DE3819528C1 - - Google Patents

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DE3819528C1
DE3819528C1 DE3819528A DE3819528A DE3819528C1 DE 3819528 C1 DE3819528 C1 DE 3819528C1 DE 3819528 A DE3819528 A DE 3819528A DE 3819528 A DE3819528 A DE 3819528A DE 3819528 C1 DE3819528 C1 DE 3819528C1
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Peter Dipl.-Ing. 8752 Glattbach De Schwaerzler
Hans Dipl.-Ing. 6072 Dreieich De Wormsbaecher
Rudolf Dipl.-Ing. 6050 Offenbach De Beier
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GKN Driveline Deutschland GmbH
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Loehr & Bromkamp 6050 Offenbach De GmbH
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Description

Die Erfindung betrifft ein axial verschiebliches Gleich­ laufdrehgelenk mit drehmomentübertragenden Kugeln, die in einander zugeordneten Bahnen im inneren und äußeren Ge­ lenkkörper (die zumindest zum Teil achsparallele Mittel­ linien haben) geführt sind und in einem gesteuerten Käfig in einer Ebene gehalten und bei Beugung des Gelenks auf die winkelhalbierende Ebene geführt werden, der einen ersten sphärischen Flächenteil hat, der in gleitender Berührung mit einer innenzylindrischen Bohrung des Gelenk­ außenteils ist, und einen zweiten sphärischen Flächenteil hat, der in gleitender Berührung mit einer Gegenfläche des Gelenkinnenteils ist, deren jeweilige Krümmungsmittelpunk­ te gegenüber der durch die Kugelmitten definierten Gelenk­ mittelebene I entgegengesetzt axial versetzt sind, wobei der axiale Abstand O GS von der Käfigmittelebene I zu den Krümmungszentren der ersten Fläche des Käfigs größer ist als der axiale Abstand O KN von der Käfigmittelebene I zu den Krümmungszentren der zweiten Fläche des Käfigs.
Ein Gelenk der genannten Art ist aus der DE-PS 23 23 822 bekannt. Während bei üblichen Gelenken mit gleichmäßigem Abstand der Krümmungsmittelpunkt der Käfigsteuerflächen von der Gelenkmittelebene sich bei gebeugtem Gelenk unter Drehmomentbelastung die in gegeneinander geneigten Bahnen befindlichen Kugeln, d. h. insbsondere die in der durch die geneigten Achsen aufgespannten Ebene, einen Axialschub erfahren und die Neigung haben, sich in Richtung der sich öffnenden Bahnen zu verlagern und damit ihre Teilnahme an der Drehmomentübertragung zu verlieren, wird durch den genannten ungleichen Abstand der Krümmungsmittelpunkte der Steuerflächen von der Gelenkmittelebene erreicht, daß bei Beugung des Gelenks auf den Käfig ein Axialschub ausgeübt wird, der den bei Gelenkbeugung auf die Kugeln ausgeübten Verlagerungskräften entgegenwirkt. Dem Axialschub auf die einzelnen Kugeln durch die Bahnen wird somit durch ein Moment auf den Käfig in entgegengesetztem Sinne entgegen­ gewirkt, so daß die angestrebte Wirkung in günstiger Weise erreicht wird. Als Nachteil ist hierbei anzuführen, daß bei zu geringer Differenz der Mittelpunktabstände der Steuerflächen die Wirkung im Hauptarbeitsbereich bei klei­ nen Beugewinkeln zu gering ist und die Verluste an Dreh­ momentskapazität nicht überwunden werden, während bei großer Differenz der Mittelpunktabstände der Steuerflä­ chen die Wirkung bei großen Beugewinkeln ein Einklemmen der Kugeln verursacht und damit eine Beschränkung des Arbeitsbereiches des Gelenks erzwingt.
Daneben ist bei Gelenken der genannten Art aufgrund der freien axialen Verschieblichkeit damit zu rechnen, daß der Käfig sich auf eine seiner axialen Endstellungen ein­ stellt, wodurch der Abkopplungseffekt des Gelenkes gegen­ über von außen eingeleiteten Axialschwingungen beein­ trächtigt wird, der grundsätzlich aufgrund der leichten axialen Verschiebbarkeit möglich wäre.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun­ de, ein Gelenk der eingangs genannten Art derart weiterzu­ bilden, daß bei Beugung des Gelenkes unter Drehmomentbe­ lastung über einen großen Beugebereich ohne funktionelle Nachteile der genannten Kugelverlagerung wirkungsvoll entgegengewirkt wird, um die volle Drehmomentkapazität aller Kugeln gemeinsam ausnutzen zu können.
Die Lösung hierfür besteht darin, daß die erste Fläche des Käfigs aus zwei Abschnitten besteht, von denen der erste zur Käfigmittelebene I gelegene Abschnitt einen Kugelab­ schnitt bildet und der zweite zur Käfigstirnseite gelegene Abschnitt Rotationsradien R m hat, die jeweils kleiner sind als die eines Kugelabschnitts mit dem Radius R 1 und Mittelpunkt M 1 wie der erste Abschnitt. Damit wird das der in Folge des unterschiedlichen Mittenversatzes an sich mit zunehmender Gelenkbeugung steigende Moment auf den Käfig bei zunehmenden Beugewinkeln abgeschwächt, um ein Einklemmen der Kugeln bei großer Beugung zu verhindern.
Um den eingangs genannten Nachteil einer undefinierten Axialstellung des Käfigs zu überwinden, sind nach einer günstigen Weiterbildung Mittel zum Zentrieren des Käfigs gegenüber den Gelenkteilen vorgesehen, wobei entweder die Zentrierung gegenüber einem der Gelenkteile erfolgt oder der Käfig in an sich bekannter Weise auf den halben Ver­ schiebeweg geführt wird.
Eine erste Ausführung sieht hierbei Federelemente vor, mit denen sich der Käfig in beiden Richtungen gegenüber einem der Gelenkteile, insbesondere dem Gelenkinnenteil abstützt.
Nach einer zweiten Ausführung wird vorgeschlagen, daß zumindest ein Teil der Kugelbahnen in einem der Gelenk­ teile nach außen mit abnehmender Tiefe auszubilden ist.
Daneben können die Bahnmittellinien einander zugeordneter Bahnen im Gelenkinnenteil und Gelenkaußenteil in Axial­ schnitten liegen und einander bei entgegengesetztem gleich großem Winkel zur Längsachse schneiden. Dies gilt für gerade Bahnen, sinngemäß jedoch auch für gekrümmte Bahnen, wobei die Tangenten an einander zugeordnete Bahnpunkte betrachtet sind.
Weiter können die Bahnmittellinien einander zugeordneter Bahnen in achsparallenen Ebenen (Tangentialebenen) liegen und entgegengesetzte gleich große Winkel mit Parallelen zur Längsachse bilden.
Die zweite Fläche am Käfig, die gegenüber einer Fläche des inneren Gelenkkörpers gleitet, ist nach einer ersten Bau­ form innenkugelig ausgestaltet und gleitet auf einer komplementären außenkugeligen Fläche eines ringförmigen Zwischenkörpers, der seinerseits mit einer Innenbohrung auf einem Zapfenansatz am Gelenkinnenteil gleitet.
Nach einer zweiten Bauform ist am Gelenkinnenteil ein kugeliger Zapfen angeordnet, der in einer zylindrischen Innenbohrung des Gelenkinnenteils abwinkelbar und axial verschiebbar gehalten ist.
Der Kugelzapfen kann hierbei zugleich einen Axialanschlag mit einer zentralen Kalottenfläche im Gelenkinnenteil bilden. Ein in Gegenrichtung wirkender Axialanschlag wird durch umfangsverteilte Kugelflächenabschnitte am Käfig erzielt, die an einzelnen nach innen greifenden Nasen am Käfig ausgebildet sind. Diese umfassen das Gelenkinnenteil und können in gegenüber dem Gelenkinnenteil verdrehter Stellung zu Montagezwecken durch die Bahnen hindurchge­ führt werden.
Nach einer besonders günstigen Ausführungsform wird der Käfig als Blechkonstruktion von im wesentlichen gleich­ bleibender Wandstärke hergestellt. Hierbei ist eine hinterschnittfreie Formgebung möglich. Zur sicheren Füh­ rung der Kugeln in den Käfigfenstern sind hierbei umfangs­ verteilt radiale Einprägungen vorzunehmen, so daß die Wandmitte etwa mit der Kugelmitte bei gestrecktem Gelenk übereinstimmt. Nach einer Weiterbildung dieser Konstruk­ tion aus Blech kann die innenkugelige Fläche zur Führung des Zwischenkörpers sich aus einzelnen Abschnitten zusam­ mensetzen, die in den Stirnflächen abwechselnd ausgeboge­ ner radialer Zungen im Boden des Käfigs gebildet sind.
Bei einer außenkugeligen zweiten Fläche kann im Boden des Käfigs eine zylindrische Einziehung vorgesehen sein, in der umfangsverteilte radiale Ausprägungen die erforder­ lichen Kugelabschnitte bilden.
Nach einem besonderen Merkmal sind in dem im wesentlichen einseitig geschlossenen Käfig im Bereich seines Bodens Löcher angebracht, die Schmiermittel zu inneren Gleit­ fläche des Käfigs mit dem Gelenkinnenteil zutreten lassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Käfig mit einer innenkugeligen zweiten Gleitfläche.
Fig. 2 zeigt einen Käfig mit einer außenkugeligen zweiten Gleitfläche.
Fig. 3 zeigt einen Käfig mit einer Blechkonstruktion gleichmäßiger Wandstärke.
In Fig. 1 ist im Längsschnitt ein Gelenkaußenteil 1 und ein Gelenkinnenteil 2 erkennbar, die jeweils achsparallele Bahnen 3, 4 aufweisen, in denen drehmomentübertragende Kugeln 5 geführt sind. Diese werden von einem Käfig 6 bei gestrecktem Gelenk in der Gelenkmittelebene I gehalten und bei Gelenkbeugung auf die winkelhalbierende Ebene geführt. Hierzu dient eine erste sphärische Fläche 7, die mit einer innenzylindrischen Bohrung 8 des Gelenkaußenteils 1 in Kontakt ist, und eine zweite sphärische Fläche 9, die mit einer außenkugeligen Fläche 10 am Gelenkinnenteil 2 im Eingriff ist. Letztere Fläche ist an einem Zwischenelement 11 ausgeführt, das auf einem zylindrischen Zapfenansatz 12 am Gelenkinnenteil 2 axial verschiebbar ist. Hierbei stützt es sich mit Schraubenfedern 13, 14 gegenüber einer Anschlagfläche 15 bzw. einem Sprengring 16 axial ab. Die Mittelpunkte M 1, M 2 der ersten sphärischen Fläche und der Mittelpunkt M 3 der zweiten sphärischen Fläche liegen in gegenüber der Gelenkmittelebene I axial entgegengesetzt versetzten Ebenen GS und KN, die von der Gelenkmittelebene I unterschiedlichen Abstand haben. Hierbei ist die äußere sphärische Fläche 7 aus einem zur Gelenkmittelebene hin gerichteten Flächenteil, dessen Krümmungsmittelpunkt M 1 auf der Gelenkachse Ax liegt, und einen zur Gelenkaußen­ seite gerichteten Flächenteil, dessen jeweiliger Krüm­ mungsmittelpunkt M 1 außerachsig zur Fläche hin versetzt ist, zusammengesetzt, die sich in der Ebene GS aneinander anschließen. Der einheitliche Krümmungsmittelpunkt M 3 der zweiten sphärischen Fläche 9 liegt auf der Längsachse AX. Die jeweils zugehörigen Krümmungsradien sind mit R 1, R 2 und R 3 bezeichnet. Der einen Halbtorus bildende Käfig ist vorzugsweise hinterschnittfrei ausgestaltet. In seinem Krümmungsbereich sind Öffnungen 24 vorgesehen, durch die Schmiermittel zur Führung des Zwischenkörpers 10 auf dem Zapfen 13 hinzutreten kann.
In der Fig. 2 sind ähnlich wie in Fig. 1 ein Gelenkaußen­ teil 1 und ein Gelenkinnenteil 2 mit jeweils achsparallel verlaufenden Kugelbahnen 3 und 4 dargestellt, in denen Kugeln 5 längsverschieblich geführt sind. Diese sind in einem gegenüber Fig. 1 abweichend gestalteten Käfig 6 gehalten, der wiederum eine erste sphärische Fläche 7 aufweist, die in einer innenzylindrischen Bohrung 8 des Gelenkaußenteils 1 geführt ist, und der eine zweite sphärische Fläche 17 aufweist, die an einem Kugelzapfen 25 am Käfig 6 ausgebildet ist und die in einer innenzylin­ drischen Bohrung 18 am Gelenkinnenteil 2 geführt ist. Die Kugelfläche 17 kommt mit einer Kugelkalotte 19 zum axialen Anschlag, wobei im Übergang zur Zylinderfläche 18 ein Einstich 20 vorgesehen ist. Eine zweite durch die Bahnen 4 unterbrochene kugelige Fläche 21 am Gelenkinnenteil 2 wirkt mit innenkugeligen Flächenabschnitten 22 am Käfig 6 als axialer Anschlag in Gegenrichtung zusammen, die an nach innen eingezogenen Nasen 23 ausgebildet sind, mit denen der Käfig in nicht-hinterschnittfreier Form das Gelenkinnenteil 2 umfaßt. Es sind wiederum Öffnungen 24 im Bodenbereich des Käfigs vorgesehen, durch die Schmier­ mittel an die Führung zwischen Kugel 17 und Bohrung 18 hinzutreten kann. Die erste sphärische Fläche hat ihre Krümmungsmittelpunkte M 1, M 2 wiederum in einer gegen­ über der Gelenkmittelebene I in eine erste Richtung ver­ setzten Ebene GS, während der Kugelzapfen seinen Krüm­ mungsmittelpunkt M 3 in einer zweiten gegenüber der Ge­ lenkmittelebene I um einen geringeren Abstand versetzten Ebene KN hat. Die Krümmungsradien sind mit R 1, R 2 und R 3 bezeichnet. Die kugelige Anschlagfläche 21 ebenso wie die entsprechende Gegenfläche 22 haben jeweils sich ent­ sprechende Krümmungsradien R 4, während dem Kugelzapfen die Fläche 19 mit dem identischen Krümmungsradius R 3 gegenüberliegt. In Fig. 3 ist ein Käfig 6 im Längs- und Querschnitt dargestellt, der aus Blech gleichmäßiger Wand­ stärke besteht und im wesentlichen hinterschnittfrei ist. Umfangsverteilte radiale Einprägungen 26 dienen zur Dar­ stellung einer Kugelführungsfläche 27, die den gleichen Axialabstand wie die Führungsfläche 28 im Käfigfenster 29 hat. Zur Führung eines Zwischenkörpers sind Zungen 30, 31 in entgegengesetzten Richtungen ausgebogen, die von anein­ ander jeweils durch Schlitze 32 mit Entlastungsbohrungen 33 getrennt sind. Einander gegenüberliegend sind kürzere Zungen 34 vorgesehen, damit der außenkugelige Zwischenkör­ per in um 90° gedrehter Stellung eingeführt werden kann.

Claims (16)

1. Axial verschiebliches Gleichlaufdrehgelenk mit dreh­ momentübertragenden Kugeln, die in Bahnen mit achs­ parallelen Mittellinien im inneren und äußeren Gelenk­ körper geführt sind und in einem gesteuerten Käfig in einer Ebene gehalten und bei Beugung des Gelenks auf die winkelhalbierende Ebene geführt werden, der eine erste sphärische rotationssymmetrisch räumlich ge­ krümmte Fläche hat, die in gleitender Berührung mit einer innenzylindrischen Bohrung des Gelenkaußenteils ist, und einer zweite rotationssymmetrisch räumlich gekrümmte Fläche hat, die in gleitender Berührung mit einer Gegenfläche des Gelenkinnenteils ist, deren jeweilige Krümmungszentren gegenüber der durch die Kugelmitten definierten Käfigmittelebene entgegenge­ setzt axial versetzt sind wobei der axiale Abstand (O GS ) von der Käfigmittelebene (I) zu den Krümmungs­ zentren der ersten Fläche des Käfigs größer ist als der axiale Abstand (O KN ) von der Käfigmittelebene (I) zu den Krümmungszentren der zweiten Fläche des Käfigs, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fläche (7) des Käfigs (6) aus zwei Ab­ schnitten besteht, von denen der erste zur Käfig­ mittelebene (I) gelegene Abschnitt (7 1) einen Kugel­ abschnitt bildet und der zweite zur Käfigstirnseite gelegene Abschnitt (7 2) Rotationsradien (R m ) hat, die jeweils kleiner sind als die eines gedachten Kugelabschnitts mit dem gleichen Radius (R 1) und Mittelpunkt (M 1) wie der erste Abschnitt.
2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt (7 2) der ersten Fläche (7) im Längsschnitt konstante Krümmungsradien (R 2) hat, deren Mittelpunkte (M 2) den gleichen axialen Abstand von der Käfigmittelebene wie der Mittelpunkt (M 1) des ersten Abschnitts der ersten Fläche haben.
3. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt (7 1) der ersten Fläche (7) bis zur achsnormalen Ebene (GS) reicht, in der sein Rotationsradius (R n ) dem Krümmungsradius (R 1) gleich ist und daß sich der zweite Abschnitt (7 2) in dieser Ebene (GS) stetig an den ersten anschließt.
4. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Fläche (9) kugelkalottenförmig ist und daß die Gegenfläche der zweiten Fläche als außen­ kugelige Fläche (10) an einem Zwischenkörper (11) ausgebildet ist, der auf einem achsparallelen Zapfen­ ansatz (12) am Gelenkinnenteil (2) axialverschieblich gehalten ist (Fig. 1).
5. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Fläche (17) außenkugelig ist und daß die Gegenfläche der zweiten Fläche als innenzylin­ drische Fläche (18) im Gelenkinnenteil (2) ausgebildet ist, in der die zweite Fläche (17) axialverschieblich geführt ist (Fig. 2).
6. Gelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die außenkugelige Fläche (10) des Zwischenkörpers (11) zum Einführen in den Käfig sich gegenüberliegende Abflachungen aufweist.
7. Gelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kalottenförmige Fläche (9) des Käfigs (6) zum Einführen des Zwischenkörpers sich gegenüberliegende Ausnehmungen aufweist.
8. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (6) sich - insbesondere über den Zwi­ schenkörper (11) - zur Rückführung des Käfigs auf eine Mittelstellung am Gelenkinnenteil (2) in beiden Rich­ tungen federnd abstützt.
9. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelbahnen (3, 4) im inneren oder äußeren Gelenkteil (1, 2) zur Rückführung des Käfigs auf eine Mittelstellung zum jeweiligen Gelenkteil zumindest zum Teil eine nach außen abnehmende Tiefe haben.
10. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinien zumindest eines Teils einander zugeordneter Bahnen (3, 4) im inneren und äußeren Gelenkteil (1, 2) zur Führung des Käfigs (6) auf den halben axialen Verschiebeweg in Abwicklung entgegenge­ setzte gleich große Winkel zur Längsrichtung bilden.
11. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinien zumindest eines Teils einander zugeordneter Bahnen (3, 4) im inneren und äußeren Gelenkteil (1, 2) zur Führung des Käfigs (6) auf den halben axialen Verschiebeweg in Längsschnitten entge­ gengesetzte gleich große Winkel mit der Achse bilden.
12. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinien zumindest eines Teils einander zugeordneter Bahnen (3, 4) im inneren und äußeren Gelenkteil (1, 2) zur Führung des Käfigs (6) auf den halben Verschiebeweg in Längsschnitten gekrümmte, zueinander zur Gelenkmittelebene spiegelsymmetrische Kurven bilden.
13. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß einander entsprechende Kugelabschnittsflächen (17, 19; 21, 22) als Axialanschläge zwischen Käfig (6) und Gelenkinnenteil (2) vorgesehen sind, die an jedem der Teile in die gleiche Richtung weisen, wobei der Käfig (6) auf einer Seite das Gelenkinnenteil (2) mit einer Einziehung (23) umschließt und auf der anderen Seite mit einem zentralen Zapfen (25) in diesen hineinragt.
14. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (6) als im wesentlichen hinterschnitt­ freier Blechkörper konstanter Wanddicke ausgeführt ist, der jeweils im Bereich der Kugeln umfangsverteil­ te Einprägungen (26) der Wandung bis zur Kugelmitte aufweist.
15. Gelenk nach Anspruch 4, oder nach Anspruch 4 und einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (6) als Blechkörper konstanter Wanddicke ausgeführt ist, in dessen Boden entgegengesetzt ausge­ bogene radiale Zungen (30, 31) vorgesehen sind, deren Stirnseiten Abschnitte der kugelkalottenförmigen zweiten Flä­ che (9) bilden.
16. Gelenk nach Anspruch 5 oder nach Anspruch 5 oder einem der Ansprüche 6 und 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (6) als Blechkörper konstanter Wanddicke ausgeführt ist, an dessen Boden ein Zylinderabschnitt eingezogen ist, der zumindest umfangsverteilte Ausprä­ gungen zur Bildung der außenkugeligen zweiten Fläche (17) aufweist.
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