DE19736640A1 - Gleichlauf-Kugeldrehgelenk mit kombinierter Gleichlaufsteuerung und Drehkraftübertragung in zwei Ebenen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleichlauf-Drehgelenk mit Drehmomentübertragung durch Kugeln, die in einem Käfig zwischen einem inneren und äußeren Gelenkkörper gehalten werden; sie laufen in Rillen, die konzentrisch um den Gelenkmittelpunkt angeordnet sind. Die Kugeln im Käfig werden immer in einer Ebene gehalten, die eine Winkelhalbierende zu den Achsen der beiden Anschlußwellen des Gelenks darstellt.

Ein derartiges Gleichlauf-Drehgelenk ist unter US-PS 1 665 280 von 1927 bekannt, jedoch fehlt hier die Steuerung der Kugeln in die Gleichlaufebene. Eine spä­ ter hinzugefügte Hilfssteuerung durch Pilothebel (US-PS 2 010 899) oder Kalottenring (DRP 624 463) war sehr stör­ anfällig.

Weiterhin ist nach dem Az 197 22 141.6 vom 27.5.1997 ein Gelenk zum Patent angemeldet worden, das die Gleich­ laufsteuerung und die Drehkraftübertragung in zwei Kugel­ gruppen getrennt voneinander anordnet. Damit nehmen die Steuerkugeln nicht an der Drehkraft teil; sie gehen der Gelenkkapazität verloren.

Dieser Mangel wird durch folgende Zusatzanmeldung behoben, welche die Funktion von Steuer- und Drehkraftkugel nicht mehr trennt, sondern in eine kombinierte Gleichlaufsteue­ rung und Drehkraftübertragung für jede Kugel zusammenfaßt. Dadurch wird ein einfacher Gelenkaufbau erreicht.

Nach der Zusatzanmeldung werden die Kugeln unter gleich­ bleibender Winkelgeschwindigkeit zwischen den äußeren und inneren Rillen in die Gleichlaufebene geführt. Unabhängig vom Steuervorgang übertragen die Kugeln das Drehmoment in einer zweiten Ebene des Gelenks. Dazu werden Rillenverlauf und Rillenquerschnitt zu einer kombinierten Steuerung aus­ gebildet nach dem Gesetz

wie in Az 197 22 141.6 schon angegeben.

Folgende Zeichnungen erläutern die Erfindung

Fig. 1 das Gelenk im Querschnitt längs der Linie I/I nach Fig. 2

Fig. 2 Das Gelenk im Längsschnitt längs der Linie II/II nach Fig. 1

Fig. 3 Einzelheit III des Rillenquerschnittes nach Fig. 2

Fig. 4 Ableitung der Abhängigkeit der Kontaktpunkte des Drehmoments vom gegebenen Steuer-Kontakt­ punkt im Rillengrund des äußeren Gelenkkörpers.

Fig. 1 zeigt das Gelenk in gestrecktem Zustand. Mit der Welle 1 ist über eine Keilverzahnung 2 der innere Gelenk­ körper 3 verbunden, mit dem Flanschanschluß 9 der äußere Gelenkkörper 4. Der innere Gelenkkörper 3 besitzt eine kugelige Oberfläche 5, der äußere Gelenkkörper 4 eine Hohlkugelfläche 6, beide mit dem gleichen Gelenkmittel­ punkt O. In diesen beiden einander gegenüberliegenden Kugelflächenzonen 5 und 6 liegen sich gegenüber die innere Rille 7 und die äußere Rille 8, konzentrisch zum Gelenkmittelpunkt O. Zwischen den Kugelflächenzonen 5 und 6 befindet sich der Kugelkäfig 11, der in jeder der Rillenpaare 7 und 8 eine Kugel 10 hält.

Fig. 2 zeigt den Zusammenbau des Gelenks und das Zusammen­ wirken der Kugeln 10 in den Rillen 7 und 8. Die Kugeln 10 mit dem Durchmesser d und dem Rollkreisradius R von der Gelenkmitte O aus, sind zwischen dem inneren Gelenkkör­ per 3 und dem äußeren 4 montiert. Der Käfig 11 ist auf dem inneren Gelenkkörper 3 eng zentriert, zum äußeren Gelenkkörper 4 hat er Spiel 12. Um die Montage des Innenkörpers in den Käfig 11 zu erleichtern, ist ein Käfigsteg 13 entfernt.

In Fig. 3 hat der Querschnitt der Rille 7 im inneren Ge­ lenkkörper 3 Spitzbogenform, wahlweise auch elliptische Form. Dergleichen ist im äußeren Gelenkkörper 4 der Querschnitte der Rille 8 spitzbogenförmig ausgebildet, hier jedoch durch die Ausrundung des Rillengrundes 8 mit dem Kugelradius R + d/2 ergänzt. Auf der Rillen­ flanke 7 sind unter dem Kontaktwinkel α_i die Kontakt­ punkte K₁ und K₃ angeordnet, die sich auf der Rillenflan­ ke 8 diametral gegenüberliegend als K₂ und K₄ ergänzen. Im Grund der Rille 8 befindet sich der Kontaktpunkt K₅ mit dem Kontaktwinkel α_a = 0°.

Die Kugeln 10 sind in radialer Richtung mit den Kontakt­ punkten K₁, K₃ und K₅ angestellt (spielfrei verbaut). In Umfangsrichtung haben sie aber an den Kontaktpunkten K₂ und K₄ ein Mindestspiel in der Größe des Summenteilungs­ fehlers der Rillen 8.

Wird das Gelenk gebeugt, dann rollt die radial angestellte Kugel 10 mit ihren Kontaktpunkten K₁ und K₃ auf der Ril­ lenflanke 7 und mit ihrem Kontaktpunkt K₅ auf der Rille 8 mit gleicher Winkelgeschwindigkeit ω ab.

Unter der Drehbewegung des Gelenks rollen die Kugeln 10 oszillierend ohne Schlupf in den Rillen 7 und 8 hin und her, wobei die Länge des Rollweges von der Größe des Ge­ lenk-Beugungswinkels abhängt.

Wird das Gelenk durch ein Drehmoment belastet, dann gleichen die Kugeln 10 je nach der Drehrichtung des Gelenks, zunächst das Drehspiel an dem Kontaktpunkt K₂ bzw. K₄ aus, um dann die Drehkraft zwischen dem inneren Gelenkkörper 3 und dem äußeren 4 zu übertragen.

Mit der Anordnung der Kontaktpunkte K₁, K₃ und K₅ wird erreicht, daß die Kugeln 10 durch eine eigene Ebene in die Gleichlaufebene gesteuert werden. Die Kontaktpunkte K₁ und K₂ bzw. K₃ und K₄ für die Drehkraftübertragung ordnen sich unabhängig voneinander in einer zweiten Ebene an.

Fig. 4 zeigt, daß der Kontaktpunkt K₅ mit dem Kontakt­ winkel α_a = 0° und die Kontaktpunkte K₁/K₃ mit dem Kontaktwinkel α_i gleiche Winkelgeschwindigkeit der abrollenden, angestellten Kugel 10 bedingen.

Bewegt sich die Kugel 10 mit der gleichen Winkelge­ schwindigkeit ω in der inneren Rille 7 und der äußeren Rille 8, dann liegt eine schlupffreie Rollbe­ wegung vor. Die Beziehung zwischen dem inneren Kontakt­ winkel α_i und dem äußeren α_a zum Verhältnis R/d ist nach Fig. 4 und in Az 197 22 141.6:

Für α_a = 0° gilt

Beispiele für Steuerrillen mit α_a = 0°

R/d
αi
2,86	42°
1,65	51°22'

Bezugszeichenliste Fig. 1 bis 4

1

Welle

2

Keilverzahnung

3

innerer Gelenkkörper

4

äußerer Gelenkkörper

5

Kugelflächenzone

6

Hohlkugelflächenzone

7

innere Rille

8

äußere Rille

9

Flanschanschluß

10

Kugel

11

Kugelkäfig

12

Spiel

13

entfernter Käfigsteg
O Gelenkmitte
R Rollkreisradius
d Kugeldurchmesser
α_a

äußerer Kontaktwinkel
α_i

innerer Kontaktwinkel
K₁

. . . K₅

Kontaktpunkte
ω Winkelgeschwindigkeit

Claims (1)

1. Gleichlauf-Drehgelenk mit Drehmomentübertragung durch Kugeln, die in einem Käfig zwischen einem inneren und einem äußeren Gelenkkörper gehalten werden und in Ril­ len angeordnet sind, die konzentrisch um den Gelenkmittel­ punkt O verlaufen, wobei die Kugeln im Käfig immer in einer Ebene gehalten werden, die eine Winkelhalbierende zu den Achsen der beiden Anschlußwellen des Gelenks darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß

   • 1. sämtliche Kugeln 10 an der Drehmomentübertragung be­ teiligt sind.
   • 2. Jede Kugel 10 gleichzeitig Steuerungsfunktion und Drehmomentübertragung ausübt.
   • 3. Die Steuerung der Kugeln 10 und die Drehmomentüber­ tragung unabhängig voneinander in zwei getrennten Ebenen erfolgt ohne sich zu behindern.
   • 4. Die Kugelzahl vorzugsweise eine ungerade ist.
   • 5. Der Querschnitt der Rillen 7 und 8 fünf Kontakt­ punkte K₁ bis K₅ aufweist.
   • 6. Der Kontaktpunkt K₅ keine Drehkraft überträgt.
   • 7. Die Zentrierung des Gelenks allein über die Kugeln 10 erfolgt.
   • 8. Die Kugeln 10 für die Drehmomentübertragung mit den Kontaktpunkten K₂ und K₄ Spiel in der Größe des Summenteilungsfehlers der Rille 8 aufweisen.
   • 9. Der innere Kontaktwinkel α_i und der äußere Kon­ taktwinkel α_a = 0° dem Gesetz für die Steuerung folgt
     
   • 10. Der Kontaktwinkel α_i auch für die Drehmomentüber­ tragung benötigt wird.
   • 11. Die Kugeln 10 mit den Kontaktpunkten K₁, K₃ und K₅ für die Steuerung angestellt (vorgespannt) sind.
   • 12. Das Gelenk frei von Axialkräften ist.
     Angezogene Schriften
     • 1) Patentanmeldung Az 197 22 141.6 vom 27.5. 1997
     • 2) Brit. PS 810 289 von Wm. Cull 1959
     • 3) USA-PS 1 665 280 von A. Rzeppa 1927
     • 4) USA-PS 2 010 899 von A. Rzeppa 1933
     • 5) DRP 624 463
     • 6) P. Eschmann/L. Hasbargen/I. Weigand, Die Wälzlager­ praxis, 2. Aufl., 1978, Kap. 2.2, S. 89 ff
     • 7) F. Schmelz/H. C. v. Seherr-Thoss/E. Aucktor: Gelenke und Gelenkwellen. Berlin: Springer-Verlag 1988, Kap. 5.2.2.2, S 211-216