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Die vorliegende Erfindung betrifft eine flexible Haube für
Universalgelenke, wie ein Konstantgeschwindigkeitsgelenk, das bei einer
Antriebswelle eines Kraftfahrzeugs verwendet wird, und dergleichen.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
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Ein konventionelles Konstantgeschwindigkeitsgelenk umfaßt, wie in
Figur 9 gezeigt ist, einen an einem Ende eines ersten Schafts 6 befestigten
inneren Ring 10, einen an einem Ende eines zweiten Schafts 9 ausgebildeten
äußeren Ring 5, und eine flexible Haube 1, die einen Balgteil 4 hat und an
ihren beiden Enden an dem äußeren Ring 5 bzw. dem ersten Schaft
befestigt ist. Die flexible Haube 1 dient dazu, abdichtend darin Fett zu
enthalten, das als Schmiermittel für das Konstantgeschwindigkeitsgelenk
verwendet wird, und zu verhindern, daß Fremdstoffe derart, wie Staub und
Wasser, in das Gelenk eindringen. Der Balgteil 4 der flexiblen Haube ,
kann der Bewegung des Gelenks durch Ausdehnen und Zusammenziehen von
Bergen und Tälern des Balgteils 4 selbst dann folgen, wenn der erste
Schaft unter einem gewissen Betriebswinkel mit Bezug auf den zweiten
Schaft geneigt wird. Zu diesem Zweck sind die Berge und Täler des
Balgteils so konfiguriert, daß sie glatt gekrümmt gebogene Teile zum Verteilen
der darauf angewandten Beanspruchung haben, und der Balgteil 4 ist aus
einem Material hergestellt, das hohe Elastizität und eine gute
Widerstandsfähigkeit gegen Ermüdung aufgrund der Ausdehnung und Zusammenziehung
desselben hat, derart, wie Gummi und Harz.
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In dem oben erwähnten konventionellen
Konstantgeschwindigkeitsgelenk jedoch war ein Problem dahingehend vorhanden, daß die Täler 4a des
Balgteils 4 in einer kurzen Zeit beschädigt wurden, wenn das Gelenk oft
bei dem großen Betriebswinkel zwischen dem ersten und zweiten Schaft
betrieben wurde, und zwar selbst dann, wenn der Balgteil der flexiblen
Haube aus dem Material hergestellt war, welches die gute
Widerstandsfähigkeit gegen Ermüdung aufgrund der Ausdehnung und Zusammenziehung
desselben hat.
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Spezieller ist es, wie in Fig. 9 gezeigt, so, daß dann, wenn das
Konstantgeschwindigkeitsgelenk bei dein großen Betriebswinkel betrieben
wird (d. h., wenn der erste Schaft 6 in großem Maße mit Bezug auf den
zweiten Schaft 9 geneigt ist, wie dargestellt), die Täler 4a des Balgteils
auf der in hohem Maße geneigten Seite des Schafts 6 zwischen einer
Endoberfläche 5a des äußeren Rings 5 des zweiten Schafts 9 und einer äußeren
Oberfläche des ersten Schafts 6 zusammengedrückt werden, mit dem
Ergebnis, daß einige der Täler 4a ihre glatt gekrümmte Konfiguration nicht
aufrechterhalten können, so daß scharfe Falten an den Positionen B in den
Tälern 4a erzeugt werden. Aufgrund eines derart gefalteten Teils B wird
der Zustand in dem gefalteten Teil erzeugt, welcher die elastische Grenze
des Materials des Balgs übersteigt (d . h. der Zustand, welche den
molekularen Aufbau in dem Material ändert), wie in dem Fall, in welchem, wenn
eine Gummiplatte scharf gefaltet wird, eine gefaltete Markierung in dem
gefalteten Teil erzeugt wird. Wenn die gefalteten Teile B aufgrund der
Änderung in dem Betriebswinkel (d. h. der Änderung in der Neigung des
ersten Schafts mit Bezug auf den zweiten Schaft) plötzlich ausgedehnt
werden, wird der molekulare Aufbau in dem Material des Balgteils zerstört.
Demgemäß werden die Täler des Balgteils der konventionellen flexiblen
Haube durch wiederholtes Falten und Ausdehnen des Balgteils frühzeitig
zerstört. Insgesamt wird in der konventionellen flexiblen Haube die
Gebrauchslebensdauer der flexiblen Haube, wenn die Täler des Balgteils der
flexiblen Haube scharf gefaltet werden, bemerkenswert oder extrem
vermindert.
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Ein Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine flexible Haube
für Universalgelenke, derart, wie ein Konstantgeschwindigkeitsgelenk, zur
Verfügung zu stellen, welche das oben erwähnte Problem der
konventionellen flexiblen Haube lösen kann.
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GB-A-1 336 129, worauf der Stand-der-Technik-Teil des Anspruchs 1
basiert, offenbart einen Balg, in welchem ein Zusammenschnürungsdraht in
den Tälern zwischen aufeinanderfolgenden Faltungen des Balgs vorgesehen
ist, um so eine unangemessene radiale Ausdehnung des Balgs aufgrund von
Zentrifugalkräften zu verhindern, die radial nach auswärts als ein Ergebnis
des Gewichts von Schmiermittel wirken, welches innerhalb des Balgs
enthalten ist. Die vorliegende Erfindung verwendet, anstatt einen solchen
Zusammenschnürungsdraht zu haben, einen elastischen Ring, welcher keinen
größeren Widerstand gegen radiale Deformation hat, als das Material des
Balgs selbst, so daß er sich Änderungen in der Querschnittsform des Balgs
eng anpaßt und seine Position in dem Boden des Tals zwischen
aufeinanderfolgenden
Faltungen aufrechterhält, so daß er als eine Sperre wirkt, die
das Auftreten irgendeiner scharfen Faltung oder Faltlinie in dem Tal auf
der zusammengedrückten Seite des Balgs verhindert, wenn der Balg auf
einem Universalgelenk verwendet wird, das eine wesentliche Differenz in der
Winkligkeit zwischen den Drehachsen der beiden Teile des Gelenks hat.
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In der vorliegenden Erfindung kann, da die flexible Haube mit dem
elastischen Halterring versehen ist, der in engem Kontakt mit der äußeren
Oberfläche des Tals ist, das Tal selbst dann, wenn die flexible Haube bei
dem großen Betriebswinkel betrieben wird, glatt um den elastischen
Halterring gebogen werden. Weiter wird, selbst wenn das Tal der flexiblen Haube
zwischen der Endoberfläche des äußeren Rings des zweiten Schafts und der
Oberfläche des ersten Schafts zusammengedrückt wird, das Tal glatt um
den elastischen Halterring gebogen, da der elastische Halterring in engem
Kontakt mit der äußeren Oberfläche des Tals gehalten wird, so daß auf
diese Weise das scharfe Falten des Tals der flexiblen Haube verhindert
wird.
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Fig. 1 ist eine Teilschnittansicht eines
Konstantgeschwindigkeitsgelenks, welches eine flexible Haube gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung hat;
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Fig. 2 ist eine Teilschnittansicht des
Konstantgeschwindigkeitsgelenks der Fig. 1, welche das Gelenk in einem großen Betriebswinkel zeigt;
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Fig. 3 ist eine Schnittansicht der flexiblen Haube, ausgeführt
längs der Linie III-III der Fig. 2;
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Fig. 4 bis 8 zeigen Beispiele von elastischen Halterringen, die
bei der Erfindung anwendbar sind; und
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Fig. 9 ist eine Teilschnittansicht eines konventionellen
Konstantgeschwindigkeitsgelenks.
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 ist eine Teilschnittansicht eines
Konstantgeschwindigkeitsgelenks, das eine flexible Haube gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
hat, und Fig. 2 zeigt das Gelenk der Fig. 1, worin das Gelenk in einem
großen Betriebswinkel ist.
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Das Konstantgeschwindigkeitsgelenk umfaßt einen Gelenkkörper 12,
der einen inneren Ring 10 hat, welcher an einem Ende eines ersten Schafts
6 befestigt ist, und einen äußeren Ring 5, der auf einem Ende eines
zweiten Schafts 9 vorgesehen ist, und eine flexible Haube 1, die einen Balgteil
4
hat, der Täler 4a aufweist. Die Täler sind durch Einbuchtungsteile
begrenzt, welche aufeinanderfolgende Faltungen des Balgs verbinden und,
gesehen im Längsschnitt des Balgs, gekrümmt sind. Beide Enden 2 und 3
der flexiblen Haube 1 sind an dem äußeren Ring 5 und dem ersten 6 mittels
ringförmiger Befestigungsbänder 11 bzw. 11a befestigt. Zwischen dem
inneren Ring 10 und dem äußeren Ring 5 ist eine Kugel 8 zum Übertragen von
Drehung von dem einem Schaft zu dem anderen angeordnet. Weiter ist
innerhalb der flexiblen Haube 1 ein Verschluß oder ein geschlossener Raum
13 für das Aufnehmen von Fett zur Schmierung des Gelenkkörpers 12
begrenzt.
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Wenigstens eines (zwei in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform)
der Täler 4a des Balgteils 4 der flexiblen Haube 1 ist mit einem
entsprechenden elastischen Halterring 7 versehen, welcher eine äußere
Umfangsoberfläche des Tals eng oder straff kontaktiert, um eine scharfe Faltung
des Tals zu verhindern.
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In dem in Fig. 2 gezeigten Zustand werden die Täler 4a des
Balgteils 4 zwischen einer Endoberfläche 5a des äußeren Rings 5 und der
Oberfläche des ersten Schafts 6 zusammengedrückt. Da die elastischen
Halterringe 7 eng auf den äußeren Umfangsoberflächen der entsprechenden Täler
4a des Balgteils angeordnet sind, werden jedoch die Täler 4a glatt um die
entsprechenden elastischen Halterringe 7 gebogen.
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Wenn das Konstantgeschwindigkeitsgelenk in dem großen
Betriebswinkel ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird die gedehnte Seite der flexiblen
Haube 1 (es wird auf die Seite 4b des Balgs in Fig. 1 Bezug genommen)
Zugbeanspruchung unterworfen. Demgemäß kann in dem in Fig. 2
gezeigten Zustand eine Querschnittskonfiguration jedes Tals 4a in wahrer
Kreisform nicht aufrechterhalten werden, sondern sie weist eine ovale Form auf,
wie in Fig. 3 gezeigt ist, welche eine Schnittansicht, ausgeführt längs der
Linie 111-111 der Fig. 2, ist. Demgemäß wird es bevorzugt, daß, ebensogut
wie die Steifigkeit oder Unnachgiebigkeit gegen radiale Deformation des
elastischen Halterrings 7 gleich der oder geringer als die Steifigkeit gegen
radiale Deformation des Balgteils 4 ist, der innere Durchmesser des
elastischen Halterrings 7, wenn er entspannt ist, kleiner als ein äußerer
Durchmesser des entsprechenden Tals 4a des Balgteils ist. Bei diesem Aufbau
kann der entsprechende elastische Halterring 7, wenn die
Querschnittskonfiguration des Tals Ia des Balgs durch radiale Deformation von
aufeinanderfolgenden Umfangsteilen des Balgs verändert wird, der veränderten
Konfiguration des Tals folgen, so daß der elastische Halterring stets in
engem Kontakt mit der äußeren Umfangsoberfläche des entsprechenden Tals 4a
des Balgteils um den gesamten Umfang des Balgs ist. Weiter ist, da der
elastische Halterring 7 in engem Eingriff mit dem entsprechenden Tal und
nicht steifer als der Balg ist, keine Relativbewegung zwischen dem
elastischen Halterring und dem entsprechenden Tal vorhanden; demgemäß ist
keine Abscheuerung oder Abnutzung des elastischen Halterrings und des
Tals des Balgteils vorhanden.
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Es sei auf Fig. 4 Bezug genommen, wo ein Beispiel des elastischen
Halterrings 7 in einer Teilquerschnittsansicht veranschaulicht ist. Es wird
bevorzugt, daß der elastische Halterring 7 eine glatt gekrümmte innere
Oberfläche hat, welche in Eingriff mit der äußeren Umfangsoberfläche des
entsprechenden Tals 4a des Balgteils ist. In Fig. 4 kann eine Dimension
einer Krümmung R der glatt gekrümmten inneren Oberfläche des elastischen
Halterrings 7 entsprechend der gesamten Konfiguration des Balgteils 4, des
Radius des Tals 4a im freien Zustand, der Dicke des Tals und dergleichen
variieren; jedoch wurde im allgemeinen gefunden, daß ein bevorzugtes
Ergebnis erzielt wird, wenn die Krümmung R größer als etwa einhalb der
Dicke des Tals 4a ist.
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Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat die flexible Haube
hergestellt, welche die elastischen Halterringe hat, die aus dem gleichen
Material hergestellt sind, wie es dasjenige der flexiblen Haube ist, und die
darauf angebracht sind. Gemäß dieser flexiblen Haube sind die Dimensionen
der flexiblen Haube und des elastischen Halterrings in dem Zustand, in
welchem das Konstantgeschwindigkeitsgelenk in der in Fig. 1 gezeigten
Position ist, wie in der folgenden Tabelle 1 gezeigt ist:
Tabelle 1
Flexible Haube E. H. Ring Tal & E. H. Ring am nächsten zu O. R 5 Tal & E. H. Ring am zweitnächsten zu O. R 5(In der obigen Tabelle 1 ist "O. D." der äußere Durchmesser; "R. C" ist
der Krümmungsradius; "I. D." ist der innere Durchmesser; "E. H. Ring" ist der elastische Halterring; und "O. R." ist der äußere Ring)
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Ein Vergleichstest zwischen dem Konstantgeschwindigkeitsgelenk der
Erfindung, umfassend die flexible Haube, welche die in der Tabelle 1
gezeigten ,Dimensionen hat, und dem konventionellen
Konstantgeschwindigkeitsgelenk wurde ausgeführt, um die Dauerfestigkeit des Tals von jedem
Gelenk zu untersuchen. Die flexible Haube des konventionellen Gelenks
wurde aus dem gleichen Material hergestellt wie diejenige des Gelenks der
vorliegenden Erfindung und hatte die gleiche Dimension, wie sie in Tabelle
1 gezeigt ist. Weiter wurden in dem Vergleichstest die jeweiligen Gelenke
mit einer Geschwindigkeit von 600 Umdrehungen pro Minute und bei dem
Betriebswinkel von 23 bis 42º betrieben. Ein Variationszyklus des
Betriebswinkels war 30 Zyklen pro Minute. Das Ergebnis des Vergleichstests ist in
der folgenden Tabelle 2 gezeigt:
Tabelle 2
Rißzeit Gerissener Teil konventionelle F. B. 20 h Tal, welches dem O. R. am nächsten ist F. B., die einen E. H. Ring auf dem Tal hat, das dem O. R. am nächsten ist 82 h Tal, welches dem O. R. am zweitnächsten ist F. B., die zwei E. H. Ringe auf Tälern hat, welche dem O. R. am nächsten und zweitnächsten sind Nicht gebrochen bis zu 200 h (Abschluß des Tests) Keiner(In der Tabelle 2 ist "F. B. " eine flexible Haube; "E. H. Ring" ist ein
elastischer Halterring; und "O. R." ist der äußere Ring)
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Wie aus der Tabelle 2 ersichtlich ist, war in der konventionellen flexiblen
Haube das Tal, welches dem äußeren Ring (nachstehend als "erstes Tal"
bezeichnet) des zweiten Schafts am nächsten positioniert war in etwa 20
Stunden gerissen. Andererseits war in der flexiblen Haube der Erfindung,
welche einen elastischen Halterring aufwies, der auf dem ersten Tal
vorgesehen war, das erste Tal in etwa 82 Stunden nicht gerissen, aber das dem
äußeren Ring am zweitnächsten positionierte Tal (das nachstehend als
"zweites Tal" bezeichnet ist) war zu dieser Zeit gerissen. Das bedeutet,
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daß der gerissene Teil von dem ersten Tal (welches den elastischen
Halterring hat) zu dem zweiten Tal (welches den elastischen Halterring nicht hat)
verschoben wird, und daher, daß die Wirkung der Erfindung beachtlich
oder bemerkenswert ist. Weiter war in der flexiblen Haube, welche zwei
elastische Halterringe aufwies, die auf dem ersten und zweiten Tal
vorgesehell waren, wie in Fig. 1 gezeigt, bis zu 200 Stunden keines der Täler
gerissen. Das bedeutet, daß die Gebrauchslebensdauer der flexiblen Haube
der Fig. 1 um das 10fache oder mehr länger als diejenige der
konventionellen flexiblen Haube ist.
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Die Fig. 5 bis 8 sind Teilschnittansichten von anderen Beispielen
der elastischen Halterringe 7.
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In Fig. 5 ist der elastische Halterring vorzugsweise aus dem
gleichen Material hergestellt, wie es dasjenige der flexiblen Haube ist.
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Der in Fig. 6 gezeigte elastische Halterring umfaßt eine eng
kontaktierte metallische Schraubenfeder, die zu einer Ringform geformt ist, wie
eine in sich geschlossene ringförmige Schraubenfeder, die zur Ölabdichtung
verwendet wird. Obwohl das Material dieses elastischen Halterrings härter
als dasjenige der flexiblen Haube ist, da dieser Ring die eng kontaktierte
Schraubenfeder umfaßt, ist es möglich, die Steifigkeit (des Rings) gegen
die radiale Deformation gleich derjenigen oder kleiner als diejenige des
Balgs der flexiblen Haube zu machen. Weiter kann in diesem elastischen
Halterring, da eine innere Oberfläche, welche von der äußeren
Umfangsoberfläche des entsprechenden Tals kontaktiert wird, eine glatt gekrümmte
oder runde Oberfläche hat, die technische Wirkung, die gleichartig
derjenigen der Fig. 4 ist, erzielt werden.
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Die in den Fig. 7 und 8 gezeigten elastischen Halterringe haben
einen ringförmigen bzw. U-förmigen Querschnitt, um die Steifigkeit der
elastischen Halterringe zu vermindern.
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Unter Verwendung der vorliegenden Erfindung kann, da der
elastische Halterring in engem Kontakt mit der äußeren Umfangsoberfläche des
Tals ist, verhindert werden, daß sich das Tal der flexiblen Haube scharf
faltet, wodurch die Gebrauchslebensdauer der flexiblen Haube selbst dann,
wenn das Universalgelenk bei einem großen Betriebswinkel betrieben wird,
beträchtlich erhöht werden kann.