DE2600059A1

DE2600059A1 - Universalgelenk

Info

Publication number: DE2600059A1
Application number: DE19762600059
Authority: DE
Inventors: Nobuteru Hitomi; Taisuke Kizu; Koichi Takahashi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1975-03-18
Filing date: 1976-01-02
Publication date: 1976-09-30
Also published as: US4034576A; JPS51119447A; FR2304823A1; FR2304823B1; JPS5435622B2; GB1523169A; CA1035158A; IT1052890B

Description

Die Erfindung betrifft ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk (constant velocity universal joint), im folgenden Gleichlauf-Universalgelenk genannt, insbesondere ein GledcHauf-Universalgelenk mit abgesetztem Kugellagerkäfig.

Bei Gleichlauf-Universalgelenken wird das Drehmoment durch. Kugeln übertragen, die zwischen einem inneren und einem äußeren Gelenkteil in darin vorgesehenen Führungsrille^ angeordnet sind. Um eine konstante Geschwindigkeit bei jeder Winkellage des Gelenkes oder während der Gelenkbewegung zu erhalten, müssen die Kugeln derart geführt £gLn, daß sie bei jedem

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2 ·-

_ ρ —

Beugungswinkel des Gelenkes in einer sogenannten Ebene konstanter Geschwindigkeit angeordnet sind, die durch den momentanen Mittelpunkt des Gelenkes verläuft und den Winkel zwischen den augenblicklichen Eingangs- und Ausgangsachsen des Gelenkes halbiert. Diese Achsen sind die Drehachsen der beiden Gelenkteile und der Gelenkmittelpunkt ist der Punkt, an dem sich diese Achsen schneiden. Unter "Gelenkachse" wird im folgenden die gemeinsame Eingangs- und Ausgangsachse bei einem Gelenkbeugungswinkel Null verstanden.

Es ist bekannt, die Kugeln immer in der gleichen Ebene dadurch zu halten, daß "sie nicht nur in Führungsrillen, sondern auch in Fenstern eines Käfigs gehalten werden, der zwischen den beiden Gelenkteilen angeordnet ist.

Bei einem bekannten Gleichlauf-Universalgelenk ist der Käfig zur genauen Führung der Kugeln in der Gleichgeschwin-digkeitsebene während der Gelenkbeugung mit Hilfe einer teilkugelförmigen Außenfläche in einer Innenfläche einer axialen Bohrung des äußeren Gelenkteiles und mit Hilfe einer teilkugelförmigen Innenfläche an einer teilkugelförmigen Außenfläche des innex^ven Gelenkteiles geführt. Wenn das Gelenk als Schiebegelenk arbeitet, bei dem die Gelenkteile nicht nur eine Winkelbewegung zueinander ausführen können, sondern auch in axialer Richtung verschoben werden können, dann ist die Innenfläche des äußeren Gelenkteiles zylinderförmig ausgebildet. Wenn das Universalgelenk als reines Schwenkgelenk vorliegen soll, bei dem die Gelenkteile nur eine Winkelbewegung zueinander ausführen können, dann hat die Innenfläche des äußeren Gelenkteiles die Form eines Teiles einer Kugelschale.

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■ζ, _

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Um einen "Yersetzungs-Effekt" (offset-effect) zu erreichen, der das Erreichen der Gleichgeschwindigkeitsebene regelt., sind die Krümmungsmittelpunkte der teilkugelförmigen Außen- und Innenflächen des Käfigs des Gelenkmittelpunktes längs der Gelenkachse versetzt. Diese Strecke wird im folgenden als "Stärke der Versetzung" "bezeichnet. Bei einem derartigen bekannten Universalgelenk übernimmt die Keilwirkung der unterschiedlichen Stärke des Käfigs die !Führung der Kugeln in die Korftantgeschwindigkeitsebene. Um die gewünschten Konstantgeschwindigkeitseigenschaften des Gelenkes zu erhalten, ist ein Käfig mit einer relativ großen Tersetzung erforderlich.

Es gibt wenige Möglichkeiten, die Stärke der Versetzung des Käfigs bei dem gleichen Aufbauvolumen des Gelenkes zu erhöhen.

Die erste Möglichkeit besteht darin, den Krüminmigsraittelpunkt der teilkugelförmigen Außen- und Innenflächen des Gehäuses vom Gelenkmittelpunkt fort längs der Gelenkachse zu verschieben, ohne die Krümmungsradien zu ändern. Diese Möglichkeit führt dazu, daß die Käfigwand an einem Ende dünn wird. Der gewünschte Betrag der Versetzung ist daher bei einer ausreichenden Festigkeit des Käfigs nicht zu erhalten.

Die zweite Möglichkeit besteht darin, den Krümmungsradius der teilkugelförmigen Innenfläche des Käfigs relativ zu dem der teilkugelförmigen Außenfläche des Käfigs herabzusetzen. Obwohl aiese Möglichkeit verhindert, daß die Käfigwand an einem Ende dünn wird, sind jedoch die Seiten der Juhrungsrillen einer größeren Beanspruchung unterworfen, da alle Kugeln weniger stark in eine der Pülirungsrillen eintauchen c Daher neigen die Seiten der Pührungsrillen dazu, während der Übertragung eines großen Drehmomentes durch das Gelenk zu brechen.

\Ieim der Käfig nicht nur das innere Gelenkteil sentriert, sondern es auch axial durch seine teilkugelförmige Innenfläche festhält, die der komplementären teilkugelförmigen Außenfläche des Innenteils entspricht, wird sich die teilkugelförmige Innenfläche des Käfigs stärker als die teilkugelförmige Außenfläche des Käfigs abnutzen. Aufgrund dieses Nachteils werden die Konstantgeschwindigkeits-Eigenschaften des Gelenkes nach langer Benutzuggsdauer stark beeinträchtigt.

Es ist das Ziel der Erfindung, ein Gleichlauf-Universalgelenk zu schaffen, das bessere Konstantgeschwindigkeitseigenschaften bei dem gleichen Aufbauvolumen des Gelenkes aufweist.

Das erfindungsgemäße Universalgelenk soll seine anfänglichen Eigenschaften für eine lange BenutzungsZeitdauer beibehalten können. Es soll während der Arbeit keine Geräusche und Vibrationen erzeugen und nicht festfressen.

Dazu ist das erfindungsgemäße Universalgelenk gekennzeichnet durch ein Außenteil mit einer axialen Bohrung, einen Kugelkäfig innerhalb der aixalen Bohrung, der einen ersten gekrümmten Außenflächenteil, der die axiale Bohrung erfaßt, einen zweiten gekrümmten Außenflächenteil, der an ein Ende angrenzt, und einen gekrümmten Jnnenflächenteil, der an dieses eine Ende angrenzt, aufweist, wobei der Erümmungsmittelpunkt des ersten Außenflächenteils und der Krümmuiigsmittelpunkt wenigstens des aweiten Außeiiflächenteils des Käfigs oder des Innenflächenteils des Käfigs um gleiche Strecken auf gegen-. üb erliegenden Seiten des Gelenlnnittelpunktes entlang der Grelenkaciise versetzt sind, durch ein Innenteil innerhalb des Kugelkäfigs, das einen gekrümmten Außenflächenteil aufweist, der an dem Innenflächenteil des Käfigs angreift, durch Kugeln, die in

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angeordnet sind und vom Käfig gehalten werden, und durch eine Halteeinrichtung, die eine gekrümmte Innenfläche aufweist, die an dem zweiten Außenflächenteil des Käfigs angreift, wobei die Halteeinrichtung dazu beiträgt, eine relative axiale Bewegung zwischen dem Käfig

und dem Innenteil in wenigstens eine Richtung zu verhindern.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert:

Figur 1 zeigt einen Axialschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels.

Figur 2 zeigt das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel ebenfalls in einer Axialschnittansicht bei maximalem Beugungswinkel.

Figur 3 zeigt eine Axialschnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels .

Figur 3a zeigt eine vergrößerte Ansicht des durch einen Kreis B in Figur 3 umgebenen Teils des Ausführungsbeispiels.

Figur 4 und 5 zeigen Teilschnittansichten zur Erläuterung der Schwierigkeiten, die bei den in den Figuren 1 oder 3 dargestellten G-elenken auftreten.

Figur 6 zeigt in einer Teilschnittansicht ein drittes Ausführungsbeispiel.

Figur 7 zeigt in einer Teilschnittansicht ein viertes Ausführungsbeispiel,

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Figur 8 zeigt in einer Teilschnittansieht ein fünftes Ausführungsbeispiel.

Figur 9 zeigt in einer Teilschnittansicht eines Käfigs für die in den Figuren 6, 7 oder 8 dargestellten Gelenke die Endbearbeitungsmarkierungen für die Arbeitsflächen des Käfigs.

Figur 10 zeigt die Axialschnittansicht eines bekannten Universalgelenks.

Figur 11 zeigt in einer scheinatischen Teilschnittansicht einen Vergleich zwischen dem Käfig für das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Gelenk und eines bei dem in Figur 10 dargestellten Gelenk verwandten Käfig.

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Das in Mgur 1 dargestellte Gelenk weist ein Innenteil 10 auf, das innerhalb eines hohlen, im allgemeinen zylindrischen Außenteils 12 axial bewegbar ist und darin mit einer Reihe von in gleichen Winkelabständen angeordneten, moment^übertr-agenden Kugeln, beispielsweise der Kugel 14, in Verbindung steht. Der dargestellte Schnitt des C-elenkes ist oberhalb und unterhalb der G-elenkachse A jeweils längs verschiedener radialer Ebenen genommen, um dadurch unterhalb der Achse die Querschnittsform der Bauelemente des Gelenkes zwischen benachbarten.Kugeln 14 darzustellen.

Das Außenteil 12 weist eine zylindrische Bohrung 16 auf, die mit in Längsrichtung verlaufenden Rillen 18 ausgearbeitet ist. Das Innenteil 10 weist einen an ein Ende 22 angrenzenden gekrümmten Außenflächenteil 20 auf, der in einen zylindrischen Außenflächenteil 24 übergeht, der an das gegenüberliegende Ende 26 angrenzt. Der Außenflächenteil hat die Form eines Seiles einer Kugel»schale. Die Außenfläche des Innenteils 10, die aus den zwei Außenflächenteilen 20 und 24 besteht, ist in ähnlicher Weise mit Rillen, beispielsweise der Rille 28, ausgearbeitet. Die Rillen 18 und 28 in den beiden Teilen 10 und 12 arbeiten paarweise derart zusammen, daß sie Kugellaufrillen bilden, längs derer die Kugeln 14 während der G-elenkbewegung laufen.

Das Außenteil 12 weist an einem Ende einen äußeren Umfangsflansch 30 auf, der mit Hilfe von Bolzen an einer nicht dargestellten Antriebswelle befestigt ist. Das Innenteil 10 steht über eine Keilnut mit einer Antriebswelle 32 in Yerbindung, die vom gegenüberliegenden Ende des Außenteils 12 vorragt.

Zwischen den Teilen 10 und 12 befindet sich ein Kugelkäfig 34 mit Fensteröffnungen, beispielsweise der Fensteröffnung 36, in der die Kugeln 14 eng aufgenommen sind. Der Käfig

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weist einen ersten gekrümmten Außenflächenteil 38 auf, der die Form eines Teils einer Kugelschale hat und an der zylindrischen Bohrung 16 des Außenteils 12 angreift. Der erste Außenflächenteil 38 geht in einen Icegelstumpfförmigen Teil 39 über, der an ein Ende angrenzt. Der Käfig 34 v/eist ebenfalls einen zweiten gekrümmten Außenflächenteil 4-0 auf, der an das gegenüberliegende Ende angrenzt, die Form eines Teiles einer Kugelschale hat und über eine ringförmige Schulter 42 in den ersten Außenflächenteil 38 übergeht. An das gegenüberliegende Ende angrenzend v/eist der Käfig 34 einen gekrümmten Innenflächenteil 44 auf, der die Form eines Teils einer Kugelschale hat und dem komplementären Außenflächenteil 20 am Innenteil 10 entspricht. Der verbleibende Innenflächenteil 46 ist kegelstumpfförmig und geht in den Innenflächenteil 44 über. Das ermöglicht einen weitaus stabileren Aufbau des Käfigs 34 mit kräftigeren Enden als es der Fall ist, wenn die Innenfläche vollständig die Form eines Teils einer Kugelschale hat. Die kegelstumpfförmige Fläche 46 ist derart vorgesehen, daß sie das Innenteil 10 nicht erfaßt. Dieser Aufbau ermöglicht daher eine axiale Bewegung des Innenteils 10 relativ zum Käfig 34. Tom Innenteil 10 getrennt ist ein Halteteil 48 vorgesehen, das zwischen dem Käfig 34 und dem Innenteil 10 arbeitet und dazu beiträgt, eine derartige axiale Bewegung zwisehen dem Käfig 34 und dem Innenteil 10 zu verhindern und das Innenteil 10 zu zentrieren.

¥ie es in Figur 1 dargestellt ist, ist das Halteteil 48 auf der Welle 32 befestigt und in Form eines Kreisringes mit einer Bohrung 50 und mit einer nach innen gerichteten Fläche ausgebildet, die die Form eines Teils einer Kugelschale hat und der komplementären Außenfläche 40 des Käfigs 34 entspricht, so daß das Halteteil 48 nicht nur eine Bewegung des Käfigs 34 relativ zum Innenteil 10 in eine Richtung nach rechts in Figur 1 verhindert, sondern auch mit dom Käfig 34 derart zusammenarbeitet, daß es das Innenteil

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10 zentriert. Vorzugsweise ist die Außenfläche 52 des Halteteils 48 kegelstumpfförmig und derart angeordnet, daß sie an der Bohrung 16 des Außenteils angreift, so daß sie einen sicheren Halt gegenüber einer Überbeugung des Gelenkes liefert (siehe Figur 2).

Das Ende des Käfigs 34 ist bei 54 mit einer'Bohrung _ oder Vertiefung mit einem derartigen Durchmesser versehen, der beim- Zusammenbau ein Hindurchführen" des Innen- -teil gestattet '- und das gegenüberliegende Ende ist bei 55 mit einer 'Bohrung oder Vertiefung mit einem derartigen Durchmesser versehen, daß die Welle 32 darin während der Gelenkbewegung eine Winkelbewegung ausführen kann (siehe Figur 1 und 2).

Ein herkömmlicher Sprengring 56 ist in die Welle 32 eingelassen, um die Bewegung des Halteteils 48 in eine Richtung nach rechts in Figur 1 zu begrenzen. In die Welle 32 ist noch ein weiterer herkömmlicher Sprengring 58 eingelassen, um das Innenteil 10 in eine Richtung nach rechts in Eingriff mit dem Käfig 34 zu drücken, so daß das Innenteil 10 die Bewegung des Käfigs 34 in eine Richtung nach links in Figur 1 begrenzen kann«

Der teilkugelförmige Außenflächenteil 38 hat seinen Krümmungsmittelpunkt bei 60 und der gemeinsame Krüninmngsmittelpunkt der beiden teilkugelförmigen Außen- und Innenflächenteile 40 und 44 liegt bei 62. Die Mittelpunkte 60 und 62 sind um die gleiche Strecke a auf den gegenüberliegenden ;Seiten des Gelenlanittelpunktes 0 längs der Gelenkachse A versetzt (siehe Figur 1).

In Figur 3 ist ein zweites Außfiihrungsbeispiel dargestellt. Dieses Aueführungsbeispiel ähnelt dem ersten in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, außer daß

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eine Welle 32 mit einer Schulter 66 statt eines Sprengringes 56,. v/ie in den Figuren 1 und 2 vorgesehen ist, und daß ein dehnbarer Sprengring 68 in eine But 69 in der Welle 32 eingelassen ist, der an einer sich verjungenden ITockenflache 70 angreift, die an einem Ende 26 des Innenteils 10 angreift, wie es in Pigur 3a dargestellt ist. Dadurch wird das Innenteil 10 in Pigur 3 nach rechts gedruckt. Durch eine derartige Ausbildung ist es möglich, daß die Kontaktflächen zwischen dem Innenteil 10 und dem Käfig 34 und die Kontaktflächen zwischen dem Käfig 34 und dem Halteteil 48 selbst dann ohne Spiel in einer geeigneten lage zueinander und in Berührung miteinander gehalten v/erden, ύιοώχι die zucamrnenarbeitenden Plächen sich nach langer Benutzung abgenutzt haben. Dadurch wird die lebensdauer des G-elenkes vergrößert. Daneben v/erden durch eine derartige Ausbildung Geräusche und Schwingungen während der Arbeit des Gelenkes vermieden.

Bei einem Universalgelenk, wie es im Vorhergehenden anhand der Piguren 1 und 2 oder anhand von Pigur 3 beschrieben wurde, steht die zylindrische Bohrung 16 des Außenteils 12 längs einer linie mit dem ersten teilkugelförmigen Außenflächenteil 38 des Käfigs 34 in Berührung, so daß das Außenteil 12 den Käfig 34 zentriert. Komplementär dazu ist eine teilkugelförmige Innenfläche 50 des Halteteils 48 ausgebildet, die längs einer Ebene mit einem zweiten teilkugelförmigen Außenflächenteil 40 des Käfigs 34 in Berührung steht, so daß das Halteteil 48 eine axiale Yorlast an dem Käfig 34 legt. Wenn bei einem derartigen Aufbau der Krümmungsmittel-. punkt Oi eines teilkugelförmigen Außenflächenteils 20 des Innenteils 10 von dem Krümmungsmittelpunkt Oc des Innenflächenteils 44 des Käfigs 34 infolge einer unzureichenden Oberflächenbeschaffenheit versetzt ist, vie es in Pigur 4 oder 5 dargestellt ist, dann neigt der teilkugelförmige Innenflächenteil 44 des Käfigs 34 zu einem Punktkontakt mit dera

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Außenrand 72 (Figur 4) oder 74 (Figur 5) des teilkugelförmigen Außenflächenteils 20 des Innenteils 10. Die erzeugte hohe spezifischeTMcherpressung führt zu einer schnellen Abnutzung des Randes 72 oder 74 und die erzeugte hohe spezifische Wärme führt zum Festfressen. Diese Schwierigkeit ist der örtlichen Zuordnung des Krümmungsinittelpunktes Oi des teilkugelförmigen Außenflächenteils 20 des Innenteils 10, des Krüiomungsmittelpunktes Oc der teilkugelförmigen Innenfläche 44 des Käfigs 34 und einem mit X bezeichneten Punkt zuzuordnen, an dem der Außenflächenteil 20 mit dem Innenflächenteil 44 in Berührung steht.

Um diese Schwierigkeit zu überwinden, ist einer der Flächenteile 44 oder 50 des Käfigs 34 der benachbarten Oberfläche entsprechend komplementär ausgebildet, während der andere Fläehenteil des Käfigs. 34 nicht mit dem Umfangsrand, sondern mit einem mittleren Abschnitt der benachbarten Fläche in. Punktkontakt steht₉ wie es in den Figuren 6 bis 8 dargestellt ist. In diesen Figuren ist mit einem Kreuz der Kontaktpunkt bezeichnet, an dem die zwei in Berührung stehenden Oberflächen miteinander in Punktkontakt stehen.

Wie es insbesondere in Figur 6 dargestellt' ist, sind der Mittelpunkt Os eines zweiten teilkugelförmigen Außenflächenteils 40 und der Krümmungsmittelpunkt eines ersten teilkugelförmigen Außenflächenteils 38 eines Käfigs 34 um die gleiche Strecke auf den gegenüberliegenden Seiten des Gelenkmittelpunktes O längs der Gelenkachse A versetzt (siehe Figur 1). Eine teilkugelförmige Innenfläche 50 eines Halteteils 48 ist komplementär zum zweiten Außenflächenteil 40 des Käfigs 34 ausgebildet, während der teilkugelförmige Innenflächenteil 44 des Käfigs,der mit dem zweiten Außenflächenteil 40 einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt Oc hat, an einem mittleren Abschnitt mit dem teilkugelförmigen Außenflächenteil 20 des Innenteils 10 am Punkt 76 in

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Punktkontakt steht« Der Erünnnungsmittelpunkt Os des zv/eiten teilkugelförmigen Außenfläclienteils 40, der Mittelpunkt Oc des teilkugelförraigen Innenflächenteils 44, der Punkt 76 und der" Mittelpunkt Oi des teilkugelförmigen Außenfläclienteils 20 liegen auf einer Linie B und der Krümmungsradius des Außenfläclienteils 20 des Innenteils 10 ist kleiner als der des Innenflächenteils 44 des Käfigs 34» so daß bei dem in Pigur 6 dargestellten Gelenk der Außenflächenteil 20 des Innenteils 10 eine stärkere Krümmung als der Innenflächenteil 44 des Käfigs 34 hat.

Das in !Figur 7 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Pigur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel darin, daß der Krümmungsmittelpunkt Oc des teilkugslförmigen Innenflächenteils des Käfigs 34 und der Mittelpunkt Oi des teilkugelförmigen Außenflächenteils des Innenteils 10 auf den gegenüberliegenden Seiten des Mittelpunktes S längs einer Linie B¹ versetzt sind, die durch den Mittelpunkt Os und einen Punkt 78 verläuft, an dem die zwei sich berührenden Oberflächen in Punktkontakt stehen.

Me es in Pigur 8 dargestellt ist, sind der Krummungsmittelpunkt Os des zweiten teilkugelförmigen Außenflächenteils 40 und der des ersten teilkugelförmigen Außenflächenteils 38 des Käfigs 34 um die gleiche Strecke auf den gegenüberliegenden Seiten des Gelenkmittelpunktes 0 längs der Gelenkachse A versetzt (siehe Pigur 1). Der teilkugelförmige Außenflächenteil 20 des Innenteils 10 ist komplementär zum Innenflächenteil 44 des Käfigs 34 ausgebildet, während der zweite :Außenflächenteil 40 des Käfigs am Punkt 80 mit dem mittleren Abschnitt der teillcugelförmigen Innenfläche 50 des Halteteils 48 in Punktkontakt steht. Der Krümmungsmittelpunkt Osp der Innenfläche 50 des Halteteils 48, die Mittelpunkte Os und Oc und der Berührungspunkt 80 liegen auf einer Linie B",

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wobei der Mittelpunkt Oc mit dem Mittelpunkt Os zusammenrfällt. Der Krümmungsradius der teilkugelförmigen Innenfläche 50 ist größer als der des teilkugelförmigen Außenflächenteils 20.

Bei allen in den Figuren 6_y 7 und 8 dargestellten Ausfülirungsbeispielen erfolgt die Zentrierung dadurch, daß der Käfig 34 mit dem Halteteil 48 und mit dem Außenteil 12 in Eingriff steht und in derselben Weise, wie es bei den in den Figuren 1 und 2 oder in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispielen der Fall ist. Da der teilkugelförmige Aussenf lächenteil 40 des Iniienteils 10 oder die teilkugelförmige Innenfläche 50 des Haltetoils 48 derart ausgeführt und angeordnet sind, daß der Käfig mit dem mittleren Abschnitt des Flächenteils 20 des Innenteils 10 oder mit der Innenfläche 50 des Halteteils 48 in Punktkontakt steht, ist es zur Zentrierung ohne Beeinträchtigung derUniversägelenkeigen·= schäften ausreichend, den ersten und den zweiten teilkugelförmigen Außenflächenteil des Käfigs 34 in der erforderlichen Weise feinzuschlichten, wie es in Figur 9 anhand von Bearbeitungs angaben dargestellt ist.

Da bei den in den Figuren 6 oder 8 dargestellten Ausführungsbeispielen die teilkugelförmigen Innen- und Außenflächenteile 44 und 40 des Käfigs 34 einen gerneinsamen Krümmungsmittelpunkt Oc oder Os am Punkt 62 haben, der um die gleiche Strecke auf der Seite des Qelenkmittelpunktes 0 längs der Gelenkachse A versetzt ist, die der Seite gegenüberliegt, auf der sich der teilkugelförmige Außenteil 38 des Käfigs 34 befindet, werden das Innenteil 10, der Käfig 34 und das Halteteil 48 um den Punkt 62 auf der G-elenkaehse A während der G-elenkbewegung gekippt, ohne daß eine relative Bewegung längs der Achse der Welle 32 auftritt. Somit kann das Innenteil 10 axial fest mit Hilfe eines Sprengringes an der Welle 32 in ähnlicher Weise befestigt v/erden, wie es

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in Figur 1 oder 2 dargestellt ist. Das Innenteil 10 kann an der Welle unter einer geeigneten axial gerichteten Kraft mit Hilfe eines dehnbaren Sprengringes in ähnlicher Weise befestigt werden, wie es in Figur 3 dargestellt ist, um Abnutzungen an den Berührungsflächen des Gelenkes zu kompensieren.

Da bei dein in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel der Krümmungsinittelpunkt Oc des teilkugelförmigen Innenflächenteils 44 des Käfigs 34 sich nicht an der gleichen Stelle wie der Krüiamungsmittelpunkt Os des zweiten teilkugelförmigen Außenflächenteils 40 des Käfigs befindet, besteht die Neigung, daß sich das Innenteil 10 und das Halteteil 48 relativ zueinander längs der Achse der Welle 32 während der Gelenkbewegung bewegen. Obwohl eine derartige Bewegung die Universal gelenkeigensehaften des Gelenkes nicht beeinflußt, ist vorzugsweise ein dehnbarer Sprengring vorgesehen, der in der in Figur 3 dargestellten Weise eine sich verjüngende lTockenf lache erfaßt, um einen geeigneten Druck zwischen den Berührungsflächen v/ährend der Gelenkbewegung hervorzurufen. Wenn sich in der Praxis die axiale Bewegung innerhalb erlaubter Grenzen hält, kann ein Sprengring dazu verwandt werden, das Halteteil und das Innenteil axial fest in ähnlicher Weise wie es in den Figuren 1 oder 2 dargestellt ist, an dor Welle anzubringen.

Da bei jedem Beugungswinkel des Gelenkes der Imienfläclienteil 44 des Käfigs 34 immer mit dem festen Punkt 76 bei dem in Figur β dargestellten Ausführungsbeispiel oder mit dem .Punkt 78 bei dem in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel auf dem Außenflächenteil 20 des Innenteils 10 in Berührung steht, ist es ausreichend, eine teilkugelförmige Oberfläche in der Fähe des Punktes'7G oder 78 auszubilden, beispielsweise ballig zu drehen. Bei den in den Figuren β und 7 dargestellten Ausführungsbeispiolon ist es nicht erforderlich, daß der Außenflächenteil 20 vollständig teil-

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kugelförmig ist. Da bei dein in Figur 8 dargestellten Ausführungsbeispiel der Außenflächenteil 40 immer mit einem festen Punkt 80 an der Innenfläche 50 des Halteteils 48 bei jedem Beugungswinkel des Gelenkes in Berührimg.steht, ist es ausreichend, in der Nähe des Punktes 80 eine teil~ kugelförmige Oberfläche auszubilden und nicht erforderlich, daß die Innenfläche 50 vollständig teilkugelförmig ist.

Daraus ergibt sich als Yorteil der in den Figuren 6 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiele, daß es nicht erforderlich ist, daß die Innenfläche 50 des Halteteils 48 oder der Außenflächenteil 20 des Innenteils vollständig teilkugelförmig ausgebildet ist.

In Figur 10 ist ein bekanntes Universaügelenk dargestellt. Dieses Gelenk weist einen versetzten Käfig 134 mit einer teillcugelförmigen Außenfläche 138, die an einer zylindrischen Bohrung 116 eines Außenteils 112 angreift, und mit einer teilkugelförmigen Innenfläche 1 44 auf, die mit einer komplementären teilkugelförraigen Außenfläche 120 eines Innenteils 110 in Eingriff steht, um das Innenteil 110 zu zentrieren und axial fest zu halten«,

Aus einem Vergleich des Käfigs 34 des in Figur 1 dargestellten Gelenkes mit dem Käfig 134 des in Figur 10 dargestellten Gelenkes unter der Bedingung, daß beide Gelenke die-gleiche Versetzung a, den gleichen Käfigdurchinesser und den gleichen !Beugungswinkel aufweisen, und daß die Kugeln gleich stark in das Innenteil eintauchen, ergibt sich, daß der Unterschied .in der Stärke zv/isehen dem dünneren Ende des Käfigs 34 und dem des Käfigs 134 sich durch die folgende Gleichung ausdrücken läßt, die aus dem in Figur 11 dargestellten Diagramm abgeleitet ist:

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t ⁼

•wobei t den Unterschied in der Dicke zwischen dein dünneren Ende des Käfigs 34 und dem des Käfigs 134 (siehe Figur 11),

r. den Krümmungsradius der teilkugelförmigen Außenfläche 120 des Innenteils 110 (siehe Figur 10) und

a die Versetzung
bezeichnen«,

Aus dieser Gleichung ergibt sich, daß erfindungsgemäß die Stärke des dünneren Endes des Käfigs ohne eine Beeinträchtigung derUnhrersälgelenkeigensohaften des G-elenkes erhöht v/erden kann. Erfindungsgemäß v/erden mit anderen Worten die Univers£%elenkeigenschaften des G-elenkes dadurch verbessert, daß die Versetzung vergrößert wird, da die Stärke der Versetzung ohne Verlust der Festigkeit des Käfigs erhöht werden kann.

Da bei dem erfindungsgemäßen Universalgelenk der Käfig gegenüber einer axialen Bewegung relativ zum Innenteil durch ein Halteteil festgehalten ist, hat eine Abnutzung der 'Berührungsflächen einen relativ geringen Einfluß auf die Universalgelenkeigenschaften des Gelenkes im Vergleich zu einem Universalgelenk, wie es in Figur 10 dargestellt ist. Dieser Aufbau ermöglicht relativ große Beugungswinkel mit geringen Verlusten im übertragenen Drehmoment im Vergleich ^:· zu einem herkömmlichen Universalgelenk.

Der Spielraum zwischen den teilkugelförmigen Berührungsflächen kann dadurch eingestellt werden, daß lediglich ein Sprengring durch einen anderen mit einer anderen Starke ersetzt wird. Es ist weiterhin ersichtlich, daß durch die

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Vervrendung eines dehnbaren Sprengringes in der' in den Figuren 5 und 3a dargestellten V/eise eine geeignete Vorspannung zwischen den Berührungsflächen erzeugt wird. Die Verwendung eines.dehnbaren Sprengringes verhindert eine relative axiale Bewegung des Innenteils gegenüber einer Welle, wodurch Geräusche'und Vibrationen infolge einer solchen
axialen Bewegung vermieden werden.

Das erfindungsgemäße Universalgelenk besitzt insgesamt bei allen Beugungswinkeln im wesentlichen die gleiche Festigkeit.

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Claims

Patentansprüche

Θ.
Universalgelenk, gekennzeichnet durch ein Außenteil (12)

mit einer axialen Bohrung (16), einen Kugelkäfig (34) innerhalb der axialen Bohrung (16), der einen ersten gekrümmten Außenflächenteil (38), der die axiale Bohrung (16) erfaßt, einen zweiten gekrümmten Außenflächenteil (40), der an ein Bohrungsende angrenzt, und einen gekrümmten Innenflächenteil (44), der an dieses eine Ende angrenzt, aufweist, wobei der Krümmungsmittelpunkt des ersten AuSenflächenteils (38) und der Krümmungsmittelpunkt wenigstens des zweiten Außenflächenteils(40) des Käfigs (34) oder des Innenflächenteils (44) des Käfigs (34) um gleiche Strecken auf gegenüberliegenden Seiten des Gelenkmittelpunktes (θ) entlang der Gelenkacb.se (A) versetzt sind, durch ein Innenteil (10) innerhalb des Kugelkäfigs (3-0» äas einen gekrümmten Außenflächenteil (20) auf v/eist, der an dem Innenflächenteil (44) des Käfigs (34) angreift, durch Kugeln (14), die in Killen (18,28) zxvisehen dem Außen- und dem Innenteil (10,12) angeordnet sind und vom Käfig (34) gehalten werden, und durch eine Haiteeinrichtung (48), die eine gekrümmte Innenfläche (50) aufweist, die an dem zweiten Außenflächenteil (40) des Käfigs (34-) angreift, wobei die Halteeinrichtung (48) dazu beiträgt, eine relative axiale Bewegung zwischen demKäfig (34) und dem Innenteil (10) in. wenigstens eine Richtung zu verhindern.

2. Universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Bohrung (16) zylindrisch ausgebildet ist.

3. Universalgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Käfigs (34-) relativ zum Innenteil (10) in eine erste Richtung durch die Halteeinrich-

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tung (48) verhindert wird und daß die Bewegung des Käfigs (34) relativ zum Innenteil (10) in eine dazu entgegengesetzte Richtung durch die Ineingriffnahme des Außenflächenteils (20) des Innenteils (10) mit dem Innenflächenteil (44) des Käfigs (34) verhindert wird.

4.Universalgelenk nach Anspruch 1 , 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Außenflächenteil (40) und der Innenflächenteil (44) des Käfigs (34) einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt haben und daß der Irtnenflächenteil (50) der Halte einrichtung (48) und der Außeiiflächenteil (20) des Innenteils (10) komplementär zum zweiten Außenflächenteil (40) und zum Innenflächenteil (44) des Käfigs (34) jeweils ausgebildet sind.

«TMversalgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (48) eine in etwa kegelstumpfförmige Außenfläche (52) aufweist, die mit der axialen Bohrung (16) des Außenteils (12) in Eingriff steht, um einen sicheren Halt gegenüber einer Überbeugung des G-elenkes zu liefern.

JMrerssr.gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entweder der zweite Außenflächenteil (40) oder der Innenflächenteil (44) des Käfigs (34) komplementär dem benachbarten Außenflächenteil (2.0) des Xrmenteils (10) oder der Innenfläche (50) der Halteeinrichtung (48) entspricht und daß die andere Fläche des zweiten Außenflächenteils (40) und des Innenflächenteils (44) des Käfigs (34) in Punktkontakt mit einem mittleren Bereich der anderen 3?läche des Außenflächenteils (20) des Innenteils (10) und des Innenflächenteils (50) der Halteeinrichtung (48) steht.

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7. Universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Erüinmungsmittelpunkt des zweiten Außenflächenteils (4-0) des Käfigs (34) um die gleiche Strecke auf einer Seite des G-elenkmittelpunktes (θ) versetzt ist, die der Seite gegenüberliegt, auf der sich der Krümmungsmittelpunkt des ersten Außenflächenteils (38) des Käfigs (34) befindet und daß der Innenflächenteil (44) des Käfigs (34) in Punktkontakt mit dem mittleren Bereich des Außenflächenteils (20) des Innenteils (10) steht, v/obei die Innenflache (50) der Halteeinrichtung (48) komplementär zum zweiten Außenflächenteil (40) des Käfigs (34) ausgebildet ist und der Krümmungsmittelpunkt des zweiten· Außenflächenteils (40) des Käfigs (34), der Krüimaungsmittelpunkt des Innenflächenteils (44) des Käfigs (34), der Berührungs-punkt und der Krümmungsmittelpunkt des Außenflächenteils (20) des Innenteils (10) auf einer linie liegen.

8. Universalgelenk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß der Krümmungsmittelpunkt des Innenflächenteils (44) des Käfigs (34) mit dem Krümmüngsmittelpunkt des zweiten Außenflächenteils (40) des Käfigs (34) zusammenfällt und daß der Krümmungsradius des Außenflächenteils (20) des Innenteils (10) kleiner als der .des Innenflächenteils (44) des Käfigs (34) ist.

9.Universalgelenk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsmittelpunkt des Innenflächenteils (44) des Käfigs (34) auf einer Seite des Krümmungsmittelpunktes des zweiten Außenfläclienteils (40) des Käfigs (34) längs einer Linie versetzt ist und daß der Krümmungsradius des Außenflächenteils (20) des Innenteils (10) kleiner als der des Innenflächenteils (44) des Käfigs (34) ist.

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10«universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsmittelpunkt des InnenflächenteilB (44) des Käfigs (34) um die gleiche Strecke auf einer Seite des G-elenkmittelpunktes (O) versetzt ist, die der Seite gegenüberliegt, auf der der Erümmungsmittelpunkt des ersten Außenflächenteils (38) des Käfigs (34) liegt und daß der zweite Außenflächenteil (40) des Käfigs (34) in Punktkontakt mit einem mittleren Abschnitt der Innenfläche (50) der Halteeinrichtung (48) steht, wobei der Außenflächenteil (20) des Innenteils (10) komplementär zum Innenflächenteil (44) dos Käfigs (34) ausgebildet ist und der Krümmungsmittelpunkt des zweiten Außeiiflächenteils (40) des Käfigs (34)» äe-r Krämmungsmittelpunkt des "Innenflächenteils (44) des Käfigs (34) > der Berührungspunkt und der ICdinmiungsmittelpunkt der Innenfläche (50) c.er Halteeinrichtung (48) auf einer linie liegen.

11. IMversölgelenk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

daß der Krümmungsmittelpunkt des zweiten Außenflächenteils (40) des Käfigs (34) mit dem Krüminungsmittelpunkt, des Innenflächenteils (44) des Käfigs (34) zusammen« fällt und daß der Krümmungsradius der Innenfläche (50) der Halteeinrichtung (48) größer als der des zweiten Außenflächenteils (40) des Käfigs (34) ist.

12. Universalgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3» 8, 9 und

11, dadurch gekennzeichnet, daß eine elastische Einrichtung (58) vorgesehen ist, die das Innenteil (10) und die Halteeinrichtung (48) zusammendrückt.

^,Universalgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3» 8, 9 und 115 dadurch gekennzeichnet, daß eine Welle (32) vorgesehen ißt, mit der das Innenteil (10) und die Halteein-

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richtung (48) in Verbindung stehen und die eine Schulter- (66) aufweist, daß das Innenteil (10) eine ITockenfliichö (70) aufweist und daß ein dehnbarer Sprengring (68) in die Welle (32) eingelassen ist, der die ITockenflache (70) des Innenteils (10) orfaßt und das Innenteil (10) in eine Richtung auf ßie Schulter (60) drückt? um die Halteeinrichtung (4-8) in Eingriff mit der Schulter (66) zu drücken.

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