DE112006000254T5

DE112006000254T5 - Gelenkmanschette

Info

Publication number: DE112006000254T5
Application number: DE112006000254T
Authority: DE
Inventors: Ronald Eugene Buckley Dice; Terence Paul Walled Lake Davies; Kevin Paul Madison Heights Horak
Original assignee: GKN Driveline North America Inc
Current assignee: GKN Driveline North America Inc
Priority date: 2005-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2026-01-27
Also published as: WO2006081393A3; JP4928469B2; WO2006081393A2; CN101111691B; US7575519B2; US20070241518A1; JP2008528888A; DE112006000254B4; CN101111691A

Abstract

Manschette (14) für ein Gelenk (10), umfassend:
einen Wellenumgreifabschnitt (34),
einen Gelenkanschlußabschnitt (36), sowie
einen Manschettenabschnitt (38), der den Gelenkanschlußabschnitt (36) mit dem Wellenumgreifabschnitt (34) verbindet, wobei die Manschette (14) derart gestaltet ist, daß sie dynamisch über den Manschettenabschnitt (38) in eine Rollwandkrümmungsposition (A, B, C) gerollt werden kann, um eine Rollfläche (40) mit einer Krümmungsbreite (W_roll) zu bilden, und wobei die Krümmungsbreite (W_roll) unabhängig von der Rollwandkrümmungsposition (A, B, C) im allgemeinen konstant bleibt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Manschette für ein Gleichlaufdrehgelenk und schließt eine verwindungssteife Manschette für ein Gleichlaufdrehgelenk ein.
Hintergrund der Erfindung
Konventionelle Gleichlaufdrehgelenke (CV-Gelenke) weisen in der Regel eine Manschette auf, die aus einem elastischen Werkstoff wie Silikon oder Kautschuk, um nur ein Beispiel zu nennen, hergestellt ist und zum Abdichten innenliegender Komponenten und Schmierstoffe gegen die äußere Umgebung verwendet werden kann. In diesem Beispiel schützt die Manschette die innenliegenden Komponenten, während sie gleichzeitig ermöglicht, daß eine Welle von diesem inneren Einbauort in die äußere Umgebung hinausführt. Die Manschette gestattet der Welle, sich durch sie hindurch zu erstrecken, indem eine Öffnung in der Manschette vorgesehen ist, durch die sich die Welle erstreckt. Der mit der Öffnung verbundene Rand oder die entsprechende Wand ist so ausgebildet, daß er/sie im Festsitz auf der Welle aufsitzt, dergestalt, daß sich die Manschette mit der Welle dreht.
Obwohl die Manschette die innenliegenden Komponenten des Gleichlaufdrehgelenks unter den meisten Betriebsbedingungen ausreichend abdichtet, kann es Beeinträchtigungen geben. Insbesondere können sich unter gewissen Umständen die Außenwände der Öffnung der Manschette zu einem gewissen Grad axial ausdehnen oder einziehen (Aufblähen oder Einsinken gegenüber der Achse) und dabei auf andere Abschnitte der Manschette oder der Welle stoßen und unregelmäßigem Verschleiß unterliegen. Ein weiterer solcher Umstand liegt vor, wenn das Gelenk großen Drehwinkeln oder großen axialen Verschiebewegen ausgesetzt ist. In diesem Fall kann die Symmetrie von herkömmlichen Gelenken an bestimmten Punkten unregelmäßig oder verzerrt werden. Eine solche Verformung kann letztlich dazu führen, daß die Manschette unregelmäßig verschleißt. Die vorliegende Erfindung wurde im Licht dieser und anderer potentieller Konstruktionsbetrachtungen entwickelt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachstehend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Viele Aspekte der Erfindung sind besser unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnung verständlich. Diese Komponenten in den Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu wiedergegeben, vielmehr wird die Betonung auf eine klare Darstellung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung gelegt. Darüber hinaus bezeichnen gleiche Bezugsziffern einander entsprechende Teile in allen verschiedenen Ansichten.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Gelenks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine Seitenansicht einer Gelenkmanschette gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt eine weitere Seitenansicht einer Gelenkmanschette gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt einen Längsschnitt durch einen Abschnitt der Manschette entlang der Linie 4-4 in 3 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 zeigt eine Frontansicht entlang der Linie 5-5 in 3 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 zeigt eine weitere Frontansicht entlang der Linie 5-5 in 3 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt eine weitere Frontansicht entlang der Linie 5-5 in 3 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 zeigt eine Seitenansicht einer Gelenkmanschette gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 zeigt einen Längsschnitt durch einen Abschnitt der Manschette entlang der Linie 9-9 in 8 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 zeigt eine Seitenansicht einer Gelenkmanschette gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 zeigt einen Längsschnitt durch einen Abschnitt der Manschette entlang der Linie 11-11 in 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 zeigt eine Seitenansicht einer Gelenkmanschette gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 zeigt einen Längsschnitt durch einen Abschnitt der Manschette entlang der Linie 13-13 in 12 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14 zeigt eine Einzelteildarstellung eines Abschnitts einer Manschette;
15 zeigt eine Einzelteildarstellung eines Abschnitts einer Manschette in einer Position entlang einer Umstülpung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
16 zeigt eine Einzelteildarstellung eines Abschnitts der Manschette nach 15 in einer weiteren Position entlang der Umstülpung;
17 zeigt eine Einzelteildarstellung eines Abschnitts der Manschette nach 15 in einer weiteren Position entlang der Umstülpung;
18 zeigt eine Einzelteildarstellung eines Abschnitts der Manschette nach 15 in einer weiteren Position entlang der Umstülpung;
19 zeigt eine Einzelteildarstellung eines Abschnitts der Manschette nach 15 in einer weiteren Position entlang der Umstülpung;
20 zeigt eine Einzelteildarstellung eines Abschnitts der Manschette nach 15 in einer weiteren Position entlang der Umstülpung;
21 zeigt eine Einzelteildarstellung eines Abschnitts der Manschette nach 15 in einer weiteren Position entlang der Umstülpung;
22 zeigt eine Einzelteildarstellung eines Abschnitts der Manschette nach 15 in einer weiteren Position entlang der Umstülpung.
Detaillierte Beschreibung
In der folgenden Beschreibung werden zum Zwecke der Erklärung zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Vorrichtung zu vermitteln, einschließlich vieler Optionen, die damit assoziiert sind. Einem Fachmann wird jedoch klar sein, daß die vorliegende Erfindung ohne diese spezifischen Einzelheiten praktiziert werden kann. Die Bezugnahme in der Beschreibung auf „eine Ausführungsform" bedeutet, daß ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Konstruktion oder eine bestimmte Eigenschaft, die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in zumindest einer Ausführungsform enthalten ist. Die Formulierung „in einer Ausführungsform" an verschiedenen Stellen in der Beschreibung bezieht sich nicht notwendigerweise auf die gleiche Ausführungsform.
In 1 ist ein Gelenk 10, z.B. ein Gleichlaufdrehgelenk (CV-Gelenk) 10, dargestellt, das innerhalb eines Gelenkteils 13 innenliegende Komponenten und Schmierstoffe (zusammenfassend als Element 12 gekennzeichnet), eine Manschette 14 sowie eine Welle 16 umfaßt. Das CV-Gelenk 10 kann z.B. ein Festgelenk oder ein Verschiebegelenk, ein Gelenk mit Verschiebeprofilen oder einer anderen Verbindungart sein.
Die Manschette 14 der vorliegenden Erfindung ist aus einem elastischen Werkstoff, wie z.B. Kautschuk, Silikon oder dergleichen, hergestellt. Die Manschette 14 kann an der Welle 16 des Gleichlaufdrehgelenks 10 festgelegt oder mit ihr verbunden sein. Die Manschette 14 kann zusätzlich in einem Bereich 20 durch einen Außenabschnitt 22 des Gelenkteils 13 mit dem Gelenkteil 13 verbunden (z.B. festgeklemmt) sein. Die Manschette 14 ist typischerweise so vorgesehen, daß sie in einem Bereich 18 nicht verschiebbar auf der Welle 16 festgelegt ist. Wie dem Fachmann klar sein wird, drehen sich daher die Welle 16 und die Manschette 14 während des ordnungsgemäßen Betriebs gemeinsam.
Unter weiterer Bezugnahme auf 1 ermöglicht die erfindungsgemäße Manschette 14 dem Gleichlaufdrehgelenk 10, unter anderem, sich in einem größeren Maße aus einer normalen Umstülpungsposition (die allgemeine Position ist in 3 gezeigt) der Manschette 14 axial zu verschieben (d.h. in das Gelenkteil 13 hinein und aus ihm heraus) und sich bei größeren Winkelbewegungen als konventionelle Gelenke zu beugen. Die Manschette 14 rollt mit weniger Verformungen als herkömmliche Manschetten und zeigt eine bessere Leistungsfähigkeit. Beide vorgenannten Merkmale verringern die Gelegenheit für unvorhersehbares Verhalten der Manschette 14. Das heißt, die vorliegende Manschette 14 kann in Form einer Hochleistungsmanschette mit geringer Verformung ausgebildet sein. In einer Ausführungsform beispielsweise erlaubt die erfindungsgemäße Manschette 14 zumindest eine Drehgeschwindigkeit des Gelenks 10 von oder etwa beispielsweise bis zu 10.500 Umdrehungen pro Minute, ohne darauf beschränkt zu sein, während axiale Verschiebungen mit Abweichungen von bis zu +/– 25 mm von der Ruheposition und eine Beugung bei Winkeln von bis zu 29° gegenüber der Vertikallinie durch den Mittelpunkt der Welle 16 möglich sind.
Außerdem wird darauf hingewiesen, daß verschiedene Ausführungsformen oder Alternativen der Manschette 14, wie sie in den Figuren dargestellt sind, in dem Gleichlaufdrehgelenk 10 eingesetzt werden können. Es wird auch vorweg erwähnt, daß die Manschette 14 entweder in der langgestreckten (nicht umgestülpten oder gekrümmten) Ausführung hergestellt oder durch Formwerkzeuge gefertigt sein kann, wie in einer in 2 dargestellten Ausführungsform, oder in der umgestülpten oder teilweise umgestülpten Form, wie in den in den 3–13 gezeigten Ausführungsformen zu sehen ist. Ferner kann die Manschette 14, wenn sie in der umgestülpten Position geformt wird, an jedem beliebigen Punkt entlang der umgestülpten Ringwand (z.B. an, zwischen oder jenseits der Rollwandkrümmungspositionen, die mit den Linien A, B oder C bezeichnet sind, wie in 2 dargestellt) geformt sein. Die Vorteile jeder Formungsart werden nachstehend genauer erörtert, was einem durchschnittlichen Fachmann leicht verständlich sein wird, wenn er die vorliegende Offenbarung betrachtet.
2 zeigt eine Seitenansicht einer Manschette 14. Die Manschette 14 befindet sich in einer nicht-umgestülpten Konfiguration. Die Manschette 14 umfaßt einen Wellenumgreifabschnitt 34, einen Gelenkanschlußabschnitt 36 sowie einen Manschettenabschnitt 38, der sich unter einem Winkel (der später zu spezifizieren ist) dazwischen erstreckt. Der Wellenumgreifabschnitt 34 weist eine Öffnung 32 mit einem Durchmesser (a₁) auf, um die Manschette 14 an der Außenfläche der Welle 16 des CV-Gelenks 10 festzulegen. Desgleichen weist der Gelenkanschlußabschnitt 36 eine Öffnung 30 mit einem Durchmesser (a₂) auf, um die Manschette 14 an dem Außenabschnitt 22 des Gelenkteils 13 zu befestigen oder damit zu verbinden. Der Wellenumgreifabschnitt 34 wirkt mit einem Kreisabschnitt der Außenfläche der Welle 16 zusammen. Der Durchmesser (a₁) der Öffnung 32 des Wellenumgreifabschnittes 34 ist in der Regel kleiner als der Durchmesser (a₂) der Öffnung 30 des Gelenkanschlußabschnittes 36. Beispielsweise kann das Verhältnis des ersten Durchmessers (a₁) zum zweiten Durchmesser (a₂) zwischen 1 : 2 und 1 : 4 liegen. Jeder der vorgenannten Abschnitte 34, 38, 36 weist eine Länge x₁, x₂ bzw. x₃ auf, wie in den Zeichnungen dargestellt. Die Wechselbeziehungen und Zusammenhänge zwischen diesen Längen werden nachstehend ebenfalls noch genauer erläutert.
2 zeigt eine Ausführung der Manschette 14 in der langgestreckten Form oder im nichtumgestülpten Zustand, um den Schaftwinkel Ω_sleeve in Bezug auf eine Linie L deutlich zu machen, die im wesentlichen parallel oder vertikal in Bezug auf den Wellenumgreifabschnitt 34 und die Längsachse der Manschette 14 ist. In der dargestellten Ausführungsform kreuzt die Linie L den Übergang zwischen dem Wellenumgreifabschnitt 34 und dem Manschettenabschnitt 38. In einer Ausführung liegt der Schaftwinkel (Ω_sleeve) zum Beispiel bei oder zwischen 25 und 45 Grad, ohne darauf beschränkt zu sein.
In einer Ausführung liegt das Durchmesserverhältnis (a₁, a₂) zwischen dem Wellenumgreifabschnitt 34 und dem Gelenkanschlußabschnitt 36 zum Beispiel bei oder um 1 : 3, ohne darauf beschränkt zu sein. Desgleichen liegt ein Verhältnis zwischen der Länge x₁ des Wellenumgreifabschnittes 34 und des Gelenkanschlußabschnittes 36, x₃, zum Beispiel und ohne Beschränkung darauf, bei oder zwischen 1 : 1 und 1 : 2. Ferner liegt das Verhältnis der Länge zwischen x₂ und x₁ + x₃ bei oder zwischen 1 : 1 und 3 : 1. In einer Ausführungsform liegt die Länge von x₁ bei oder zwischen 9 mm und 26 mm, die Länge von x₂ bei oder zwischen 35 mm und 60 mm und die Länge von x₃ bei oder zwischen 10 mm und 20 mm.
In den 3 und 4 wird die Manschette 14 in einem beispielhaften normalen umgestülpten Zustand dargestellt, wobei die Manschette 14 bis zu der in 2 mit B bezeichneten Position umgestülpt oder gerollt ist. Zum Zwecke dieser Erörterung wird auf die als B bezeichnete Position als den normalen umgestülpten Zustand Bezug genommen; es versteht sich jedoch, daß ein durchschnittlicher Fachmann die Manschette 14 so konfigurieren kann, daß sie einen normalen umgestülpten Zustand entlang irgendeines Bereichs des Manschettenabschnittes 38 aufweist, und die vorliegende Erfindung soll nicht auf den dargestellten, normalen umgestülpten Zustand für die Manschette 14 beschränkt sein. Es wird darüber hinaus darauf hingewiesen, daß die Linien A und C als gestrichelte Linien dargestellt sind, die ebenfalls einige der vielen Positionen zeigen oder markieren, zu der die Manschette 14 gerollt oder umgestülpt werden kann und die Manschette 14 kann über die Linien A und C hinaus umgestülpt sein.
Unter weiterer Bezugnahme auf 4 hat die Manschette 14 im Bereich der Umstülpung eine Rollfläche 40, die eine Krümmungsbreite W_roll hat. Wie dargestellt, können die Krümmungsbreite W_roll und die Rollfläche 40 als die im allgemeinen außenliegenden Abschnitte der Umstülpung beschrieben werden, die den zuvor beschriebenen Rollwandkrümmungspositionen zugeordnet sind.
In einer Ausführungsform ist die Manschette 14 so ausgelegt, daß sie im wesentlichen ihre Symmetrie um die Rollfläche 40 aufrechterhält (d.h. eine im allgemeinen kreisförmige Formgebung beibehält), wie in den in den 5 bis 7 gezeigten Beispielen zu sehen ist. Der Grad oder das Maß der Beibehaltung dieser Symmetrie entlang der verschiedenen Rollwandkrümmungspositionen hängt, zumindest teilweise, von den äußeren Faktoren ab, die auf die axiale Verschiebeposition und die Beugung des Gelenks 10 einwirken. Ein Weg, diese Symmetrie aufrechtzuerhalten, besteht darin, die Krümmungsbreite W_roll im allgemeinen unabhängig vom Ort der Rollwandkrümmungsposition und der Rollfläche 40 konstantzuhalten.
Es wird angemerkt, daß die Kombination aus Werkstoffwandstärken t (siehe 4) in den Abschnitten entlang der Manschette 14, Schaftwinkel Ω_sleeve, einem Krümmungswinkel Ω_roll und dergleichen die Symmetrie der Manschette 14 und die Krümmungsbreite W_roll beeinflußt oder steuert, wenn sie von der normalen umgestülpten Position B zu anderen Positionen entlang der Manschettenlänge abweicht. Nachstehend werden verschiedene wiederholte Betrachtungen dieser Beziehungsmerkmale und deren Wirkung weiter erörtert; es wird jedoch darauf hingewiesen, daß für einen Fachmann nach Prüfung der vorliegenden Offenbarung weitere ähnliche Kombinationen dieser Merkmale erkennbar sind, ohne daß diese von Geist und Umfang dieser Erfindung abweichen.
4 zeigt einen Querschnitt durch einen Abschnitt der Manschette 14 entlang der Linie 4-4 in 3 und entspricht einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Krümmungswinkel Ω_rollC in Bezug auf eine Vertikallinie, die sich vom Mittelpunkt der Umstülpung und zum Gelenkanschlußabschnitt 36 erstreckt, ist ebenfalls dargestellt. Ω_rollA ist ebenfalls als gestrichelte Linie eingezeichnet, um den ΔΩ_rollA deutlich zu machen, wenn sich die Umstülpung entlang der Manschette 14 bewegt. Das in 4 erkennbare Phänomen, d.h. der Krümmungswinkel Ω_roll der Manschette, ist eine Funktion der Manschettenwerkstoffeigenschaften, der Wandstärke t des Werkstoffs, aus dem der Manschettenabschnitt 38 besteht, der Position der Umstülpung entlang der Manschette, der äußeren Kräfte, die auf die Manschette einwirken, dem Verhältnis der Öffnungsgrößen a₁ und a₂ (2) und dergleichen. Ebenso gehört, wie später erörtert (und in den 5-7 zu sehen), in einer Ausführungsform die Krümmungsbreite W_roll, die um die Manschette 14 herum an der Stelle gemessen wird, an der sich die Manschette 14 umstülpt, ebenfalls als eine Funktion zu diesen Faktoren. Dabei wird dann jeder dieser Faktoren betrachtet, um die Krümmungsbreite W_roll entlang der Rollfläche 40 im wesentlichen aufrechtzuerhalten, so daß die Manschette 14 unabhängig von den verschiedenen Rollwandkrümmungspositionen beständig gegenüber Verformungen ist. Anders ausgedrückt, um Verformungen der Manschette, wie oben beschrieben, im wesentlichen zu verhindern, die in konventionellen Manschetten durch das Umstülpen des Manschettenabschnittes 38 in jede der Richtungen ausgehend von der Normalposition B resultieren können, vergrößert sich in einer Ausführungsform Ω_roll bei einer Bewegung in Richtung zu A hin und verringert sich bei einer Bewegung in Richtung zu C hin und dadurch bleibt die Krümmungsbreite W_roll der Rollfläche 40 der Manschette 14 entlang des Umstülpungspunktes gleich, wenn die Umstülpung sich zu dem Wellenumgreifabschnitt 34 von B aus (d.h. zu C hin) bewegt und wenn die Umstülpung sich in Richtung zu dem Gelenkanschlußabschnitt 36 von B aus (d.h. zu A hin) bewegt.
In einer Ausführungsform hängt die Krümmungsbreite W_roll der Rollfläche 40 des umgestülpten Abschnitts, gemessen von der Stirnseite, funktional mit dem Schaftwinkel Ω_sleeve zusammen. Die funktionale Beziehung wird an verschiedenen Punkten entlang des Manschettenabschnittes 38 dargestellt, der in den 5–7 zu sehen ist. Das heißt, die 5–7 zeigen eine stirnseitige Ansicht der Manschette 14 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der Linie 5-5 in 3. Die Krümmungsbreite W_roll jeder Manschette ist schattiert dargestellt. Es wird darauf hingewiesen, daß die tatsächliche Größe der Flächenbreite 40 oder deren relative Änderung gegenüber den Punkten, die entlang des Manschettenabschnittes 38 der Manschette 14 markiert sind, nicht unbedingt maßstabsgetreu ist. Vielmehr ist beabsichtigt, daß die Zeichnungen einfach hervorheben, daß die Krümmungsbreite W_roll der Rollfläche 40 der Manschette 14 relativ konstant bleibt, wenn die Umstülpung entlang des Manschettenabschnittes 38 wandert. Auf diese Weise machen die Zeichnungen auch das Phänomen der Krümmungsbreite W_roll deutlich, wenn die Rollfläche 40 entlang der Umstülpung wandert, daß nämlich bei Zunahme des Durchmessers der Manschette (d.h.
Wanderungen von den Positionen A oder B in Richtung C), die Krümmungsbreite W_roll oder die Rollfläche 40 im allgemeinen konstant bleibt.
5 zeigt die Manschette 14 in der normalen umgestülpten Position, die der Einfachheit halber als B aus den 2 und 3 bezeichnet wird. 6 zeigt die Manschette an der Position A umgestülpt und 7 zeigt die Manschette umgestülpt an der Position C. Bei dieser Ausführungsform und in diesen drei Figuren bleibt die Krümmungsbreite W_roll der Rollfläche 40 der Umstülpung im wesentlichen gleich, wenn die Umstülpung zu einem Ende der Manschette hochwandert. Desgleichen bleibt die Krümmungsbreite W_roll der Rollfläche 40 ebenfalls im wesentlichen gleich, wenn die Umstülpung zum anderen Ende der Manschette hinunterwandert. Wie zuvor erörtert und in einer Ausführungsform vorgesehen, bestimmen zumindest einige der Faktoren, die diese betreffende Flächenbreite beeinflussen, auch die Verformung der Umstülpung, nämlich Ω_sleeve, t und Ω_roll.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Manschette 14. Es ist eine Seitenansicht der Manschette 14 zu sehen, die einen Manschettenabschnitt 38 aufweist, der im Umfang über zumindest einen Bereich des Manschettenabschnittes 38 variiert. In der Darstellung und in einer Ausführungsform ist der Manschettenabschnitt 38 der Manschette 14 so gestaltet, daß er die Form eines „S" hat. Obwohl ein „S" dargestellt und beschrieben wird, kann der Manschettenabschnitt 38 auch die Form eines umgekehrten „S" aufweisen. Desgleichen kann der Manschettenabschnitt eine Kurve bilden mit wechselnden oder sich ändernden Steigungen. Die Form des Manschettenabschnittes 38 und die Steigung des S oder des kurvenförmigen Bereichs entlang des Manschettenabschnittes eignet sich zum Regulieren oder Steuern der Menge des Werkstoffs, der entlang des Flächenbereichs auftritt. Auf diese Weise beeinflußt die Fähigkeit, die Größe der Flächenbreite zu regulieren, auch die Aufrechterhaltung der Symmetrie und die Verformungen entlang dieses Bereichs.
9 zeigt einen Längsschnitt durch einen Abschnitt der Manschette 14 entlang 9-9 in 8 gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Wie in der Zeichnung zu sehen ist, und zusätzlich zu dem bereits beschriebenen Phänomen, wird der Krümmungswinkel Ω_roll auch durch den variierende Steigungen aufweisenden Manschettenabschnitt 38 beeinflußt oder durch Änderungen, die durch die Lage der Umstülpung entlang des „S"-förmigen Aufbaus bedingt sind.
10 zeigt eine Seitenansicht einer weiteren Manschette 14 gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform umfaßt der Manschettenabschnitt 38 einen gewölbten Rand in der Nähe des Wellenumgreifabschnittes 34. In einer Ausführungsform rollt die Manschette 14 ebenfalls zu verschiedenen Positionen entlang des Manschettenabschnittes 38, ohne daß es zu Verformungen um die Fläche 40 der Umstülpung herum kommt. Das heißt, die Steigung des Manschettenabschnittes 38 beeinflußt ebenfalls die Faktoren, wie sie vorstehend beschrieben wurden. 11 ist ein Längsschnitt durch einen Abschnitt der Manschette entlang 11-11 in 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 zeigt eine Seitenansicht einer Manschette 14 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist die Steigung des Manschettenabschnittes 38 relativ konstant. 13 ist ein Längsschnitt durch einen Abschnitt der Manschette entlang 13-13 in 12 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich der Wellenumgreifabschnitt 34 um eine Strecke über die in den 2 und 3 gezeigte Manschette 14 hinaus. Das heißt, bei dieser Ausführungsform liegt das Verhältnis zwischen Wellenumgreifabschnitt 34 und Gelenkanschlußabschnitt 36 bei oder um 2 : 1. Darüber hinaus ist der Winkel Ω_sleeve zwischen dem Wellenumgreifabschnitt 34 und dem Manschettenabschnitt 38 größer als der Winkel Ω_sleeve der in 2 darstellten Manschette.
14 zeigt einen Ausschnitt der Manschette 14 aus den 2 bis 4, wie sie in 4 dargestellt ist. Die Manschette 14 umfaßt einen Wellenumgreifabschnitt 34 mit einer ersten Wandstärke t₁ und einer ersten Öffnung 32 mit einem Durchmesser a₁, einen Manschettenabschnitt 38 mit einer zweiten Wandstärke t₂ und einen Gelenkanschlußabschnitt 36 mit einer dritten Wandstärke t₃ und einer Öffnung 30 mit einem Durchmesser a₂. In der gezeigten Ausführungsform sind die Wandstärke t₁ des Wellenumgreifabschnittes 34 und die Wandstärke t₂ des Manschettenabschnittes 38 nicht proportional, sondern vielmehr eine Funktion der Manschettenwerkstoffeigenschaften, des Schaftwinkels Ω_sleeve, der äußeren, auf die Manschette einwirkenden Kräfte, des Durchmesserverhältnisses (a₁, a₂) und dergleichen. Das heißt, daß in einer Ausführungsform durch Vergrößerung von t₁ nicht eine proportionale Vergrößerung von t₂ erreicht werden kann, ohne die Stabilität der Manschette 14 einzubüßen. In der dargestellten Ausführung sind jedoch die Wandstärke t₁ des Wellenumgreifabschnittes 34 und die Wandstärke t₃ des Gelenkanschlußabschnittes 36 proportional zueinander und sind eine Funktion der Manschettenwerkstoffeigenschaften, des Schaftwinkels Ω_sleeve, der äußeren, auf die Manschette einwirkenden Kräfte, des Verhältnisses der Durchmesser a₁ und a₂, der Wandstärke t₂ des Manschettenabschnittes 38 und dergleichen. Das heißt, in einer Ausführung kann durch Vergrößerung proportional vergrößert werden, ohne die Stabilität der Manschette 14 einzubüßen. Dies ist kein notwendiges Merkmal und sollte auch nicht als solches interpretiert werden. Anders gesagt, die Stabilität der Verbindungsbereiche der Manschette 14 beeinflußt direkt die Stabilität des Manschettenabschnittes 38 der Manschette 14. In einer Ausführungsform liegt t₃ bei oder zwischen 1 mm und 4 mm.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 2 und 14 kann t₁ in einer Ausführungsform auf oder um etwa 2,75 mm, t₂ auf oder um etwa 2,0 mm und t₃ auf oder um etwa 2,5 mm eingestellt sein. In dieser Ausführungsform kann das Verhältnis der Durchmesser (a₁, a₂) auf oder bei etwa 1 : 2,9 festgelegt sein. In einer anderen Ausführungsform kann t₁ auf oder um etwa 2,75 mm, t₂ auf oder um etwa 1,7 mm und t₃ auf oder um etwa 2,5 mm eingestellt sein. In dieser Ausführungsform kann das Verhältnis der Durchmesser (a₁, a₂) auf oder bei etwa 1 : 3,38 festgelegt sein. In einer weiteren Ausführungsform kann t₁ auf oder um etwa 2,75 mm, t₂ auf oder um etwa 2,2 mm und t₃ auf oder um etwa 2,5 mm eingestellt sein. In dieser Ausführungsform kann das Verhältnis der Durchmesser (a₁, a₂) auf oder bei etwa 1 : 2,65 festgelegt sein. Folglich kann t₁ auf oder zwischen 2,5 mm und 3 mm eingestellt sein, t₂ auf oder zwischen 1,5 und 2,5 mm eingestellt sein und t₃ auf oder zwischen 2 mm und 3 mm eingestellt sein und das Durchmesserverhältnis (a₁, a₂) kann auf oder zwischen etwa 1 : 2 und 1 : 4 festgelegt sein. Es wird zusätzlich darauf hingewiesen, daß die vorhergehenden Ausführungsformen nur als Beispiele für einige Möglichkeiten zur Realisierung der vorliegenden Erfindung dienen sollen und nicht einschränkend zu verstehen sind. Daher soll die Erfindung nicht nur auf die offenbarten Kombinationen beschränkt sein. Nach Betrachtung der vorliegenden Offenbarung wird ein durchschnittlicher Fachmann ohne Schwierigkeiten weitere geeignete Kombinationen erkennen können.
Es wird auch angemerkt, daß die Manschette 14 aus Kautschuk bestehen kann, einschließlich hydriertem Nitrilbutadien-Kautschuk („HNBR") und Chloropren-Kautschuk („CR"). Es können jedoch auch andere Werkstoffe eingesetzt werden, beispielsweise Silikon, alternative Kautschukverbindungen oder dergleichen. In einer Ausführungsform liegt die Werkstoffbeanspruchung bei oder zwischen 0,40 MPa und 0,80 MPa, wenn eine Kräftekombination am Werkstoff anliegt. Beispiele für solche kombinierten Kräfte sind, ohne Beschränkung darauf, Schmiermitteldruckkräfte, Zentrifugalkräfte und dergleichen.
In einer Ausführungsform ist der Übergang zwischen einer oder mehr Wandstärken t₁, t₂ und t₃ allgemein ein gestufter Übergang. Das heißt, der erste Übergang in der Werkstoffwandstärke zwischen dem Wellenumgreifabschnitt 34 und dem Manschettenabschnitt 38 ist abrupt so wie es auch der zweite Übergang zwischen dem Manschettenabschnitt 38 und dem Gelenkanschlußabschnitt 36 ist. Diese Übergänge ermöglichen eine geringe Manschettenabschnittswandstärke t₂, während gleichzeitig die Stabilität und die Symmetrie gegen die an der Manschette 14 angreifenden anderen Kräfte im wesentlichen aufrechterhalten werden.
Die 15–22 stellen die Manschette 14 in verschiedenen Positionen entlang der Umstülpung und bei verschiedenen axialen Verschiebestellungen heraus. Die eingezeichneten Pfeile zeigen in der Regel die Richtung der Translation der Welle 16 an, wenn sie sich aus der normalen Wellenposition in 1 nach innen in Richtung zum Gelenkteil 13 hin bewegt bzw. sich aus der normalen Wellenposition von dem Gelenkteil 13 entfernt. Es wird jedoch als erstes darauf hingewiesen, daß die Manschette 14 so hergestellt sein könnte, daß sie irgendeine dieser Positionen oder eine Position irgendwo dazwischen einnimmt. Somit kann die Normalposition der Welle 16 von dem dargestellten Ausführungsbeispiel abweichen, in Form der Wellennormalposition und der Manschettennormalposition.
Zu Darstellungszwecken zeigen die 15–18 vier axiale Verschiebestellungen, die die Manschette 14 aus ihrer normalen Position heraus, wie sie in 1 und 3 dargestellt ist, auseinanderziehen. 15 zeigt eine Ausführungsform, in der die Welle 16 aus dem Gelenkteil 13 heraus um eine Strecke von 20 mm aus der Normalposition ausgefahren ist und dadurch die Manschette 14 dehnt. Desgleichen zeigt 16 die Welle 16, wie sie aus dem Gelenkteil 13 heraus um eine Strecke von 15 mm aus der Normalposition ausgefahren ist. Auch 17 zeigt die Welle 16, wie sie aus dem Gelenkteil 13 heraus um eine Strecke von 10 mm aus der Normalposition ausgefahren ist. Schließlich zeigt 18 die Welle 16, wie sie aus dem Gelenkteil 13 heraus um eine Strecke von 5 mm aus der Normalposition ausgefahren ist. Wie bereits zuvor angemerkt, kann der durchschnittliche Fachmann jede beliebige Position entlang des Manschettenabschnittes 38 auswählen und die Erfindung soll nicht auf die beispielhafte Normalposition beschränkt sein.
Desgleichen zeigen die 19–22 vier axiale Verschiebewege, die die Manschette bei verschiedenen Positionen außerhalb ihrer Normalposition gestaucht zeigen. Dabei wird die Welle 16 nach innen, zum Gelenkteil 13 hin, verschoben. 19 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Welle 16 in Richtung zum Gelenkteil 13 hin um eine Strecke von 5 mm aus der Normalposition heraus verschoben ist. Desgleichen zeigt 20 die Welle 16, wie sie sich um eine Strecke von 10 mm aus der Normalposition heraus nach innen zu dem Gelenkteil 13 hin erstreckt. Auch 21 zeigt die Welle 16, wie sie sich um eine Strecke von 15 mm aus der Normalposition heraus nach innen zu dem Gelenkteil 13 hin erstreckt. Schließlich zeigt 22 die Welle 16, wie sie sich um eine Strecke von 20 mm aus der Normalposition heraus nach innen zu dem Gelenkteil 13 hin erstreckt.
Die vorstehenden Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Verfahren und Vorrichtungen sowie einige der praktischen Anwendungen zu illustrieren. Die vorstehende Beschreibung ermöglicht anderen Fachleuten, die Verfahren und Vorrichtungen in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen einzusetzen, wie sie für die spezielle geplante Verwendung geeignet sind. Es ist beabsichtigt, daß der Schutzumfang der vorliegenden Verfahren und Vorrichtungen durch den folgenden Anspruch/die folgenden Ansprüche definiert wird. Gemäß den Bestimmungen der Patentgesetze wurden die Prinzipien und die Funktionsweise dieser Erfindung erklärt und in Ausführungsbeispielen dargestellt. Es versteht sich jedoch, daß diese Erfindung auch anders als ausdrücklich erklärt und dargestellt praktiziert werden kann, ohne von ihrem Geist oder Schutzumfang abzuweichen.
Zusammenfassung
Eine Manschette (14) für ein Gelenk (10) umfaßt einen Wellenumgreifabschnitt (34), einen Gelenkanschlußabschnitt (36) sowie einen Manschettenabschnitt (38), der den Gelenkanschlußabschnitt (36) mit dem Wellenumgreifabschnitt (34) verbindet. Die Manschette (14) ist so ausgelegt, daß sie dynamisch über den Manschettenabschnitt (38) in eine Rollwandkrümmungsposition (A, B, C) gerollt werden kann, um eine Rollfläche (40) mit einer Krümmungsbreite (W_roll) zu bilden, wobei die Krümmungsbreite (W_roll) unabhängig von der Rollwandkrümmungsposition (A, B, C) im allgemeinen konstant bleibt. Die Manschette (14) kann verwendet werden, um eine Welle (16) mit einem Gelenkteil (13) des Gelenks (10) zu verbinden, und ist so ausgelegt, daß sie eine Translation der Welle zuläßt.

Claims

Manschette (14) für ein Gelenk (10), umfassend: einen Wellenumgreifabschnitt (34), einen Gelenkanschlußabschnitt (36), sowie einen Manschettenabschnitt (38), der den Gelenkanschlußabschnitt (36) mit dem Wellenumgreifabschnitt (34) verbindet, wobei die Manschette (14) derart gestaltet ist, daß sie dynamisch über den Manschettenabschnitt (38) in eine Rollwandkrümmungsposition (A, B, C) gerollt werden kann, um eine Rollfläche (40) mit einer Krümmungsbreite (W_roll) zu bilden, und wobei die Krümmungsbreite (W_roll) unabhängig von der Rollwandkrümmungsposition (A, B, C) im allgemeinen konstant bleibt.
Manschette für ein Gelenk nach Anspruch 1, wobei der Wellenumgreifabschnitt (34) eine erste Wandstärke (t₁) aufweist, der Manschettenabschnitt (38) eine zweite Wandstärke (t₂) aufweist und der Gelenkanschlußabschnitt (36) eine dritte Wandstärke (t₃) aufweist und wobei die zweite Wandstärke (t₂) kleiner ist als die erste Wandstärke (t₁).
Manschette für ein Gelenk nach Anspruch 2, wobei die erste Wandstärke (t₁) bei oder zwischen 2,5 mm und 3,0 mm liegt, die zweite Wandstärke (t₂) bei oder zwischen 1,5 mm und 2,5 mm liegt und die dritte Wandstärke (t₃) bei oder zwischen 2 mm und 3 mm liegt.
Manschette für ein Gelenk nach Anspruch 3, wobei die erste Wandstärke (t₁) genau oder etwa 2,75 mm beträgt, die zweite Wandstärke (t₂) genau oder etwa 2,0 mm beträgt und die dritte Wandstärke (t₃) genau oder etwa 2,5 mm beträgt.
Manschette für ein Gelenk nach Anspruch 2, ferner umfassend einen ersten Übergangsabschnitt zwischen der ersten Wandstärke (t₁) und der zweiten Wandstärke (t₂) sowie einen zweiten Übergangsabschnitt, der zwischen der zweiten Wandstärke (t₂) und der dritten Wandstärke (t₃) ausgebildet ist.
Manschette für ein Gelenk nach Anspruch 1, wobei der Wellenumgreifabschnitt (34) eine Öffnung (32) mit einem ersten Durchmesser (a₁) definiert und der Gelenkanschlußabschnitt (36) eine zweite Öffnung (30) mit einem zweiten Durchmesser (a₂) definiert und wobei ein Verhältnis des ersten Durchmessers (a₁) zum zweiten Durchmesser (a₂) bei oder zwischen 1 : 2 und 1 : 4 liegt.
Manschette für ein Gelenk nach Anspruch 6, wobei das Verhältnis des ersten Durchmessers (a₁) zum zweiten Durchmesser (a₂) bei oder zwischen einem von 1 : 2,65, 1 : 2,9 und 1 : 3,38 liegt.
Manschette für ein Gelenk nach Anspruch 1, wobei der Wellenumgreifabschnitt (34) einen Winkel (Ω_sleeve) bildet, der bei oder zwischen 25 und 45 Grad in Bezug auf eine Linie (L) liegt, die im wesentlichen parallel zu einer Längsachse der Manschette (14) ist.
Manschette für ein Gelenk nach Anspruch 8, wobei der Winkel (Ω_sleeve) bei oder zwischen 32 und 38 Grad liegt.
Manschette für ein Gelenk nach Anspruch 1, wobei der Gelenkanschlußabschnitt (36) einen Winkel (Ω_roll) mit einer Linie (L) bildet, die im wesentlichen parallel zu dem Wellenumgreifabschnitt (34) ist.
Manschette für ein Gelenk nach Anspruch 10, wobei der Winkel (Ω_roll) größer wird, wenn sich die Rollfläche (40) zu dem Gelenkanschlußabschnitt (36) hin bewegt und der Winkel (Ω_roll) kleiner wird, wenn sich die Rollfläche (40) von dem Gelenkanschlußabschnitt (36) fort bewegt.
Manschette für ein Gelenk nach Anspruch 1, wobei der Wellenumgreifabschnitt (34) eine erste Länge (x₁) aufweist, der Manschettenabschnitt (38) eine zweite Länge (x₂) aufweist und der Gelenkanschlußabschnitt (36) eine dritte Länge (x₃) aufweist und wobei ein Verhältnis von der ersten Länge (x₁) zur dritten Länge (x₃) bei oder zwischen 1 : 1 und 1 : 2 liegt.
Manschette für ein Gelenk nach Anspruch 12, wobei das Verhältnis der ersten Länge (x₁) zur dritten Länge (x₃) bei oder zwischen 1 : 1,75 und 1 : 2 liegt.
Manschette für ein Gelenk nach Anspruch 12, wobei ein Verhältnis einer Summe aus der ersten Länge (x₁) und der dritten Länge (x₃) zur zweiten Länge (x₂) bei oder zwischen 1 : 1 und 1 : 3 liegt.
Manschette für ein Gelenk nach Anspruch 14, wobei das Verhältnis der Summe aus der ersten Länge (x₁) und der dritten Länge (x₃) zur zweiten Länge (x₂) bei oder zwischen 1 : 2 und 1 : 3 liegt.
Gleichlaufdrehgelenk (10), umfassend: eine Welle (16), ein Gelenkteil (13), sowie eine Manschette (14) zum Verbinden der Welle (16) mit dem Gelenkteil (13), die so ausgelegt ist, daß sie eine Translation der Welle zuläßt, wobei die Manschette (14) einen Wellenumgreifabschnitt (34), einen Gelenkanschlußabschnitt (36) sowie einen Manschettenabschnitt (38) aufweist, der den Gelenkanschlußabschnitt (36) mit dem Wellenumgreifabschnitt (34) verbindet, wobei die Manschette (14) derart gestaltet ist, daß sie dynamisch über den Manschettenabschnitt (38) zu einer Rollwandkrümmungsposition (A, B, C) gerollt werden kann, um eine Rollfläche (40) mit einer Krümmungsbreite (W_roll) zu bilden, und wobei die Krümmungsbreite (W_roll) unabhängig von der Rollwandkrümmungsposition (A, B, C) im allgemeinen konstant bleibt.