DE20221828U1

DE20221828U1 - Gegenbahngelenk mit gleicher Orientierung von gegenüberliegenden Bahnpaaren

Info

Publication number: DE20221828U1
Application number: DE20221828U
Authority: DE
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2012-05-11
Also published as: DE10220711A1; JP2003329052A; US20040033837A1; DE20221829U1; DE20221826U1; DE10220711B4; FR2841616A1; JP2011064335A; FR2841616B1; DE20221827U1; JP5328759B2; US6848999B2

Abstract

Kugelgleichlauffestgelenk in Form eines Gegenbahngelenkes, umfassend
ein Gelenkaußenteil (11) mit Außenbahnen (16),
ein Gelenkinnenteil (21) mit Innenbahnen (26),
drehmomentübertragende Kugeln (36), die in Bahnpaaren aus Außenbahnen und Innenbahnen aufgenommen sind, und
einen Kugelkäfig (31) mit Käfigfenstern (34), in denen die Kugeln in einer gemeinsamen Ebene gehalten sind und bei Gelenkbeugung auf die Winkelhalbierende Ebene geführt werden, wobei
erste Außenbahnen (16₁) mit ersten Innenbahnen (26₁) erste Bahnpaare bilden, deren Bahnen sich in einer ersten axialen Richtung (R₁) zur Anschlussseite des Gelenkinnenteils (21) voneinander entfernen und in denen erste Kugeln (36₁) gehalten sind,
zweite Außenbahnen (16₂) mit zweiten Innenbahnen (26₂) zweite Bahnpaare bilden, deren Bahnen sich in einer zweiten axialen Richtung (R₂) zur Anschlussseite des Gekenkaußenteils (11) voneinander entfernen und in denen zweite Kugeln (36₂) gehalten sind,
erste Bahnpaare (16₁, 26₁) jeweils ersten Bahnpaaren (16₁, 26₁) radial gegenüber liegen und zweite Bahnpaare (16₂, 26₂) jeweils...

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgleichlauffestgelenk in Form eines Gegenbahngelenkes, umfassend ein Gelenkaußenteil mit Außenbahnen, ein Gelenkinnenteil mit Innenbahnen, drehmomentübertragende Kugeln, die in Bahnpaaren aus Außenbahnen und Innenbahnen aufgenommen sind, und einen Kugelkäfig mit Käfigfenstern, in denen die Kugeln in einer gemeinsamen Ebene gehalten sind und bei Gelenkbeugung auf die Winkelhalbierende Ebene geführt werden, erste Außenbahnen bilden mit ersten Innenbahnen erste Bahnpaare, deren Bahnen sich in einer ersten axialen Richtung zur Anschlußseite des Gelenkinnenteils voneinander entfernen und in denen erste Kugeln enthalten sind, zweite Außenbahnen bilden mit zweiten Innenbahnen zweite Bahnpaare, deren Bahnen sich in einer zweiten axialen Richtung zur Anschlußseite des Gelenkaußenteils voneinander entfernen und in denen zweite Kugeln gehalten sind.
Gegenbahngelenke der vorstehend genannten Art haben den Vorteil, dass auf die über dem Umfang abwechseln in ersten Bahnpaaren und zweiten Bahnpaaren angeordneten Kugeln von den Bahnen jeweils abwechseln in eine erste Richtung und in eine zweite Richtung weisende Kräfte ausgeübt werden. Diese Kräfte werden von Gegenkräften des Kugelkäfigs aufgefangen, die als innere Kräfte im Gleichgewicht sind, so dass auf den Käfig keine äußeren Axialkräfte ausgeübt werden. Der Käfig läuft damit relativ reibungsfrei gegenüber dem Gelenkaußenteil. Bisher ist es aus Fertigungs- und Montagegründen und in Bezug auf die bevorzugten Kugelgrößen bei Gelenken nach dem Stand der Technik üblich, dass jeweils einem ersten sich in einer ersten Richtung öffnendem Bahnenpaar ein zweites sich in einer zweiten Richtung öffnendes Bahnenpaar radial gegenüberliegt. Dies hat schwerwiegende Nachteile für die Gelenksteuerung, nämlich die Steuerkraftverhältnisse am Käfig. Eine einwandfreie Steuerung des Käfigs ist jedoch erforderlich, um jederzeit bei Gelenkbeugung die Gesamtheit der Kugeln mit ausreichenden Steuerungskräften auf die winkelhalbierende Ebene zu führen, die den Winkel zwischen den Achsen von Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil symmetrisch teilt. Die Gründe für diese nachteilige Steuerung bei Gelenken nach dem Stand der Technik werden anhand der Zeichnungen später näher erläutert.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gegenbahngelenk mit verbesserten Steuereigenschaften bereitzustellen. Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Kugelgleichlauffestgelenk gemäß den Merkmalen des Schutzanspruchs 1, weitere Ausgestaltungen sind in den abhängig formulierten Schutzansprüchen angegeben.
So wird ein Kugelgleichlauffestgelenk in Form eines Gegenbahngelenkes vorgeschlagen, umfassend ein Gelenkaußenteil mit Außenbahnen, ein Gelenkinnenteil mit Innenbahnen, drehmomentübertragende Kugeln, die in Bahnpaaren aus Außenbahnen und Innenbahnen aufgenommen sind, und einen Kugelkäfig mit Käfigfenstern, in denen die Kugeln in einer gemeinsamen Ebene gehalten sind und bei Gelenkbeugung auf die winkelhalbierende Ebene geführt werden, erste Außenbahnen bilden mit ersten Innenbahnen erste Bahnpaare, deren Bahnen sich in einer ersten axialen Richtung zur Anschlussseite des Gelenkinnenteils voneinander entfernen und in denen erste Kugeln gehalten sind, zweite Außenbahnen bilden mit zweiten Innenbahnen zweite Bahnpaare, deren Bahnen sich in einer zweiten axialen Richtung zur Anschlussseite des Gelenkaußenteils voneinander entfernen und in denen zweite Kugeln gehalten sind, erste Bahnpaare liegen jeweils ersten Bahnpaaren radial gegenüber und zweite Bahnpaare liegen jeweils zweiten Bahnpaaren radial gegenüber. Weiter sind erste Bahnpaare und zweite Bahnpaare über dem Umfang abwechselnd angeordnet.
Die Lösung hierfür besteht darin, dass erste Bahnpaare jeweils ersten Bahnpaaren radial gegenüberliegen und zweite Bahnpaare jeweils zweiten Bahnpaaren radial gegenüberliegen. Dabei wird vorgeschlagen, dass erste Bahnpaare und zweite Bahnpaare über dem Umfang abwechselnd angeordnet sind. Vorzugsweise wird ein Gelenk mit acht gleichmäßig umfangsverteilten Bahnpaaren vorgeschlagen. Andere Möglichkeiten liegen in der Auswahl von zwölf oder sechzehn Bahnpaaren. Ein erfindungsgemäßes Gelenk zeichnet sich durch dauernd von null verschiedene resultierende Steuerungskräfte, die von Bahnpaaren auf jeweils sich gegenüberliegende Kugelpaare ausgeübt werden, aus, so dass insgesamt die Käfigsteuerung wesentlich verbessert wird. Die Begründung für diese verbesserten Steuerungskraftverhältnisse werden anhand der Zeichnungen erläutert.
Bevorzugt ist zudem, dass das Gelenkaußenteil auf der Anschlussseite des Gelenkaußenteils einen einstückig angeformten Gelenkboden hat.
Ein erfindungsgemäßes Gelenk im Vergleich mit einem Gelenk nach dem Stand der Technik ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend erläutert.
1 zeigt ein Gegenbahngelenk nach dem Stand der Technik

a) in axialer Ansicht auf die Gelenköffnung,
b) in einem Längsschnitt gemäß der Schnittebene A-A,
c) in einem Längsschnitt gemäß der Schnittebene B-B;

2 zeigt ein Gelenk nach 1 unter Darstellung der axialen Kugelkräfte

a) im Längsschnitt,
b) in Abwicklung des Käfigs;

3 zeigt ein gebeugt umlaufendes Gelenk nach 1

a) in axialer Ansicht,
b) im Längsschnitt,
c) in einer Einzelheit mit Käfig und Kugeln,
d) in einer Darstellung des Steuerwinkels für zwei gegenüberliegende Kugeln;

4 zeigt ein Gegenbahngelenk gemäß der Erfindung

5 zeigt ein Gelenk nach 4 unter Darstellung der axialen Kugelhälfte

a) im Längsschnitt,
b) in Abwicklung des Käfigs;

6 zeigt ein gebeugt umlaufendes Gelenk nach 4

a) in axialer Ansicht,
b) im Längsschnitt,
c) in einer Einzelheit mit Käfig und Kugeln,
d) in einer Darstellung des Steuerwinkels für zwei gegenüberliegende Kugeln.

Die Darstellung der 1 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Ein Gelenkaußenteil 11 umfasst einen Innenraum 12 mit einer Öffnung 13 und einem gegenüberliegenden Boden 14. An dem Boden 14 ist ein Anschlusszapfen 15 angeformt. Im Innenraum 12 sitzt ein Gelenkinnenteil 21 mit einer Innenöffnung 22 zum Einstecken eines Wellenzapfens. Zwischen dem Gelenkaußenteil 11 und Gelenkinnenteil 21 sitzt ein Kugelkäfig 31. Das Gelenk umfasst erste Außenbahnen 16₁ und erste Innenbahnen 26₁ , die sich in einer ersten Richtung R₁ voneinander entfernen, die von der Gelenkmitte aus gesehen zur Zapfenseite des Gelenkaußen teils weist. Das Gelenk umfasst weiterhin zweite Außenbahnen 16₂ und zweite Innenbahnen 26₂ , die sich in einer zweiten Richtung R₂ voneinander entfernen, die von der Gelenkmitte zur Öffnungsseite des Gelenkaußenteils weist. Erste Außenbahnen 16₁ und erste Innenbahnen 26₁ bilden erste Bahnpaare miteinander; zweite Außenbahnen 16₂ und zweite Innenbahnen 26₂ bilden zweite Bahnpaare miteinander. In den aus den Innenbahnen und Außenbahnen gebildeten Bahnpaaren sitzen drehmomentübertragende Kugeln 36₁ , 36₂ . Der Kugelkäfig 31 hat eine sphärische Außenfläche 32, die in einer sphärischen Innenfläche 18 des Gelenkaußenteils gehalten ist. Die Kugeln sind in Fenstern 34 des Käfigs 31 gehalten. In jedem radialen Schnitt durch Kugelbahnen durch das ganze Gelenk liegen sich jeweils erste Bahnpaare 16₁ , 26₁ und zweite Bahnpaare 16₂ , 26₂ gegenüber, wie es sowohl aus dem Schnitt A-A als auch aus dem Schnitt B-B ersichtlich ist. Auf die Kugeln 36₁ in den ersten Bahnpaaren werden von den Bahnen Kräfte ausgeübt, die in die erste Richtung R₁ weisen. Auf die Kugeln 36₂ in den zweiten Bahnpaaren werden von den Bahnen Kräfte ausgeübt, die in die zweite R₂ weisen. Dies gilt jeweils für den Fall der Drehmomentübertragung und führt zu einer inneren Belastung des Käfigs. Da sich die Kräfte jedoch paarweise ausgleichen, ist der Käfig insgesamt axial kraftfrei im Gelenkaußenteil gehalten. Hierdurch sind die Reibungskräfte zwischen Käfig und Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil bei gebautem umlaufenden Gelenk gering.
In 2 sind die von den Bahnpaaren, 16₁ , 26₁ , 16₂ , 26₂ auf die Kugeln 36₁ , 36₂ ausgeübten Kräfte nochmals für vier Kugeln dargstellt sowie in der Abwicklung des Käfigs 34 die jeweiligen Gegenkräfte auf die Kugeln, die vom Käfig aufzubringen sind. Bei insgesamt sechs Kräften, die jeweils abwechselnd in entgegengesetzte Richtung wirken, ist der Käfig 34 nach außen gegenüber dem Gelenkaußenteil 11 und dem Gelenkinnenteil 21 kräftefrei.
Die einzelnen Darstellungen der 3 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Ein Gelenk nach 1 ist in abgewinkeltem Zustand dargestellt, wobei zwischen der Achse A₁₁ des Gelenkaußenteils 11 und der Achse A₂₁ des Gelenkinnenteils 21 ein Beugewinkel β eingestellt ist. Der Winkel zwischen den Achsen A₁₁, A₂₁ wird durch die winkelhalbierende Ebene E symmetrisch geteilt. Die Darstellung b) zeigt einen Längsschnitt in der durch die Achsen A₁₁, A₂₁ aufgespannten sogenannten Beugeebene. Die Kugeln sind umlaufend von 1 bis 6 nummeriert, wobei die Kugeln 1 und 4 in der Beugeebene liegen. In den Berührpunkten der Kugeln 1 und 4 mit den Kugelbahnen sind jeweils Tangenten an die Kugeln angelegt. Die Tangenten an die Kugel 1 schließen einen Steuerwinkel α₁ ein, die Tangenten an die Kugel 4 eine Steuerwinkel α₄, der aus Symmetriegründen gleichgroß ist. Von null verschiedene Steuerwinkel sind erforderlich, um bei Abwicklung der Achsen A₁₁, A₂₁ durch die Kugelbahnen Kräfte auf die Kugeln auszuüben, damit diese den Käfig auf die winkelhalbierende Ebene E steuern können. Hierbei ist es zulässig, dass an einzelnen Kugeln die Steuerkräfte zu Null werden, wenn an anderen Kugeln große Steuerkräfte vorliegen. In der Darstellung d) sind für die Kugeln 1 und 4 die genannten Steuerwinkel α₁, α₄ quantitativ über eine Gelenkumdrehung bei relativ zueinander feststehenden Achsen A₁₁, A₂₁ dargestellt. Aus der Darstellung wird ersichtlich, dass zweimal über dem Umfang, insbesondere bei einem Drehwinkel von 210° und von 330° der Steuerwinkel der Kugeln 1 und 4 gleichzeitig zu Null wird. Damit werden gemäß Darstellung c) auch die Kräfte F₁ und F₄, die außerhalb dieser Winkelstellungen ein Kräftepaar bilden, das ein Kippmoment erzeugt, zu null. Selbst unter Berücksichtigung der Tatsache, dass zwei weitere Kugelpaare phasenversetzt mit von null verschiedenen Kräftepaaren wirksam sind, ist die Käfigsteuerung hierbei relativ schlecht.
Die Darstellungen der 4 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Ein Gelenkaußenteil 11 umfasst einen Innenraum 12 mit einer Öffnung 13 und einem gegenüberliegenden Boden 14. An dem Boden 14 ist ein Anschlusszapfen 15 an geformt. Im Innenraum 12 sitzt ein Gelenkinnenteil 21 mit einer Innenöffnung 22 zum Einstecken eines Wellenzapfens. Zwischen Gelenkaußenteil 11 und Gelenkinnenteil 21 sitzt ein Kugelkäfig 31. Das Gelenk umfasst erste Außenbahnen 16₁ und erste Innenbahnen 26₁ , die sich in einer ersten Richtung R₁ voneinander entfernen, die von der Gelenkmitte zur Öffnungsseite des Gelenkaußenteils weist. Das Gelenk umfasst weiterhin zweite Außenbahnen 16₂ und zweite Innenbahnen 26₂ , die sich in einer zweiten Richtung R₂ voneinander entfernen, die von der Gelenkmitte aus gesehen zur Zapfenseite des Gelenkaußenteils weist. Erste Außenbahnen 16₁ und erste Innenbahnen 26₁ bilden erste Bahnpaare miteinander; zweite Außenbahnen 16₂ und zweite Innenbahnen 26₂ bilden zweite Bahnpaare miteinander. In den aus Innenbahnen und Außenbahnen gebildeten Bahnpaaren sitzen drehmomentübertragende Kugeln 36₁ , 36₂ . Der Kugelkäfig 31 hat eine sphärische Außenfläche 32, die in einer sphärischen Innenfläche 18 des Gelenkaußenteils gehalten ist. Die Kugeln sind in Fenstern 34 des Käfigs 31 gehalten. In radialen Schnitten durch Kugelbahnen durch das ganze Gelenk liegen jeweils erste Bahnpaare ersten Bahnpaaren gegenüber, wie es aus dem Schnitt B-B ersichtlich ist, oder es liegen jeweils zweite Bahnpaare zweiten Bahnpaaren gegenüber, wie es aus dem Schnitt A-A ersichtlich ist. Auf die Kugeln 36₁ in den ersten Bahnpaaren 16₁ und 26₁ werden von den Bahnen Kräfte ausgeübt, die in die erste Richtung R₁ weisen. Auf die Kugeln 36₂ in den zweiten Bahnpaaren 16₂ , 26₂ werden von den Bahnen Kräfte ausgeübt, die in die zweite R₂ weisen. Dies gilt für den Fall der Drehmomentübertragung bei gestrecktem Gelenk und führt zu einer inneren Belastung des Käfigs. Da sich die Kräfte jedoch paarweise ausgleichen, ist der Käfig insgesamt axial kraftfrei im Gelenkaußenteil gehalten. Hierdurch sind die Reibungskräfte zwischen Käfig und Gelenkaußenteil bei gebautem umlaufendem Gelenk gering.
In 5 sind die von den Bahnen auf die Kugeln ausgeübten Kräfte im Schnitt nochmals für vier Kugeln dargestellt sowie in der Abwicklung des Käfigs die je weiligen Gegenkräfte auf die Kugeln, die vom Käfig aufzubringen sind. Bei insgesamt sechs Kräften, die jeweils abwechselnd in entgegengesetzte Richtung wirken, ist der Käfig nach außen kräftefrei.
Die einzelnen Darstellungen der 6 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Ein Gelenk nach 4 ist in abgewinkeltem Zustand dargestellt, wobei zwischen der Achse A₁₁ des Gelenkaußenteils 11 und der Achse A₂₁ des Gelenkinnenteils 21 ein Beugewinkel β eingestellt ist. Der Winkel zwischen den Achsen A₁₁, A₂₁ wird durch die winkelhalbierende Ebene symmetrisch geteilt. Die Darstellung b) zeigt einen Längsschnitt in der durch die Achsen aufgespannten sogenannten Beugeebene. Die Kugeln sind umlaufend von 1 bis 8 nummeriert, wobei die Kugeln 1 und 5 in der Beugeebene liegen. In den Berührpunkten der Kugeln 1 und 5 mit den Kugelbahnen sind jeweils Tangenten an die Kugeln angelegt. Die Tangenten an die Kugel 1 schließen einen Steuerwinkel α₁ ein, die Tangenten an die Kugel 5 einen Steuerwinkel α₅, der aus Symmetriegründen gleichgroß ist. Von null verschiedene Steuerwinkel sind erforderlich, um bei Abwinklung der Achsen A₁₁, A₂₁ durch die Kugelbahnen Kräfte auf die Kugeln auszuüben, damit diese den Käfig auf die winkelhalbierende Ebene E steuern können. Hierbei ist es zulässig, dass an einzelnen Kugeln die Steuerkräfte zu Null werden, wenn an anderen Kugeln große Steuerkräfte vorliegen. In der Darstellung d) sind für die Kugeln 1 und 5 die genannten Steuerwinkel α₁, α₅ quantitativ über eine Gelenkumdrehung bei relativ zueinander feststehenden Achsen A₁₁, A₂₁ dargestellt. Aus der Darstellung wird ersichtlich, dass für jede der Kugeln 1 und 5 zweimal über dem Umfang, nämlich bei einem Drehwinkel von 30° und von 150° der Steuerwinkel α₁ für die Kugel 1 und bei einem Drehwinkel von 210° und 330° der Steuerwinkel α₅ für die Kugel 5 zu null wird. Dabei ist jedoch immer der Steuerwinkel der jeweils radial gegenüberliegenden Kugel von null verschieden. Damit bleibt auch das Kräftepaar aus den Kräften F₁ und F₄, das ein Kippmoment erzeugt, ständig von null verschieden. Bei allen Drehwinkeln ist die Käfigsteuerung hierdurch außerordentlich gut.

Claims

Kugelgleichlauffestgelenk in Form eines Gegenbahngelenkes, umfassend ein Gelenkaußenteil (11) mit Außenbahnen (16), ein Gelenkinnenteil (21) mit Innenbahnen (26), drehmomentübertragende Kugeln (36), die in Bahnpaaren aus Außenbahnen und Innenbahnen aufgenommen sind, und einen Kugelkäfig (31) mit Käfigfenstern (34), in denen die Kugeln in einer gemeinsamen Ebene gehalten sind und bei Gelenkbeugung auf die Winkelhalbierende Ebene geführt werden, wobei erste Außenbahnen (16₁ ) mit ersten Innenbahnen (26₁ ) erste Bahnpaare bilden, deren Bahnen sich in einer ersten axialen Richtung (R₁) zur Anschlussseite des Gelenkinnenteils (21) voneinander entfernen und in denen erste Kugeln (36₁ ) gehalten sind, zweite Außenbahnen (16₂ ) mit zweiten Innenbahnen (26₂ ) zweite Bahnpaare bilden, deren Bahnen sich in einer zweiten axialen Richtung (R₂) zur Anschlussseite des Gekenkaußenteils (11) voneinander entfernen und in denen zweite Kugeln (36₂ ) gehalten sind, erste Bahnpaare (16₁ , 26₁ ) jeweils ersten Bahnpaaren (16₁ , 26₁ ) radial gegenüber liegen und zweite Bahnpaare (16₂ , 26₂ ) jeweils zweiten Bahnpaaren (16₂ , 26₂ ) radial gegenüber liegen, erste Bahnpaare (16₁ , 26₁ ) und zweite Bahnpaare (16₂ , 26₂ ) über dem Umfang abwechselnd angeordnet sind, acht, zwölf oder sechzehn Bahnpaare (16₁ , 26₁ ; 16₂ , 262) vorgesehen sind, wobei weiter das Kugelgleichlauffestgelenk derart gestaltet ist, dass im abgebeugten Zustand des Kugelgleichlauffestgelenkes dauernd von Null verschiedene resultierende Steuerkräfte vorliegen, die von Bahnpaaren (16, 26) auf jeweils sich gegenüberliegende Kugelpaare ausgeübt werden.
Kugelgleichlauffestgelenk nach Anspruch 1, wobei Steuerwinkel (α) vorgesehen sind, die durch Tangenten gebildet werden, welche in jedem Bahnpaar (16, 26) jeweils an den Berührpunkten von Kugel (36) und Außenbahn (16) sowie Kugel (36) und Innenbahn (26) angelehnt werden, und welche sich bei einer Gelenkumdrehung abhängig vom Drehwinkel des Kugelgleichlauffestgelenkes ändern und die Steuerwinkel (α) weiter gestaltet sind, dass wenn ein Steuerwinkel (α) einen Wert von 0° aufweist, der Steuerwinkel (α) des gegenüberliegend angeordneten Bahnpaares (16, 26) immer einen von Null verschiedenen Steuerwinkel (α) aufweist.
Kugelgleichlauffestgelenk nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die ersten Bahnpaare (16₁ , 26₁ ) und die zweiten Bahnpaare (16₂ , 26₂ ) auf die Kugeln (36) jeweils abwechselnd in eine erste Richtung und eine zweite Richtung weisende Kräfte ausüben, die von Gegenkräften des Kugelkäfigs (31) aufgefangen werden, so dass auf den Kugelkäfig (31) keine äußeren Axialkräfte ausgeübt werden.
Kugelgleichlauffestgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkaußenteil auf der Anschlussseite des Gelenkaußenteils einen einstückig angeformten Gelenkboden hat.