DE19736640C2

DE19736640C2 - Gleichlauf-Kugeldrehgelenk mit kombinierter Gleichlaufsteuerung und Drehkraftübertragung in zwei Ebenen

Info

Publication number: DE19736640C2
Application number: DE1997136640
Authority: DE
Inventors: Erich Aucktor; Graf Von Seherr-Thoss
Original assignee: SEHERR THOSS GRAF VON
Current assignee: SEHERR THOSS GRAF VON
Priority date: 1997-05-27
Filing date: 1997-08-22
Publication date: 2001-02-22
Anticipated expiration: 2017-08-23
Also published as: DE19722141C2; DE19736640A1; DE19722141A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleichlauf-Kugeldrehgelenk mit kombinierter Steuerung der Kugeln und Drehkraftübertragung durch jede Kugel.

Gleichlauf-Kugeldrehgelenke liefen bisher ohne Käfig steuerung oder mit Hilfssteuerung; sie waren doppelt zentriert, die Kugeln bewegten sich radial, waren mit axialen Kräften und hohen Reibungsverlusten be haftet, damit störanfällig. Das neue Gelenk soll neben einem vollen Gleichlauf das Drehmoment durch alle Kugeln gleichmässig übertragen. Es unterschei det sich damit wesentlich von bisherigen Gleichlauf- Kugeldrehgelenken, z. B. nach. GB-PS 810 289 von 1959

Das neue Gelenk vermeidet diese Nachteile durch ein fache Zentrierung und konzentrische Meridianrillen mit gleichen Rillentiefen über dem gesamten Beuge bereich. Ein Käfig hält alle Kugeln in der Gleich laufebene bei gleichbleibender Winkelgeschwindig keit. Unabhängig von ihrer Steuerung übertragen die Kugeln in einer zweiten Ebene des Gelenks auch das Drehmoment. Zu dieser Steuerung sind Rillenverlauf und Rillenquerschnitt zu einer kombinierten Steuerung nach einer festen Gesetzmässigkeit ausgebildet (Fig. 4).

Das neue Gelenk liefert vollen Gleichlauf und gleich mässige Drehmomentübertragung durch alle Kugeln. Es ist mit seinem einfachen Aufbau vorteilhaft in An triebssträngen des Kraftfahrzeug- und Maschinenbaus.

Die Erfindung betrifft somit 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 Anschluss wellen 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 Hauptpatent 197 22 141 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 die vorliegende 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 dem Hauptpatent 197 22 141 schon angegeben.

Das erfindungsgemäße Gelenk zeichnet sich dadurch aus, 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.

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. Desgleichen ist im äusseren Gelenkkörper 4 der Querschnitte der Rille 8 spitzbogen förmig 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 ihren 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 äus seren 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:

Beispiele für Steuerrillen mit α_a = 0°

R/d
α_i
2,86	42°
1,65	51°22'

Bezugszeichenliste

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

Gleichlauf-Drehgelenk mit Drehmomentübertragung durch Kugeln, die in einem Käfig zwischen einem in neren und einem äußeren Gelenkkörper gehalten wer den und in Rillen angeordnet sind, die konzentrisch um den Gelenkmittelpunkt O verlaufen, wobei die Kugeln im steuernden Zusammenwirken mit dem Käfig immer in einer Ebene gehalten werden, die eine Winkelhalbierende zu den Achsen der beiden Anschlusswellen des Gelenks darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass im Grund der einer Kugel (10) zugeordneten Rille (8) im äußeren Gelenkkörper (4) ein zusätzlicher Kontaktpunkt (K5) vorhanden ist, dessen Druckkraft kein Drehmoment im äußeren Gelenkkörper erzeugt, und der im Zusammenwirken mit zwei drehmomenterzeugenden Kon taktpunkten (K1, K3) in der zu geordneten Rille (7) im inneren Gelenkkörper (3) die Kugel (10) für ihre Steuerungsfunktion abstützt.