DE2948444A1

DE2948444A1 - Doppelgelenk

Info

Publication number: DE2948444A1
Application number: DE19792948444
Authority: DE
Inventors: Akiriko Ito; Noriaki Saeki
Original assignee: NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1978-12-04
Filing date: 1979-12-01
Publication date: 1980-06-12
Also published as: JPS5576219A; JPS6039897B2; GB2036255B; FR2443611A1; FR2443611B1; US4319465A; GB2036255A

Description

Patentanwälte Dipl.-mg. E. Eder Dlpl.-Ing. K. Sehieschke

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NTN Toyο Bearing Company, Limited Osaka, Japan

DOPPELGELENK

Die Erfindung bezieht sich auf ein Doppelgelenk mit einem äußeren Gelenkteil mit einer· Vielzahl von sich axial erstreckenden Aussparungen in de^ inneren Umfangsflache, mit einem inneren Gelenkteil mit entsprechend sich axial erstreckenden Aussparungen in de-^ äußeren Umfangsf lache, mit Drehkraft übertragenden Kugelelementen, welche innerhalb der Aussparungen im äußeren und inneren Gelenkteil gelagert sind, und mit einem zwischen den Flächen des äußeren und inneren Gelenkteils geführten Käfig zur Posi onierung der Kugelelemente. Dieses Doppelgelenk ist insbesondere zum Einsatz bei Kraftübertragungswellen von Kraftfahrzeugen u.a. geeignet.

Bekannte Doppelgelenke weisen den Nachteil hoher Herstellungskosten und relativ geringer Belastungsaufnahme bei Drehkraftübertragung auf.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Doppelgelenk der eingangs genannten Art zu schaffen, welches eine verbesserte Bearbeitungsmöglichkeit bei der Herstellung der Kugelaussparungen und eine Verringerung der Herstellungskosten ohne Minderung der Belastung bei P

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gung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Aussparungen des inneren und äußeren Gelenkteils zur Halterung de··" Kugelelemente in einer Ebene, welche einen zwischen den Achsen des äußeren und des inneren Gelenkteils gebildeten Winkel halbieren, zusammenwirken und sich allmählich in Längsrichtung vertiefen, und daß in den sich gegenüberliegenden Seitenwänden jeder Kugelaussparung Aussparungen in mindestens einem der beiden äußeren und inneren Gelenkteile vorgesehen sind, wobei die Aussparungen innerhalb des Bereichs vom ungefähren Mittelpunkt des Gelenks bis zu einem Ende von mindestens einem der beiden inneren und äußeren Gelenkteile, in dessen Richtung sich die Aussparungen allmählich vertiefen, im wesentlichen eine konstante Tiefe aufweisen.

Erfindungsgemäß wird also ein Doppelgelenk geschaffen, welches ein äußeres Gelenkteil mit einer Vielzahl von an den inneren Umfangsflächen ausgebildeten Kugelaussparungen aufweist und sich an der Achse des äußeren Gelenkteils in eine Richtung hin vertieft. Ferner ist ein inneres Gelenkteil mit entsprechend an der äußeren Umfangsflache ausgebildeten Kugelaussparungen vorgesehen, welches mit Kugelelementen zur Drehkraftübertragung versehen ist, die in der entsprechenden Kugelaussparung in den Gelenkteilen angeordnet sind.

Weiterhin ist ein durch die Umfangsflächen beider Gelenkteile verlaufender Käfig zur Positionshalterung der Kugelelemente für die Drehkraftübertragung vorhanden. Jede der Kugelaussparungen in mindestens einem der Gelenkteile halbiert einen durch die Achsen der inneren und äußeren Gelenkteile gebildeten Winkel und vertieft sich allmählich in Längsrichtung, wobei an den sich gegenüberliegenden Seitenwänden Kugelaussparungen derart angeordnet sind, daß die

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Aussparungen ube^ die gesamte Länge eine im wesentlichen konstante Tiefe aufweisen.

Die Erfindung wird anhand des nachstehend in den Zeichnungen aufgeführten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Teilansicht entlang der

Linie I-I in Fig. 2, welche ein erfindungsgemäßes Doppelgelenk mit zwei ineinandergreifenden Wellenenden darstellt;

Fig. 2 eine Teilansicht entlang der

Linie H-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Teilansicht ähnlich der nach

Fig. 1 mit abgewinkelten Wellenenden;

Fig. 4- und 5 eine schematische Darstellung des

Schleifens der Kugelausspa^ungen eines inneren Gelenkteils;

Fig. 6 eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen inneren Gelenkteils;

Fig. 7 eine Endansicht des inneren Gelenkteils nach Fig. 6;

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht des

inneren Gelenkteils nach Fig. 6;

Fig. 9 eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen äußeren Gelenkteils;

Fig. 10 eine Endansicht des äußeren Gelenkteils nach Fig. 9; und

Fig. 11 eine perspektivische Ansidt einer

anderen Art der Aussparungsbildung.

Nach Fig. 1 und 2 umfaßt ein erfindungsgemäßes Doppelgelenk ein inneres Gelenkteil 10 und ein äußeres Gelenkteil 20, welche über Wellen 1 und 2 jeweils miteinander verbunden sind sowie eine Vielzahl von Drehkraft übertragenden Kugeln 3,

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welche zwischen dem inneren und dem äußeren Gelenkteil durch einen Käfig M gelagert sind. Die Kugeln 3 sind einzeln in Aussparungen 11 und 21 eingelassen, welche in gleichen Absänden sowohl in de·" Außenfläche des inneren Gelenkteils 10 als auch in der Innenfläche des äußeren Gelenkteit 20 ausgebildet sind.

Während die Außenfläche des inneren Gelenkteils 10 und die Innenfläche des äußeren Gelenkteils 20 konzentrisch über den Mittelpunkt O des Gelenks ausgebildet sind, weisen die Kugelaussparungen 11 des inneren Gelenkteils 10 und die Aussparungen 21 des äußeren Gelenkteils 20 bogenförmige Grundlinien auf, de-^en Krümmungsmittelpunkte je bei A und B liegen (Fig. 1), wobei diese Punkte A und B an sich gegenüberliegenden, durch gleichen Abstand vom Mittelpunkt O getrennten Seiten liegen.

In anderen Worten, die Kugelaussparungen sind derart, daß ein geometrischer Ort des Mittelpunktes P der Kugel 3» welche in die Kugelaussparung rollt, eine anhaltende Kurve zeigt, deren Krümmungsmittelpunkte bei A und B liegen, wodurch sichergestellt ist, daß die Kugel 3 immer in einer imaginären Ebene bleibt, welche einen zwischen den zwei Wellen 1 und 2 ausgebildeten Winkel halbiert, und daß die gleiche Winkelgeschwindigkeit an den beiden verbundenen Wellen auch bei Nichtzusammenwirken erzielt wenden kann.

Das heißt, die notwendige und zufriedenstellende Sicherstellung der gleichen Winkelgeschwindigkeit an den beiden durch das Gelenk verbundenen Wellen kann derart erreicht werden, daß die Kugeln 3 zur Drehkraftübertragung in einer Ebene positioniert sind, welche einen zwischen den zwei Wellen gebildeten Winkel halbiert.

Angenommen, die beiden Wellen 1 und 2 bilden zwischen sich einen Winkel (Fig. 3), so bildet das Gelenk zwischen dem inneren und dem äußeren Gelenkteil einen Winkel um den

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Mittelpunkt O der kugelförmigen Flächen dieser- Teile unter gegenseitiger Führung zwischen innerer Umfangsfläche des äußeren Gelenkteils 20 und äußerer Umfangsfläche des Käfigs 4- ebenso wie zwischen innerer Umfangsfläche des Käfigs und äußerer Umfangsfläche des inneren Gelenkteils 10. Die Kugeln 3 positionieren sich in einer Ebene und halbieren dadurch einen zwischen den beiden Wellen 1 und 2 geformten Winkel, während sie in den Kugelaussparungen 11 und 21 der inneren und äußeren Gelenkteile 10 und 20 geführt werden, wobei die Krümmungsmittelpunkte der bogenförmigen Grundlinien der Kugelaussparungen durch den Punkt 0 getrennt sind.

Zusätzlich zur Bestimmung des Winkelmittelpunktes des Gelenkes wird der Käfig 4 zwischen der inneren Umfangsfläche des äußeren Gelenkteils 20 und der äußeren Umfangsfläche des inneren Gelenkteils 10 getragen und überträgt eine Kraft, welche auf die Kugeln 3 wirkt und sie zur gewünschten Positionshalterung aus den Kugelaussparungen 11 und 21 herausdrückt. Die Entfernung vom Winkelmittelpunkt 0 des Gelenks zum Mittelpunkt B der Kugelaussparungen 21 im äußeren Gelenkteil 20 ist gleich der Entfernung vom Winkelmittelpunkt 0 zum Mittelpunkt A der Kugelaussparungen 11 im inneren Gelenkteil 10.

Dies bedeutet, daß die Entfernungen vom Mittelpunkt P der Kugel 3 nach A und B jeweils gleich sind. Aus diesem Grund ist Δ 0 AP kongruent mit Δ 0 BP aufgrund gleicher Längen der entsprechenden drei Seiten, was zu gleichen Entfernungen L^ und Lo vom Mittelpunkt P der Kugel 3 zu den Achsen der Wellen 1 und 2 führt. Daraus resultiert, daß die Kugeln 3 eben positioniert sind und einen zwischen den Wellen 1 und 2 gebildeten Winkel halbieren, wodurch die konstante Winkelgeschwindigkeit an den beiden Wellen sichergestellt ist.

Die Kugelaussparungen der inneren und äußeren Gelenkteile sind zu ihrer endgültigen Form mithilfe von Schleifscheiben genauestens zu schleifen. Da der Krümmungsmittelpunkt de" Kugelaussparungen nicht mit dem der äußeren Fläche des inne-

ren Gelenkteils bzw. mit der inneren Fläche des äußeren Gelenkteils, d.h. mit der den Käfig führenden Fläche, zusammentrifft, variiert die Tiefe der Aussparungen entlang der Gelenkachse. Die für den Schleifvorgang benötigte Zeit wird durch die Zeit bestimmt, welche für das Schleifen des tiefsten Abschnittes der Kugelaussparung benötigt wird. Daraus resultieren eine ungenügende Schleifwirkung und hohe Herstellungskosten, die auf diesem Gebiet ein langwährendes Problem darstellten.

Nach den herkömmlichen Methoden wird z.B. das innere Gelenkteil 10 mit einer Schleifscheibe 5 geschliffen, während es um den Krümmungsmittelpunkt A der Kugelaussparungen 11 gedreht wird (Fig. 4). Die Schleifscheibe 5 weist einen Querschnitt gemäß dem der zu schleifenden Kugelaussparung auf und wird in Richtung des Mittelpunktes A des inneren Gelenkteils 10, wie durch den Pfeil 6 angezeigt, geführt (Fig. 5). Die Schleifscheibe 5 beginnt mit dem SchleifVorgang cn den Schulterabschnitten der Seitenwände an der tieferen Seite der Kugelaussparung 11 und wird in Richtung Boden der Aussparung geführt. Daher dominiert die für den tiefsten Abschnitt der Aussparung benötigte Schleifzeit im Hinblick auf die gesamte Schleifzeit, was für den SchleifVorgang einen hohen Zeitaufwand nötig macht.

Da darüberhinaus die Fläche der Aussparung mit der Kugel für die Drehkraftübertragung in Verbindung steht und hohe Genauigkeit erfordert, ist die Geschwindigkeitszunahme für den Vorschub der Schleifscheibe unvermeidbar begrenzt; andernfalls treten Störungen wie Schleifrisse etc. in der Aussparungsfläche auf.

Demnach ist der Zeitaufwand für den Schleifvorgang bei den herkömmlichen Methoden unvermeidlich, ebenso wie ein Ansteigen der Herstellungskosten.

Fig. 6 und 7 zeigen demgegenüber ein e^findungsgemäßes Gelenkteil 10, bei dem unterhalb der äußeren Umfangsfläche des inneren Gelenkteils 10 in den sich gegenüberliegenden Seiten-

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wänden jeder Kugelaussparung 11 Aussparungen 12 gebildet sind. Jede der Aussparungen 12 ist insbesondere in dem Bereich ausgebildet, welcher durch die äußere den Käfig führende Fläche 13 des inneren Gelenkteils und die gebogene Linie 14- begrenzt ist.

Diese Aussparungen 12 werden im großen und ganzen unabhängig von den Rillen 15 gebildet, welche gewöhnlich vorhanden sind. Wie in Fig. 6 ersichtlich, ist die Linie 14 ein Bogen, dessen Mittelpunkt bei Punkt A als Krümmungsmittelpunkt liegt und die durch einen Punkt m verläuft, bei welchem die senkrecht zur Achse X^ - X^, verlaufende Ebene Y,, - Y^, mit dem Mittelpunkt 0 des Gelenks die den Käfig führende Fläche 13 kreuzt.

Obengenannte Aussparungen 12 sind vor dem Schleifen der Kugelaussparungen zu bilden, z.B. durch Schmieden oder spanabhebende Bearbeitung wie Fräsen.

Die Aussparungen 12 sind also in den sich gegenüberliegenden Seitenwänden der Kugelaussparungen 11 angeordnet, so daß die Tiefe der später zu schleifenden Aussparungsabschnitte im wesentlichen über einen Bereich vom Mittelpunkt 0 des Gelenks bis zu einem Ende des inneren Teils, in dessen Richtung sich die Aussparungen vertiefen, konstant ist. Bn derartiges inneres Gelenkteil 10 ist in Fig. 8 gezeigt.

Die obenbeschriebenen Aussparungen 12 verringern eine zu schleifende Zone derart, daß sie von der gekrümmten Linie 14 bis zum Boden reicht, woraus sich eine wesentliche Verkürzung der zum Schleifen benötigten Arbeitszeit, eine erhöhte Arbeitskapazität bzw. -leistung sowie geringere Herstellungskosten ergeben. Darüberhinaus kann der Wert für die Drehkraftübertragung auf der Höhe gehalten werden, wie er auf der Ebene Y^, - Y^ erzielt worden ist.

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Fig. 9 und 10 zeigen ein äußeres Gelenkteil, bei welchem ähnliche Aussparungen 22 in den sich gegenüberliegenden Seitenwänden jeder Kugelaussparung 21 des äußeren Teils 20 ausgebildet sind. Insbesondere ist jede der Aussparungen in den sich gegenüberliegenden Seitenwänden der Kugelaussparungen unterhalb der inneren Kugelfläche des äußeren Teils in dem Bereich ausgebildet, welcher durch die den Käfig führende Fläche 23 sowie die gekrümmte Linie 24 begrenzt wird.

Wie aus Fig. 9 ersichtlich, ist die obengenannte gekrümmte Linie 24 ein Bogen, dessen Mittelpunkt auf dem Mittelpunkt B der gekrümmten Bodenlinie der Aussparung 21 im äußeren Teil 20 liegt. Die Linie läuft durch einen Punkt n, bei dem eine senkrecht zur Achse Xp - Xp des äußeren Gelenkteils verlaufende Ebene Yp - Yo ^m^* ^em Krümmungsmittelpunkt der den Käfig führenden Fläche 23, d.h. dem Mittelpunkt O des Gelenks, die den Käfig führende Fläche 23 kreuzt. Die Verfahrensweise zur Bildung der Aussparungen 22 im äußeren Gelenkteil ist im wesentlichen hinsichtlich des inneren Gelenkteils vorstehend beschrieben.

Nach Fig. 11 ist es auch möglich, einen gestrichelten Abschnitt 22' in schräger Richtung herauszuarbeiten. Die Aussparungen können jeden Grad bzw. jede Tiefe aufweisen, sind jedoch mit flacher Form vorteilhafter.

Patentanwälte

DIpI.-ing. E. Eder Dlpl.-Ing. K. Schieschk·

β München 40, EllttbelhstraBett

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Claims

Patentansprüche :

(i.^Doppelgelenk mit einem äußeren Gelenkteil mit einer
Vielzahl von sich axial e-rstreckenden Aussparungen in
der inneren Umfangsflache, mit einem inneren Gelenkteil mit entsprechend sich axial erstreckenden Aussparungen in der äußeren Umfangsflache, mit Drehkraft übertragenden Kugelelementen, welche innerhalb der Aussparungen
im äußeren und inneren Gelenkteil gelagert sind, und
mit einem zwischen den Flächen des äußeren und inneren Gelenkteils geführten Käfig zur Positionierung der Kugelelemente, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (11, 21) des inneren und äußeren Gelenkteils (10,
20) zur Häterung der Kugelelemente (3) in einer Ebene, welche einen zwischen den Achsen des äußeren und des
inneren Gelenkteils gebildeten Winkel halbieren, zusammenwirken und sich allmählich in Längsrichtung vertiefen, und daß in den sich gegenüberliegenden Seitenwänden jeder Kugelaussparung Aussparungen (12, 22)
in mindestens einem der beiden äußeren und inneren Ge-

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lenkteile vorgesehen sind, wobei die Aussparungen inne-rhalb des Bereiches vom ungefähren Mittelpunkt (O) des Gelenks bis zu einem Ende von mindestens einem der beiden inneren und äußeren Gelenkteile (10, 20), in dessen Richtung sich die Aussparungen allmählich vertiefen, im wesentlichen einekonstante Tiefe aufweisen.
2. Doppelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen nur im inneren Gelenkteil (10) vorgesehen sind.
3. Doppelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen nur im äußeren Gelenkteil (20) vorgesehen sind.
4. Doppelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen sowohl im äußeren als auch im inneren Gelenkteil vorgesehen sind«

Patentenwitte

DIpI.-Ing. E. Eder Dipl.-Ing. K. Schleschke

8 München 40, ElisabethstiaBe34

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