DE3721775C2 - Gleichlauffestgelenk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Gleichlauffestgelenke nach den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1.

Bei der Drehmomentübertragung eines solchen Gelenkes, z. B. nach US-PS 2 046 584 Fig. 3, werden die Übertragungsteile in der einen Richtung und der Käfig in der anderen Richtung durch die Kugeln axial belastet, so daß sich die Übertragungsteile am Käfig abstützen, das Innenteil auf der einen und das Außenteil auf der anderen Seite der Kugelebene. Dabei wird die radiale Position des Innen- zum Außenteil von zwei Systemen bestimmt: das Übertragungs- und das Zentriersystem.

Bei der Drehmomentübertragung wird das Innenteil im Außenteil durch die Radialkomponenten der Übertragungskräfte entlang der Kugelebene kraftschlüssig zentriert. Die Position des Innen- zum Außenteil wird somit von der Lagegenauigkeit der Kontaktpunkte des Außen- sowie des Innenteils bestimmt.

Im gebeugten Zustand, verschieben sich die Kugeln die Bahnen entlang hin und her, so daß durch die Herstelltoleranzen der Bahnver­ läufe mit einer periodischen Veränderung der Position des Innen- zum Außenteil zu rechnen ist. Darüber hinaus ist die Belastung der jeweiligen Kugel während ihrer Umkreisung sehr bedeutenden asym­ metrischen Schwankungen unterworfen, wodurch eine entsprechende Verschiebung der Position des Innen- zum Außenteil hervorgerufen wird. Solche im Prinzip nicht mitrotierenden Schwankungen sind u. a. ein Produkt des Sekundärmomentes sowie der unterschiedlichen örtlichen Nachgiebigkeiten der Übertragungsteile an den jeweiligen Kontaktpunkten.

Das Zentriersystem ist durch die Zentrierflächen des Außenteiles, des Käfigs und des Innenteils gegeben. Hierbei, durch die Wirkung der Summe der Axialkomponente der Übertragungskräfte, wird das Innenteil zum Außenteil über den Käfig ebenfalls kraftschlüssig zentriert. Die Position des Innen- zum Außenteil wird somit von der Lagegenauigkeit der Zentrierflächen bestimmt.

Die radiale Position des Innen- zum Außenteil wird demnach von zwei überlagerten Zentriersystemen jeweils definiert und daher überbestimmt. Infolgedessen entsteht eine gewisse Verspannung zwischen dem Über­ tragungs- und Zentriersystem. Die Kugelebene wird dabei aus ihrer winkelhalbierenden Ebene verdrängt. Die Übertragungs- als auch die Zentrierflächen werden erheblich überlastet. Die Qualität des Gelenkes in Hinblick auf Drehmomentübertragung, Reibungsverluste, Lebensdauer und Geräuschentwicklung vermindert sich entsprechend.

Axiale Asymmetrien, z. B. wenn die Bahnen des Außenteiles von der Kugelebene her betrachtet nicht spiegelbildlich zu denen des Innen­ teiles verlaufen, führen bei gebeugtem Gelenk ebenfalls zu einer solchen Verdrängung der Kugelebene aus ihrer Soll-Lage und zu einer Verspannung des Gelenkes. Die DE 32 33 753 A1 beschreibt Wege zur Reduzierung der axialen Ungenauigkeiten u. a. mit Ausführungen, bei denen die axiale Abstützung des Käfigs zum Außenteil oder des Innenteils zum Käfig nur im Bereich der Drehachse des Gelenkes angeordnet ist. Dabei wird die zuvor geschilderte radiale Verspannung nicht eliminiert, so daß sowohl die Übertragungs- als auch die Zentrierfläche einseitig belastet werden. Zudem ist die Anordnung mit einem großen Material- und Bearbeitungsaufwand verbunden. Die Versorgung der Abstützflächen im Bereich der Drehachse mit Schmiermitteln ist außerdem nur bei einer kompletten Füllung des Innenraums des Gelenkes zu bewältigen.

Weitere gattungsgemäße Gelenke sind aus der DE 25 22 670 B1 bekannt, bei denen die Käfige zum Innenteil und zum Außenteil zentriert und bei einigen Ausführungen zum Außenteil mittels zusätzlichen Elementen axial abgestützt und nochmals zentriert sind. Die jeweilige radiale Position des Innen- zum Außenteil wird somit einmal über den Käfig bzw. Element und einmal über die Kugeln und Bahnen überbestimmt.

Die Aufgabe dieser Erfindung ist es, die o. g. Verspannungen mit einfachen Mitteln weitgehend zu beheben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Der Erfindung liegt der Hauptgedanke zugrunde, daß eine radiale Entkopplung eines der Übertragungsteile vom Käfig, zu einer Ent­ spannung des Gelenkes führen kann.

Durch eine bspw. größer als herkömmliche Toleranzen ausgeführte Trennfuge, wird sichergestellt, daß die Zentrierfläche der Abstütz­ scheibe mit der korrespondierenden Zentrierfläche alleine bzw. ohne Beteiligung der die Trennfuge bildenden Flächen, die Zentrierfunktion auch bei größeren Exzentrizitäten übernimmt.

Bei einer Ausführung z. B. nach Anspruch 2 wird die Axialkraft vom Innenteil über die Abstützscheibe zum Käfig geleitet. Ist eine Überbestimmung zwischen den Zentriersysteme vorhanden, so gleitet die Planfläche des Innenteiles auf die der Abstützscheibe, um diese Überbestimmung in Richtung der Planfläche auszugleichen.

Beim gestreckten Gelenk, wird die Summe aller Exzentrizitäten der Arbeitsfläche zwischen den Planflächen der Abstützscheibe und das Innenteil vollkommen neutralisiert. Die Gelenksysteme behindern sich gegenseitig nicht mehr.

Befindet sich das Gelenk in gebeugtem Zustand, so wird der Achsver­ satz zwischen den Bahnen und der Außenfläche des Innenteiles direkt und vollkommen ausgeglichen. Der Achsversatz zwischen den Bahnen und der Zentrierfläche des Außenteiles wird indirekt, jedoch eben­ falls vollkommen kompensiert. Der Achsversatz zwischen den Zentrier­ flächen des Käfigs wird weitgehendst kompensiert, wobei eine gering­ fügige axiale Abweichung der Symmetrie der Kugelebene hervorgerufen wird - die Kugeln bleiben aber in einer winkelhalbierenden Ebene.

Die Wirkung der schwimmenden Anordnung der Abstützscheibe geht bei gebeugten Gelenk weit über den Ausgleich der Radialfehler hinaus, nämlich, daß eine Symmetrieabweichung der Kugelebene ebenfalls weitgehend kompensiert wird. Die Kugelebene bleibt winkelhalbierend. Die Lastkonzentrationen werden entscheidend abgebaut.

Die Leistung des Gelenkes wird dadurch diese Merkmale erheblich gesteigert, u. U. bei gleichzeitiger Entfeinerung der Fertigungs­ toleranzen, bzw. bei Verringerung der Herstellkosten. Auf das Schleifen verschiedener Flächen, was sonst im allgemeinen bei Gelenken dieser Bauart üblich ist, kann bspw. verzichtet werden.

Die Funktion der Variante nach Anspruch 3 ist sinn- und wirkungs­ gemäß identisch. Die Funktionen der Varianten nach Anspruch 4 bzw. 5 sorgen für eine vektorielle Kompensation der Exzentrizitäten in Richtung der Kugelebene. Eine Kombination verschiedener Varianten ist grundsätzlich möglich.

Die Breite der Trennfuge kann mindestens den durch die Exzentrizi­ tätstoleranzen hervorgerufenen Achsversatz der die Trennfuge bilden­ den Flächen entsprechen. Dadurch wird die Berührungsfreiheit der die Trennfuge bildenden Teile zumindest bei kleineren Beugewinkeln praktisch gegeben.

Die Mindestbreite der Trennfuge kann aber auch in etwa dem maximal zu erwartenden radialen Versatz zwischen den der Trennfuge bildenden Teilen entsprechen, unter Berücksichtigung des radialen Versatzes des Außen- zum Innenteil durch die Symmetrieabweichung der Bahnen zur Kugelebene sowie durch die elastische Verformung der Gelenkteile bei gebeugten Gelenk. Hierdurch wird die Berührungsfreiheit der die Trennfuge bildenden Teile stets gewährleistet.

Die Breite der Trennfuge ist sinnvollerweise aus den statistischen Gegebenheiten einer Anwendung einzusetzen. Eine zu kleine Trennfuge kann dazu führen, daß eine an sich harmlose Berührung der betroffenen Teile häufiger vorkommt, wobei eine Reduzierung der höchsten Spitzenbelastung nur zum Teil erreicht werden kann. Eine zu große Trennfuge des Gelenkes - s. Einfädelung des Innenteiles im Käfig bzw. Einführung des Käfigs im Außenteil.

Dort wo die Kugeln im axialen Bereich der Abstützscheibe eingreifen können, bspw. bei einem großen Beugewinkel oder beim Zusammenbau des Gelenkes, wird vorgeschlagen, daß die Abstützscheibe Ausnehmungen aufweist, welche den jeweiligen Bahnen des Innen- bzw. des Außenteiles gegenüber stehen, und daß vorzugsweise formschlüssige, radialverschiebliche Drehanschläge zwischen der Abstützscheibe und dem Innen- bzw. Außenteil vorgesehen sind. Die Abstützscheibe steht somit der axialen Bewegung der Kugeln nicht im Wege, wobei das Verdrehen der Abstützscheibe zum Innen- bzw. zum Außenteil begrenzt wird, jedoch ohne Behinderung ihrer radialen Beweglichkeit.

Obwohl die Abstützscheibe durch ihre radialschwimmende Anordnung gleichmäßig belastet wird, und obwohl eine Flächenberührung zu einer Optimierung der Flächenpressung führt, schlägt die Erfindung vor, daß die Zentrierfläche der Abstützscheibe mit der korrespondierenden Zentrierfläche eine Schmierung in Längs- und/oder in Querrichtung aufweist. Dadurch können die Toleranzen entfeinert und die Bildung des Schmiermittelfilmes erleichtert werden.

Eine Schmiegung in einer Längsebene führt zu rotationssymmetrischen Zentrierflächen. Eine Schmiegung in einer Querebene führt zu einer quasi mehrfachen Linienberührung in Radialebenen, mit einer ent­ sprechenden axialen Überdeckung. Eine allseitige Schmiegung ist aus der Sicht der Schmierung und der Genauigkeitsanforderung vorteilhafter.

Die relative Bewegung der Abstützscheibe auf ihrer korrespondierenden Planfläche ist an sich gering, dennoch ist die Herabsetzung der Reibkräfte und insbesondere der Bohrreibung zugunsten einer freieren Beweglichkeit und Zentrierung der Teile vorteilhaft. Die Abstütz­ scheibe kann z. B. mit Phosphat oder mit Kunststoff beschichtet bzw. imprägniert werden. Die Reibleistung an der Zentrierfläche wird durch die Oberflächenbehandlung, d. h. ohne Mehraufwand, zusätzlich reduziert.

Die Abstützscheiben werden überwiegend mit Druckspannung beauf­ schlagt, so daß in Fortsetzung der Erfindungsgedanken, ihre Her­ stellung z. B. aus faserverstärktem Kunststoff in der Formgebung zweckmäßig und vor allem konstengünstig erscheint.

Die Abstützscheibe wird von einer korrespondierenden Zentrierfläche geführt, wobei sie radialschwimmend bzw. völlig unabhängig von dem an ihrer Planfläche angrenzenden Bauteil gehalten wird. Eine zuver­ lässige bzw. am Kreis allseitig wirkende Führung bis zum maximalen Beugewinkel des Gelenkes ist hier deshalb besonders vorteilhaft, und wird dadurch erreicht, indem sich die mit der Abstützscheibe korrespondierende Zentrierfläche auf beiden Seiten ihrer Berührungs­ stelle mit der Abstützscheibe um ein Bogenmaß von etwa der Hälfte des maximalen Beugewinkels des Gelenkes erstreckt.

Durch den Verschleiß der Zentrier- und Planflächen sowie durch die Eindringung der Kugeln in die Fensterflächen, verschiebt sich das Außenteil, das Innenteil und der Käfig zu der Kugelebene in der einen Richtung, wodurch eine Symmetrieabweichung der Kugelebene zu den Bahnen des Außen- bzw. Innenteiles zustande kommt.

Zur weiteren Optimierung des Gelenkes nach der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen, daß die Mittellage der Kugelebene zu den Bahnen des Außen- bzw. Innenteiles bei der Halbzeit der Ge­ brauchsdauer des Gelenkes dadurch herstellbar ist, daß beim neuen Gelenk eine entsprechende negative Korrektur der relativen axialen Versetzbeträge der Gelenkteile durch die Brinellierung der Fenster­ flächen sowie durch den Verschleiß der Zentrier- und Planflächen berücksichtigt wird.

Diese Maßnahmen sorgen dafür, die Symmetrieabweichung der Kugelebene, über die Gebrauchsdauer des Gelenkes hinweg zu minimiert werden kann. Der Abstand des Mittelpunktes der Bahnen des Innen­ teils zu der Kugelebene beim neuen Gelenk ist dann kleiner als der des Außenteils, bei der Hälfte der Lebensdauer gleich und am Ende der Lebensdauer größer. Die Möglichkeit des Ausgleiches der Ferti­ gungstoleranzen der verschiedenen axialen funktionellen Kettenmaße der Gelenkteile ist in einfacher Weise durch die Auswahl der Breite der Abstützscheibe gegeben. Da die Abstützscheibe ohnehin ein selbständiges und auch relativ kostengünstiges Bauteil des Gelenkes ist, ist ihre Herstellung in verschiedenen Breitenklassen durchaus erschwinglich.

Es wird ferner vorgeschlagen, zwischen der Abstützscheibe und der korrespondierenden Planfläche mindestens eine, vorzugsweise radial­ schwimmend angeordnete Distanzscheibe einzufügen. Dadurch stehen mindestens zwei Planflächenpaare zur Verfügung, so daß eine weitere Optimierung der Gleitpaarung ermöglicht wird, zumal die Distanz­ scheibe aus einem reibungsgünstigen Material hergestellt werden kann. Ferner können die Distanzscheiben mit unterschiedlichen Wandstärken vorgesehen werden, so daß beim Zusammenbau des Gelenkes und nach Erfassung der axialen Ist-Maße des Außenteiles, des Käfigs, des Innenteils und der Abstützscheibe, die dazu passende Distanz­ scheibe genommen werden kann, um eine vorgegebene Lage der Kugelebene zu den Bahnen des Außen- bzw. des Innenteiles genau herzustellen.

Bahnen mit einem Mittelpunkt auf der Drehachse des jeweiligen Übertragungsteiles werden als kreisförmig bezeichnet. Eine besonders eindrucksvolle Fortsetzung der Erfindungsgedanken besteht darin, daß die Bahnen des jeweiligen Übertragungsteiles nicht kreisförmig bzw. daß die Bahnen des Außen- bzw. des Innenteils zu­ mindest teilweise aus Strecken ausgebildet sind, deren Krümmungs­ mittelpunkte abseits der Drehachse des Außen- bzw. des Innenteiles liegen. Eine besonders konstengünstige Ausführung ist demnach er­ reichbar, wenn die Bahnen des Außen- bzw. des Innenteils hinter­ schnittfrei ausgebildet sind.

Extreme Ausführungen solcher Bahnen sind in US-PS 2 046 584 Fig. 5 gezeigt. Liegen die Bahnen in Meridianebenen und bestehen bspw. jeweils aus einer kreisförmigen und einer gerade Strecke, so kann bei gebeugtem Gelenk die Situation vorkommen, daß sich einige Kugeln auf der kreisförmigen und die gegenüberliegenden auf der geraden Strecke befinden. Die Neigung der kreisförmigen Bahnen zu der Kugelebene ist in der Regel viel kleiner als die der geraden Bahnen, wodurch die Aufteilung der Übertragungskräfte der Kugeln in radiale und axiale Komponente sehr unterschiedlich wird. Der Achsversatz des Innen- und Außenteils wird daher, von den geometrischen Genauig­ keiten ebenfalls unabhängig, zusätzlich beeinflußt.

Bei Gelenkausführungen nach dem Stand der Technik, führen die unterschiedlichen Neigungen der gegenüberliegenden Bahnen zu der Kugelebene leicht dazu, daß eine oder mehrere Kugeln den Kontakt mit ihren Bahnen verlieren, wodurch insgesamt eine kräftige Her­ absetzung der Qualität der Steuerung und Übertragung des Gelenkes hervorgerufen wird, im Vergleich zu Gelenken mit kreisförmigen Bahnen. Bei einer Gelenkausführung nach der vorliegenden Erfindung werden die genannten zusätzlichen Nachteile erheblich kompensiert.

In Verbindung mit einer Ausführung, wobei die Abstützscheibe zum Außenteil radialbeweglich angeordnet ist, kann die Innenfläche des Außenteils auch beliebig ausgeführt werden. Es wird deshalb vorgeschlagen, daß die Innenfläche des Außenteils in Richtung der Abstütz­ scheibe hinterschnittfrei verläuft. Hinterschnittfreie Herstellver­ fahren können somit noch vorteilhafter angewendet werden.

Nachfolgend sind prinzipmäßig anhand der schematischen Zeichnungen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben. Es zeigt

Fig. 1 Halblängsschnitt eines Gelenkes nach der Erfindung in gestreckter Lage, wobei eine Abstützscheibe zwischen dem Käfig und einer Planfläche des Innenteiles vorgesehen ist,

Fig. 1a Skizze zur Erläuterung des Funktionsprinzips des Gelenkes von Fig. 1 zur Kompensierung der Exzentriztitäten der Zentrier- und Übertragungsflächen,

Fig. 1b Skizze zur Erläuterung des Funktionsprinzips des Gelenkes von Fig. 1 in gebeugtem Zustand zur Kompensierung der Exzentrizitäten der Zentrier- und Übertragungsflächen,

Fig. 1c Skizze zur Erläuterung des Funktionsprinzips des Gelenkes von Fig. 1 in gebeugtem Zustand zur Kompensierung von Symmetrieabweichungen der Kugelebene,

Fig. 1d Skizze zur Erläuterung des Funktionsprinzips des Gelenkes von Fig. 1 in gebeugtem Zustand zur Kompensierung von Exzentrizitäten der Käfigzentrierflächen,

Fig. 2 Längsschnitt eines Gelenkes nach der Erfindung in gebeugter Lage, wobei eine Abstützscheibe zwischen dem Käfig und einer am Außenteil angebrachten Planfläche vorgesehen ist,

Fig. 2a Skizze zur Erläuterung des Funktionsprinzips des Gelenkes von Fig. 2 zur Kompensierung der Exzentrizitäten der Zentrier- und Übertragungsflächen,

Fig. 3 Halblängsschnitt eines Gelenkes nach der Erfindung in gestreckter Lage, wobei eine Abstützscheibe zwischen dem Außenteil und einer Planfläche am Käfig vorgesehen ist,

Fig. 3a Skizze zur Erläuterung des Funktionsprinzips des Gelenkes von Fig. 3 zur Kompensierung der Exzentrizitäten der Zentrier- und Übertragungsflächen,

Fig. 4 Halblängsschnitt eines Gelenkes nach der Erfindung in gestreckter Lage, wobei eine Abstützscheibe zwischen dem Innenteil und einer am Käfig angebrachten Planfläche vorgesehen ist,

Fig. 5 Ansicht einer Abstützscheibe für ein Gelenk ähnlich Fig. 1,

Fig. 6 Halbschnitt einer Abstützscheibe für ein Gelenk ähnlich Fig. 1.

Fig. 1 zeigt ein Gleichlauffestgelenk mit zwei Übertragungsteilen bestehend aus einem Außenteil 12, einem Innenteil 56, einem Käfig 34, einer Anzahl von Kugeln 70 und einer Abstützscheibe 50. Der Käfig 34 wird mit seiner Zentrierfläche 3′ in der Zentrierfläche 2′ des Außenteiles 12 schwenkbar zentriert. Die Abstützscheibe 50 wird mit ihrer Zentrierfläche 5′ in der Zentrierfläche 4′ des Käfigs 34 schwenkbar zentriert und steht ferner mit ihrer Planfläche 500 mit der Planfläche 560 des Innenteiles 56 in Berührung. Die Fenster 340 des Käfigs 34 halten die Mittelpunkte 7 der Kugeln 70 in einer winkelhalbierenden Kugelebene 8, welche die Drehachse des Gelenkes G-G im Gelenkmittelpunkt 0 kreuzt. Die Mittelpunkte 2, 3, 4 und 5 der Zentrierflächen 2′, 3′, 4′ und 5′ sind mit dem Gelenkmittelpunkt 0 identisch dargestellt. Zwecks Drehmomentübertragung greifen die Kugeln 70 in die Bahnen 1′ und 6′ des Innen- bzw. des Außenteiles ein. Die sog. kreisförmigen Bahnen 1′ und 6′ sind an sich jeweils torusförmig mit einem elliptischen Querschnitt angenommen, wobei die Mittelpunkte 1 bzw. 6 ihrer kreisförmigen in Meridianebenen befindlichen Bahnachsen 10 bzw. 60 auf der Drehachse G-G des Gelenkes liegen und weisen gleiche Abstände zur Kugelebene 8 auf. Die Kontaktpunkte 100 bzw. 600 der Kugeln 70 mit den Bahnen 1′ bzw. 6′ liegen auf den Belastungsebenen 1-7 bzw. 6-7 und befinden sich auf der linken Seite der Kugelebene 8.

Durch die Neigung der Bahnen 1′ und 6′ zu der Kugelebene 8 bzw. durch die Lage der Kontaktpunkte 100 und 600 zerlegt sich die Übertragungskraft zwischen der jeweiligen Kugel 70 und Bahnen 1′ bzw. 6′ in einer Umfangs- sowie in einer Radial- und einer Axialkraftkomponente. Die Summe der Axialkraftkomponenten bzw. Axialkräfte drückt die Übertragungsteile 12 und 56 nach links und den Käfig 34 nach rechts. Dabei zentriert sich der Käfig 34 im Außenteil 12 über die Zentrierflächen 2′ und 3′; das Innenteil 56 überträgt die Axialkraftkomponente weiter auf die Abstützscheibe 50, welche sich im Käfig 34 über die Zentrierflächen 5′ und 4′ abstützt.

Die radiale Position der Abstützscheibe 50 zum Außenteil 12 ist von den Exzentrizitäten der Zentrierfläche 2′ zum Außenteil 12 und der Zentrierfläche 3′ zu der Zentrierfläche 4′ des Käfigs 34 abhängig und wird somit von der Höhe und Richtung dieser Exzentrizitäten bestimmt.

Durch die Radialkomponente der Übertragungskräfte wird das Innen- 56 zum Außenteil 12 entlang der Kugelebene 8 im Sinne eines Spannsystems kraftschlüssig zentriert. Die Position des Innen- zum Außenteil ist somit hauptsächlich von den Teilungs- und Konzentrizitätsfehlern der jeweiligen Bahnen 1′ bzw. 6′ zueinander und zu dem jeweiligen Übertragungsteil 12 bzw. 56 sowie von der Ebenheit der Fensterflächen 71 abhängig.

Nach dieser Ausführung der Erfindung sind das Innenteil 56 und die Abstützscheibe 50 zueinander radialbeweglich angeordnet, so daß sowohl das Innenteil 56 als auch die Abstützscheibe 50 voneinander unabhängig, die durch die jeweiligen Exzentrizitäten vorbestimmten Positionen einnehmen können, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen, mit Ausnahme der zwischen ihren Planflächen 500 und 560 etwa befindlichen Reibkräften. Dadurch werden die Übertragungskräfte der einzelnen Kugeln 70 bei den gegebenen Teilungs- und Konzentrizitätsfehler der jeweiligen Bahnen 1′ bzw. 6′ zueinander sowie etwaige Planabweichungen der Kugelebene 8 ausgleichend optimiert. Tritt ein Verschleiß, z. B. an höher belasteten oder an weicheren Bahnen oder Fensterflächen auf, so stellt sich die Position des Innenteiles 56 dementsprechend ein - ebenfalls kräfteausgleichend bzw. kraftschlüssig.

Dadurch wird die Übertragungsfähigkeit des Gelenkes von der Höhe der radialen Ungenauigkeiten der verschiedenen Funktionsflächen des Gelenkes unabhängig optimiert. Das bedeutet, daß Achsversatzwerte zwischen den Bahnen 1′ und der Zentrierfläche 2′ des Außenteiles 12 sowie zwischen den Zentrierflächen 3′ und 4′ des Käfigs 34 als auch zwischen der Außenfläche 561 und den Bahnen 6′ des Innenteiles 56 durch die allseitige radiale Beweglichkeit der Abstützscheibe 50 zum Innenteil 56 beim gestreckten Gelenk völlig neutralisiert werden.

Die Breite der Abstützscheibe 50 kann die Entfernung des Mittelpunktes 5 der Zentrierfläche 5′ zu dem Mittelpunkt 6 der Bahnen 6′ bestimmen. Wird die Breite der Abstützscheibe 50, beispielsweise durch Klassifizierung oder durch Distanzscheiben 50a (in Fig. 6 gestrichelt dargestellt) beim Zusammenbau des Gelenkes und nach Erfassung der axialen Ist-Maße der Funktionsflächen festgelegt, so kann eine gewünschte relative Lage der Kugelebene 8 zu den Mittelpunkten 1 bzw. 6 hergestellt werden, z. B. daß die Kugelebene 8 den Abstand 1-6 idealerweise halbiert. Diese Symmetrie wird jedoch vor allem durch den Verschleiß der Zentrierflächen 2′/3′, der Zentrier- und Planflächen 5′/4′ und 560/500 sowie durch die plastischen Verformungen der Fensterflächen 71 durch die Kugeln 70 gestört, wobei das Außenteil 12, das Innenteil 56 sowie der Käfig 34 weiterhin von der Kugelebene 8 nach links wandern. Verschiebt sich das Außenteil 12, das Innenteil 56 und der Käfig 34 dadurch, bei der Hälfte der Lebensdauer jeweils zum Beispiel um die Durchschnittswerte X mm, Y mm sowie Z mm, so verkleinert sich der Abstand des Mittelpunktes 1 zur Kugelebene 8 um (X + Z) mm, wobei der Abstand des Mittelpunktes 6 zur Kugelebene 8 sich um (Y + Z) mm vergrößert. Um die Symmetrie-Abweichung der Kugelebene 8 über die gesamte Lebensdauer zu minimieren, können diese Versatzwerte bei neuen Gelenken kompensiert werden. Zunächst wäre die Kugelebene 8, bedingt durch die Bestimmung der axialen Lage der Fensterflächen 71, um den Betrag Z mm links vom Mittelpunkt 3/4 der Zentrierflächen 3′ und 4′ zu versetzen, so daß bei der Halbzeit die Übereinstimmung der Kugelebene mit den Mittelpunkten 3/4 bzw. 0 erreicht wird. Ferner wäre die Breite der Abstützscheibe 50 so festzulegen, daß der Abstand 6-5 um (X + Z) mm kleiner als der Abstand 1-2 ist, so daß bei der Halbzeit der Lebensdauer die Abstände 0-6 bzw. 0-1, wie in Fig. 1 dargestellt, gleich werden.

Man kann aber auch nach einer gewissen Laufzeit durch die Breite einer neuen Abstützfläche 20 oder durch entsprechende Distanzscheiben 50a (s. Fig. 6) die Mittigkeit der Kugelebene 8 wieder herstellen bzw. optimieren.

Die Abstützscheibe 50 ist mit Ausnehmungen 501 versehen, welche den Bahnen 6′ etwa gegenüberstehen, um die Kugeln 70 bei großen Beugewinkeln, insbesondere beim Zusammenbau des Gelenkes nicht zu behindern. Um ein Verdrehen der Abstützscheibe 50, das durch Erschütterungen bei Wechsellasten durch das Verdrehen des Käfigs oder durch einseitige Reibmomente vorkommen kann, ist eine Verzahnung 502 vorgesehen. Die verzahnte Bohrung 562 des Innenteiles 56 ist für den Anschluß an einer verzahnten Welle (nicht gezeigt) dargestellt. Die Verlängerung dieser verzahnten Welle greift in die Verzahnung 502 ein, jedoch mit ausreichendem Radialspiel, um die radiale Beweglichkeit der Abstützscheibe 50 zum Innenteil 56 wirken zu lassen. Die Breite der Trennfuge 9 zwischen der Außenfläche 561 und der Zentrierfläche 4′ ist hier für grobe Toleranzen so bemessen, daß diese Flächen sich beim maximalen radialen Versatz des Innenteiles 56 zu der Abstützscheibe 50 nicht zu berühren brauchen. Diese Breite kann aber auch bei einer genaueren Herstellung oder geringerer Beanspruchung des Gelenkes normalen Spielverhältnissen, z. B. ein Tausendstel des Durchmessers entsprechen.

Bei einem Gelenk nach dem Stand der Technik wird das Innenteil mit seiner Außenfläche, welche als Zentrierfläche dient, unmittelbar in der inneren Zentrierfläche des Käfigs um den Gelenkmittelpunkt schwenkbar zentriert. In Anlehnung an die Kinematik der Ausführung von Fig. 1, so wird demnach beim Stand der Technik die Abstützscheibe 50 mit dem Innenteil 56 quasi einteilig ausgeführt, zumindest zum Innenteil radial unverschiebbar gehalten. Dadurch wird die radiale Position des Innen- zum Außenteil von den zwei übergelagerten Zentriersystemen überbestimmt, so daß beide Systeme gegeneinander wirkenden Zwangskräften und Lastkonzentrationen unterworfen sind.

In Fig. 1a wird das Gelenk nach Fig. 1 in gestreckter Lage mit einem Gelenk nach dem Stand der Technik bezüglich der Wirkung der Exzentrizitäten verglichen. Die gemeinsame Drehachse 22/33 der Zentrierflächen 2′ und 3′ ist um den angenommenen Betrag Vk von der gemeinsamen Drehachse 44/55 der Zentrierflächen 4′ und 5′ versetzt dargestellt. Vk entspricht somit dem Achsversatz der Zentrierflächen 3′ und 4′ zueinander. Die Mittelpunkte 1 und 6 sind jeweils mit einem angenommenen radialen Achsversatz Va und Vj zu der Drehachse 22 und 55 festgelegt und befinden sich jeweils in einer radialen Ebene A und J. Die Mittelpunkte 1 und 6 sind ferner gleich entfernt von der winkelhalbierenden Ebene 8h, so daß eine axiale Asymmetrie nicht gegeben ist. Die Zeichnungsebene entspricht einer Meridianebene. In den senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufenden Meridianebenen 11 und 66 können sich Bahnachsen von weiteren Bahnen befinden, z. B. bei einem 8-Kugel-Gelenk oder durch die Rotation.

Für eine zwangsfreie Übertragung eines Drehmomentes müßten sich die Bahnachsen aller korrespondierenden Bahnen auf einer Ebene, vorzugsweise auf der winkelhalbierenden Ebene 8h kreuzen. Durch den dargestellten Versatz der Mittelpunkte 1 und 6 kreuzen sich die in der Zeichnungsebene befindlichen Bahnachsen 10 und 60 zunächst jeweils in 7f und bilden eine schiefe Ebene 8f, dorthin wo sich die dazugehörigen Kugelmittelpunkte 7 bzw. die Kugelebene 8 begeben müßten. Die 90° versetzten, in den Meridianebenen 11 bzw. 66 befindlichen Bahnachsen kreuzen sich offensichtlich nicht. Wird das Gelenk mit Drehmoment belastet, so nähern sich die Meridianebenen 11 und 66 und zwingen die Drehachsen 22 und 33 sowie 44 und 55 auseinander, mit der Folge, daß die Radialspiele zwischen den Zentrierflächen 2′ und 3′ sowie zwischen 4′ und 5′ oberhalb der Drehachse GG (s. Fig. 1) zumindest teilweise - von der Höhe der Exzentrizitäten und Spiele abhängig - aufgebraucht werden. Die Normalkräfte erhöhen sich entsprechend. Die Bahnen 1′ und 6′, die Fensterflächen 71 sowie die Zentrierflächen 2′, 3′, 4′ und 5′ werden somit radial einseitig überlastet.

Durch die Möglichkeit der radialen Verschiebung zwischen dem Innenteil 56 und der Abstützscheibe 50 bzw. zwischen den Bahnen 6′ und der Zentrierfläche 5′ kann sich der Mittelpunkt 6 in der radialen Ebene J bewegen (zweidimensional) und begibt sich durch die Wirkung der Radialkräfte in 6g. Infolgedessen verschiebt sich die Meridianebene 66 in 66g, dabei werden die Versatzwerte Vj + Vk + Va ausgeglichen bzw. kompensiert. Die neuen Bahnachsen 60g kreuzen sich mit den Bahnachsen 10 des Außenteils jeweils in 7g. Die Kugelebene 8 ist mit der winkelhalbierenden Ebene 8h identisch.

In Fig. 1b wird das Gelenk nach Fig. 1 mit einem Gelenk nach dem Stand der Technik, jedoch in gebeugtem Zustand ebenfalls verglichen. Die Drehachse 55 der Zentrierfläche 5′ der Abstützscheibe 50 wird um die Hälfte des Beugewinkels B/2 im Uhrzeigersinn gebeugt, die Drehachse 22 der Zentrierfläche 2′ des Außenteiles 12 auch um B/2 in der Gegenrichtung. Es wird angenommen, zunächst zur Vereinfachung der Darstellung, daß die Zentrierflächen 3′ und 4′ des Käfigs 34 konzentrisch verlaufen. Somit wären die Drehachsen 33 und 44 der Zentrierflächen 3′ und 4′ identisch. Die Drehachsen 22 und 55 der Zentrierflächen 2′ und 5′ kreuzen sich mit der gemeinsamen Drehachse 33/44 bei 0 auf der winkelhalbierenden Ebene 8h. Der Mittelpunkt 1 und die Meridianebene 11 werden mit einem angenommenen Achsversatz Va zu der Drehachse 22 dargestellt, der Mittelpunkt 1 liegt auf der radialen Ebene A. Der Mittelpunkt 6 und die Meridianebene 66 werden mit einem angenommenen Achsversatz Vj zu der Drehachse 55 festgelegt, der Mittelpunkt 6 liegt auf der radialen Ebene J. Eine axiale Asymmetrie der Ebenen A und J ist nicht vorhanden. Die winkelhalbierende Ebene 8h ist zu den Ebenen A und J auch winkelhalbierend.

Ist eine radiale Verschiebung zwischen dem Mittelpunkt 6 der Bahnachsen 60 und der Drehachse 55 der Zentrierfläche 5′ nicht gegeben, so entsteht eine Überbestimmung im Gelenk. Die durch die versetzten Mittelpunkte 1 und 6 gezeichneten Bahnachsen 10 und 60 kreuzen sich jeweils in 7f und bilden eine schiefe Ebene 8f. Die Meridianebenen 11 und 66 kreuzen sich in 7m, dorthin wo sich die in diesen Meridianebenen 11 und 66 befindlichen Kugelmittelpunkte begeben sollten. Die Lage des Kreuzungspunktes 7m liegt sogar außerhalb der schiefen Ebene 8f, so daß eine mehrfache Verzerrung der Kugelebene 8 und die Überlastung des Gelenkes zustande kommt.

Durch die Möglichkeit der radialen Verschiebung zwischen dem Innenteil 560 und der Zentrierfläche 5′ kann sich der Mittelpunkt 6 in der radialen Ebene J verschieben (zweidimensional) und begibt sich durch die Wirkung der Radialkräfte in 6g, wobei - dank des Spiegelbildes der Ebene A zu J - sich die Mittelpunkte 1 und 6g auch gleich entfernt von der winkelhalbierenden Ebene 8h befinden. Der Versatz Vj wird direkt in der Ebene J ausgeglichen, der Versatz Va spiegelbildlich kompensiert. Die Bahnachsen 10 und 60g kreuzen sich jeweils nunmehr in 7g, so daß die Kugelebene 8 mit der homokinetischen bzw. winkelhalbierenden Ebene 8h identisch ist. Der versetzte Kreuzungspunkt 7n der Meridianebenen 11 und 66g liegt nunmehr auch auf der winkelhalbierenden Ebene 8.

Es ist von geringer Bedeutung, ob die Planfläche 560 des Innenteiles 56 sehr genau radial ausgeführt ist. Ein Planschlag führt zwar dazu, daß die Ebene J hin und her taumelt, mit der Folge, daß sich der Abstand des Mittelpunktes 6g zu der Kugelebene 8 verändert. Dies kann aber durch die Anordnung der Abstützscheibe 50 weitgehend korrigiert werden, wie nachstehend dargestellt.

In Fortsetzung der Fig. 1b dient die Fig. 1c dazu, die korrigierende Wirkung der Abstützscheibe auf axiale Symmetrieabweichungen der Kugelebene 8 eines Gelenk nach Fig. 1 in gebeugtem Zustand zu erläutern. Zum besseren Verständnis werden radiale Exzentrizitätsfehler außer acht gelassen - die Meridianebenen 11 und 66 sind mit den Drehachsen 22 und 55 der Zentrierflächen 2′ und 5′ jeweils identisch. Die Drehachsen 22 und 55 kreuzen sich mit der gemeinsamen Drehachse 33/44 der Zentrierfläche 3′ und 4′ in 0. Der Abstand der Mittelpunkte 1 vom Gelenkmittelpunkt 0 ist kleiner als der des Mittelpunktes 6.

Bei einem Gelenk nach dem Stand der Technik kreuzen sich die gezeichneten Bahnachsen 10 und 60 jeweils in 7f, wodurch sich eine schiefe Ebene 8f bildet. Eine Verkrampfung des Gelenkes wird dadurch hervorgerufen, ähnlich wie bei Radialfehlern. Bei dem Gelenk nach der vorliegenden Erfindung kann sich der Mittelpunkt 6 auf der Ebene J zweidimensional bewegen (hier zur Erläuterung nur in der Zeichnungsebene) und nimmt die Position 6g ein, um einer Zwangslage auszuweichen, wobei sich die Mittelpunkte 6g und 1 auf gleicher Höhe befinden. Die Bahnachsen 10 und 60g kreuzen sich jeweils in 7g, wodurch sich eine axial versetzte aber radial verlaufende und somit winkelhalbierende Ebene 8g bildet. Die verschobene Meridianebene 66g kreuzt sich mit der Meridianebene 11 in 7n, allerdings auf der Ebene 8g. Die Ebene 8g liegt im vorliegenden Fall auf der linken Seite der winkelhalbierenden Ebene 8h, so daß die jeweiligen Kugelmittelpunkte 7e der Kugeln 70 auf der winkelhalbierenden Ebene 8h einen gleichen Abstand zur Ebene 8g aufweisen und mit einem Drehspiel zu den korrespondierenden Bahnen 1′ und 6′ behaftet werden. Durch ein geringfügiges Drehmoment des Innen- 56 zum Außenteil 12 kommen alle Kugeln 70 zum Tragen.

In weiterer Fortsetzung der Fig. 1b dient die Fig. 1d dazu, den zusätzlichen Einfluß einer (radialen) Exzentrizität der Zentrierflächen 3′ und 4′ des Käfigs 34 separat zu durchleuchten, auch wenn diese in der Praxis in engen Grenzen kostengünstig einhaltbar ist. Die Drehachsen 33 und 44 sind mit einem Achsversatz Vk dargestellt. Die Drehachsen 22 und 33 kreuzen sich auf der winkelhalbierenden Ebene 8h in 2/3, die Drehachsen 44 und 55 in 4/5. Die Abstände 1-2/3 und 6-4/5 sind gleich. Die Meridianebene 11 und 66 sind jeweils mit den Drehachsen 22 und 55 identisch.

Bei einem Gelenk nach dem Stand der Technik kreuzen sich die gezeichneten Bahnachsen 10 und 60 jeweils in 7f, wobei sich die schiefe Ebene 8f bildet, wodurch die Überbestimmung der Zentrier- und Übertragungssysteme herausgefordert wird, zumal sich die Kreuzungspunkte 7m der in den Meridianebenen 11 bzw. 66 befindlichen Bahnachsen außerhalb der schiefen Ebene 8f befindet. Bei dem Gelenk nach der vorliegenden Erfindung kann sich die Meridianebene 66 mit dem Mittelpunkt 6 entlang der Ebene J bewegen und die Positionen 66g und 6g einnehmen, wobei die Mittelpunkte 6g und 1 auf gleicher Höhe stehen, jedoch mit einer Abstandsdifferenz zu der winkelhalbierenden Ebene 8h von F = Vk × tan B/2. Die von den Mittel­ punkten 1 und 6g gezeichneten Bahnachsen 10 und 60g kreuzen sich jeweils in 7g, wodurch sich eine radial verlaufende und somit winkelhalbierende Ebene 8g bildet. Auch hier liegen die Kreuzungspunkte 7n der in den Meridianebenen 11 und 66g befindlichen Bahnachsen auf der Ebene 8g. Die Ebene 8g liegt allerdings im vorliegenden Fall um einen Betrag von F/2 rechts der Kugelebene 8, so daß die Kugeln 70 mit ihren Kugelmittel­ punkten 7e in den Bahnen 1′ und 6′ jeweils mit einer Vorspannung behaftet werden. Durch ein geringfügiges Drehspiel zwischen den Bahnen 1′ und 6′ und den Kugeln 70 kann diese Vorspannung vermieden werden. Bei einem geringfügigen Drehmoment wird diese Vorspannung ohnehin aufgehoben. Das in der Fig. 2 gezeigte Gleichlauffestgelenk weist im Vergleich mit dem von Fig. 1 folgende unterschiedliche bzw. anders gelagerte Merkmale auf. Hier wird das Innenteil 56 mit seiner Zentrierfläche 5′ in der Zentrierfläche 4′ des Käfigs 34 um den Gelenkmittelpunkt 0 unmittelbar schwenkbar zentriert. Der Käfig 34 wird mit seiner Zentrierfläche 3′ in der Zentrierfläche 2′ der Abstützscheibe 20 um den Gelenkmittelpunkt 0 schwenkbar geführt, wobei die Abstützscheibe 20 mit ihrer Planfläche 200 mit der Planfläche 120 des am Außenteil 12 angebrachten Halterings 121 in Berührung steht und zu diesem radialschwimmend angeordnet ist. Der Haltering 121 ist am Außenteil 12 fixiert. Für die freie Beweglichkeit der Kugeln 70 ihren Bahnen 1′ entlang sind Ausnehmungen 201 in der Abstützscheibe 20 und 1211 im Haltering 121 vorgesehen. Die Abstützscheibe 20 und der Haltering 121 sind gegen Verdrehen zum Außenteil 12 gesichert (nicht gezeigt).

Beim gebeugten Gelenk der vorliegenden Ausführung wird die radiale Position der Übertragungsteile 12 und 56 zueinander durch eine Reihe von zusätzlichen Faktoren beeinflußt, im Vergleich zum Gelenk in gestreckter Lage. Zunächst bewegen sich die Kugeln 70 hin und her den Bahnen 1′ bzw. 6′ entlang und sind dadurch unterschiedlichen Ungenauigkeiten periodisch (pro Umdrehung) unterworfen. Ferner unterschiedlich ist der radiale Abstand der jeweiligen Kugeln 70 von der jeweiligen Drehachse des Außen- 12 bzw. des Innenteiles 56 sowie die örtliche Elastizität zumindest des Außenteiles 12, so daß ein Unterschied der Übertragungskräfte der einzelnen Kugeln 70 zustande kommt. Darüber hinaus kommt die Wirkung des Sekundärmomentes hinzu, das um die winkelhalbierende Achse erzeugt wird, wodurch diametral gegenüberliegende Kugeln schräg abseits der Zeichnungsebene unterschiedlich belastet werden.

Ein weiterer Faktor mit einer besonderen Wirkung ist der Verlauf der Bahnen 1′ und 6′, welche im vorliegenden Fall nicht vollständig kreisförmig ausgebildet sind, bzw. kreisförmige Strecken 1r bzw. 6r mit ihren Mittel­ punkten 1 bzw. 6 sowie geradlinige Strecken 1s bzw. 6s aufweisen. Die Neigung der Bahnstrecken 1s und 6s zu der Kugelebene 8 im Bereich der oberen Kugel 70 bzw. am oberen Totpunkt ist größer, als die der Bahnstrec­ ken 1r und 6r im Bereich der unteren Kugel 70 bzw. am unteren Totpunkt, so daß die Übertragungskräfte asymmetrisch aufgeteilt werden, wodurch die Exzentrizität des Außen- zum Innenteil zusätzlich beeinflußt wird.

Die radiale Position der Abstützscheibe 20 zum Innenteil 56 ist von den Exzentrizitäten der Zentrierfläche 5′ zum Innenteil 56 und der Zentrierfläche 3′ zu der Zentrierfläche 4′ des Käfigs 34 entlang der Kugelebene 8 abhängig und wird somit von der Höhe und Lage dieser Exzentrizitäten bestimmt.

Nach dieser Ausführung der Erfindung ist das Außenteil 12 und die Abstützscheibe 20 zueinander radialschwimmend angeordnet, so daß das Außenteil 12 als auch die Abstützscheibe 20 voneinander unabhängig die durch die jeweiligen Exzentrizitäten vorbestimmten Positionen weitestgehend einnehmen.

Die Zentrierfläche 3′ des Käfiges 34 hat einen allseitigen bzw. kreisförmigen Kontakt mit der Zentrierfläche 2′ der Abstützscheibe 20 dadurch, daß sich die Zentrierfläche 3′ in gestreckter Lage des Gelenkes auf beiden Seiten der Zentrierfläche 2′ um den halben maximalen Beugewinkel erstreckt.

Die ausgleichende Wirkung der Abstützscheibe 20 ist grundsätzlich vergleichbar mit der der Abstützscheibe 50 der Fig. 1. Fig. 2b soll dennoch die unterschiedliche Wirkung der nicht kreisförmigen Bahnverläufe aufzeigen. Die Drehachse 22 der Zentrierfläche 2′ der Abstützscheibe 20 kreuzt sich mit der Drehachse 55 der Zentrierfläche 5′ und der gemeinsamen Drehachse 33/44 der Zentrierfläche 3′ und 4′ auf der winkelhalbierenden Ebene 8h in 0. Die auf den Meridianebenen 11 und 66 liegenden Mittelpunkte 1 und 6 der Bahnstrecken 1r und 6r sind zu den Drehachsen 22 und 55 gegensätzlich versetzt dargestellt und befinden sich jeweils in der Radialebene A und J, welche zueinander, von der winkelhalbierenden Ebene 8h her gesehen, spiegelbildlich verlaufen. Von den Mittelpunkten 1 und 6 ausgehend, kreuzen sich die geraden Bahnachsenstrecken 10s und 60s und die kreisförmigen Bahnachsenstrecken 10r und 60r jeweils in 7sf und 7rf. Durch die unterschiedlichen Neigungen der Bahnachsenstrecken zueinander ist der Abstand des oberen Kreuzungspunktes 7sf von der winkelhalbierenden Ebene 8h kleiner, als der des unteren Kreuzungspunktes 7rf. Auch wenn sich der Mittelpunkt 7 der oberen Kugel 70 mit der Kugelebene 8 bis zum oberen Kreuzungspunkt 7sf gegen die Zentrierkräfte bis zur Ebene 8f herausschwenken ließe, so wäre der untere Mittelpunkt 7u noch weit entfernt von den Achsstrecken 10r und 60r, d. h. daß die untere Kugel 70 noch Spiel zu den Bahnstrecken 1r und 6r hätte, so daß die im Bereich des unteren Totpunktes befindlichen Kugeln 70 sehr leicht von der Drehmomentübertragung ausgeschlossen werden können.

Dies führt zu einer weiteren aber merklichen Herabsetzung der Übertragungsqualität des Gelenkes. Die Bahnachsen auf den Meridianebenen 11 und 66 kreuzen sich in 7m, ebenfalls weit entfernt von einer angepaßten Kugelebene.

Durch die relative radiale Bewegungsfreiheit des Außenteiles 12 zu der Abstützscheibe 20 wird der Nachteil der nicht kreisförmigen Bahnen ausgleichend kompensiert, auch unter Berücksichtung der unterschiedlichen radialen Komponenten der Übertragungskräfte. Der Mittelpunkt 1 verschiebt sich zu 1g, die Meridianebene 11 zu 11g. Die gezeichneten Bahnachsstrecken 60s und 10sg sowie 60r und 10rg kreuzen sich nunmehr jeweils in 7sg und 7rg und liegen auf der winkelhalbierenden Ebene 8h. Die 90° dazu versetzten Bahnachsen, welche in den Meridianebenen 11g und 66 liegen, kreuzen sich in 7n, ebenfalls auf der winkelhalbierenden Ebene 8h.

Zusammengefaßt, werden die negativen Einflüsse der radialen und/oder axialen Fehler durch ein an sich recht einfaches Teil weitgehendst behoben, unabhängig davon, ob es sich um Fertigungstoleranzen oder Verschleiß handelt, oder um Wirkungen von asymmetrischen Belastungen durch Bahnverläufe, Elastizitäten oder gar Sekundärmomente.

Die dadurch erzielbaren Leistungsvorteile sind erheblich und können in der praktischen Anwendung unterschiedlich ausgenützt werden. Zunächst sind weitgehend größere Toleranzen einsetzbar und somit die Reduzierung der Herstellkosten möglich. In Anlehnung an Fig. 2 gilt dies insbesondere für die Konzentrizität der Bahnen 1′ zu der Innenfläche 121 des Außenteiles 12 - wobei die Innenfläche 121 keine genaue Bearbeitung erfahren braucht - sowie der Bahnen 6′ zu der Zentrierfläche 5′ des Innenteiles 56. Bei den Gelenken nach dem Stand der Technik müssen diese Flächen mit einer sehr hohen Genauigkeit hergestellt bzw. in der Regel geschliffen werden, wobei das Schleifen zusätzliche geschliffene Bezugsflächen erforderlich macht.

Ferner ist eine Verbesserung der Übertragungskapazität in bezug auf das statische Drehmoment und die Gebrauchsdauer oder eine relevante Erhöhung des Beugewinkels in Dauerbetrieb möglich. Durch die Entkrampfung der Übertragung ist eine spürbare Verminderung des Mittelwertes, vor allem auch der Streubreite der Erwärmung gegeben, wodurch einfachere Schmiermittel und Faltenbälge verwendet werden können. Durch die geringe Wärmeentwicklung können die Gelenke auch problemloser in anderen Aggregraten eingebaut werden, z. B. in Kraftfahrzeug-Radlagern.

Des weiteren, durch die genauere Steuerung, verbessert sich die Funktionstüchtigkeit und die Laufruhe des Gelenkes erheblich, so daß ein erhöhter Fahrkomfort erzielt wird; und nicht zuletzt wird der Einsatz von Bahnen mit nichtkreisförmigen Strecken, wodurch u. a. die Erhöhung des maximalen Beugewinkels ermöglicht wird, ohne nennenswerte negative Wirkung auf die Gelenkleistung geboten.

Fig. 3 zeigt eine weitere Gelenkausführung nach der Erfindung, welche in Anlehnung an Fig. 1 folgende besonderen Merkmale aufweist. Hier wird das Innenteil 56 mit seiner Zentrierfläche 5′ in der Zentrierfläche 4′ des Käfigs 34 um den Gelenkmittelpunkt 0 unmittelbar schwenkbar gehalten. Das Außenteil 12 wird mit seiner Zentrierfläche 2′ über die Zentrierfläche 3′ der Abstützscheibe 30 um den Gelenkmittelpunkt 0 schwenkbar geführt, wobei die Abstützscheibe 30 mit ihrer Planfläche 300 mit der Planfläche 340 des Käfigs 34 in Berührung steht und zu diesem radialbeweglich ausgebildet ist.

Nach dieser Ausführung der Erfindung ist der Käfig 34 und die Abstützscheibe 30 zueinander radialschwimmend angeordnet, so daß ein Achsversatz der Außenfläche 341 zu der inneren Zentrierfläche 4′ des Käfigs 34 ausgeglichen wird. In gestreckter Lage des Gelenkes werden alle Versatzwerte ausgeglichen bzw. voll kompensiert. In gebeugtem Zustand werden die Achsversatzwerte zwischen den Bahnen 1′ und der Zentrierfläche 2′ des Außenteiles sowie zwischen den Bahnen 6′ und der Zentrierfläche 5′ des Innenteiles 56 vektoriell in Richtung der Planflächen 300/340 bzw. in Richtung der Kugelebene 8 kompensiert. Die Kugelebene 8 bleibt dabei winkelhalbierend.

Dieses wird in Fig. 3a bezogen auf das Gelenk in Fig. 3 dargestellt. Die Drehachsen 33 und 44 der Zentrierflächen 3′ der Abstützscheibe 30 und 4′ des Käfigs 34 sind um den angenommenen Betrag ihrer Exzentrizität Vk voneinander entfernt. Die Drehachsen 22 und 33 der Zentrierflächen 2′ und 3′ kreuzen sich in 2/3 auf der winkelhalbierenden Ebene 8h, die Drehachsen 44 und 55 (dicker dargestellt) der Zentrierflächen 4′ und 5′ kreuzen sich in 4/5 auf der winkelhalbierenden Ebene 8h ebenfalls.

Die Mittelpunkte 1 und 6 der Bahnen 1′ und 6′ befinden sich jeweils auf der Radialebene A und J. Die radiale Verschiebung zwischen der Abstützscheibe 30 und dem Käfig 34 bewirkt, daß sich der Mittelpunkt 1 gemeinsam mit den Drehachsen 22 und 33 in Richtung der Planflächen 300/340 bzw. in der radialen Ebene K (zweidimensional) versetzt und die Position 1g einnimmt. Die Mittelpunkte 1g und 6 lägen in etwa auf gleicher Höhe. Dabei wird der Versatz Vk ausgeglichen, die Versatzwerte Va und Vj werden vektoriell bzw. in Richtung der Ebene K kompensiert. In ähnlicher Weise wie bei der Fig. 1d geschildert, kommt auch hier eine Offset-Differenz F = (Oa - Oj) zustande, die etwa (Va + Vj) × sin B/2 entspricht und welche eine axiale Verschiebung der Kugelebene um F/2 verursacht.

Ein besonderer Vorteil des Gelenkes der Fig. 3 ist die Tatsache, daß die Abstützscheibe 30 keine Ausnehmungen und somit keine Einrichtung zur Begrenzung ihrer Verdrehung braucht, und zwar unabhängig von der Höhe des Beugewinkels.

Fig. 4 zeigt eine weitere Gelenkausführung, welche in Anlehnung an Fig. 1 folgende Unterschiede aufweist. Hier wird das Innenteil 56 mit seiner Zentrierfläche 5′ in der Zentrierfläche 4′ der Abstützscheibe 40 um den Gelenkmittelpunkt 0 schwenkbar geführt, wobei die Abstützscheibe 40 mit ihrer Planfläche 400 mit einer am Käfig 34 angebrachten Planfläche 349 in Berührung steht und zu diesem radialschwimmend angeordnet ist. Die weitere Funktionsbeschreibung und die besonderen Vorteile dieser Ausführung sind mit denen der Ausführung der Fig. 3 prinzipiell vergleichbar.

Fig. 5 zeigt eine Abstützscheibe 50 mit Ausnehmungen 501 sowie Stegen 510. Die konvexe Zentrierfläche 5′ ist kugelförmig ausgebildet. Um ein Verdrehen der Abstützscheibe 50 zu dem korrespondierenden Innenteil (nicht gezeigt) formschlüssig zu verhindern, sind zwei tiefer gesetzte Zähne 506 mit jeweils zwei Anschlagflächen 503 und 504 vorgesehen. Die Anschläge wirken mit entsprechenden am Innenteil befindlichen Gegenanschlägen (Nuten) mit einem allseitigen Spiel, damit die Abstützscheibe 50 trotz der Drehanschläge radialschwimmend bzw. radialbeweglich bleibt. Eine Distanzscheibe mit einer ähnlichen Kontur wie die Abstützscheibe 50 und aus einem geeigneten Material kann zwischen den Planflächen 500/560 (Fig. 1) eingefügt werden.

Fig. 6 zeigt eine Abstützscheibe 50 mit ihrer Planfläche 500, bei der die Zentrierfläche 5′ eine Schmiegung zu der korrespondierenden Zentrierfläche 4′ (gestrichelt dargestellt) aufweist, und zwar im Längs- und im Querschnitt. Die Zentrierfläche 5′ besteht aus mehreren Zentrierteilflächen 5k (eine pro Steg 510), welche jeweils kugelförmig ausgebildet sind, mit einem kleineren Radius Rk als der Radius Rz der Zentrierfläche 4′, so daß quasi mehrere Punktberührungen der Zentrierfläche 4′ mit den Zentrierteilflächen 5k zustande kommen. Das Durchgangsloch 505 wirkt mit einem kleineren am Innenteil 56 eingelassenen Stift (nicht gezeigt) zur Begrenzung der Verdrehung der Abstützscheibe zum Innenteil.

Die Abstützscheibe 50 kann aus verschiedenen Materialien, wie Gleitlagerwerkstoffe oder mit solchen beschichtet oder imprägniert werden. Eine Distanzscheibe 50a (gestrichelt dargestellt) kann auch zwischen der Planfläche 500 und 560 des Innenteils eingesetzt werden. Zwischen den Planflächen 500 und 560 (des Innenteiles) kann man ferner in entsprechenden Taschen Kugeln vorsehen, um eine reibungsarme Planwälzführung herzustellen. Beidseitig ausgeführte Taschen können dazu dienen, das Verdrehen der Abstützscheibe 50 zum Innenteil 56 zu verhindern.

Die Ausführung von Gelenken mit zwei Abstützscheiben, z. B. im Sinne der Fig. 1 und 2; oder 1 und 3; oder 2 und 4 ist an sich möglich, jedoch mit einem etwas erhöhten Aufwand. Die radiale Position des Käfigs beim gestreckten Gelenk ist formschlüssig unbestimmt.

Die Lehre dieser Erfindung ist anhand von Gleichlauffestgelenken mit in Meridianebenen befindlichen Bahnen erläutert worden. Gelenke mit nicht in Meridianebenen befindlichen Bahnen, z. B. mit spiralverlaufenden Bahnen können jedoch in ähnlicher Weise optimiert werden, wobei eine Abstützscheibe für eine Drehmomentrichtung wirksam ist.

Claims (17)

1. Gleichlauffestgelenk mit zwei Übertragungsteilen bestehend aus einem hohlen Außenteil (12), in dessen Innenfläche Bahnen ange­ bracht sind und mit einem im Außenteil befindlichen Innenteil (56), an dessen Außenfläche korrespondierende Bahnen vorgesehen sind, Kugeln (70), welche jeweils in einer Bahn des Außen- und des Innenteils (12, 56) zur Drehmomentübertragung aufgenommen sind, deren Kontaktpunkte zu den Bahnen der Übertragungsteile zumindest in einer Drehmomentrichtung und in der gestreckten Lage des Gelenkes auf einer Seite der Kugelebene liegen, einem in dem Raum zwischen den Übertragungsteilen (12, 56) befindlichen Käfig (34), welcher durch Fenster die Mittelpunkte der Kugeln (70) in einer Kugelebene hält und welcher zum Außen- und Innenteil (12, 56) über jeweils einen Mittelpunkt eines Zentrierflächenpaares (2′, 3′; 4′, 5′) schwenkbar angeordnet ist,
gekennzeichnet durch mindestens eine Abstützscheibe (50, 20, 30, 40) zur radial verschieblichen und axial begrenzenden Abstützung des Innen­ teils (56), des Außenteils (12) oder des Käfigs (34), welche eine der Zentrierflächen (5′, 2′, 3′, 4′) aufweist und in der korrespondierenden Zentrierfläche (4′, 3′, 2′, 5′) vom Käfig (34), Außenteil (12) oder Innenteil (56) zentriert aufgenommen ist, daß die Abstützscheibe (50, 20, 30, 40) mit dem abge­ stützten Gelenkteil mitschwenkt, und daß eines der Übertra­ gungsteile (Außenteil 12, Innenteil 56) vom Käfig (34) über eine Trennfuge (9) radial entkoppelt ist.

2. Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einer Zentrierfläche (5′) versehene Abstützscheibe (50) zwischen der inneren Zentrierfläche (4′) des Käfigs (34) und Planfläche (560) des Innenteils (56) zur axialen Abstützung des Innenteils (56) eingefügt ist, wobei das Innen­ teil (56) zur Abstützscheibe (50) im Bereich einer zwischen der inneren Zentrierfläche (4′) des Käfigs (34) und der Außen­ fläche (561) des Innenteils (56) vorgesehenen Trennfuge (9) radial verschieblich angeordnet ist (Fig. 1).

3. Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einer Zentrierfläche (2′) versehene Abstützscheibe (20) zwischen der äußeren Zentrierfläche (3′) des Käfigs (34) und einer dem Außenteil (12) zugeordneten Planfläche (120) zur axialen Abstützung des Außenteils (12) eingefügt ist, wobei das Außenteil (12) zur Abstützscheibe (20) im Bereich einer zwischen der äußeren Zentrierfläche (3′) des Käfigs (34) und der Innenfläche (125) des Außenteils (12) vorgesehenen Trenn­ fuge (9) radial verschieblich angeordnet ist (Fig. 2).

4. Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einer Zentrierfläche (3′) versehene Abstützscheibe (30) zwischen der inneren Zentrierfläche (2′) des Außenteils (12) und einer Planfläche (340) des Käfigs (34) zur axialen Abstützung des Käfigs (34) eingefügt ist, wobei der Käfig (34) des Käfigs (34) eingefügt ist, wobei der Käfig (34) zur Abstützscheibe (30) im Bereich einer zwischen der inneren Zentrierfläche (2′) des Außenteils (12) und der Außenfläche (341) des Käfigs (34) vorgesehenen Trennfuge (9) radial ver­ schieblich angeordnet ist (Fig. 3).

5. Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einer Zentrierfläche (4′) versehene Abstützscheibe (40) zwischen der äußeren Zentrierfläche (5′) des Innenteils (56) und einer dem Käfig (34) zugeordneten Planfläche (349) zur axialen Abstützungen des Käfigs (34) eingefügt ist, wobei der Käfig (34) zur Abstützscheibe (40) im Bereich einer zwischen der äußeren Zentrierfläche (5′) des Innenteils (56) und der Innenfläche des Käfigs (34) vorgesehenen Trennfuge (9) radial verschieblich angeordnet ist (Fig. 4).

6. Gleichlauffestgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Trennfuge (9) mindestens dem durch die Exzentrizitätstoleranzen hervorgerufenen Achsversatz der die Trennfuge bildenden Flächen entspricht.

7. Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mindestbreite der Trennfuge (9) in etwa dem maximal zu erwartenden radialen Versatz zwischen den die Trennfuge bildenden Teilen entspricht, unter Berücksichtigung des radialen Versatzes des Außenteils (12) zum Innenteil (56), durch die Symmetrieabweichung der Bahnen (1′ und 6′) zur Kugelebene (8) sowie durch die elastische Verformung der Gelenkteile (12, 34, 56) bei bebeugtem Gelenk.

8. Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützscheibe (50 bzw. 20) Ausnehmungen (501 bzw. 201) aufweist, welche den jeweiligen Bahnen (6′ bzw. 1′) des Innenteils (56) bzw. des Außenteils (12) gegenüberstehen, und daß vorzugsweise formschlüssige, radial verschiebliche Dreh­ anschläge (502, 503, 504, 505) zwischen der Abstützscheibe (50, 20) und dem Innenteil (56) bzw. Außenteil (12) vorgesehen sind.

9. Gleichlauffestgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierfläche (5′, 2′, 3′, 4′) der Abstützscheibe (50, 20, 30, 40) mit der korrespondierenden Zentrierfläche (4′, 3′, 2′, 5′) des jeweiligen Gelenkteiles eine Schmiegung in Längs- und/oder in Querrichtung aufweist.

10. Gleichlauffestgelenk nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützscheibe (50, 20, 30, 40) mit einer rost- bzw. reibungsreduzierenden Beschichtung versehen ist.

11. Gleichlauffestgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützscheibe (50, 20, 30, 40) aus einem Kunststoff mit guten Gleiteigenschaften besteht.

12. Gleichlauffestgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die mit der Abstützscheibe (50, 20, 30, 40) korrespon­ dierende Zentrierfläche (4′, 3′, 2′, 5′) auf beiden Seiten ihrer Berührungsstelle mit der Abstützscheibe um ein Bogenmaß von etwa der Hälfte des maximalen Beugewinkels des Gelenkes (B) erstreckt.

13. Gleichlauffestgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellage der Kugelebene (8) zu den Bahnen (1′ bzw. 6′) des Außen- bzw. des Innenteils (12 bzw. 56) bei der Halb­ zeit der Gebrauchsdauer des Gelenkes dadurch herstellbar ist, daß beim neuen Gelenk eine entsprechende negative Korrektur der relativen axialen Versatzbeträge der Gelenkteile durch die Brinellierung der Fensterflächen (71) sowie durch den Ver­ schleiß der Zentrier- und Planflächen (2′, 3′, 4′, 5′ und 500/560, 200/120, 300/340, 400, 349) berücksichtigt wird.

14. Gleichlauffestgelenk nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Abstützscheibe (50, 20, 30, 40) und der korrespondierenden Planfläche (560, 120, 340, 349) mindestens eine, vorzugsweise radialschwimmend angeordnete Distanzscheibe (50a) eingefügt ist.

15. Gleichlauffestgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnachsen (10 bzw. 60) des Außen- bzw. des Innenteils (12 bzw. 56) zumindest teilweise aus Strecken (10s, 60s) ausgebildet sind, deren Krümmungsmittelpunkte abseits der Drehachse (22 bzw. 55) des Außen- bzw. Innenteils (12 bzw. 56) liegen.

16. Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnen (1′ bzw. 6′) des Außen- bzw. des Innenteils (12 bzw. 56) hinterschnittfrei ausgebildet sind.

17. Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 3 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (125) des Außenteils (12) in Richtung der Abstützscheibe (20) hinterschnittfrei verläuft.