DE3233753C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleichlaufdrehgelenk nach der im Oberbegriff des Anspruches 1 näher beschriebenen Art.

Ein solches Gleichlaufgelenk gehört zu der Gattung der bahngesteuerten Kugelgelenke, bei der die homo­ kinetische Ebene durch die gekreuzten Bahnen des Außen- zum Innenteil gesteuert wird. US-PS 20 46 584 Fig. 3 bzw. 9 zeigt eine Ausführung dieser Gattung als Festgelenk mit in Meridianebenen verlaufenden Bahnen, wobei das Steuerungsprinzip in Fig. 1 dar­ gestellt ist. Zur Erfüllung der Gleichlaufbedingung schreibt diese Erfindung vor, daß die kugeligen Zen­ trierflächen des Innen-, Außenteiles und Käfigs konzentrisch angeordnet sind mit einem gemeinsamen Mittelpunkt, welcher in der Kugelebene liegt. Die Zentrierflächen erstrecken sich auf beiden Seiten der Symmetrieebene bzw. Kugelebene. Ferner soll der axiale Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Zen­ trierfläche des Außenteiles und dem Mittelpunkt der Bahnen des Außenteiles - genannt Außenteilversatz - dem axialen Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Zentrierfläche des Innenteiles und dem Mittelpunkt der Bahnen des Innenteiles - genannt Innenteilver­ satz - gleich sein. Steht der Mittelpunkt der Bahn eines Teiles nicht auf dessen Drehachse (z. B. Fig. 5), so entspricht der Versatz dem Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Zentrierfläche dieses Teiles und dem Schnittpunkt der Drehachse mit der Ebene, welche senkrecht zur Bahn verläuft und den Kugelmittelpunkt beinhaltet (Fig. 5 Punkt c bzw. b). Die Bahnen des Außenteiles sind mit den Bahnen des Innenteiles von der Kugelebene her gesehen somit spiegelbildlich.

Die vier kugeligen Zentrierflächen können jedoch grundsätzlich nicht konzentrisch gehalten werden, solange eine Spielpassung zwischen den Flächenpaaren vorhanden ist, so daß die Gleichlaufbedingung nur mit spielfreien Zentrierflächenpaaren zu gewähr­ leisten ist. Durch die Wirkung eines Drehmomentes werden die Teile nämlich axial belastet, und zwar das Außen- und Innenteil in Richtung der Übertragungs­ punkte, die Kugeln und der Käfig in der entgegenge­ setzten Richtung. Werden die Zentrierflächen mit Spiel verbaut, wie in der Praxis zwangsläufig er­ forderlich, so verschieben sich die Teile entspre­ chend, so daß der Abstand der Kugelebene zu dem Mittelpunkt der Bahnen des Außenteiles - genannt Außenteilhebelarm - kleiner und der Abstand der Kugelebene zu dem Mittelpunkt der Bahnen des Innen­ teiles - genannt Innenteilhebelarm - größer als die jeweiligen Versatzwerte wird. Dadurch werden die Bahnen des Außenteiles mit den Bahnen des Innen­ teiles von der Kugelebene her gesehen nicht mehr spiegelbildlich bzw. wird die Gleichheit der Hebel­ arme, welche eigentlich für eine genaue Gleichlauf­ steuerung maßgebend ist, bereits zweimal gestört. Die jeweilige axiale Verschiebung ist in erster Linie vom Radialspiel und von der Breite der Zen­ trierflächen, gemessen von der Kugelebene in Rich­ tung der jeweiligen Berührungsstellen, abhängig; je kleiner die Breite, je größer die axiale Ver­ schiebung. Um den Zusammenbau der Gelenkteile zu ermöglichen, muß die Breite der Teile, wie an sich bekannt, in Grenzen gehalten werden, wonach im Regel­ fall die jeweilige axiale Verschiebung das Mehrfache des Radialspieles beträgt.

Durch das versetzte Spiegelbild bzw. die ungleichen Hebelarme und die axial versetzten Zentrierflächen wird die Steuerung der Kugelebene in der winkel­ halbierenden Ebene gestört, wodurch u. a. die Kugeln im gebeugten Zustand des Gelenkes im Vergleich zu genau gesteuerten Gelenken sehr unterschiedlich bzw. einseitig belastet werden, und infolgedessen redu­ ziert sich die Leistung des Gelenkes in Drehmoment und Gebrauchsdauer erheblich. Ferner neigt das Ge­ lenk zur Bildung von Knackgeräuschen.

Ein weiteres Festgelenk der eingangs beschriebenen Bauart ist aus der BE-PS 8 92 907 mit der Aufgabenstellung bekannt, eine axiale Vorspannung des Käfigs zu erreichen, um pendelartige Schwingungen und Geräusche im Gelenk zu eliminieren. In Fig. 3 ist der Außenteilhebelarm A-O dem Innenteilhebelarm B-O gleich lang dargestellt. Der Außenteilversatz A-O₁ ist um einen Kor­ rekturbetrag O-O₁ größer und der Innenteilversatz um den gleichen Betrag kleiner als die jeweiligen Hebelarme ausge­ rührt. Die Festlegung eines gleichen Korrekturbetrages für beide Versatzwerte setzt ja eine gleiche axiale Verschiebung des Außen- und des Innenteiles zum Käfig voraus. Dies ist zumindest recht ungewöhnlich, denn in aller Regel ist die axiale Verschiebung des Außenteiles weit größer als die des Innenteiles.

Davon unabhängig bleibt diese Ausführung mit dem Nachteil be­ haftet, daß die Gleichheit der Hebelarme an sich nur in der ge­ streckten Lage des Gelenkes bzw. solange der Betriebsbeugewinkel sehr klein bleibt, wirksam ist. Die Berührungsstelle D liegt nämlich am Ende der Breite beider Zentrierflächen 5 und 7. In der gestreckten Lage ist die Berührung kreisförmig am Umfang verteilt. In Winkelstellung geht die Berührung in einen Zwei­ punktkontakt über. Die Berührungsstelle D wird am Innenteil durch die Bahnen 10 unterbrochen, so daß bei der Rotation des Gelenkes die Berührung intermittierend wirkt, wodurch sich der Hebelarm des Innenteiles beispielsweise bei einem Sechskugel­ gelenk sechsmal pro Umdrehung vergrößert. Dadurch kommen pendel­ artige Schwingungen zwischen dem Innenteil und dem Käfig zustande. Die Führungs- und die Steuerungsgenauigkeit werden stark herabgesetzt, der Verschleiß und die Geräuschbildung nehmen zu. Ähnliches gilt für die Berührungsstelle C des radial äußeren Zentrierflächenpaares.

Diese Nachteile können in der Praxis lediglich da­ durch in Grenzen gehalten werden, daß die Zentrier­ flächen mit nur sehr geringem Spiel gepaart werden. Eine geringe Spielpassung der Zentrierflächen steht jedoch mit der Wärmedehnung in Widerspruch und zwingt weiterhin die Ausführung der Teile, insbesondere des Außenteiles, massiv zu gestalten, um deren elasti­ sche Deformation in dem gegebenen engen Spielraum zu halten. Ferner bringt eine enge Spielpassung der Zentrierflächen weitergehende Einengungen der Her­ stellgenauigkeiten der Gelenkteile mit sich. Zunächst muß die Konzentrizität zwischen den Bahnen und der Zentrierfläche sowohl des Außen- als auch des Innen­ teiles in noch engeren Toleranzen gehalten werden. Das Innenteil wird nämlich im Außenteil hauptsäch­ lich durch die Bahnen und Kugeln formschlüssig, vor allem unter dem Drehmomenteinfluß, kraftschlüssig radial in der Hauptrichtung der Kugelebene zentriert. Ist entlang der Kugelebene die Exzentrizität zwischen den Bahnen und der Zentrierfläche des Außen- und/oder Innentei­ les größer als die Radialspiele der Zentrierflä­ chen, so wird der Käfig zwischen den Außen- und Innenteilen einseitig radial verklemmt. Die Zen­ trierung ist überbestimmt, die Kugeln werden sogar in gestreckter Lage bereits einseitig belastet. Eine genaue Konzentrizität der Zentrierflächen des Käfigs ist aus den gleichen Überlegungen eben­ falls erforderlich.

Eine enge Spielpassung bedeutet somit, daß die Gelenkausführungen nach dem Stand der Technik fer­ ner mit hohen Herstellkosten, hohen Temperaturen, mit einer hohen Gefährdung des Schmiermittelfilmes behaftet sind und einer gewissen Freßgefahr zwi­ schen dem Käfig und Außen- oder Innenteil unter­ worfen sind, welche beispielsweise fatale Folgen bei frontangetriebenen Kraftfahrzeugen hervorrufen kann.

Ein weiteres Merkmal dieser Gelenkgattung ist die hohe Punktbelastung zwischen Kugeln und Käfigfenster­ stützflächen, welche während einer relativ kurzen Einlaufzeit zu einer bedeutenden plastischen Ver­ formung bzw. Brinellierung der Fensterstützflächen führt. Hierdurch verschiebt sich die Kugelebene in der Hauptbelastungsrichtung axial weiter, so daß diese nicht mehr zu den Käfigzentrierflächen symmetrisch steht, darüber hinaus wird der Außenteilhebelarm noch kleiner und der Innenteilhebelarm noch größer, bzw. das Spiegelbild der Bahnen noch verschärft gestört, wodurch die einzelnen Kugeln, Bahnen und Fensterflächen noch extremer belastet werden.

Zur Lösung des Problems der Punktbelastung der Fensterstützflächen sind verschiedene Wege, wie in den DT-PS 24 30 109, 24 30 026 und 24 30 025 beschrieben, bekannt.

Bei den ersten zwei Lösungen werden die Kugeln in ihrer natürlichen Form durch Abflachungen bzw. durch zylindrische Bereiche in den Käfigfenstern gestört, so daß dieselben an einen freien Rollen in den Bahnen des Außen- und Innenteils gehindert werden, wodurch sich die Gleitreibung erhöht mit der Folge einer Temperaturerhöhung und einer Herabsetzung der Gebrauchsdauer. Nach DT-PS 24 30 025 sind zusätzliche Teile vorgeschlagen, die jedoch Mehrkosten, Genauigkeitsverluste und Raumbedarf verursachen.

Weitere Ungenauigkeiten des Spiegelbildes der Bahnen bzw. der Gleichheit der Steuerungshebelarme der Gelenke nach dem Stand der Technik ergeben sich durch die elastische Nachgiebigkeit der Teile, durch Ein­ laufverschleiß oder durch Wärmedehnung, sei es momentan oder bei einer konstanten Temperatur.

Die Aufgabe dieser Erfindung ist es, die oben ge­ nannten Nachteile weitgehend zu eliminieren, ins­ besondere durch die Schaffung von genauen bzw. ge­ naueren Steuerungsverhältnissen.

Erfindungsgemäß wird die Verschiebung der Kugelebenen zu den Käfigzentrierflächen durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruches weitgehend kompensiert.

Die Brinellierung der Käfigfensterstützflächen als solche ist in der Praxis dann nicht mehr von Nachteil, insofern als daß gewisse Herstellungsungenauigkeiten der Käfigfensterstützflächen oder gewisse Exzentrizi­ täten der Funktionsflächen durch die plastische Ver­ formung vorteilhaft korrigiert bzw. ausgeglichen werden können. Der Versatz der Kugelebene in der einen Richtung bewirkt an sich eine Vergrößerung des Hebelarmes des Außenteiles und eine Verkleinerung des Hebelarmes des Innenteiles.

Um eine höhere Führungsgenauigkeit über den gesamten Beuge­ winkelbereich eines Gelenkes, bei dem die Zentrierflächen kugelförmig und mit Spiel gepaart sind, zu erreichen, schlägt die Erfindung die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 2 vor.

Durch diese Merkmale wird die korrespondierende schmalere Zentrierfläche auch bei großen Beugewinkeln von der breite­ ren Zentrierfläche rund herum und somit exakt geführt. Die breitere Zentrierfläche kann sowohl die Außenfläche (konvex) als auch die Innenfläche (konkav) einer Paarung sein. Um eine noch genauere Führung zu erzeugen, insbesondere bei größeren Radialspielen, sind die breiteren Zentrierflächen mit dem Ge­ lenkmittelpunkt konzentrisch anzuordnen, ferner die Rotations­ fläche, welche gemeinsam mit der schmaleren Zentrierfläche die kreisförmige Berührungskante bildet, gemeinsam mit der schmaleren Zentrierfläche in einer Aufspannung herzustellen.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Zentrierfläche wird nach der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 3 dargestellt.

Bei dieser Ausführung ist ein axialer Versatz der Zentrier­ fläche eines Zentrierflächenpaares zueinander konstruktiv ausgeschlossen, wobei die Höhe des Radialspieles entlang der Kugelebene beliebig festgelegt werden kann. Die Zentrier­ flächen wirken im Sinne eines Axialgelenklagers, wobei sowohl die konvexe als auch die konkave Fläche als Füh­ rungsfläche ausgebildet werden kann.

Der Erfindung liegt der Hauptgedanke zugrunde, daß die Richtung der Summe aller auf die Fensterflächen wirken­ den Kräfte sowohl bei gestreckter als auch bei ge­ beugter Lage des Gelenkes unverändert bleibt und ferner, daß eine Zentrierung durch eine enge Spielpassung der Zentrierflächen entlang der Kugelebene überflüssig ist.

Die Höhe der Normalkräfte, welche auf die Zentrierflächen wirken, sind ebenfalls von dem Abstand der Anlagefläche zu der Kugelebene bzw. sind umgekehrt proportional zum Sinus des Winkels zwischen Anlagestelle, Mittelpunkt der Führungsfläche und Kugelebene abhängig. Je kleiner der Winkel, desto größer sind die Normalkräfte im Verhältnis zu der Axialkraft, um so höher ist die elastische Nach­ giebigkeit der Teile, der Verschleiß und vor allem die Reibverluste.

Aus diesem Grund wird weiter vorgeschlagen, daß eines der Zentrierflächenpaare im Bereich der Drehachse angeordnet ist.

Die Berührungsstelle entspräche dann etwa einem 90°-Kontakt­ winkel zu der Kugelebene, so daß die Normalkraft der Axial­ kraft entspricht. Die Exzentrizität der Zentrierflächen zu den Bahnen des jeweiligen Gelenkteiles hat einen er­ heblich reduzierenden Einfluß auf die Lage der Kugelebene bzw. auf die Tragfähigkeit des Gelenkes. An dieser Stelle ist eine Unterbrechung der Anlageflächen oder Zentrier­ flächen durch die Kugelbahnen nicht gegeben.

Durch die in Anspruch 5 genannten Maßnahmen bleiben die Anlageflächen im gesamten Beugewinkelbereich des Gelenkes stets in vollem Umfang mit den Führungsflächen in Be­ rührung, so daß sowohl die Steuerungsgenauigkeit als auch die Abstützung der axial wirkenden Kräfte optimal ge­ währleistet werden.

Eine weitere besonders günstige Ausbildung der Zentrier­ flächen wird durch die Merkmale des Anspruchs 6 gegeben. Durch die Paarung der Zentrierflächen ohne Spiel ist ein axialer Versatz dieser Zentrierflächen zueinander auch hier konstruktiv ausgeschlossen, wobei die Flächenpressung und die Bogenlänge der Führungsfläche erheblich reduziert werden können. Eine Freßgefahr durch die Selbsthemmung wird durch den Abstand zwischen der Anlagefläche und der Kugelebene vollkommen eliminiert. Wird dabei der Abstand größer aus­ gelegt als der Reibwinkel im trockenen Zustand, so wird diese Gefahr sogar im Notlauf bzw. ohne Schmiermittel gebannt.

Zur Begünstigung der Bildung eines Schmiermittelfilmes bzw. zur Herabsetzung der Anforderungen der Fertigungsgenauig­ keiten kann die Anlagefläche zur Führungsfläche mit einer Schmiegung in Längs- und/oder in Querrichtung ausgelegt werden, z. B. nach den Merkmalen der Ansprüche 7, 8 oder 9.

Die Anlagefläche kann aber auch als Kante zweier Rotations­ flächen ausgebildet werden (Anspruch 10). Dabei ist die Veränderung der entsprechenden Hebelarme durch den relativ schnelleren Verschleiß der Kante in der Einlaufphase be­ sonders zu berücksichtigen.

Eine weitere Optimierung des Gelenkes nach der Erfindung kann darin bestehen, daß die Anlage- und/oder Führungsfläche an einem separaten Teil oder Teilen ausgebildet ist, wobei das separate Teil oder die Teile zu dem dazugehörigen Gelenk­ stück axial einstellbar sein kann.

Das separate Teil und das dazugehörige Gelenkteil können unabhängig voneinander in der Wahl des Materials, in der Wärmebehandlung oder Oberflächenbeschichtung optimiert werden. Diese Maßnahme eignet sich insbesondere für Ge­ lenke größerer Dimensionen. Die Symmetrie der Bahnen zur Kugelebene kann ferner durch die Einstellbarkeit des separaten Teiles unabhängig von den Herstelltoleranzen genau ein- bzw. nachgestellt werden. Eine Klassifizierung der Teile nach den Hebelarmlängen wäre dann überflüssig.

Die zum Innen- oder Außenteil dazugehörige Antriebswelle kann u. U. die Funktion des separaten Teiles übernehmen. Deshalb wird vorgeschlagen, daß das separate Teil das Endstück der Antriebswelle ist. Somit kann ein separates Teil als solches eingespart werden.

Ungeachtet dessen, ob eine Zentrierfläche an einem Gelenk­ teil oder an einem separaten Teil ausgebildet ist, kann die benachbarte Außen- oder Innenfläche davon unabhängig optimiert werden, z. B. daß eine Anlagefläche zur benach­ barten Fläche leicht angehoben ausgeführt ist. Diese Maß­ nahme, die an sich aus der Lehre dieser Erfindung resul­ tiert, kann zu einer Optimierung der Konstruktion, zu einer erheblichen Erleichterung der Herstellung der Teile und zu einer Vereinfachung des Zusammenbaues führen. Im Regelfalll ist lediglich die erforderliche Bahntiefe zu berücksichtigen.

Die Verschiebung der Kugelebene zum Käfig bei einem Schiebe­ gelenk, bei dem die Übertragungspunkte der Kugeln zu den Bahnen fortlaufend abwechselnd auf verschiedenen Seiten der Kugelebene liegen, wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruches 14 weitgehend kompensiert.

Für Fest- oder Schiebegelenke, bei denen eine Einlaufzeit oder eine Verschiebung der Kugelebene aus Gründen eines limitierten Drehspieles zwischen Außen- und Innenteilen ganz oder teilweise nicht tolerierbar ist, werden die Merkmale des Anspruchs 15 vorgeschlagen. Die Form der Brinellierungsdellen ist aus der Kinematik des jeweiligen Gelenkes oder aus der Praxis feststellbar.

Zur Optimierung der Bahnsteuerung schlägt die Erfindung in Anspruch 16 vor, daß nach Beendigung der Einlaufphase die Bahnen des Außenteiles mit den korrespondierenden Bahnen des Innenteiles zur Kugelebene spiegelbildlich verlaufen.

Dadurch wird grundsätzlich erreicht, daß der Hebelarm zwischen dem Gelenkmittelpunkt und dem Mittelpunkt der Bahnen des Außen­ teiles, nach Beendigung des Einlaufes, dem Hebelarm zwischen dem Gelenkmittelpunkt und dem Mittelpunkt der Bahnen des Innen­ teiles entspricht. Je nach Genauigkeit der Auslegung und der Herstellung sind Auswirkungen der Elastizitäten der Gelenkteile oder der Wärmedehnung auf die Hebelarme zu berücksichtigen.

Ein genereller Vorteil einer genau darstellbaren Steuerung ist die Tatsache, daß die Hebelarmmaße schlechthin reduziert und infolgedessen die minimalen Bahntiefen sowohl des Außen- als auch des Innenteiles erhöht werden können, und daß die Axialkraftkomponente auch entsprechend herabgesetzt wird, wodurch sich die Leistungsdaten des Gelenkes insgesamt weiter­ hin verbessern.

Nachfolgend sind prinzipmäßig anhand der schema­ tischen Zeichnungen verschiedene Ausführungsbei­ spiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 Halblängsschnitt eines Gelenkes bekann­ ter Bauart in gestreckter Lage zur Dar­ stellung der Spiel- und Steuerungsver­ hältnisse.

Fig. 2a Skizze eines Gelenkes nach Fig. 1.

Fig. 2b Skizze der Drehachsen des Gelenkes von Fig. 1 in gebeugter Lage zur Erläuterung der Kinematik.

Fig. 3 Längshalbschnitt eines Gelenkes nach der Erfindung, wobei die Außenflächen des Innenteiles und des Käfigs als Steuerungs­ flächen dienen.

Fig. 4 Längshalbschnitt eines Gelenkes nach der Erfindung, wobei die Innenflächen des Außenteiles, und des Käfigs als Steuerungs­ flächen dienen.

Fig. 5 Halblängsschnitt eines Gelenkes nach der Erfindung, wobei die Innenfläche des Außenteiles sowie die Außenfläche des In­ nenteiles als Steuerungsflächen ausgebil­ det sind.

Fig. 6 Halblängsschnitt eines Gelenkes nach der Erfindung, wobei die Fixierung bzw. Zen­ trierung des Käfigs zum Außenteil im Be­ reich der Hauptdrehachse liegt.

Fig. 7 Halblängsschnitt nach der Erfindung, wobei die Fixierung bzw. Zentrierung des Innen­ teils zum Käfig im Bereich der Hauptdreh­ achse mittels eines separaten Teiles liegt.

Fig. 7a Halblängsschnitt des Innenteiles ähnlich Fig. 7, wobei das Ende einer Antriebswelle als Führungsfläche dient.

Fig. 8 Halblängsschnitt eines Gelenkes nach der Erfindung, wobei die Anlageflächen am Außen­ teil und Käfig an separaten Teilen ausgebil­ det sind.

Fig. 9 Längsschnitt eines Gelenkes nach der Erfin­ dung, wobei die Kugelbahnen in Wechsel­ richtung schräg angeordnet sind.

Fig. 1 zeigt ein Gelenk bekannter Bauart mit einer größeren Spielpassung zwischen Außenteil 120 und Käfig 340 sowie zwischen dem Käfig 340 und Innen­ teil 560. Die vier Zentrierflächen 2′ am Außenteil, 3′ und 4′ am Käfig und 5′ am Innenteil sind über­ wiegend kugelig, d. h. daß sich die kugeligen Flä­ chen in gestreckter Lage des Gelenkes auf beiden Seiten der Symmetrieebene 3″, 4″ bzw. der Kugel­ ebene 7″ befinden. Die Bahnen 1′ des Außenteiles 120 sowie 6′ des Innenteiles 560 befinden sich in der Schnittebene und haben ihre Mittelpunkte 1 und 6 auf der Hauptdrehachse. Die Bahngründe sind mit 10 und 60 gekennzeichnet. Die Kugeln 70 sind axial zwischen Käfigfensterflächen 72 und Käfigfenster­ stützflächen 71 gehalten. Die Käfigfenster werden symmetrisch zu den konzentrischen Zentrierflächen 3′ und 4′ des Käfigs hergestellt, so daß die Kugel­ ebene 7″ ursprünglich mit der Symmetrieebene 3″ und 4″ der Zentrierflächen 3′ und 4′ zusammenfällt. Die Punkte 701 und 706 sind die Kontaktpunkte der Kugel zu den Bahnflächen 100, 600 des Außen- bzw. Innen­ teiles und liegen jeweils auf der Ebene 1″ und 6″, welche durch den Kugelmittelpunkt 0 und die Bahn­ mittelpunkte 1 bzw. 6 verlaufen bzw. senkrecht zur Kugelbahn. Beide Punkte liegen in gestreckter Lage des Gelenkes auf einer Seite der Kugelebene, wodurch von jeder Kugel eine axiale Kraftkomponente verursacht wird. Bei zunehmendem Beugewinkel variiert die axiale Kraftkomponente einer Kugel während einer Umdrehung. Ab einem bestimmten Beugewinkel können diese Punkte bei einzelnen Kugeln, welche sich ein­ seitig im Bereich der Schwenkachse des Gelenkes befinden, zwar auf der anderen Seite der Kugelebene liegen, so daß die Fensterfläche 72 des Käfigs streckenweise belastet wird, aber dies erfolgt mit einer geringen Intensität und Häufigkeit als die Belastung zwischen Kugeln und Fensterstützflächen 71 des Käfigfensters. Dieser Winkel ist von der Neigung der Ebene 1″ bzw. 6″ sowie von der Lage der Kontaktpunkte als auch von der Neigung der Kugelbahnebene zu der Meridianebene abhängig, wenn sich die Bahnen nicht in der Meridianebene befinden. Bei einer typischen Anwendung im Kraftfahrzeugfrontan­ trieb ist die Belastung auf der Fensterfläche 72 und der dadurch entstehenden Dellen recht unbedeutend. Im Gegen­ satz dazu sind die Dellen 7′ (Brinellierung) auf der Fensterstützfläche 71 bedeutsam und erreichen beispielsweise bei Kugeln von 15 mm ⌀ eine Tiefe, welche je nach Belastung bis zu mehreren 10tel mm betragen kann. Die Summe aller Kräfte auf Fenster­ stützflächen 71 bleibt jedoch stets größer als diejenigen auf die Fensterflächen 72, so daß die Berührung der Zentrierflächen immer auf einer Seite liegt.

Das Gelenk ist unter Drehmomenteinwirkung dargestellt, so daß die axiale Verschiebung des Außenteiles 120 und Innenteiles 560 zum Käfig 340 in Richtung Z er­ sichtlich ist. Durch diese axiale Verschiebung ver­ schieben sich ebenfalls die Mittelpunkte 2 der Zen­ trierfläche 2′ und 5 der Zentrierfläche 5′ der Spiel­ verhältnisse entsprechend.

Durch die hohe Punktbelastung der Kugel 70 auf die Fensterstützfläche 71 entsteht eine Einlaufbrinel­ lierung 7′. Die Kugeln verlagern sich in Richtung der Brinellierung, so daß die Kugelebene 7″ nicht mehr identisch mit den Symmetrieebenen 3″ bzw. 4″ der Käfigzentrierflächen ist und die Hauptachse in Punkt 7 schneidet. Durch die dargestellten Verschiebungen wird der Abstand zwischen Kugelebene und Mittelpunkt der Bahnen des Außenteiles 7-1 kleiner als der axiale Versatz des Außenteiles "A" um den Betrag 2-7. Der Hebelarm 6-7 des Innenteiles wird größer als der axiale Versatz "I" des Innenteiles um den Betrag 5-7 Die große Differenz der Hebelarme verursacht eine große Ungenauigkeit der Steuerung. Die Zentrier­ flächen sind nicht mehr symmetrisch zur Kugelebene, wodurch ein Zwangslauf bei zunehmendem Beugewinkel entsteht.

Durch die axiale Belastung erfolgt die Berührung der Zentrierfläche 3′ des Käfigs mit der Zentrierfläche 2′ an der zylindrischen Öffnung 21 des Außenteiles. Um die Berührung am ganzen Umfang, insbesondere bei größeren Spielpassungen, zu gewährleisten, soll nach der Erfindung die Fläche 21 mit der Zentrierfläche 2′ konzentrisch, vorzugsweise in einer Aufspannung hergestellt werden. Das gleiche gilt für den Kanten­ bruch 51 und der Zentrierfläche 5′ des Innenteiles. Bei größerem Beugewinkel ist eine Berührung am gan­ zen Umfang nicht mehr möglich, so daß auch besonders bei größeren Spielpassungen gewisse Konzentrizitäts­ fehler zwischen den Zentrierflächen unvermeidbar sind. Die zu den Zentrierflächen 3′ und 4′ anschließenden Flächen 31 und 41 sind ebenfalls vorzugsweise kon­ zentrisch mit den benachbarten Zentrierflächen her­ zustellen.

Unter Belastung entsteht jeweils eine in etwa elliptische Kontaktfläche zwischen Kugeln 70 und Bahnflächen 100 bzw. 600, deren Hauptachsen sich auf der zur Bahn senkrecht verlaufenden Ebene 1″ und 6″ befinden. Die Kontaktpunkte 701 und 706 sind die Mittelpunkte der Ellipsen.

Fig. 2a zeigt eine schematische Darstellung eines Gelenkes nach Fig. 1, wobei der Grund der Bahnen 10, die Kugelbahnen 1′ und der Mittelpunkt der Bahnen 1 des Außenteiles 120, ferner der Grund der Bahnen 60, die Kugelbahn 6′ und der Mittelpunkt der Bahnen 6 des Innenteiles 560 sowie die Kugeln 70 dargestellt sind. Der Hebelarm des Außenteiles 1-7 ist kleiner als derjenige des Innenteiles 6-7. Die gestrichelte Kontur (560) des Innenteiles entspräche gleicher Hebelarme mit Mittelpunkt (6). Das Spiel zwischen Kugeln und Bahnen übersetzt sich in der Praxis haupt­ sächlich als Drehspiel. Die Belastung der Kugeln bleibt jedoch gleichmäßig. Die Meridianebenen wer­ den durch das Drehspiel leicht verzerrt.

Die Drehachse AA des Außenteiles ist in Fig. 2b um einen Winkelbetrag von β/2 um die Schwenkachse 7 in einer Richtung geschwenkt, die Drehachse II des Innenteiles um den gleichen Betrag in der anderen Richtung. Der Beugewinkel des Gelenkes beträgt β, die Schwenkachse liegt in der Kugelebene 7″. KK ist die Achse des Käfigs unverändert. Die Mittelpunkte 1 der Bahnen und 2 der Zentrierfläche des Außen­ teiles sowie die Mittelpunkte 6 der Bahnen und 5 der Zentrierfläche des Innenteiles, ferner der gemeinsame Mittelpunkt 3, 4 der Käfigzentrier­ flächen sind vergrößert dargestellt. Ersichtlich wird der Zustand der Exzentrizität der Führungs­ flächen, welcher durch die jeweilige axiale Ver­ schiebung der Mittelpunkte verursacht wird. Der Zentrierflächenmittelpunkt 5 des Innenteiles liegt über der Käfigdrehachse bzw. über dem Zentrier­ mittelpunkt des Käfigs 3, 4, wogegen der Zentrier­ flächenmittelpunkt 2 des Außenteiles darunter liegt, so daß die Zentrierflächen und ebenfalls die Kugeln oberhalb der Käfigdrehachse weniger und diejenigen unterhalb der Käfigdrehachse ent­ sprechend mehr Radialspiel erfahren. Dadurch wird der Grad der Gleichmäßigkeit der Belastung der Kugeln und Zentrierflächen durch die einseitige Verstellung verschlechtert. Einige 100stel mm Fehler in der Näherung der Kontaktflächen eines Gelenkes mit 15 mm Kugeln können bereits zu einer erheblichen Reduzierung der Leistung eines solchen Gelenkes führen.

Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenk in Drehmomentzustand nach dem Einlauf, wobei die Steuerungsgenauigkeit bis zum maximalen Beugewinkel gewährleistet ist. Die Außen­ fläche 3′ des Käfigs 340 und die Außenfläche 5′ des Innen­ teiles 560 dienen als Steuerungsflächen mit ihren Mittel­ punkten 3 und 5 auf der Kugelebene 7″. 7″ ist quasi die End­ position der Kugelebene, nachdem die Einlaufbrinellierung zustande gekommen ist. Als Anlageflächen sind die Hohl­ kugelflächen 2′ des Außenteiles 120 und 4′ des Käfigs 340 vorgesehen. Der Versatz des Mittelpunktes 2 vom Mittel­ punkt 3 ergibt sich aus der radialen Spielpassung zwischen 2′ und 3′ sowie aus dem Abstand der Berühungsstelle zwischen 2′ und 3′ und der Kugelebene, und zwar unter Berücksichtigung der Wärmedehnung und der elastischen Nachgiebigkeit der Teile. Entsprechendes gilt für Mittelpunkt 4.

Die Bogenlänge der Führungsfläche 5′ beidseits der Berührungsstelle zu 4′ entspricht jeweils etwa dem halben maximalen Beugewinkel des Gelenkes, so daß stets eine Führung der Anlagefläche am ganzen Umfang gewährleistet ist. Selbstverständlich ist die Berüh­ rung durch die Kugelbahnen unterbrochen. Die rest­ liche Außenfläche 52 des Innenteiles kann aus der Sicht der Steuerung beliebig ausgeführt werden und wird in diesem Fall kugelig mit Mittelpunkt 6 ausge­ legt, welcher ebenfalls der Mittelpunkt der Bahnen des Innenteiles ist, so daß die Bahntiefe in diesem Bereich konstant bleibt. Die kugelige Führungsfläche 5′ erstreckt sich in diesem Fall nicht bis zur Kugel­ ebene. Die Bogenlänge der Führungsfläche 3′ ist ebenfalls für den maximalen Beugewinkel des Gelenkes ausge­ legt. Der Mittelpunkt 1 der Bahnen des Außenteiles hat den gleichen Abstand zur Kugelebene wie der Mittelpunkt 6 des Innenteiles, so daß das Spiegelbild der Bahnen sowohl in gestreckter Lage als auch bei jedem Beugewinkel gegeben ist.

Der Außenteilversatz 1-2 ist hier größer als der Versatz 5-6 des Innenteiles, aber die beiden Hebelarme 1-7″ und 6-7″ sind gleich, was die Voraussetzung für das Gleich­ laufverhalten ist. Bemerkenswert ist, daß die Außen- und Innenzentrierflächen 3′ und 4′ des Käfigs nicht konzentrisch verlaufen. Nach der Lehre der Erfindung liegen die Mittel­ punkte 3 und 5 der Führungsflächen 3′ und 5′ auf der Kugel­ ebene 7″. Durch die gewünschten Spiele sind deshalb die Kugelradien der Anlagefläche 2′ und 4′ jeweils größer als die der dazugehörigen Führungsfläche, womit ein Versatz der Mittelpunkte 2 und 4 zu 3 und 5 vorliegt.

Da die Führungsflächen 3′ und 5′ die Anlageflächen 2′ und 4′ jeweils am Ende ihrer Breite berühren, sind die anschließenden Rotationsflächen 21 und 41 mit den benachbarten Anlageflächen koaxial vorzugs­ weise in einer Aufspannung herzustellen, z. B. durch Schleifen. Es ist ja auch möglich, daß nur die Teile der Anlageflächen, die unmittelbar mit der Führungs­ fläche in Berührung stehen, mit der erforderlichen Genauigkeit, z. B. durch Schleifen herzustellen, an­ sonsten würde eine geringere Genauigkeit, z. B. eine Drehtoleranz ausreichen.

Das Gelenk in Fig. 4 ist ebenfalls nach dem erforder­ lichen Einlauf der Fensterstützflächen 71 und unter Drehmoment dargestellt. Im Gegensatz zu Fig. 3 sind hier die Hohlkugelflächen 2′ des Außenteiles 120 und 4′ des Käfigs 340 als Führungsflächen ausgebildet, wobei ihre Mittelpunkte 2 und 4 auf der Kugelebene 7″ liegen. Die jeweiligen Anlageflächen 3′ und 5′ sind im Längsschnitt mit einer Schmiegung zu deren Füh­ rungsflächen ausgebildet, so daß ihre Profilmittel­ punkte 3 und 5 auf den Radien, welche die Berührungs­ stellen zu den Führungsmittelpunkten verbindet, stehen. Ansonsten sind die Restflächen 32 und 52, welche keine Steuerfunktionen zu erfüllen haben, zweckmäßigerweise konzentrisch mit 2 und 4 ausgebildet.

Eine weitere interessante Ausführung zeigt Fig. 5, wobei sich die Anlageflächen 3′ und 4′ grundsätzlich linienförmig als Kanten an den Außen- und Innenflächen des Käfigs 340 soweit wie möglich von der Kugelebene entfernt befinden. Die Führungsflächen 2′ und 5′ sind ja kugelig mit ihren Mittelpunkten auf der Kugelebene 7″ dargestellt. Auch hier ist die Brinellierung der Fensterflächen berück­ sichtigt. Etwaige Abflachungen bzw. Anpassungen der An­ lageflächen sind in der Dimensionierung der Funktions­ maße zu berücksichtigen. Vorteilhaft bei dieser Aus­ führung ist die schnelle und genaue Erzeugung der An­ lagefläche. Bei dieser Ausführung sind die Kugeln in dem Käfigfenster mit einer Vorspannung eingeführt, welche so hoch ist, daß sie in etwa der zu erwar­ tenden Tiefe der Brinellierung 7′ entspricht, so daß die Kugeln auch nach dem Einlaufvorgang, der hauptsächlich an der Fensterstützfläche 71 statt­ findet, spielfrei bleiben. Zur Verbesserung der minimalen Bahntiefe am Außenteil besteht die Kugel­ bahn 1′ des Außenteiles aus einem Kreis mit Mittel­ punkt 1 auf der Hauptachse, anschließend einer Tangente, welche auf dem Verlauf des Bahngrundes 10 mit den Teilstücken 11 und 12 ebenfalls ersichtlich ist. Die Verbesserung der Bahntiefe im Bereich 12 des Außenteiles 120 bringt aufgrund des Spiegel­ bildes der Kugelbahnen 1′ und 6′ naturgemäß eine Verschlechterung der korrespondierenden Bahnteile 62 des Innenteiles 560 mit sich, jedoch dort, wo die Bahntiefe am Innenteil ohnehin reichlich vorhanden ist. Die zu Anlagefläche 3′ benachbarte Kegelfläche 311 und Planfläche 312 ist vorzugsweise in einer Aufspannung herzustellen, ähnliches gilt für Kegel­ fläche 411 und Zylinderfläche 412 der Innenkontur des Käfigs.

Eine Anlagefläche am Käfig gewährleistet, dadurch daß sie unabhängig vom Gelenkbeugewinkel immer parallel zur Kugelebene verläuft, daß die Summe der axial wirkenden Kräfte in Richtung der Fensterstützfläche senkrecht zu der Anlagefläche bleibt.

Die Führungsfläche 2′ und Anlagefläche 3′ am Außen­ teil 120 und Käfig 340 in Fig. 6 befindet sich im Bereich der Hauptdrehachse. Dadurch sind die Stütz­ kräfte zwischen 2′ und 3′ minimal und entsprechen der Axialkraftkomponente, die durch die Bahnneigung verursacht wird. Ferner wird eine radiale Exzentri­ zität der Führungsfläche 2′ beispielsweise zu den Bahnen des Außenteiles 120 eine sehr geringe Wirkung auf die Lage der Kugelebene 7″ haben, welche ansonsten durch Exzentrizitäten der Führungs- oder Anlage­ flächen aus ihrer Soll-Lage geschwenkt werden kann. Die Innenkontur 22 des Außenteiles sowie die Außen­ kontur 32 des Käfigs sind auch hier zweckmäßig mit großem Spiel konzentrisch zum Gelenkdrehpunkt an­ geordnet, weil erfindungsgemäß keine radiale Zentrierung entlang der Kugelebene erforderlich ist. Die restliche Außenkontur 33 des Käfigs 340 ist abgesetzt, um die Ein­ führung des Käfigs im Außenteil in eine um 90° geschwenkte Position, wie an sich bekannt, zu ermöglichen. Es handelt sich hier um ein Sechskugelgelenk. Die Mittelpunkte 2 und 3 der Zentrier-, Fixier- bzw. Positionierflächen 2′ und 3′ liegen auf der Kugelebene 7″. Dasselbe gilt für die Anlagefläche 4′ und Führungsfläche 5′ mit deren Mittel­ punkte 4 und 5. In beiden Fällen handelt es sich um eine Flächenberührung. Anlagefläche 4′ am Käfig 340 hat eine Bogenlänge von A und einen Mindestabstand U zur Kugelebene. U soll der Bogenlänge des maximalen Reibwinkels zwischen 4′ und 5′ entsprechen, und vorzugs­ weise größer als der maximale Reibwinkel, dem Maß für eine Selbsthemmung, ausgelegt werden. Die Bogenlänge der Führungsfläche 5′ außerhalb des Bereiches A ist jeweils mit F bemessen. Auch hier soll stets eine Mindestberührung zwischen Anlage- und Führungsflä­ che bis zum maximalen Beugewinkel gewährleistet werden, wobei die Hälfte des Beugewinkels einer Bogenlänge von F + A entspricht. Die Brinellierung 7′ und 7 a auf den Fensterstützflächen 71 und Fensterflächen 72 ist in diesem Fall im Käfig eingearbeitet. Die Form von 7′ und 7 a kann aus der Bewegung der Kugel zum Käfig aus der Kinematik des jeweiligen Gelenkes abgelei­ tet werden, entspricht jedoch annähernd einer kuge­ ligen Kalotte mit einem Radius, der größer als der Kugelradius ist. Dadurch daß der Käfig, insbesondere bei kleinem Beugewinkel des Gelenkes, sich um seine Hauptachse im Bereich der Käfigfensterlänge verdre­ hen kann, empfiehlt sich eine Brinellierung mittels Kaltfließpressen, Fräsen oder Schleifen usw. herzu­ stellen, welche im Längsschnitt annähernd einem Radius, welcher größer als der Kugelradius ist, in Umfangrich­ tung in Form einer Nut verläuft. Die Innenfläche 42 des Käfigs ist hier abgesetzt und kugelig ausgebildet.

Die Besonderheit des Gelenkes in Fig. 7 liegt darin, daß die Führungsfläche 5′ des Innenteiles 560 an dem separaten Teil 562, welches im Innenstück 561 nach der Einfädelung vom Innenstück im Käfig 340 montiert wird. Die Anlagefläche des Käfigs 4′ hat ihren Mittel­ punkt 4 auf der Hauptachse, welche einen größeren Radius aufweist, als die Kugelfläche 5′, deren Mit­ telpunkt auf der Kugelebene liegt, so daß ein Punkt­ kontakt (theoretisch) entsteht. Die Außenfläche 3′ des Käfigs dient als Führungsfläche mit ihrem Mittel­ punkt 5, welcher ebenfalls auf der Kugelebene 7″ liegt. Die Anlagefläche 2′ am Außenteil 120 ist mit Schmie­ gung hergestellt, so daß der Radius dieser Fläche im Längsschnitt größer ist, als der der Führungsfläche und liegt auf Punkt 2. Die Anlagefläche 2′ kann aber auch kugelig ausgebildet werden, ebenfalls mit Mittel­ punkt 2, so daß eine allseitige Schmiegung gegeben ist, welche für die Relativbewegung der Zentrierflächen 2′ und 3′ zueinander vorteilhafter wirken kann. Die rest­ liche Innenfläche 22 des Außenteiles ist abgesetzt, um jegliche Berührung mit der Führungsfläche zu ver­ meiden, auch unter Einwirkung von Wärmedehnung, Ela­ stizität, Verschleiß usw. Der Abstand U der Anlage­ fläche 2′ von der Kugelebene gewährleistet ebenfalls, daß eine Klemmung oder Selbsthemmung an dieser Stelle ausbleibt, auch im Notlauf, z. B. bei mangelnder Schmierung, in dem U mindestens gleich groß ist mit dem Reibwinkel der Flächenpaare 2′ und 3′ im trocke­ nen Zustand. Die Außenkontur 52 des Innenstückes 561 läuft parallel zum Bahngrund 60, so daß beide einen Mittelpunkt 6 haben, wodurch die Bahntiefe am Innen­ teil über den gesamten Beugewinkelbereich konstant ist.

Fig. 7a stellt eine andere Variante des Innenteiles 560 von Fig. 7 dar. Die Führungsfläche 5′ befindet sich am Ende der Antriebswelle 780, welche mittels einer Verzahnung zum Innenstück 561 verbunden ist. Sprengring 781 gewährleistet das Fixieren des Teiles 561 mit der Welle 780 sowie die genaue Positionierung der Führungsfläche 5′ mit ihrem Mittelpunkt 5. Durch die Breite des Sprengrings kann die Lage der Führungs­ fläche 5′ beeinflußt werden, weil die Führungsfläche 5′ stets durch die axiale Kraftkomponente belastet wird. Die Eindrehung 782 dient der Halterung des Innenteiles bei der Einführung bzw. der Montage der Zwischenwelle 780.

In Fig. 8 sind beide Anlageflächen 2′ und 4′ an sepa­ raten Teilen 122 und 342 ausgebildet. Die Außenflä­ chen 3′ und 5′ des Käfigstückes 341 und des Innen­ teiles 560 bilden hier die Führungsflächen mit dem gemeinsamen Mittelpunkt 7 in der Kugelebene 7″. Das Teil 342 wird am Käfigteil 341 in Gewindebohrung 43 eingeschraubt. Anlagefläche 4′ ist kugelförmig und an die Führungsfläche 5′ angepaßt. Die hohlkugel­ förmige Anlagefläche 2′ des Gewindestiftes 122 berührt die Führungsfläche 3′ mit einer allseiti­ gen Schmiegung insofern, als der Radius dieser Planfläche größer ist als der der Führungsfläche 3′ mit einem Mittelpunkt 2, welcher auf der Längs­ achse des Gewindestiftes liegt. Das Zusatzteil 342 kann nach axialer Montage des Innenteiles 560 in dem Käfigstück 341 eingeschraubt werden. Dasselbe gilt für Gewindestifte 122, welche nach axialer Montage des Innenteiles mit dem Käfig 340 samt Kugeln im Außenstück 121 eingeschraubt werden. Um diese axiale Montage zu ermöglichen, besteht die Innenkontur des Außenstückes 121 aus einer kugeligen Fläche 23 und anschließend einer zylin­ drischen Fläche 22, ferner ist der Bahnverlauf in entsprechender Weise ausgebildet, wie am Bahngrund 10 ersichtlich ist, mit einem kreisförmigen Bahn­ stück 11 mit Mittelpunkt 1, anschließend Bahnstück 12 achsparallel. Die Bahnen des Innenteiles sind spiegelbildlich ebenfalls zwangsläufig unterschnitt­ frei ausgebildet.

Beide separaten Teile 122 und 342 erlauben eine axiale Einstellung bzw. Nachstellung der Hebelarme 1-7 bzw. 6-7″.

Die Bahnen 1′ des Außenteiles 120 des Gelenkes in Fig. 9 befinden sich in Meridianebenen, sind ge­ radlinig und verlaufen schräg zur Hauptachse, je­ doch in wechselnder Richtung, so daß die Anzahl der Bahnen 1′ paarweise angebracht sind, und daß die gegenüberliegenden Bahnen 1′ parallel verlaufen. Die korrespondierenden Bahnen 6′ des Innenteiles 560 verlaufen spiegelbildlich, somit ebenfalls paar­ weise. Dadurch kann sich das Innen- zum Außenteil sowohl in gestreckter als auch in gebeugter Lage verschieben; der Käfig 340 verschiebt sich um den halben Weg. Die Käfigstützflächen 71 befinden sich somit für die Hälfte der Kugeln 70 auf der einen Seite und die andere Hälfte auf der anderen Seite der Kugelebene 7″. Die Lage der Kontaktpunkte der jeweiligen Kugel befindet sich auf der Seite der Käfigfensterfläche 72 unabhängig von der Drehmo­ mentrichtung.

Der Schrägwinkel aller Bahnen ist im wesentlichen gleich, so daß die axialen Kraftkomponenten an den Käfigstützflächen 71 sowie an den Außen- und Innen­ teilen sich aufheben, so daß keine Verschiebung die­ ser Teile zueinander durch Drehmoment, außer im Bereich der elastischen Verformung vorkommt. Die Innenfläche 25 des Außenteiles ist im wesentlichen zylindrisch, die Außenfläche 35 des Käfigs ist im wesentlichen kugelförmig, so daß der Käfig 340 im Außenteil radial zentriert ist. Nach den Gedanken dieser Erfindung sind die Bahnen 1′ und 6′ zur Kugelebene spiegelbildlich, nachdem die Brinel­ lierung 7′ an den Käfigstützflächen 71 in der Ein­ laufphase eingeprägt ist. Um dies zu erreichen, wird die Fensterstützfläche bei der Herstellung um den Brinellierungsbetrag versetzt. Bei der vorlie­ genden Ausführung werden die Käfigfensterflächen 71 und 72 der gegenüberliegenden Kugeln um diesen Betrag schräg angeordnet hergestellt, so daß die gegenüberliegenden Fensterflächen durch eine ein­ fache Räumoperation R herauszustellen sind.

Es sind bahngesteuerte Schiebegelenke grundsätzlich nach der Ausführung von Fig. 9 bekannt, bei denen die Bahnen sich jedoch nicht in Meridianebenen befin­ den, sondern in Ebenen, welche parallel zur Haupt­ achse verlaufen oder im Sinne einer Schraube, bei denen auch die Bahnen eines Teiles in Wechselrichtung schräg angeordnet sind. Bei diesen Bauarten liegen die Kontaktpunkte der Kugeln je nach Drehrichtung auf der einen oder anderen Seite der Kugelebene, so daß die o. a. Maßnahmen nur für solche Gelenke gelten, welche haupt­ sächlich in einer Drehrichtung belastet werden. Antriebs­ gelenke in Kraftfahrzeugen laufen beispielsweise hauptsächlich in einer Richtung (vorwärts).

Werden solche Gelenke z. B. im Maschinenbau für beide Drehrichtungen eingesetzt, so läßt sich die Korrektur der Brinellierung der Käfigfenster nur durch Einarbeitung der Brinellierung und/oder mit Erhöhung der Vorspannung zwischen Kugel- und Käfig­ fenster als Ausgleich zu der Brinellierung kompen­ sieren.

Claims (16)

1. Gleichlauffestgelenk mit zwei Übertragungsteilen beste­ hend aus einem hohlen Außenteil, in dessen Innenfläche Bah­ nen angebracht sind und einem im Außenteil befindlichen Innenteil, in dessen Außenfläche korrespondierende Bahnen vorgesehen sind, Kugeln, welche jeweils in einer Bahn des Außen- und Innenteils zur Drehmomentübertragung aufgenommen sind, einem in dem Raum zwischen den Übertragungsteilen be­ findlichen Käfig, welcher durch Fenster die Mittelpunkte der Kugeln in einer Kugelebene hält und welcher zum Außen- und zum Innenteil um einen Gelenkmittelpunkt über zwei Zentrier­ flächenpaare schwenkbar geführt ist, und wobei zumindest im kleineren Beugewinkelbereich des Gelenkes die Übertragungs­ punkte der Kugeln zu den Bahnen der Übertragungsteile auf einer Seite und die Abstützpunkte der Kugeln auf den Käfig­ fensterstützflächen auf der anderen Seite der Kugelebene liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelebene (7″) in unbelasteter Betriebsstellung im Neuzustand vom Gelenkmittelpunkt (7) in der einen Richtung (Z) um einen Betrag versetzt ist, der entgegengesetzt zumin­ dest annähernd derjenigen axialen Verschiebung der Kugeln (70) zum Käfig (340) entspricht, welche durch die Brinellie­ rung (7′) der Käfigfensterstützflächen (71) während der Ein­ laufphase und/oder durch die elastische Nachgiebigkeit der Käfigfensterstützflächen (71) hervorgerufen ist, wobei die elastische Nachgiebigkeit beim gestreckten Gelenk unter Zu­ grundelegung eines mittleren Drehmomentes festgelegt ist.

2. Gleichlauffestgelenk mit zwei Übertragungsteilen bestehend aus einem hohlen Außenteil, in dessen Innen­ fläche Bahnen angebracht sind und einem im Außenteil befindlichen Innenteil, in dessen Außenfläche korres­ pondierende Bahnen vorgesehen sind, Kugeln, welche je­ weils in einer Bahn des Außen- und Innenteils zur Drehmomentübertragung aufgenommen sind, einem in dem Raum zwischen den Übertragungsteilen befindlichen Kä­ fig, welcher durch Fenster die Mittelpunkte der Kugeln in einer Kugelebene hält und welcher zum Außen- und Innenteil um einen Gelenkmittelpunkt über ein radial äußeres und ein radial inneres Zentrierflächenpaar schwenkbar geführt ist, wobei alle Zentrierflächen ku­ gelförmig ausgebildet sind, und wobei zumindest im kleineren Beugewinkelbereich des Gelenkes die Haupt­ übertragungspunkte der Kugeln zu den Bahnen der Über­ tragungsteile auf einer Seite und die Abstützpunkte der Kugeln auf den Käfigfensterstützflächen auf der anderen Seite der Kugelebene liegen,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Zentrierfläche (2′ oder 3′) des radial äußeren Zentrierflächenpaares (2′/3′) in der Richtung von der Kugelebene zu den Abstützpunkten hin länger ausgeführt ist, als die korrespondierende Zentrierfläche (3′ oder 2′) um ein Bogenmaß, das wenigstens annähernd der Hälfte des maximalen Betriebsbeugewinkels entspricht, und/oder daß
eine Zentrierfläche (4′ oder 5′) des radial inneren Zentrierflächenpaares (4′/5′) in der Richtung von der Kugelebene zu den Übertragungspunkten hin länger aus­ geführt ist, als die korrespondierende Zentrierfläche (5′ oder 4′) um ein Bogenmaß, das wenigstens annähernd der Hälfte des maximalen Betriebsbeugewinkels ent­ spricht.

3. Gleichlauffestgelenk mit zwei Übertragungsteilen beste­ hend aus einem hohlen Außenteil, in dessen Innenfläche Bahnen angebracht sind und einem im Außenteil befindlichen Innenteil, in dessen Außenfläche korrespondierende Bahnen vorgesehen sind, Kugeln, welche jeweils in einer Bahn des Außen- und Innenteils zur Drehmomentübertragung aufgenommen sind, einem in dem Raum zwischen den Übertragungsteilen be­ findlichen Käfig, welcher durch Fenster die Mittelpunkte der Kugeln in einer Kugelebene hält und welcher zum Außen- und zum Innenteil um einen Gelenkmittelpunkt über zwei Zentrier­ flächenpaare schwenkbar geführt ist, und wobei zumindest im kleineren Beugewinkelbereich des Gelenkes die Übertragungs­ punkte der Kugeln zu den Bahnen der Übertragungsteile auf einer Seite und die Abstützpunkte der Kugeln auf den Käfig­ fensterstützflächen auf der anderen Seite der Kugelebene liegen, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) das Zentrierflächenpaar (2′/3′) zwischen dem Außenteil (120) und dem Käfig (340) aus einer kugelförmigen Führungsflä­ che (2′ oder 3′) und einer nicht kugeligen Anlagefläche (3′ oder 2′) besteht, deren Berührungsstelle auf der den Über­ tragungspunkten (701, 706) abgewandten Seite der Kugelebene (7″) liegt, wobei sich der Mittelpunkt der Krümmung im Längsschnitt (3 oder 2) der Anlagefläche (3′ oder 2′) auf der Linie befindet, welche die Berührungsstelle und den Mittelpunkt (2 oder 3) der Führungsfläche (2′ oder 3′) be­ inhaltet, und daß sich die Führungsfläche (2′ oder 3′) auf beiden Seiten der Berührungsstelle erstreckt,
• b) und/oder daß das Zentrierflächenpaar (4′/5′) zwischen dem Käfig (340) und dem Innenteil (560) aus einer kugelförmigen Führungsfläche (4′ oder 5′) und einer nicht kugeligen Anlageflä­ che (5′ oder 4′) besteht, deren Berührungsstelle auf der den Übertragungspunkten (701, 706) zugewandten Seite der Kugel­ ebene (7″) liegt, wobei sich der Mittelpunkt (5 oder 4) der Krümmung im Längsschnitt der Anlagefläche (5′ oder 4′) auf der Linie befindet, welche die Berührungsstelle und den Mit­ telpunkt (4 oder 5) der Führungsfläche (4′ oder 5′) beinhal­ tet, und daß sich die Führungsfläche (4′ oder 5′) auf beiden Seiten der Berührungsstelle erstreckt.

4. Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Zentrierflächenpaare (2′/3′ oder 4′/5′) im Bereich der Drehachse (G-G) angeordnet ist.

5. Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenlänge der Führungsfläche (2′, 3′, 4′, 5′) beidseits der Berührungsstelle wenigstens annähernd jeweils einem Betrag von etwa der Hälfte des maximalen Betriebsbeugewinkels entspricht.

6. Gleichlauffestgelenk mit zwei Übertragungsteilen beste­ hend aus einem hohlen Außenteil, in dessen Innenfläche Bah­ nen angebracht sind und einem im Außenteil befindlichen Innenteil, in dessen Außenfläche korrespondierende Bahnen vorgesehen sind, Kugeln, welche jeweils in einer Bahn des Außen- und Innenteils zur Drehmomentübertragung aufgenommen sind, einem in dem Raum zwischen den Übertragungsteilen be­ findlichen Käfig, welcher durch Fenster die Mittelpunkte der Kugeln in einer Kugelebene hält und welcher zum Außen- und zum Innenteil um einen Gelenkmittelpunkt über zwei Zentrier­ flächenpaare schwenkbar geführt ist, und wobei zumindest im kleineren Beugewinkelbereich des Gelenkes die Übertragungs­ punkte der Kugeln zu den Bahnen der Übertragungsteile auf einer Seite und die Abstützpunkte der Kugeln auf den Käfig­ fensterstützflächen auf der anderen Seite der Kugelebene liegen,
dadurch gekennzeichnet, daß

• a) das Zentrierflächenpaar (2′/3′) zwischen dem Außenteil (120) und dem Käfig (340) aus je einer mit demselben Radius kugelförmig mit dem Gelenkmittelpunkt (7) konzentrisch ausge­ führten Führungs- (2′ oder 3′) und Anlagefläche (3′ oder 2′) besteht, deren Berührungsstelle auf der den Übertragungspunk­ ten (701, 706) abgewandten Seite der Kugelebene (7″) liegt, und daß sich die Führungsfläche (2′ oder 3′) auf beiden Seiten der Berührungsstelle erstreckt,
• b) und/oder daß das Zentrierflächenpaar (4′/5′) zwischen dem Käfig (340) und dem Innenteil (560) aus je einer mit demsel­ ben Radius kugelförmig mit dem Gelenkmittelpunkt (7) konzen­ trisch ausgeführten Führungs- (4′ oder 5′) und Anlagefläche (5′ oder 4′) besteht, deren Berührungsstelle auf der den Berührungspunkten zugewandten Seite der Kugelebene (7″) liegt, und daß sich die Führungsfläche (4′ oder 5′) auf beiden Seiten der Berührungsstelle erstreckt,
  und daß
• c) die Berührungsstelle (A), vom Mittelpunkt (5) der Führungs­ fläche (5′) gemessen um einen Bogenwinkel (U) von der Kugel­ ebene (7″) entfernt ist, welcher unter Berücksichtigung von Deformation, Verschleiß und Wärmedehnung stets größer ist, als der Reibwinkel dieses Zentrierflächenpaares (4′/5′).

7. Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche (30) des Käfigs (340) als Führungsfläche (3′) ausgebildet ist, und daß die korrespondierende Anlage­ fläche (2′) am Außenteil (120) mit je einem Krümmungsradius (2-2′) in Längs- und/oder in Querrichtung größer als der Radius (7-3′) der Führungsfläche (3′) ausgeführt ist, und auch der Mittelpunkt (2) der Krümmung in Querrichtung auf der Verlängerung der Linie liegt, die die Berührungsstelle mit dem Mittelpunkt (3) der Führungsfläche (3′) verbindet.

8. Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (40) des Käfigs (340) als Führungsfläche (4′) ausgebildet ist, und daß die korrespondierende Anlage­ fläche (5′) am Innenteil (560) mit einem Krümmungsradius (5-5′), der in Längs- und/oder in Querrichtung kleiner ist als der Radius (4-4′) der Führungsfläche (4′), ausgeführt ist, und auch der Mittelpunkt (5) der Krümmung in Querrich­ tung auf der Linie liegt, die die Berührungsstelle mit dem Mittelpunkt (4) der Führungsfläche (4′) verbindet.

9. Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche (2′, 4′) aus einer Mehrzahl kugelförmiger Flächen besteht, welche zwischen den Bahnen (100 bzw. 600) des Außen- (120) bzw. des Innenteils (560) ausgebildet sind, deren Radien (2-2′, 4-4′) bei konvexen Führungsflächen (3′) größer bzw. bei konkaven Führungsflächen kleiner als der Radius (7-3′, 7-5′) der dazugehörigen Führungsfläche (3′, 5′) ausgebildet sind.

10. Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche (3′ oder 4′) aus einer Kante zweier Rota­ tionsflächen (311/312 oder 411/412) besteht, deren Lage so bemessen ist, daß nach Beendigung des Einlaufverschleißes der Hebelarm (7-1) zwischen dem Gelenkmittelpunkt (7) und dem Mittelpunkt (1) der Bahnen (100) des Außenteiles (120) dem Hebelarm (7-6) zwischen dem Gelenkmittelpunkt (7) und dem Mittelpunkt (6) der Bahnen (600) des Innenteiles (560) entspricht.

11. Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage- und/oder Führungsfläche (2′, 3′, 4′, 5′) an einem separaten Teil (562, 342) oder Teilen (122) ausgebildet ist.

12. Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das separate Teil (562, 342) oder die Teile (122) zu dem dazu­ gehörigen Gelenkstück (561, 341 bzw. 121) axial einstellbar ist.

13. Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das separate Teil das Endstück (781) der Antriebswelle (780) ist.

14. Gleichlaufschiebegelenk mit zwei Übertragungsteilen bestehend aus einem hohlen Außenteil, in dessen Innenfläche Bahnen angebracht sind und einem im Außenteil befindlichen Innenteil, in dessen Außenfläche korrespondierende Bahnen vorgesehen sind, Kugeln, welche jeweils in einer Bahn des Außen- und des Innenteils zur Drehmomentübertragung aufgenom­ men sind, einem in dem Raum zwischen den Übertragungsteilen befindlichen Käfig, welcher durch Käfigfensterstützflächen die Mittelpunkte der Kugeln in einer Kugelebene hält, und welcher am Außen- oder zum Innenteil um einen Gelenkmittel­ punkt schwenkbar geführt ist und wobei, zumindest im kleine­ ren Beugewinkelbereich und in einer Drehmomentrichtung, die Übertragungspunkte der Kugeln zu den Bahnen der Übertragungs­ teile fortlaufend abwechselnd auf verschiedenen Seiten der Kugelebene und die Abstützpunkte der Kugeln auf den Fenster­ stützflächen dementsprechend abwechselnd auf verschiedenen Seiten der Kugelebene liegen, dadurch gekennzeichnet, daß in unbelasteter Betriebsstellung im Neuzustand die Käfigfen­ sterstützflächen (71/72) vom Gelenkmittelpunkt (7) fortlau­ fend abwechselnd in der einen bzw. in der anderen Richtung um einen Betrag axial versetzt sind, der entgegengesetzt zumindest annähernd derjenigen axialen Verschiebung der Kugeln (70) zum Käfig (340) entspricht, welche durch die Brinellierung (7′) der Käfigfensterstützflächen (71) während der Einlaufphase und/oder durch die elastische Nachgiebig­ keit der Käfigfensterstützflächen (71) hervorgerufen ist, wobei die elastische Nachgiebigkeit beim gestreckten Gelenk unter Zugrundelegung eines mittleren Drehmomentes festgelegt ist.

15. Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 1 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Delle in den Käfigfensterstützflächen (71) vor­ gesehen ist, welche ganz oder teilweise der Einlaufbrinellie­ rung (7′) nach der Einlaufphase entspricht, und einen Radius aufweist, der größer ist als der Kugelradius und vorzugswei­ se in Umfangsrichtung nutenförmig verläuft.

16. Gleichlaufdrehgelenk nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung der Einlaufphase, die Bahnen (1′) des Außen­ teiles (120) mit den korrespondierenden Bahnen (6′) des In­ nenteiles (560) zur Kugelebene (7″) spiegelbildlich verlau­ fen.