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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein festes Gleichlaufgelenk, das
nicht nur bei Lenkvorrichtungen verwendet werden kann, sondern auch
bei den Kraftübertragungssystemen
von Kraftfahrzeugen, wie z.B. den Antriebswellen und den Gelenkwellen, und
auch bei den Kraftübertragungssystemen
verschiedener Industriemaschinen.
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STAND DER
TECHNIK
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Gleichlaufgelenke
werden grob in zwei Arten eingeteilt, nämlich in die festen Gleichlaufgelenke, die
nur eine Winkelverschiebung zwischen Antriebs- und Abtriebswelle
zulassen, und die gleitenden Gleichlaufgelenke, die eine Winkelverschiebung
und eine axiale Verschiebung zulassen, wobei jede Art abhängig von
der Anwendung und den Einsatzbedingungen ausgewählt wird. Als feste Gleichlaufgelenke werden
oft die Rzeppa-Gelenke (nachfolgend „BJ" genannt) und die unterschnittenen,
freien Gelenke (nachfolgend „UJ" genannt) verwendet.
Das BJ und das UJ weisen jeweils einen Außenring auf, der im Innenumfang
eine Vielzahl von gekrümmten
Kugelrillen besitzt, einen Innenring, der im Außenumfang eine Vielzahl von
gekrümmten
Kugelrillen besitzt, Kugeln, die zwischen den Kugelrillen des Außenrings
und den Kugelrillen des Innenrings aufgenommen sind, und einen Käfig zum
Halten der Kugeln. Die Kugelrillenmitte des Außenrings befindet sich an der
sich öffnenden
Seite des Außenrings
in Bezug auf die Mitte der inneren Kugelfläche des Außenrings, und die Kugelrillenmitte
des Innenrings befindet sich an der innersten Seite des Außenrings
in Bezug auf die Mitte der äußeren Kugelfläche des
Innenrings, wobei die Kugelrillenmitten axial um einen gleichen
Betrag in entgegengesetzten Richtungen voneinander versetzt sind.
Somit liegen die Kugellaufflächen,
die von den Kugelrillen der Außen-
und Innenringe definiert werden, in Form eines Keils vor, der sich
von einer axialen Richtung des Gelenks zur anderen allmählich verjüngt oder
erweitert. Bei dem BJ ist der gesamte Bereich jeder Kugelrille gekrümmt, während bei
dem UJ ein Ende jeder Kugelrillengerade parallel zur Achse ist.
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Im
Allgemeinen werden bei einem Gelenk in der Lenkung für Automobilzwecke
zwei oder mehr Kardangelenke verwendet. Da dieses Gelenk keine gleichmäßige Geschwindigkeit
bietet, wenn es allein verwendet wird, werden zwei oder mehr Gelenke
angeordnet, um zu gewährleisten,
dass Abweichkomponenten einander aufheben, um die Eigenschaft einer
gleichmäßigen Geschwindigkeit
sicherzustellen. Aus diesem Grund besteht das Problem, dass der Grad
der Freiheit der Konstruktion von Fahrzeugen verringert wird. Die
Verwendung von Gleichlaufgelenken als Lenkwellengelenke, die die
Eigenschaft einer gleichmäßigen Geschwindigkeit
bei beliebigen Winkeln gewährleisten
können,
ermöglicht
es, den Grad der Freiheit der Konstruktion von Fahrzeugen zu erhöhen; da
Gleichlaufgelenke jedoch in Rotationsrichtung viel Spiel haben,
ist zu befürchten,
dass ein derartiges Spiel etwa beim Geradeausfahren des Fahrzeugs
eine Verschlechterung des Lenkgefühls oder abnormale Geräusche verursachen
kann. Als Lösung
hierfür
wird in der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2003-130082 vorgeschlagen, dass ein Vorspannmittel in dem Gleichlaufgelenk
vorgesehen ist, um ein Laufflächenspiel
zu reduzieren. Das hier erwähnte
Laufflächenspiel
ist das Spiel zwischen den Kugellaufflächen und den Kugeln, die das
Drehmoment übertragen,
oder genauer ausgedrückt,
das Spiel zwischen den Kugelrillen des Außenrings und den Kugeln, die
das Drehmoment übertragen,
und das Spiel zwischen den Kugelrillen des Innenrings und den Kugeln,
die das Drehmoment übertragen.
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Bei
festen Gleichlaufgelenken existiert ein Laufflächenspiel unter dem funktionellen
Aspekt und dem Verarbeitungsaspekt, und es existiert auch ein Spiel
zwischen der inneren Kugelfläche
des Außenrings
und der äußeren Kugelfläche des
Käfigs
und zwischen der äußeren Kugelfläche des
Innenrings und der inneren Kugelfläche des Käfigs. Das Vorhandensein dieses
jeweiligen Spiels ermöglicht
es, einen der Innen- und Außenringe
zu fixieren und im neutralen Zustand des Gelenks den anderen radial
oder axial zu bewegen. Die Größe der Bewegung
zu diesem Zeitpunkt wird abhängig
von der Richtung der Bewegung radiales Spiel oder axiales Spiel
genannt. Dieses jeweilige Spiel beeinflusst das Spiel am Umfang
(Rotationsspiel) zwischen dem Innen- und dem Außenring in hohem Maße; insbesondere
gilt: Je größer das
Laufflächenspiel
ist, desto größer ist
das Rotationsspiel. Aus diesem Grund ist ein bestimmtes Maß an Rotationsspiel
unvermeidbar, so dass diese Art eines festen Gleichlaufgelenks in
Situationen, in denen ein Rotationsspiel vermieden werden sollte, wie
z.B. bei den Lenkvorrichtungen von Kraftfahrzeugen, noch nicht allgemein
angewendet wurde.
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Die
in der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2003-130082 offenbarte Erfindung betrifft ein festes Gleichlaufgelenk,
das dazu vorgesehen ist, das Rotationsspiel zu reduzieren; es ist
hier jedoch möglich,
dass abhängig
von den Bedingungen zur Befestigung an Fahrzeugeugen die Hysterese
zunehmen und die Lenkstabilität
beim Geradeausfahren der Fahrzeuge beeinträchtigen kann.
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Eine
Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, das Spiel am Umfang (Rotationsspiel)
bei festen Gleichlaufgelenken zu beseitigen, um das Fahrgefühl zu verbessern.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung schafft ein festes Gleichlaufgelenk, das einen Außenring
aufweist, der an entlang dem Umfang gleichmäßig beabstandeten Positionen auf
der inneren Kugelfläche
mit sich axial erstreckenden Kugelrillen versehen ist, einen Innenring,
der an entlang dem Umfang gleichmäßig beabstandeten Positionen
auf der äußeren Kugelfläche mit
sich axial erstreckenden Kugelrillen versehen ist, Kugeln, die in keilförmigen Kugellaufflächen angeordnet
sind, welche durch die Kugelrillen des Außen- und des Innenrings definiert
werden, und einen Käfig,
der zwischen der inneren Kugelfläche
des Außenrings
und der äußeren Kugelfäche des
Innenrings angeordnet ist, um die Kugeln zu halten, wobei das feste
Gleichlaufgelenk dadurch gekennzeichnet ist, dass der Verdrehwinkel
in einem Drehmoment-Verdrehwinkeldiagramm
bei einem Eingangsdrehmoment von 0 Nm etwa 0 beträgt.
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Darüber hinaus
schafft die Erfindung ein festes Gleichlaufgelenk, das einen Außenring
aufweist, der an entlang dem Umfang gleichmäßig beabstandeten Positionen
auf der inneren Kugelfläche
mit sich axial erstreckenden Kugelrillen versehen ist, einen Innenring,
der an entlang dem Umfang gleichmäßig beabstandeten Positionen
auf der äußeren Kugelfläche mit
sich axial erstreckenden Kugelrillen versehen ist, Kugeln, die in
keilförmigen
Kugellaufflä chen
angeordnet sind, welche durch die Kugelrillen des Außen- und
des Innenrings definiert werden, und einen Käfig, der zwischen der inneren
Kugelfläche
des Außenrings
und der äußeren Kugelfäche des
Innenrings angeordnet ist, um die Kugeln zu halten, wobei das feste
Gleichlaufgelenk dadurch gekennzeichnet ist, dass in dem Drehmoment-Verdrehdiagramm
die Drehsteifigkeit bei einem Eingangsdrehmoment von 0 Nm in einen
Bereich zwischen 1,5 Nm/Grad und 6 Nm/Grad gebracht wird.
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Die
festen Gleichlaufgelenke können
so angeordnet sein, dass der Innenring mit einem Druckabschnitt
versehen ist, der eine elastische Druckkraft axial ausübt, und
der Käfig
mit einem Aufnahmeabschnitt versehen ist, der eine Druckkraft von dem
Druckabschnitt aufnimmt. Außerdem
befindet sich die Kugelrillenmitte des Außenrings an der Öffnungsseite
in Bezug auf die Mitte der inneren Kugelfläche. Folglich befindet sich
die Kugelrillenmitte des Innenrings auf der innersten Seite jenseits
der Außenringöffnung in
Bezug auf die Mitte der äußeren Kugelfläche. Mit
einem derartigen Mechanismus wird erreicht, dass die Kugellaufflächen, die
durch die Kugelrillen des Außen-
und des Innenrings definiert sind, eine Keilform annehmen, die sich
zur Öffnungsseite
des Außenrings
hin ausbreitet, so dass in dem Fall, dass der Innenring durch die
Druckkraft zur Öffnungsseite
des Außenrings
hin axial versetzt wird, das Laufflächenspiel reduziert wird, um
es zu ermöglichen,
ein Rotationsspiel zu verhindern.
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Im
Besonderen ist ein Druckabschnitt 52 in einer Welle 2 vorgesehen,
die mit einem Innenring 20 verzahnt ist, während ein
Aufnahmeabschnitt 58 in einem Käfig 40 vorgesehen
ist. Durch elastisches Anstoßen
des Druckabschnitts 52 am Aufnahmeabschnitt 58 wird
der Innenring 20 zur Öffnungsseite
eines Außenrings 10 gedrückt (siehe 3 und 4).
Da die Kugelrillen 24 des Innenrings 20 so geformt
sind, dass sie sich zur innersten Seite des Außenrings 10 hin ausbreiten,
wird durch diese Bewegung das jeweilige radiale Spiel der Kugellaufflächen reduziert,
um das Auftreten eines Rotationsspiels zu verhindern.
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In
diesem Zusammenhang sei erwähnt,
dass es im Allgemeinen bei festen Gleichlaufgelenken unter dem funktionellen
Aspekt und dem Verarbeitungsaspekt auch ein Spiel zwischen der inneren
Kugelfläche
des Außenrings
und der äußeren Kugelfläche des
Käfigs
und zwischen der äußeren Kugelfläche des
Innenrings und der inneren Kugelfläche des Käfigs gibt.
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Wenn
in letzterem Fall das axiale Spiel, das durch das sphärische Spiel
zwischen der äußeren Kugelfläche des
Innenrings und der inneren Kugelfläche des Käfigs definiert ist, kleiner
ist als das axiale Spiel, das von dem Laufflächenspiel stammt, stoßen der
Innenring und der Käfig
aneinander an, bevor das axiale Spiel, das von dem Laufflächenspiel
stammt, vollständig
reduziert ist; somit besteht eine Grenze für die weitere Reduzierung des
axialen Spiels, das von dem Laufflächenspiel stammt. Daher wird
gewünscht,
dass das axiale Spiel zwischen dem Innenring und dem Käfig größer ist
als das axiale Spiel, das von dem Laufflächenspiel stammt.
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Das
feste Gleichlaufgelenk der Erfindung kann in verschiedenen Lenkvorrichtungen
einschließlich
elektrischer Servolenkvorrichtungen angewendet werden, was zu einer
Verbesserung der Lenkstabilität
für Kraftfahrzeuge,
in denen die Lenkvorrichtungen angebracht sind, beiträgt. Das
feste Gleichlaufgelenk der Erfindung kann darüber hinaus nicht nur bei Lenkvorrichtungen
Anwendung finden, sondern auch bei Antriebswellen und Gelenkwellen. Darüber hinaus
können
die Lenkvorrichtungen elektrische Servolenkvorrichtungen (EPS) sein,
die eine Hilfskraft durch einen Motor ausüben, oder hydraulische Servolenkvorrichtungen.
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Gemäß der Erfindung
wird das Spiel am Umfang (Rotationsspiel) bei festen Gleichlaufgelenken beseitigt,
um das Fahrgefühl
zu verbessern.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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In
der Zeichnung zeigen:
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1A ein
Drehmoment-Verdrehdiagramm, das eine Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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1B ein
Drehmoment-Verdrehdiagramm, das ein Vergleichsbeispiel zeigt;
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2A eine
Draufsicht auf eine Lenkvorrichtung;
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2B eine
Seitenansicht der Lenkvorrichtung;
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2C eine
perspektivische Darstellung der Lenkvorrichtung;
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3 einen
Längsschnitt
durch ein festes Gleichlaufgelenk;
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4 eine
vergrößerte Hauptansicht
gemäß 3;
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5 eine
vergrößerte Hauptansicht
gemäß 3;
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6 einen
Längsschnitt,
aus dem das Gelenk in abgewinkeltem Zustand ersichtlich ist;
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7 eine
schematische Darstellung eines festen Gleichlaufgelenks für Lenkzwecke;
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8 ein
Drehmoment-Verdrehwinkeldiagramm für das Gelenk gemäß 7;
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9 eine
schematische Darstellung eines festen Gleichlaufgelenks für Lenkzwecke;
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10 ein
Drehmoment-Verdrehwinkeldiagramm für das Gelenk gemäß 9;
und
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11A bis 11D Drehmoment-Verdrehwinkeldiagramme,
die erstellt wurden, indem die Phase in Inkrementen von 10° verändert wurde.
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BESTE ART
DER AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Nachfolgend
werden Ausführungsformen der
Erfindung beschrieben.
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Zunächst wird
eine Lenkvorrichtung kurz beschrieben. Wie in 2A bis 2C dargestellt,
ist eine Lenkvorrichtung so konstruiert, dass die Rotationsbewegung
eines Lenkrads 6 über
eine Lenksäule,
die aus einer oder mehreren Lenkwellen 2 besteht, auf ein
Lenkgetriebe 8 über tragen
wird, wodurch sie in die hin- und hergehende Bewegung einer Spurstange 9 umgewandelt
wird. In dem Fall, in dem die Lenkwellen 2 unter Berücksichtigung
des Raums im Fahrzeug o.Ä.
nicht in einer geraden Linie angeordnet werden können, werden ein oder mehrere Universalgelenke 1 zwischen
den Lenkwellen 2 angeordnet, um zu gewährleisten, dass eine genaue Drehbewegung
auf das Lenkgetriebe 8 übertragen wird,
selbst wenn die Lenkwellen 2 abgebogen sind. Anstelle des
Universalgelenks 1 wird ein festes Gleichlaufgelenk verwendet.
Das Zeichen α in 2B bezeichnet
den Biegewinkel des Gelenks, und als Biegewinkel α kann ein
großer
Winkel von mehr als 30° festgelegt
werden.
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Nun
wird ein festes Gleichlaufgelenk beschrieben. Die 3 bis 6 zeigen
als Beispiel ein Rzeppa-Gelenk (BJ), das eine Art eines festen Gleichlaufgelenks
ist. Wie in 3 dargestellt, weist diese Art
eines Gleichlaufgelenks 1 ein äußeres Gelenkelement 10,
ein inneres Gelenkelement 20, Kugeln 30 zur Drehmomentübertragung
und einen Käfig 40 als
Hauptbestandteile auf. Das äußere Gelenkelement 10 ist
mit einer Antriebswelle oder einer Abtriebswelle verbunden, während das
innere Gelenkelement 20 mit einer Antriebswelle oder einer
Abtriebswelle verbunden ist. Hier ist das innere Gelenkelement 20 mit
der Welle 2 verzahnt.
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Das äußere Gelenkelement 10 ist
tassenförmig
an einem Ende offen und weist sich axial erstreckende Kugelrillen 14 auf,
die auf einer inneren Kugelfäche 12 entlang
dem Umfang an gleichmäßig beabstandeten
Positionen ausgebildet sind. Das innere Gelenkelement 20 weist
sich axial erstreckende Kugelrillen 24 auf, die auf einer äußeren Kugelfläche 22 entlang
dem Umfang an gleichmäßig beabstandeten Positionen
ausgebildet sind. Die Kugelrillen 14 des äußeren Gelenkelements 10 und
die Kugelrillen 24 des inneren Gelenkelements 20 werden
paarweise angeordnet, um Kugellaufflächen zu bilden, die sich von
einer axialen Richtung in die andere keilartig verjüngen oder
erweitern, wobei in jeder Kugellauffläche eine einzige Kugel 30 zur
Drehmomentübertragung aufgenommen
ist. Der Käfig 40 ist
gleitend zwischen der inneren Kugelfläche 12 des äußeren Gelenkelements 10 und
der äußeren Kugelfläche 22 des
inneren Gelenkelements 20 angeordnet, und jede Kugel 30 zur
Drehmomentübertragung
wird in jeweils einer der Taschen 46 des Käfigs 40 aufgenommen.
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Die äußere Kugelfläche 42 des
Käfigs 40 steht
in kugelförmigem
Kontakt mit der inneren Kugelfläche 12 des äußeren Gelenkelements 10,
während
die innere Kugelfläche 44 des
Käfigs 40 mit
der äußeren Kugelfläche 22 des
inneren Gelenkelements 20 in kugelförmigem Kontakt steht. Außerdem decken
sich der Krümmungsmittelpunkt
der inneren Kugelfläche 12 des äußeren Gelenkelements 10 und der
Krümmungsmittelpunkt
der äußeren Kugelfläche 22 des
inneren Gelenkelements 20 mit der Gelenkmitte O. Der Krümmungsmittelpunkt
O1 der Kugelrillen 14 des äußeren Gelenkelements 10 und
der Krümmungsmittelpunkt
O2 der Kugelrillen 24 des inneren
Gelenkelements 20 sind um einen gleichen Betrag in entgegengesetzten
Richtungen axial voneinander versetzt. Aus diesem Grund nimmt eine
Kugellauffläche,
die von einem Paar Kugelrillen 14, 24 definiert
wird, eine Keilform an, die sich von der Öffnungsseite zur innersten
Seite des äußeren Gelenkelements 10 verjüngt.
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Bei
diesem festen Gleichlaufgelenk, wie es in 6 dargestellt
ist, bleiben die Kugeln 30 zur Drehmomentübertragung
unabhängig
davon, welchen Arbeitswinkel – nämlich einen
Biegewinkel θ – die äußeren und
inneren Gelenkelemente 10 und 20 bilden, immer
in einer Ebene, die senkrecht zur Winkelhalbierenden des Biegewinkels θ ist, so
dass die Gleichlaufeigenschaft des Gelenks gewährleistet ist.
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Wie
in 3 dargestellt, ist das Wellenende der Welle 2 mit
einem Druckelement 50 versehen. Das Druckelement 50,
wie es in 4 dargestellt ist, besteht aus
einer Kugel, die als Druckabschnitt 52 dient, einer Druck-Schraubenfeder,
die als elastisches Element 54 dient, und einem Gehäuse 55,
um den Druckabschnitt 52 und das elastische Element 54 zu
montieren. Das elastische Element 54 dient als elastische
Kraft, die durch den Druckabschnitt 52 wirkt. Darüber hinaus
kann der Druckabschnitt 52 in Form einer Halbkugel oder
in Form einer Säule
vorliegen, die an der Oberseite eine konvexe Kugelfläche aufweist.
Das Gehäuse 55 ist
durch ein geeignetes Mittel, wie z.B durch Presspassung oder ein
Klebemittel, am vorderen Ende der Welle 2 befestigt, die einstückig mit
dem inneren Gelenkelement 20 verzahnt ist.
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Das
Ende der innersten Seite des äußeren Gelenkelements 10 des
Käfigs 40 weist
ein Aufnahmeelement 56 auf, das daran befestigt ist. Dieses Aufnahmeelement 56 liegt
in Form eines Deckels vor, der die am Ende befindliche Öffnung in
dem Käfig 40 abdeckt
(siehe 3), und besteht aus einem kugelförmigen Abschnitt 56a in
Form eines Kugelteils und aus einem Befestigungsabschnitt 56b,
der ringförmig an
dessen Außenumfang
ausgebildet ist. Die Innenfläche
des kugelförmigen
Abschnitts 56a (die der Welle 2 gegenüberliegende
Fläche)
ist eine konkave Kugelfläche,
und diese konkave Kugelfläche
dient als Aufnahmebereich 58 zur Aufnahme der Druckkraft von
dem Druckabschnitt 52. Der Befestigungsabschnitt 56b ist
durch ein geeignetes Mittel, wie z.B. Presspassung oder Schweißen, am
Ende des Käfigs 40 befestigt.
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Um
zu ermöglichen,
dass das Druckelement 50 und das Aufnahmeelement 56 reibungslos
gleiten, wenn das Gelenk einen Biegewinkel bildet, wie in 5 dargestellt,
ist die Abmessung des Innendurchmessers Ro des konkaven, kugelflächenartigen Aufnahmebereichs 58 größer ausgebildet
als der Radius r (4) des Druckabschnitts 52 (Ro > r). Um eine Störung zwischen
dem Aufnahmeelement 56 und dem inneren Gelenkelement 20 zu
verhindern, wenn ein Biegewinkel θ gebildet wird, wie in 6 dargestellt,
ist darüber
hinaus die Abmessung des Innendurchmessers Ro des Aufnahmeabschnitts 58 größer ausgebildet
als die Abmessung des Radius Ri der inneren Kugelfläche 44 des
Käfigs 40 (Ro > Ri).
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Wenn
bei der vorgenannten Anordnung der Verzahnungswellenabschnitt der
Welle 2 und das innere Gelenkelement 20 miteinander
verzahnt werden und ein Sprengring 4 angebracht wird, um
die beiden Elemente vollständig
miteinander zu verbinden (siehe 3 oder 4),
stoßen
der Druckabschnitt 52 des Druckelements 50 und
der Aufnahmeabschnitt 58 des Aufnahmeelements 56 aneinander
an, wodurch das elastische Element 54 zusammengedrückt wird.
Hierdurch wird das innere Gelenkelement 20, das in der
Welle 2 integriert ist, durch eine elastische Kraft axial
zur Seite der Öffnung
des äußeren Gelenkelements
versetzt, wobei durch diese Versetzung das axiale Spiel reduziert
wird, das von dem Laufflächenspiel
stammt, und hierdurch ein Rotationsspiel verhindert wird, da die
Kugelrillen 24 des Innenrings 20 so geformt sind,
dass sie sich zur innersten Seite des Außenrings 10 ausdehnen.
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Die
Beseitigung des Rotationsspiels erfordert, dass die elastische Kraft
des elastischen Elements 54 unter Berücksichtigung verschiedener
Bedingungen, die auf den montierten Zustand des Gelenks des Fahrzeugs
einwirken, festgelegt wird. So müssen
beispielsweise in dem Fall, in dem das Eigengewicht der Welle 2 auf
das elastische Element 54 wirkt, das Eigengewicht und die
Kraft, mit der die Welle heruntergedrückt wird, berücksichtigt
werden. Darüber
hinaus ist es wünschenswert,
dass Vibrationen in dem Lenksystem berücksichtigt werden. Dadurch,
dass die Einstellung der Federkraft auf diese Weise optimiert wird,
kann das Spiel immer verringert werden, wodurch es ermöglicht wird,
abnormale Geräusche
zu vermeiden, die auf ein Spiel zurückgehen, das durch axiale oder
radiale Einflüsse
erzeugt wird.
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Darüber hinaus
wurden in der vorstehenden Beschreibung Beispiele gezeigt, bei welchen
BJ-Gelenke als feste
Gleichlaufgelenke verwendet werden; die Erfindung ist jedoch nicht
hierauf beschränkt
und kann ebenso bei unterschnittenen, freien Gelenken Anwendung
finden, die in Bereichen der Kugelrillen 14 und 24 einen
geraden Abschnitt aufweisen, oder bei anderen festen Gleichlaufgelenken,
wobei die gleichen Wirkungen erzielt werden.
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Bei
der Befestigung des festen Gleichlaufgelenks 1 an einem
Fahrzeug, das als Wellengelenk für Lenkzwecke
dient, ist es zu bevorzugen, dass die Biegephase der Lenkwelle 2 im
Zustand des Geradeausfahrens des Fahrzeugs so eingestellt wird,
dass sie der Richtung der Kugelrillen 14, 24 des
Gleichlaufgelenks 1 entspricht. Mit anderen Worten: Die Drehrichtungsphase,
in der die Biegerichtung der Lenkwelle 2 die Richtung der
Kugelrillen 14, 24 ist, wird mit der Lenkraddrehphase
in Übereinstimmung gebracht,
wenn das Fahrzeug geradeaus fährt.
Hierdurch kann die Verschlechterung der Lenkstabilität, die mit
einer erhöhten
Hysterese einhergeht, vermieden werden. Genauer ausgedrückt, ist
das Gelenk – wie
in 7 dargestellt – so befestigt, dass sich die Biegephase
der Lenkwelle 2 im Zustand des Geradeausfahrens des Fahrzeugs
mit der Richtung der Kugelrillen 14, 24 des Gleichlaufgelenks 1 deckt. 9 zeigt
ein Vergleichsbeispiel, bei dem die Biegerichtung der Lenkwelle 2 sich
zwischen den Richtungen der Kugelrillen 14, 24 des
Gleichlaufgelenks 1 erstreckt. Die Drehmoment-Verdrehwinkeldiagramme für die 7 und 10 sind
jeweils in 8 und 10 dargestellt.
Wie aus diesen Figuren ersichtlich, ist die Hysterese klein (8),
wenn die Biegerichtung der Lenkwelle 2 die Richtung der
Kugelrillen 14, 24 ist (7), und
sie ist groß (10),
wenn sie sich zwischen den Richtungen der Kugelrillen 14, 24 erstreckt
(9). Eine derartige Tendenz ist besonders ausgeprägt, wenn
der festgelegte Gelenkwinkel (α: 2B)
30° übersteigt.
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Wenn
das Fahrzeug geradeaus fährt,
beeinflusst ein Anstieg der Hysterese in dem Drehmoment-Verdrehwinkeldiagramm
für das
Gelenk die Funktionsfähigkeit
des Lenkrads (direktes Fahrgefühl);
daher ist es wünschenswert,
dass diese Hysterese klein ist. Aus diesem Grund kann die Verschlechterung
der Lenkstabilität,
die mit einem Anstieg der Hysterese einhergeht, vermieden werden, indem
die Biegephase der Lenkwelle 2 beim Geradeausfahren des
Fahrzeugs so eingestellt wird, dass sie der Kugelrillenrichtung
entspricht.
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Die 11A bis 11D zeigen
Spieldiagramme, die erstellt wurden, indem die Biegephase der Lenkwelle
in Inkrementen von 10° von
der Kugelrillenrichtung in die Richtung zwischen den Kugelrillen
geändert
wurde. Die Phase 0° (11A) bezieht sich auf den Fall der Kugelrillenrichtung,
während
die Phase 30° (11D) sich auf den Fall einer Erstreckung in die
Richtungen zwischen den Kugelrillen bezieht. Ein Vergleich der 11A bis 11D untereinander
zeigt, dass die Änderung
der Hysterese mit einer 20°-Phase
von der Kugelrillenrichtung zunimmt. Somit ermöglicht es das Einstellen der
Richtung der Lenkwelle auf nicht mehr als +20° auf der Basis der Kugelrillen,
die Verschlechterung der Funktionsfähigkeit, die mit einem Anstieg
der Hysterese einhergeht, zu vermeiden oder zu mildern.
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Die 1A und 1B sind
schematische Formen von Drehmoment-Verdrehwinkeldiagrammen, die
in den 8, 10 und 11A bis 11D dargestellt sind, wobei hier in gleicher Weise
die vertikale Achse das Drehmoment (Nm) und die horizontale Achse
den Verdrehwinkel (Grad) anzeigt. Im Fall des festen Gleichlaufgelenks,
das für
Lenkzwecke verwendet wird, entspricht das Drehmoment in der vertikalen
Achse der Kraft zum Drehen des Lenkrads, während der Verdrehwinkel in
der horizontalen Achse dem Drehwinkel des Lenkrads entspricht, obwohl
das Drehmoment in den Drehmoment-Verdrehwinkeldiagrammen ein Wert
ist, der für das
Gleichlaufgelenk selbst gemessen wird, im Unterschied zu der sogenannten
Lenkkraft bei einer Lenkvorrichtung, die in einem Kraftfahrzeug
angebracht ist. Wie in 1A dargestellt, fällt die
Drehmoment-Verdrehwinkelkurve im Bereich des Drehmoments 0 schräg ab. Im
Besonderen ist es zu bevorzugen, dass sie auf einen Bereich von
1,5 bis 6,0 Nm/Grad festgelegt wird. 1B zeigt
ein Vergleichsbeispiel, bei dem ein Bereich existiert, bei dem im
Bereich des Drehmoments 0 die Steigung entlang eines gegebenen Verdrehwinkels
0 ist. In diesem Bereich dreht sich das Lenkrad mit dem Drehmoment 0. Mit
anderen Worten: Das Lenkrad dreht sich ohne Widerstand – eine Tatsache,
die als Spiel entlang dem Umfang wahrgenommen wird, das das Fahrgefühl verschlechtert.
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Bei
der vorgenannten Beschreibung sind das äußere Gelenkelement und das
innere Gelenkelement im Wesentlichen jeweils das Gleiche wie der Außenring
und der Innenring.
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Zusammenfassung
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Es
ist vorgesehen, dass bei einem festen Gleichlaufgelenk 1 mit
einer Vielzahl von Laufflächen 30 für Kugeln
zur Drehmomentübertragung
der Verdrehwinkel bei einem Eingangsdrehmoment von 0 Nm in einem
Drehmoment-Verdrehwinkeldiagramm etwa 0 ist. Darüber hinaus wird die Drehsteifigkeit
bei einem Eingangsdrehmoment von 0 Nm in dem Drehmoment-Verdrehwinkeldiagramm
in einen Bereich von 1,5 Nm/Grad bis 6 Nm/Grad gebracht.