DE1126199B

DE1126199B - Gleichlauf-Drehgelenk

Info

Publication number: DE1126199B
Application number: DEL38438A
Authority: DE
Inventors: Erich Aucktor
Original assignee: Loehr and Bromkamp GmbH
Current assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Priority date: 1961-03-14
Filing date: 1961-03-14
Publication date: 1962-03-22
Also published as: GB927748A

Description

Gleichlauf-Drehgelenk Die Erfindung bezieht sich auf Gleichlauf-Drehgelenke mit Drehmomentübertragung durch Kugeln, die in einem zwischen einem inneren und einem äußeren Gelenkkörper liegenden Käfig gehalten und in Rillen angeordnet sind, welche jeweils in einer die gemeinsame Achse der fluchtenden Wellen enthaltenden Ebene in den Kugelflächenzonen von innerem und äußerem Gelenkkörper vorgesehen sind und eine Erzeugungsachse besitzen, die zu der die gemeinsame Achse der miteinander fluchtenden Wellen enthaltenden Ebene senkrecht steht und diese gemeinsame Achse in symmetrisch zu dem Drehgelenkmittelpunkt liegenden Punkten schneidet.
Bei den bekannten Gelenken sind die einander gegenüberliegenden Rillen im inneren und äußeren Gelenkkörper im Querschnitt gleichgestaltet, so daß in jeder Stellung des Gelenkes der Berührungspunkt zwischen Kugel und Kugelrille, gemessen in Richtung der Verbindungslinie zwischen Kugelmittelpunkt und Gelenkmittelpunkt, den gleichen Abstand von dem Kugelmittelpunkt haben. Da die Kugeln durch die sich infolge der seitlichen Versetzung ihrer Erzeugungsachsen gegenüber dem Gelenkmittelpunkt nach dem Ende des Gelenks hin keilförmig öffnenden Kugelrillen immer in einer Ebene gehalten werden, welche eine Winkelhalbierende zu den Achsen der beiden Wellen darstellt, legen beim Beugen des Gelenks die Kugeln gegenüber beiden Gelenkkörpern gleiche Winkelwege zurück. Damit kann aber kein reines Rollen zwischen Kugeln und Rillenflanken auftreten, sondern -nur ein Rollen und ein sich diesem überlagerndes Gleiten. Dies führt bei einer übertragung von großen Drehmomenten zu einer starken Abnutzung der Rillen im Bereich der Berührungsbahnen der Kugeln mit den Rillenflanken. Dies ist insbesondere nachteilig bei der Übertragung von Drehmomenten bei einer hohen Drehzahldes Wellengelenks, da bei- jeder Wellenumdrehung jede Kugel einmal in der Rille in Längsrichtung hin und her bewegt wird.
Um: das Gleiten auszuschalten und eine reine Rollbewegung zu erhalten, wird bei dem GIeichlauf-Drehgelenk nach der Erfindung- die Querschnittsgestalt der Kugelrillen so gewählt, daß bei Drehmomentübertragung die Berührungsbahn zwischen Kugel und , Rillenflanke derart liegt, daß das Verhältnisdes Ah-@` standes des Berührungspunktes von dem Kugelmittelpunkt zu dem Abstand des Berührungspunktes von dem Gelenkmittelpunkt - jeweils in der Richtung einer Verbindungslinie zwischen Gelenkmittelpunkt und Kugelmittelpunkt gemessen - bei der inneren und der äußeren Kugelrille gleich ist. Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert: Fig. 1 zeigt ein bekanntes Gleichlauf-Drehgelenk im Längsschnitt; Fig.2 zeigt eine Einzelheit eines Querschnittes eines bekannten Gleichlauf-Drehgelenkes, und zwar das Zusammenwirken der Kugel mit den Kugelrillen in dem inneren und äußeren Gelenkkörper; Fig. 3 und 4 zeigen Rolldreiecke bei dem bekannten Gelenk; Fig. 5 zeigt eine Gestaltung der Kugelrillen nach der Erfindung und Fig. 6 das zugehörige Rolldreieck.
In Fig. 1 ist ein bekanntes Gleichlauf-Drehgelenk im abgebeugten .Zustand gezeigt: Mit der Welle 1 ist über eine Keilverzahnung 2 der innere Gelenkkörper 3 und mit der Welle 9 der äußere Gelenkkörpet 4 verbunden. Der innere Gelenkkörper 3 besitzt eine eine Kugelflächenzone bildende Oberfläche' 5 und der äußere Gelenkkörper eine ebenfxl'ls eine Kugelfläclienzöne bildende 'Hohlkugelfiäche 6 mit, dein :gleichen Mittelpunkt g, welcher- den Gelenkmittelpunkt bildet... In diesen beiden einander gegenüberliegende, Kugelflächenzonen 5 und 6 sind.- jeweils einander gegenüberliegend in ein erdiergemeinsame Aghse üer fluch!, tenden-We11en enthaltenden Ebene 'Rill cn: ` und 8 vorgesehen, die eine zu der Ebene;senki'e( tite, lwi;-zeugungsaehse besitzen, die'"d'ie gemeinsairie'LAclise der miteinander fluchtenden Wellen in symmetrisch zudem"hrehgelenkmittelpunkt g liegenden Punkten e ü`$ f s'chheidet. Durch die Versetzung der Erzeugungsachsen für die Rillen ist erreicht, daß sich die einander gegenüberliegenden Rillen zum Ende des Gelenkes hin keilförmig öffnen. Zwischen den Kugelflächenzonen 5 und 6 befindet sich der Kugelkäfig 11, der in jedem der sechs Paare von Rillen 7 und 8 eine Kugel 10 hält. Der von den Rillen 7 und 8 gebildete Keilwinkel (l sorgt dafür, daß im gebeugten Zustand des Gelenks, bei dem die beiden Wellen 1 und 9 den Beugungswinkel a bilden, die Ebene b, in der die Laufkugeln liegen, den Winkel a zwischen der mittleren Querebene des Gelenkkörpers 3 und der mittleren Querebene des Gelenkkörpers 4 halbiert, um den Gleichlauf des Gelenks sicherzustellen.
In Fig.2 ist das Zusammenwirken der Kugel 10 mit der Laufrille 7 im inneren Gelenkkörper 3 und der Laufrille 8 im äußeren Gelenkkörper 4 dargestellt. Sowohl die Kugel 10 als auch die Querschnitte der Laufrillen 7 und 8 haben eine Herstellungstoleranz, so daß es sein kann, daß die Kugeln die Laufrillen beispielsweise in den Punkten a1, il oder in den Punkten a" i2 berühren.
Zunächst sei angenommen, daß sie sich an den Punkten a1, il berühren. Das zugehörige Rolldreiek ist in Fig. 3 dargestellt, und zwar ist in dem Rolldreieck das Verhältnis des Abstandes s, 1 des Berührungspunktes a1 vom Kugelmittelpunkt zum Abstand SU 1 des Berührungspunktes a1 vom Gelenkmittelpunkt g - jeweils gemessen in Richtung der Verbindunglinie von Kugelmittelpunkt und Gelenkmittelpunkt - für den äußeren Gelenkkörper sowie das Verhältnis der entsprechenden Abstände ri l und Ri 1 für den inneren Gelenkkörper aufgezeichnet. In Fig.4 ist das gleiche Rolldreieck für die Berührungspunkte a2 und i2 dargestellt.
Ein reines Rollen der Kugel 10 in den Rillen 7 und 8 wäre nur dann vorhanden, wenn die Winkel y5 und y" gleich sind. Die Differenz dieser beiden Winkel ist ein Maß für das Gleiten der Kugel.
Man sieht, daß die Rollverhältnisse am besten erfüllt sind, wenn die Kugeln an den Punkten a1, il Berührung mit den Flanken der Rillen 7 und 8 haben. Bei einer Übertragung eines großen Drehmoments wird jedoch bei Berührung an diesen Stellen das Material hochgedrückt; wie es bei 14 und 15 übertrieben dargestellt ist. Dadurch wird der Käfig 11 zwischen den einander gegenüberliegenden Kugelflächen 5 und 6 von innerem Gelenkkörper 3 und äußerem Gelenkkörper 4 eingeklemmt und damit das Gelenk sehr schnell zerstört, weil die Kugeln 10 aus dem Käfig 11 ausbrechen.
Sobald man aber, wie zur Vermeidung dieses Nachteils bekannt, den Rillen einen anderen, z. B. einen elliptischen Querschnitt in der Weise ,gibt, daß die Kugeln die Laufrillen erst in einem bestimmten Abstand von der Rillenkante, beispielsweise an den Punkten a2, i2 berühren, so wird das Gleiten, wie aus der Fig. 4 ersichtlich, wesentlich stärker. Man. erhält dadurch also einen anderen Nachteil, der ebenfalls schnell zu einer Zerstörung des Gelenkes führt. Es hat sich nämlich in der Praxis gezeigt, daß schon bei einer geringen Abnutzung der Berührungsbahn der Rillenflanken mit den Kugeln im Gelenk ein Spiel entsteht. Wenn aber erst in den Gelenken ein Spiel vorhanden ist, so tritt eine dynamische Stoßbelastung an den Berührungspunkten zwischen Kugel und Rillenflänke auf, wodurch die Gelenke ausschlagen und damit eine geringe Lebensdauer haben. Auch haben die bekannten Gelenke infolge der hohen gleitenden Reibung bei größerem Beugungswinkel derart hohe Reibungsverluste, daß sie leicht zum Fressen neigen und somit in der Belastungsfähigkeit begrenzt sind.
In Fig. 5 ist das Zusammenwirken zwischen einer Kugel 10 und den Laufrillen 7 und 8 bei einem Gelenk nach der Erfindung gezeigt. Die Querschnittsgestalt der Rillen ist so gewählt, daß sich die Kugel 10 mit der Flanke der Rille 7 im Punkt i und mit der Rille B in Punkt a berührt. Die Berührungspunkte i und a haben unterschiedlichen Abstand von der Mitte der Kugel, und zwar ist die Querschnittsgestalt so gewählt, daß, wie in dem Rolldreieck der Fig. 6 dargestellt, der Winkel y, genau gleich dem Winkel y,. ist.
Es ist für die Erfindung unwichtig, welche Gestalt der Rillenquerschnitt hat, ob er Teil eines Kreisbogens, einer Ellipse oder einer anderen gekrümmten Linie ist, oder ob er aus einzelnen Geraden und/oder Kurvenstücken zusammengesetzt ist. Wichtig ist nur, daß er so gewählt wird, daß der Abstand der Berührungspunkte vom Kugelmittelpunkt und Gelenkmittelpunkt dem Gesetz gehorcht, daß der in Richtung einer Verbindungslinie zwischen Gelenkmittelpunkt und Kugelmittelpunkt gemessene Abstand des Berührungspunktes von der Kugelmitte bei innerem und äußerem Gelenkkörper das gleiche Verhältnis zu dem Abstand vom Gelenkmittelpunkt aufweist.

Claims

PATENTANSPRUCH: Gleichlauf-Drehgelenk mit Drehmomentübertragung durch Kugeln, die in einem zwischen einem inneren und einem äußeren Gelenkkörper liegenden Käfig gehalten und in Rillen angeordnet sind, welche jeweils in einer die gemeinsame Achse der fluchtenden Wellen enthaltenden Ebene in den Kugelflächenzonen von innerem und äußerem Gelenkkörper vorgesehen sind und eine Erzeugungsachse besitzen, die zu der die gemeinsame Achse der miteinander fluchtenden Wellen enthaltenden Ebene senkrecht steht und diese gemeinsame Achse in symmetrisch zu dem Drehgelenkmittelpunkt liegenden Punkten schneidet, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsgestalt der Kugelrillen (7 bzw. 8) so gewählt ist, daß bei Drehrnomentübertragung die Berührungsbahn zwischen Kugel- und Rillenflanke derart liegt, daß das Verhältnis des Abstandes (s" bzw. ri) des Berührungspunktes (a bzw. a') von dem Kugelmittelpunkt zu dem Abstand (S" bzw. Ri) des Berührungspunktes von dem Gelenk- -mittelpunkt (9) - jeweils in der Richtung einer Verbindungslinie zwischen Gelenkmittelpunkt und Kugelmittelpunkt gemessen - bei der inneren und der äußeren Kugelrille (7 bzw. 8) gleich ist.