 auf, so daß der Käfig 4 in seiner Betriebsstellung selbsthaltend ist. Es werden daher keine zusätzlichen axialen Sicherungselemente benötigt, um den Käfig im Außenteil abzustützen.
Um die axiale Montage zu ermöglichen, weisen die Fenster 5 des Käfigs 4 in Umfangrichtung eine größere Breite B1 auf, als an der Innenseite des Außenteils 2 vorgesehene Stege 9, welche benachbarte Laufbahnen 7 voneinander trennen. Wie insbesondere den 2 bis 4 entnommen werden kann, ist zudem der Außendurchmesser D1 des Käfigs 4 gemessen über die Fensterseiten kleiner als der Innendurchmesser D2 gemessen an der Öffnungsseite des Außenteils 2 zwischen einander gegenüberliegenden Stegen 9. Bei der Montage passen somit die schmaleren Stege 9 mit der Breite B2 zwischen die Fenster 5. Dabei ist es nicht notwendig, an der Außenseite des Käfigs 4 im Bereich der Fenster 5 zusätzliche Ausnehmung vorzusehen, jedoch auch nicht ausgeschlossen. Nach dem axialen Zusammenschieben werden der Käfig 4 und das Außenteil 2 in etwa um eine halbe Teilung um die Längsachse A des Gelenks verdreht, so daß die Fenster 5 zwischen den jeweils zugehörigen Laufbahnen 7 und 8 an dem Außenteil 2 und dem Innenteil 3 zu liegen kommen.
Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Gleichlaufgelenks 1 besteht in der Abstimmung der Abmessungen des Käfigs 4 auf die Innenabmessungen des Außenteils 2. Wie insbesondere 1 entnommen werden kann, ist der Abstand L1 zwischen dem Glockengrund 10 des Außenteils 2 und dem Drehmittelpunkt M des Käfigs 4 kleiner, als der Radius L2 der kugeligen Innenfläche des Außenteils 2. Dabei ist das Abstandsverhältnis L1/L2 so gewählt, daß der Käfig 4 bei dem gewünschten maximalen Betriebsbeugewinkel des Gelenks 1 mit seiner Außenkante 11 gerade nicht gegen den Glockengrund 10 des Außenteils 2 anschlägt. Im Hinblick auf eine besonders kompakte Bauweise des Gelenks in Axialrichtung sind Abstandsverhältnisse L1/L2 kleiner 0,9 oder sogar kleiner 0,8 vorteilhaft.
Die besondere Konfiguration des Gelenks 1 gewährleistet Festigkeitseigenschaften, die durch die erzielte Verkürzung der axialen Länge L3 des Außenteils 2 nicht beeinträchtigt werden. Bei kleinen maximalen Betriebsbeugewinkeln sind auch Abstandsverhältnisse L1/L2 kleiner als 0,75 denkbar.
Aufgrund der Verkürzung der Axiallänge L3 gegenüber herkömmlichen Gleichlauffestgelenken kann an einem Kraftfahrzeug der Gelenkdrehpunkt verhältnismäßig weit nach außen verschoben werden. Infolgedessen bleiben die im Fahrbetrieb auftretenden Betriebsbeugewinkel kleiner. Dies kann wiederum für eine Verminderung des Wendekreises des Fahrzeugs genutzt werden.
Im Hinblick auf eine möglichst kompakte Bauweise kann zudem der Vollkäfig 4 an seiner Innenseite modifiziert werden, wie dies in 6 dargestellt ist. Der dort im Längsschnitt gezeigte Käfig 4 ist an seiner zu dem Glockengrund 10 weisenden Stirnseite 12 nach außen abgeschrägt. Dabei liegt die Abschrägung 13 des Käfigs 4 zu dessen Stirnseite 12 in einem Winkelbereich von 15 bis 40 Grad, vorzugsweise in einem Winkelbereich von 20 bis 28 Grad. Wie aus 6 weiter zu erkennen ist, erstreckt sich die Abschrägung 13 nahezu über die gesamte Dicke des Käfigs 4 und unterscheidet sich damit von einer einfachen Konstruktionsphase. Vorzugsweise erstreckt sich die Abschrägung 13 über mindestens die Hälfte der Käfigdicke. 1 zeigt bildlich den mit der Abschrägung 13 gewonnenen Nutzen. Im Idealzustand wird die Abschrägung 13 so gewählt, daß diese in der maximalen Beugung des Gelenks 1 in etwa parallel zu dem Glockengrund 10 verläuft, womit eine optimale Raumausnutzung erhalten wird.
Eine Beeinträchtigung der Festigkeitseigenschaften des Gelenks 1 ist hiermit nicht verbunden. Die Abstützung des Käfigs 4 erfolgt an der Seite, zu der der Öffnungswinkel der Laufbahnen 7 und 8 weist. In dem dargestellten, nicht beschränkenden Ausführungsbeispiel bedeutet das, daß sich der Käfig 4 unter Betriebslast an der Öffnungsseite des Außenteils 2 abstützt. Gleichzeitig gewährleistet der Käfig 4 eine ausreichende Breite für die Abstützung des Innenteils 3.
In einer in den 7 und 8 dargestellten Abwandlung sind die Laufbahnen 7' an dem Außenteil 2' an ihrem Auslauf zur Öffnungsseite hin jeweils mit einer radialen Aussparung 14 versehen. Diese Aussparungen 14 setzen an der Stirnseite 15 des Außenteils 2' an und erstrecken sich bis zum Nutgrund 16 der Laufbahnen 7. Sie sind derart ausgebildet, daß in einer stark angewinkelten Stellung zwischen dem Innenteil 3' und dem Außenteil 2' mit der Laufbahn 7' des Außenteils 2' eine Öffnung gebildet wird, durch welche eine Kugel 6' in den zwischen den zugehörigen Laufbahnen 7' und 8' gebildeten Raum einführbar ist. Dies ist für die Montage der Kugeln 6' in den Fenstern 5' des Käfigs 4' vorteilhaft, die so im zusammengebauten Zustand von Außenteil 2', Innenteil 3' und Käfig 4' erfolgen kann. Durch die Verwendung von Kugellaufbahnen mit einem elliptischen oder gotischen Querschnitt an dem Außenteil 2' sind die radialen Aussparungen 14 auch unter maximalen Betriebsbeugewinkeln des Gelenks 1 festigkeitsunkritisch. Die Aussparungen 14 an den Laufbahnenausläufen lassen sich beispielsweise zusammen mit den Laufbahnen 7' und 8' schmieden. Werden die Aussparungen 14 separat hergestellt, können die Genauigkeitsanforderungen auch geringer als für die Laufbahnen 7' und 8' gewählt sein.
Herkömmlich wird zunächst das Innenteil in den Käfig montiert und anschließend Käfig und Innenteil zusammen in das Außenteil montiert, dann abgewinkelt und die Kugeln nacheinander eingelegt und schließlich die Welle in das Innenteil eingeschoben.
Die Montage des Gelenkes 1 kann auf verschiedene Art und Weise durchgeführt werden. Bei einem erfindungsgemäßen Gelenk kann eine Montagegruppe bestehend aus Profilwelle, Innenteil 3 und Käfig 4 in das Außenteil 2 eingesetzt werden. Das Innenteil 3 und die Profilwelle können auch unlösbar miteinander verbunden sein oder einteilig ausgeführt werden. Bei herkömmlichen Gelenken wäre diese Vorgehensweise nicht möglich, weil bei einer starken Anwinklung der Bauteilachsen zwischen dem Außenteil 2 und dem Käfig 4 die Welle hinderlich wäre.
Wie bereits angedeutet, können die Kugeln 6 anschließend eingesetzt werden. Dazu wird das Innenteil 3 zunächst stark zu dem Außenteil 2 angewinkelt. In dieser Stellung (Kugelmontagewinkel) wird die jeweilige Kugel an der Öffnungsseite des zugehörigen Laufbahnenpaars 7 und 8 in ein Fenster 5 des Käfigs 4 eingeführt. Die im Zusammenhang mit den 7 und 8 erläuterten Aussparungen 14 erleichtern dabei den Zugang zu dem aufnehmenden Laufbahnraum in der stark angewinkelten Stellung. Es ist jedoch auch denkbar, die Kugeln 6 ohne solche Aussparungen 14 in die Laufbahnen 7 und 8 einzuführen. Durch das Vorsehen der Aussparungen 14 ist es jedoch möglich, den Kugelmontagewinkel kleiner zu halten und damit beim Einsetzen der Kugeln 6 den Käfig 4 weniger stark verschwenken, was sich günstig auf die Gestaltung der Baulänge L3 des Außenteils 2 auswirkt.
In diesem Zusammenhang ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Kugeln 6 im Verhältnis zu einer an dem Innenteil vorgesehenen, hier nicht dargestellten Welle groß sind, d. h. das Durchmesserverhältnis zwischen Kugeln 6 und Welle im Bereich von 0,8 bis 1 liegt. Die Aussparungen 14 am Laufbahnauslauf des Außenteils 2' werden dann vorzugsweise konturkonform zu der Welle ausgebildet, wenn diese im Kugelmontagewinkel gegen das Außenteil 2' anliegt. In einer günstigen Ausgestaltung ist somit der Laufbahnauslauf des Außenteils 2' so gestaltet, daß genau das Volumen, welches die Welle im Kugelmontagewinkel einnimmt, ausgespart wird. Damit wird bei der Montage ein guter Zugang zu den Laufbahnen 7' und 8' gewährleistet.
Vor allem aber schaffen die Aussparungen 14 einen Raum, in den die Welle des Innenteils 3 eintauchen kann, um den Montagewinkel zu vergrößern.
Wie bereits oben erwähnt, ist die zeitliche Reihenfolge für den Einbau des Käfigs 4 bei der erfindungsgemäßen Lösung sehr flexibel. Beispielsweise läßt sich der Käfig 4 zunächst in das Außenteil 2 einsetzen. Allerdings ist es auch möglich, den Käfig 4 zuerst an dem Innenteil 3 zu befestigen und dieses dann mit dem bereits montierten Käfig 4 axial in das Außenteil 2 einzuführen. Letzteres ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Innenteil 3 bereits mit der zugehörigen Welle verbunden ist.
Um ein Herausfallen der Kugeln 6 im Betrieb zu vermeiden, wird der maximale Beugewinkel des Gelenks im Betrieb kleiner eingestellt, als der Kugelmontagewinkel. Dennoch besteht zum Beispiel beim Transport zum Fahrzeug während der Montage das Problem, daß das Gelenk versehentlich zu stark, nämlich bis zum Kugelmontagewinkel angewinkelt wird. Um auch hier einem Herausfallen der Kugeln 6 vorzubeugen, können zusätzliche Sicherungsmaßnahmen ergriffen werden. Bei der in 9 dargestellten Abwandlung dient hierzu ein an dem Außenteil 2 befestigter Faltenbalg 17. Dieser ist mit einem Kragen 18 außen auf dem Außenteil 2 befestigt und weist mindestens einen vor die offenen Laufbahnenden ragenden Wandabschnitt 19 auf, der die Kugeln 6 bei einer maximalen Anwinklung zwischen dem Innenteil 3 und dem Außenteil 2 in den jeweiligen Laufbahnen 7 und 8 hält. Unter Drehung des Gelenks im Betrieb liegt der Wellenanschlag bei einem kleineren Winkel, so daß der Wandabschnitt 19 vorwiegend als Montagesicherung dient.
Vorstehend wurde die Erfindung unter Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es ist jedoch auch möglich, einzelne Maßnahmen, wie beispielsweise die Abschrägung 13 des Käfigs 4 oder die Aussparungen 14 an dem Außenteil 2 oder das Montageverfahren der Kugeln oder die Montagesicherung durch den Faltenbalg 17 unabhängig voneinander oder auch an herkömmlichen Gleichlauffestgelenken vorzusehen, bei welchen die Montage mit zunächst angewinkelten Bauteilachsen erfolgt.
In jedem Fall wird mit der vorliegenden Erfindung ein besonders kompaktes Gleichlauffestgelenk vom Stuber-Offset-Typ geschaffen. Zusätzliche Merkmale ermöglichen eine erhebliche Erleichterung bei der Montage. Zudem erlaubt die Erfindung die Verwendung einteiliger oder bereits miteinander verbundener Einheiten aus einem Innenteil und einer Welle. Sie ist nicht auf die vorstehend dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt vielmehr alle in den Patentansprüchen definierten Lösungen.

1: Gleichlauffestgelenk
2: Außenteil
3: Innenteil
4: Vollkäfig
4.2: kugelförmige Außenfläche
4.3: kugelförmige Innenfläche
5: Fenster
6: Kugel
7: Laufbahn am Außenteil
8: Laufbahn am Innenteil
9: Steg
10: Glockengrund
11: Außenkante
12: innenseitige Stirnseite des Käfigs
13: Abschrägung
14: Aussparung
15: Stirnseite des Außenteils
16: Nutgrund
17: Faltenbalg
18: Kragen
19: Wandabschnitt
A: Längsachse
L1: Abstand zwischen dem Glockengrund des Außenteils und dem Drehmittelpunkt des
: Käfigs
L2: Radius der kugeligen Innenfläche des Außenteils 2
L3: axiale Bauteillänge der Glocke des Außenteils
M: Drehmittelpunkt des Käfigs

Claims

Gleichlauffestgelenk mit einem Außenteil (2), einem Innenteil (3) und einem zwischen diesen selbsthaltend aufgenommenen Vollkäfig (4) mit Fenstern (5) zum Halten von Kugeln (6) in Laufbahnen (7, 8) an dem Außenteil (2) und dem Innenteil (3), wobei der Käfig (4) mit kugelförmigen Außenflächen (4.2) an dem Außenteil (2) und mit kugelförmigen Innenflächen (4.3) an dem Innenteil (3) um einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt (M) geführt ist, und das Außenteil (2) und der Käfig (4) beim Zusammenbau in Richtung ihrer Bauteilachsen ineinanderschiebbar sind.
Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (4) mit Ausnahme seiner Fenster (5) keine weiteren Montageaussparungen oder Schwächungen aufweist.
Gleichlauffestgelenk nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenteil (2) glockenförmig ausgebildet ist und der Abstand L1 zwischen dem Glockengrund (10) des Außenteils (2) und dem Drehmittelpunkt M des Käfigs (4) kleiner ist, als der Abstand L2 zwischen der glockengrundseitigen Außenkante (11) des Käfigs (4) und dem Drehmittelpunkt M des Käfigs (4).
Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandsverhältnis L1/L2 kleiner als 0,9 ist.
Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandsverhältnis L1/L2 kleiner als 0,8 ist.
Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandsverhältnis L1/L2 kleiner als 0,75 ist.
Gleichlauffestgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (4) an seiner innenseitigen Stirnseite (12) radial nach außen abgeschrägt ist.
Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschrägung (14) des Käfigs (4) zu dessen Stirnseite (12) in einem Winkelbereich von 15 bis 40 Grad liegt.
Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschrägung (14) des Käfigs (4) zu dessen Stirnseite (12) in einem Winkelbereich von 23 bis 32 Grad liegt.
Gleichlauffestgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel der Kugellaufbahnen derart konfiguriert ist, daß unter Betriebslast der Käfig (4) an öffnungsseitigen Abschnitten an dem Außenteil (2) abgestützt ist.
Gleichlauffestgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahnen (7) an dem Außenteil (2) an ihrem Auslauf zur Öffnungsseite hin jeweils mit einer radialen Aussparung (14) versehen sind, derart, daß in einer stark angewinkelten Stellung zwischen dem Innenteil (3) und dem Außenteil (4) mit der Laufbahn (7) des Außenteils (2) eine Öffnung gebildet wird, durch welche eine Kugel (6) in den zwischen den zugehörigen Laufbahnen (7, 8) gebildeten Raum einführbar ist.
Gleichlauffestgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugellaufbahnen (7) an dem Außenteil (2) einen elliptischen oder gotischen Querschnitt aufweisen.
Gleichlauffestgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (6) im Verhältnis zu einer an dem Innenteil (3) vorgesehenen Welle groß sind, d. h. das Durchmesserverhältnis zwischen Kugeln (6) und Welle im Bereich von 0,8 bis 1 liegt.
Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle und das Innenteil (3) einstückig miteinander ausgebildet sind.
Gleichlauffestgelenk nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (14) an den Laufbahnenausläufen des Außenteils (2) konturkonform zu der Welle ausgebildet sind, wenn diese im Kugelmontagewinkel gegen das Außenteil (2) anliegt.
Gleichlauffestgelenk nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (14) geschmiedet sind.
Gleichlauffestgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Außenteil (2) ein Faltenbalg befestigt (17) ist, der mindestens einen vor die offenen Laufbahnenden ragende Wandabschnitt (19) aufweist, welcher die Kugeln (6) bei einer maximalen Anwinklung zwischen dem Innenteil (3) und dem Außenteil (2) in den jeweiligen Laufbahnen (7, 8) hält.
Gleichlauffestgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Beugewinkel des Gelenks im Betrieb kleiner ist, als der Kugelmontagewinkel.
Gleichlauffestgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (4) in seiner Betriebsstellung in der einen Hinterschnitt aufweisenden Zentrierkugel des Außenteils (2) gehalten ist.
Verfahren zur Montage eines Gleichlauffestgelenks nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil (3) mit dem bereits montierten Vollkäfig (4) axial in das Außenteil (2) eingeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (6) und einzelnen nacheinander in den mit dem Innenteil (3) und dem Außenteil (2) zusammenmontierten Käfig (4) eingesetzt werden, indem für jede Kugel (6) das Innenteil (3) stark zu dem Außenteil (2) angewinkelt wird und die jeweilige Kugel (6) an der Öffnungsseite des zugehörigen Laufbahnenpaars (7, 8) in ein Fenster (5) des Käfigs (4) eingeführt wird, wobei an dem Außenteil (2) an den Laufbahnausläufen jeweils eine Aussparung (14) vorgesehen ist, welche den Zugang zu dem aufnehmenden Laufbahnraum in der stark angewinkelten Stellung erweitert und zudem einen Eintauchraum für eine Welle bildet.