DE2629966A1

DE2629966A1 - Gleichlaufschiebegelenk

Info

Publication number: DE2629966A1
Application number: DE19762629966
Authority: DE
Inventors: Francis Samuel Turner
Original assignee: GKN Transmissions Ltd
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 1975-07-03
Filing date: 1976-07-02
Publication date: 1977-01-27
Also published as: NZ181330A; ZA763849B; GB1556363A; ES449496A1; FR2316474A1; JPS528252A; AU504617B2; CH600184A5; JPS5941049B2; AU1555376A; FR2316474B1; CA1067304A; IT1071229B

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleichlaufschiebe(universal)gelenk mit einem hohlen äußeren Gelenkkörper und einem inneren Gelenkkörper, an denen Paare von sich gegenüberliegenden, längsgerichteten Nuten ausgebildet sind, mit Drehmoment übertragenden Kugeln, von denen jede in und zwischen einem Paar der genannten Nuten im inneren und äußeren Gelenkkörper angeordnet und entlang der Nuten bewegbar ist, um zwischen den Gelenkkörpern relative Dreh- und axiale (Sohiebe-)Bewegung zuzulassen, und mit einem zwischen dem inneren und dem äußeren Gelenkkörper angeordneten Kugelkäfig mit Aussparungen, in denen die Kugeln gehalten sind, wobei der Kugelkäfig im Betrieb mitwirkt, die Kugeln in der Winkelhalbierenden (homokinetischen) Ebene des Gelenkes zu halten, um dadurch die Gleichlaufeigenschaften des Gelenkes zu schaffen.

Ein Nachteil von Universalgelenken der genannten Gattung ist, daß die Kugeln während der Sohiebebewegung etwas gleiten.

Zur Überwindung dieses Nachteils ist früher vorgeschlagen worden, bei einem Universalgelenk der genannten Gattung

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für axiale Bewegung des Kugelkäfigs relativ sowohl zum inneren als auch zum äußeren Gelenkkörper zu sorgen, so daß der Kugelkäfig nicht gezwungen ist, sich mit den inneren oder dem äußeren Gelenkkörper zu verstellen, sondern der Bewegung der Drehmoment übertragenden Kugeln bei Sohieb·- bewegung ungehindert folgen kann. Bei allen früher vorgeschlagenen Anordnungen wird auf diese Weise Gleiten der Kugeln über im wesentlichen dem gesamten Bereich der zugelassenen Schiebebewegung verhindert.

Beispielsweise wird in der GB-PS 1 156 626 (« DT-PS 1 289 370) ein Gleichlaufuniversalgelenk der erwähnten Gattung vorgeschlagen, bei dem sich ein führendes Bauteil in Achsenrichtung des inneren Gelenkkörpers ungehindert bewegen kann und entweder am Kugelkäfig oder am inneren Gelenkkörper befestigt ist und eine konvexe, teilsphärische Fläche hat, die in das andere dieser beiden Bauteile, d.h. in den inneren Gelenkkörper oder den Kugelkäfig, eingreift und Winkelbewegung des führenden Bauteils gegenüber diesem anderen Bauteil gestattet, um Bewegung des Kugelkäfigs zu steuern, die auch mittels einer teilsphärischen Außenfläche am Kugelkäfig gesteuert wird, die in eine zylindrische Bohrung im äußeren Gelenkkörper oder in einem an diesem befestigten Bauteil eingreift, wobei die Krümmungszentren der genannten teilsphärischen Flächen gegenüber dem Gelenkzentrum um einen im wesentlichen gleichen Betrag nach entgegengesetzten Seiten in der Gelenkachse versetzt sind und das Zentrum der teilsphärisehen Fläche am führenden Bauteil stets an der Drehachse des inneren Gelenkkörpers angeordnet ist.

Bei allen in der GB-PS 1 156 626 beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen ist das führende Bauteil relativ zum inneren Gelenkkörper axial in ausreichenden H*ße bewegbar, um Gleiten der Kugeln Über im wesentlichen dem gesamten Bereich der zugelassenen Schiebebewegung zu verhindern.

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Ein Nachteil der früher vorgeschlagenen Anordnungen ist, daß das Ermöglichen von axialer Bewegung des Kugelkäfigs relativ zum inneren und äußeren Gelenkkörper über im wesentlichen dem gesamten Bereich der zugelassenen Schiebebewegung Beschränkungen bei den verschiedenen konstruktiven Überlegungen auferlegt, die zweckmäßigerweise beim Entwerfen von Universalgelenken berücksichtigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes universalgelenk zu schaffen, bei dem dieser Nachteil zumindest auf ein Mindestmaß herabgesetzt ist.

Gemäß der Erfindung wird ein Gleichlaufschiebe(universal)gelenk der eingangs erwähnten Gattung vorgeschlagen, bei dem der Kugelkäfig mit einer konvexen« teilsphärischen Außenfläche an der Fläche einer zylindrischen Bohrung im äußeren Gelenkkörper oder in einem an diesem befestigten Bauteil und mit einer J|*Ä*v#u, teil sphärischen Innenfläche an einer komplementären koavexen teilsphärischen Fläche an einem führenden Bauteil angreift, das am inneren Gelenkkörper oder an einem an diesem befestigten Bauteil angeordnet ist, wobei die Krümmungszentren der teil sphärischen Flächen des Kugelkäfigs gegenüber dem Gelenkzentrum um einen gleichen Betrag naoh entgegengesetzten Seiten in der Gelenkachse versetzt sind, und bei der das führende Bauteil relativ zum inneren Gelenkkörper oder zu dem an diesem befestigten genannten Bauteil axial in begrenztem Maße bewegbar ist, damit die Drehmoment übertragenden Kugeln nur in einem Teil der zugelassenen Schiebebewegung des Gelenkes, der wesentlich kleiner ist als der gesamte Bereich der zugelassenen Schiebebewegung, an den Flächen der Nuten im inneren und äußeren Gelenkkörper abrollen können statt zu gleiten.

Aufgrund des Eingriffs der konvexen teilsphärisohen Außenfläche des Kugelkäfige mit der zylindrischen Bohrung im äußeren Gelenkkörper oder in dem an diesem befestigten genannten Bauteil sind der Kugelkäfig, und mit ihm die Drehmoment übertragenden Kugeln, und der innere Gelenkkörper in

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Achsenrichtung des äußeren Gelenkkörpers bewegbar, um dadurch das Schiebebewegungsvermögen des Gelenkes zu schaffen. In einem Teil der zugelassenen Schiebebewegung ist Gleiten der Kugeln verhindert, da das führende Bauteil und daher der Kugelkäfig sich relativ zum inneren Gelenkkörper ungehindert axial bewegen und der Bewegung der Kugeln folgen können. Die Kugeln sind daher nicht gezwungen, sich mit dem inneren Gelenkkörper zu bewegen.

Das führende Bauteil kann relativ zum inneren Gelenkkörper oder zu dem an diesem befestigten genannten Bauteil axial in ausreichendem Maße bewegbar sein, um Gleiten der Kugeln nur in einem kleineren Teil der zugelassenen Schiebebewegung des Gelenkes zu verhindern. Vorzugsweise ist die Anordnung so, daß Gleiten der Kugeln nur zu Beginn von Schiebebewegung verhindert ist.

Daher muß in der bevorzugten Anordnung nur für eine verhältnismäßig kleine axiale Bewegung des führenden Bauteils relativ zum inneren Gelenkkörper gesorgt werden, das ist nur eine kleine Bewegung verglichen mit der Größe der Bewegung, die benötigt wird, um Gleiten der Kugeln über im wesentlichen dem gesamten Bereich der zugelassenen Sehiebebewegung zu verhindern.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß das Verhindern von Gleiten der Kugeln in der Praxis zu Beginn von Sehiebebewegung sehr wirkungsvoll ist, und daß Maßnahmen zum Verhindern von Gleiten der Kugeln über im wesentlichen dem gesamten Bereich der zugelassenen Sehiebebewegung nicht nur nicht notwendig sind, sondern auch Beschränkungen hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung des Gelenkes auferlegen.

Bei einem herkömmlichen Gelenk, bei dem Gleiten der Kugeln nicht verhindert ist, tritt der größere Widerstand gegen Sehiebebewegung am Anfang solcher Bewegung auf, da die Kugeln zum "Kleben" neigen und sich zu Beginn gegen den

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Reibungswiderstand bewegen müssen, der von ihnen durch Gleiten in den Nuten im inneren und äußeren Gelenkkörper hervorgerufen wird. Bei einem Gelenk nach der Erfindung ist von der einsetzenden Schiebebewegung ein geringerer Widerstand zu überwinden, da im ersten Teil der Bewegung Gleiten der Kugeln verhindert wird.

Bei der Konstruktion eines Universalgelenkes müssen die angestrebte Geometrie des Gelenkes, die von ihm geforderte Drehmomentübertragungsleistung, der angestrebte Gelenkwinkel und seine körperliche Größe berücksichtigt werden. Anders als die früher vorgeschlagenen Gelenke, bei denen Gleiten der Kugeln über im wesentlichen dem gesamten Bereich der zugelassenen Schiebebewegung verhindert wird, kann ein Gelenk nach der Erfindung konstruiert werden, ohne daß diese Forderungen durch die Anordnung, die Gleiten der Kugeln zu Beginn von Schiebebewegung verhindert, beeinflußt, zumindest nicht in bemerkenswertem Umfang beeinträchtigt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematisoher Zeichnungen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Gleichlaufschiebe-(universal)gelenk gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Stirnansicht des ringförmigen führenden Bauteils des Gelenkes und

Fig. 3 den Schnitt A-A in Fig. 2.

Das dargestellte Gleichlaufschiebe(universal)gelenk hat als Hauptbauteile einen inneren Gelenkkörper 10, einen diesen umschließenden hohlen äußeren Gelenkkörper 11 und Drehmoment übertragende Kugeln 12, die die Gelenkkörper 10 und 11 betriebsmäßig miteinander verbinden.

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Der innere Gelenkkörper 10 hat eine zylindrische Bohrung, in der ein Vielnutprofil 13 ausgebildet ist, das an dem mit einem Vielnutprofil versehenen Ende einer in die Bohrung eingesetzten Antriebswelle anzugreifen vermag. Der Gelenkkörper 10 hat einen glatten zylindrischen Abschnitt 14 und einen Abschnitt 15, der sich an den Abschnitt 14 anschließt und einen größeren Außendurchmesser hat als dieser. Am Abschnitt 15 von größerem Durchmesser sind sechs gerade, axialgerichtete Nuten 16 ausgebildet, von denen eine gezeichnet ist und die um den Umfang des Gelenkkörpers 10 mit regelmäßigem Zwischenabstand angeordnet sind.

Der äußere Gelenkkörper 11 weist eine eine zylindrische Bohrung bildende Seitenwand 17 auf, an der sechs gerade, axialgerichtete Nuten 18 ausgebildet sind, von denen eine gezeichnet ist und von denen jede einer Nut 16 im inneren Gelenkkörper 10 gegenüber angeordnet ist. Der Gelenkkörper besitzt ferner eine End- oder Stirnwand 19 mit einem vorspringenden Abschnitt 20, der eine zylindrische Bohrung bildet, in der ein Vielnutprofil 21 ausgebildet ist, das an dem mit einem Vielnutprofil versehenen Ende einer in die Bohrung eingesetzten Antriebswelle anzugreifen vermag. Das innere Ende der mit dem Vielnutprofil 21 versehenen Bohrung ist mit einem Einsatzstück 22 verschlossen. Jede der Kugeln 12 ist in und zwischen einem Paar sieh gegenüberliegender Nuten 16 und angeordnet, so daß sie zwischen dem inneren und dem äußeren Gelenkkörper 10 und 11 Drehmoment übertragen und gleichzeitig zwischen den Gelenkkörpern 10 und 11 relative Dreh- und axiale (Schiebe-)Bewegung zulassen.

Die Kugeln 12 sind in Aussparungen 23 eines Kugelkäfigs 24 örtlich fixiert. Der Kugelkäfig 24 hat eine konvexe teilsphärische Außenfläche 25, die an der Fläche der zylindrischen Bohrung im äußeren Gelenkkörper 11 angreift, und eine konkave teilsphärische Innenfläche 26, die an einer komplementären konvexen, teilsphärischen Fläche an einem ringförmigen führenden Bauteil 27 angreift, das am inneren Gelenkkörper angeordnet ist. Bei axialer Ausrichtung des inneren und des

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äußeren Gelenkkörpers 10 und 11 ist das Krümmungszentrum der Innenfläche 26 auf der Gelenkachse angeordnet und gegenüber dem Gelenkzentrum, d.h» gegenüber dem Punkt, in dem die die Zentren der Kugeln 12 enthaltende Ebene die Gelenkachse schneidet, zu einem Ende des Gelenkes hin versetzt. Das Krümmungszentrum der Außenfläche 25 des Kugelkäfigs ist ebenfalls an der Gelenkachse angeordnet, gegenüber dem Gelenkzentrum jedoch um einen gleichen Betrag in der entgegengesetzten Richtung versetzt. Diese Anordnung mit versetzten Zentren stellt sicher, daß die Zentren der Kugeln beim Beugen des Gelenkes stets in der Winkelhalbierenden (homokinetischen) Ebene des Gelenkes gehalten werden und dadurch die Gleichlaufeigenschaften des Gelenkes schaffen.

Das führende Bauteil 27 hat einen nicht unterbrochenen, ringförmigen Abschnitt 28, in dem innen eine glatte, zylindrische Bohrung ausgebildet ist, welche am glatten, zylindrischen Abschnitt 14 des inneren Gelenkkörpers 10 gleitend angreift, und einen ringförmigen Abschnitt 29, der einen größeren Innendurchmesser hat als der erstgenannte Abschnitt 28 und den genuteten Abschnitt 15 des inneren Gelenkkörpers 10 umschließt. Am Abschnitt 29 des ringförmigen führenden Bauteils 27 sind sechs mit Winkelabstand angeordnete Schlitze 30 ausgebildet, die sich vom inneren Ende des Abschnittes 29 ausgehend in Achsenrichtung erstrecken, um die Kugeln 12 aufzunehmen. Die inneren Endflächen der Schlitze 30 sind von teilsphärischer Gestalt, wobei ihre Krümmungszentren zur Anpassung an die Kugeln 12 an deren Zentren liegen. Die konvexe teilsphärische Außenfläche des führenden Bauteils 27 ist von den aneinanderstoßenden Außenflächen der beiden Abschnitte 28 und 29 des Bauteils gebildet.

Aufgrund des gleitenden Eingriffs zwischen dem Abschnitt des Bauteils 27 und dem Abschnitt 14 des inneren Gelenkkörpers 10 ist das führende Bauteil 27 in Achsenrichtung relativ zum inneren Gelenkkörper 10 bewegbar. Die Größe

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derartiger Bewegung ist in einer Richtung durch Anstoßen der zwischen den beiden Abschnitten 28 und 29 des Bauteils 27 gebildeten Schulter an der zwischen den aneinanderstoßenden Abschnitten 14 und 15 des Gelenkkörpers 10 gebildeten Schulter begrenzt, in der entgegengesetzten Richtung durch Anstoßen der äußeren Stirnfläche des Bauteils 27 an einem am inneren Gelenkkörper 10 befestigten Federring 31.

Das führende Bauteil 27 ist axial relativ zum inneren Gelenkkörper 10 um einen solchen Betrag verstellbar, daß Gleiten der Kugeln 12 in den Nuten 16 und 18 im inneren und äußeren Gelenkkörper 10 und 11 nur zu Beginn von relativer axialer (Schiebe-)Bewegung des inneren und äußeren Gelenkkörpers 10 und 11 verhindert ist. Bei einsetzender Schiebebewegung kann sich somit der Kugelkäfig 24 in Achsenrichtung relativ zum inneren Gelenkkörper 10 - und auch relativ zum äußeren Gelenkkörper 11 - ungehindert bewegen und ist nicht gezwungen, sich mit dem inneren Gelenkkörper 10 zu verstellen, so daß die Kugeln 12 in ihren Nuten 16 und 18 nicht gleiten. Im übrigen !Teil der Schiebebewegung kann etwas Gleiten der Kugeln 12 stattfinden, jedoch hat dies einen vernachlässigbar kleinen Einfluß auf das wirkungsvolle Arbeiten des Gelenkes.

Am äußeren Ende des Gelenkes ist mit dem inneren und dem äußeren Gelenkkörper 10 und 11 ein Dichtglied 32 verbunden. Das innere Ende der Bohrung im inneren Gelenkkörper 10 ist mit einem elastisch verformbaren Bauteil 33 verschlossen, welches so ausgelegt ist, daß es mit dem Einsatzstück 22 im äußeren Gelenkkörper 11 zusammenwirkt, um den Betrag der axialen Bewegung des inneren Gelenkkörpers 10 in einer Richtung relativ zum äußeren Gelenkkörper 11 zu begrenzen. Das Bauteil 33 ist am inneren Gelenkkörper 10 mit einem Haltering 34 befestigt.

/Ansprüche 609884/0365

Claims

ANSPRÜCHE

\AJ Gleichlaufschiebe (universal) gelenk mit einem hohlen äußeren Gelenkkörper und einem inneren Gelenkkörper, an denen Paare von sich gegenüberliegenden, längsgerichteten Nuten ausgebildet sind, mit Drehmoment übertragenden Kugeln, von denen jede in und zwischen einem Paar der genannten Nuten im inneren und äußeren Gelenkkörper angeordnet und entlang der Nuten bewegbar ist, um zwischen den Gelenkkörpern relative Dreh- und axiale (Schiebe-)Bewegung zuzulassen, ferner mit einem zwischen dem inneren und dem äußeren Gelenkkörper angeordneten Kugelkäfig mit Aussparungen, in denen die Kugeln örtlich fixiert sind, und mit einem führenden Bauteil, das am inneren Gelenkkörper oder an einem an diesem befestigten Bauteil so angeordnet ist, daß es relativ zum inneren Gelenkkörper axial bewegbar ist, wobei der Kugelkäfig mit einer konvexen teilsphärischen Außenfläche an der Fläche einer zylindrischen Bohrung im äußeren Gelenkkörper oder in einem an diesem befestigten Bauteil und mit einer konkaven teilsphärischen Innenfläche an einer komplementären konvexen teilsphärischen Fläche am fahrenden Bauteil angreift, und wobei ferner die Krümmungszentren der teilsphärischen Flächen des Kugelkäfigs gegenüber dem Gelenkzentrum um einen gleichen Betrag nach entgegengesetzten Seiten in der Gelenkachse versetzt sind, wodurch der Kugelkäfig im Betrieb mitwirkt, die Kugeln in der Winkelhalbierenden (homokinetischen) Ebene des Gelenkes zu halten, um dadurch die Gleichlaufeigenschaften des Gelenkes zu schaffen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelkäfig (24) in an sich bekanntes Weise relativ zum äußeren Gelenkkörper (11) in dessen Achsenrichtung bewegbar ist, und daß das führende Bauteil (27) relativ zum inneren Gelenkkörper (10) oder zu dem an diesem befestigten genannten Bauteil axial in

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■begrenztem Maße bewegbar ist, damit die Drehmoment übertragenden Kugeln (12) nur in einem Teil der zugelassenen Schiebebewegung des Gelenkes, der wesentlich kleiner ist als der gesamte Bereich der zugelassenen Schiebebewegung, an den Flächen der Hüten (16,18) im inneren und äußeren Gelenkkörper (10,11) abrollen können statt zu gleiten.
2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das führende Bauteil (27) relativ zum inneren Gelenkkörper (10) oder zu dem an diesem befestigten genannten Bauteil axial in ausreichendem Maße bewegbar ist, um Gleiten der Kugeln (12) nur in einem kleineren Teil der zugelassenen Schiebebewegung des Gelenkes zu verhindern.
3. Gelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung so ist, daß Gleiten der Kugeln (12) nur zu Beginn von Schiebebewegung verhindert ist.
4. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß das führende Bauteil (27) die Gestalt eines Ringes hat, der am inneren Gelenkkörper (10) verschieblich angeordnet ist.
5. Gelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Abschnitt (29) des führenden Bauteils (27) wenigstens einen Abschnitt der Nuten (16) im inneren Gelenkkörper (10) überlappt.
6. Gelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am führenden Bauteil (27) eine Anzahl Schlitze (30) ausgebildet ist, die sich vom Ende des genannten Abschnittes (29) in Längsrichtung desselben erstrecken, um die in den Nuten (16,18) angeordneten Kugeln (12) aufzunehmen.

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7. Gelenk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das führende Bauteil (27) einen ersten, nicht unterbrochenen ringförmigen Abschnitt (28) hat, in dem innen eine glatte, zylindrische Bohrung ausgebildet ist, die an einem Ende der Nuten (16) im inneren Gelenkkörper (10) an einem glatten, zylindrischen Abschnitt (H) des inneren Gelenkkörpers (10) gleitend angreift, wobei die Nuten (16) in einem Abschnitt (15) des inneren Gelenkkörpers (10) ausgebildet sind, der sich an den glatten, zylindrischen Abschnitt (14) anschließt und von größerem Außendurchmesser als dieser ist, und ferner einen zweiten ringförmigen Abschnitt (29) aufweist, der von größerem Innendurchmesser ist als der erste Abschnitt (28) und den genuteten Abschnitt (15) des inneren Gelenkkörpers (10) umschließt, wobei die genannten Schlitze (30) im zweiten Abschnitt (29) des führenden Bauteils (27) ausgebildet sind und die aneinanderstoßenden Außenflächen der beiden Abschnitte (28,29) des führenden Bauteils (27) so gestaltet sind, daß sie die konvexe, teilsphärische Außenfläche des führenden Bauteils (27) bilden, die mit dem Kugelkäfig (24) in Eingriff steht.
8. Gelenk nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß die inneren Endflächen der Schlitze (30) im führenden Bauteil (27) von teilsphärischer Gestalt sind, wobei ihre Krümmungszentren an den Zentren der Drehmoment übertragenden Kugeln (12) liegen.
9. Gelenk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine zwischen den aneinanderstoßenden Abschnitten (14,15) des inneren Gelenkkörpers (10) gebildete Schulter an einer Schulter anstößt, die MTisehen den beiden Abschnitten (28,29) des führenden Bauteils (27) gebildet ist, um axiale Bewegung des führenden Bauteils (27) relativ zum inneren Gelenkkörper (10) in einer Richtung zu begrenzen, wobei derartige Bewegung in der entgegengesetzten Richtung von einer Vorrichtung, beispielsweise ein Federring (31)»

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begrenzt ist, der am nicht tint erbrochenen, ringförmigen Abschnitt (28) des führenden Bauteils (27) an der seiner Schulter abgewandten Seite angeordnet ist.

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