DE112004002719T5 - Festes Gleichlaufgelenk - Google Patents

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Abstract

Festes Gleichlaufgelenk, das ein äußeres Gelenkelement aufweist, das an entlang dem Umfang gleichmäßig beabstandeten Positionen auf der inneren Kugelfläche mit sich axial erstreckenden Kugelrillen versehen ist, ein inneres Gelenkelement, das 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 äußeren Gelenkelements und der äußeren Kugelfäche des inneren Gelenkelements 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.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • 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.
  • STAND DER TECHNIK
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Eine Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, das Spiel am Umfang (Rotationsspiel) bei festen Gleichlaufgelenken zu beseitigen, um das Fahrgefühl zu verbessern.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Gemäß der Erfindung wird das Spiel am Umfang (Rotationsspiel) bei festen Gleichlaufgelenken beseitigt, um das Fahrgefühl zu verbessern.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • In der Zeichnung zeigen:
  • 1A ein Drehmoment-Verdrehdiagramm, das eine Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 1B ein Drehmoment-Verdrehdiagramm, das ein Vergleichsbeispiel zeigt;
  • 2A eine Draufsicht auf eine Lenkvorrichtung;
  • 2B eine Seitenansicht der Lenkvorrichtung;
  • 2C eine perspektivische Darstellung der Lenkvorrichtung;
  • 3 einen Längsschnitt durch ein festes Gleichlaufgelenk;
  • 4 eine vergrößerte Hauptansicht gemäß 3;
  • 5 eine vergrößerte Hauptansicht gemäß 3;
  • 6 einen Längsschnitt, aus dem das Gelenk in abgewinkeltem Zustand ersichtlich ist;
  • 7 eine schematische Darstellung eines festen Gleichlaufgelenks für Lenkzwecke;
  • 8 ein Drehmoment-Verdrehwinkeldiagramm für das Gelenk gemäß 7;
  • 9 eine schematische Darstellung eines festen Gleichlaufgelenks für Lenkzwecke;
  • 10 ein Drehmoment-Verdrehwinkeldiagramm für das Gelenk gemäß 9; und
  • 11A bis 11D Drehmoment-Verdrehwinkeldiagramme, die erstellt wurden, indem die Phase in Inkrementen von 10° verändert wurde.
  • BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Bei der vorgenannten Beschreibung sind das äußere Gelenkelement und das innere Gelenkelement im Wesentlichen jeweils das Gleiche wie der Außenring und der Innenring.
  • Zusammenfassung
  • 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.

Claims (5)

  1. Festes Gleichlaufgelenk, das ein äußeres Gelenkelement aufweist, das an entlang dem Umfang gleichmäßig beabstandeten Positionen auf der inneren Kugelfläche mit sich axial erstreckenden Kugelrillen versehen ist, ein inneres Gelenkelement, das 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 äußeren Gelenkelements und der äußeren Kugelfäche des inneren Gelenkelements 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.
  2. Festes Gleichlaufgelenk, das ein äußeres Gelenkelement aufweist, das an entlang dem Umfang gleichmäßig beabstandeten Positionen auf der inneren Kugelfläche mit sich axial erstreckenden Kugelrillen versehen ist, ein inneres Gelenkelement, das 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 äußeren und des inneren Gelenkelements definiert werden, und einen Käfig, der zwischen der inneren Kugelfläche des äußeren Gelenkelements und der äußeren Kugelfäche des inneren Gelenkelements angeordnet ist, um die Kugeln zu halten, wobei das feste Gleichlaufgelenk dadurch gekennzeichnet ist, dass in dem Drehmoment-Verdrehwinkeldiagramm die Drehsteifigkeit bei einem Eingangsdrehmoment von 0 Nm in einen Bereich zwischen 1,5 Nm/Grad und 6 Nm/Grad gebracht wird.
  3. Festes Gleichlaufgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckabschnitt, der eine elastische Druckkraft axial ausübt, auf der Seite des inneren Gelenkelements vorgesehen ist, und der Käfig mit einem Aufnahmeabschnitt versehen ist, der eine Druckkraft von dem Druckabschnitt aufnimmt.
  4. Festes Gleichlaufgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Druckkraft so wirkt, dass das innere Gelenkelement durch den Aufnahmeabschnitt, der in dem Käfig installiert ist, nach außen zur ausgedehnten Seite der Kugellaufflächen gedrückt wird.
  5. Festes Gleichlaufgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk für Lenkvorrichtungen verwendet wird.
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