DE3890642C1 - Gleichlaufdrehgelenk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleichlaufdrehgelenk nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Das erfindungsgemäße Gelenk soll unter Bedingungen Anwen­ dung finden, wo relativ kleine Beugewinkel und hauptsäch­ lich, aber nicht ausschließlich hohe Drehgeschwindigkeiten gefordert werden. Solche Bedingungen treten bei in die Gelenkwelle eines Kraftfahrzeugs eingebauten Drehgelenken auf, d. h. in der Welle, die sich in Längsrichtung des Fahrzeugs von dem vorn eingebauten Motor bis zu der hin­ teren angetriebenen Achse des Fahrzeugs erstreckt. Die Gelenkwelle eines Fahrzeugs kann sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Fahrzeugmotor oder möglicherweise sogar noch schneller drehen, so daß Drehgeschwindigkeiten von ca. 6000 UpM und höher erwartet werden können. Gleich­ zeitig ist die Geometrie der Gelenkwelle normalerweise dergestalt, daß die Beugewinkel der Drehgelenke ca. 100 nicht übersteigen. Die erfindungsgemäßen Drehgelenke sind jedoch nicht ausschließlich zur Verwendung in Gelenkwellen bestimmt, sondern können auch anderweitig eingesetzt werden, wo ähnliche oder analoge Anforderungen gestellt werden, oder sie können unter Bedingungen Anwendung fin­ den, wo niedrigere Geschwindigkeiten und nur kleine Beuge­ winkel gefordert werden.

Eine Anforderung, die an ein Gleichlaufdrehgelenk zur Ver­ wendung bei hohen Drehgeschwindigkeiten, wie z. B. in Fahrzeuggelenkwellen gestellt wird, besteht darin, daß es sich durch eine hohe radiale Stabilität auszeichnet, d. h. das jeweils nicht in einem Außenlager gelagerte treibende oder angetriebene Element sollte von dem Gelenk so gehal­ ten werden, daß es sich um eine feststehende Achse dreht. Wenn das Gelenk in der fluchtenden, nicht abgewinkelten Lage vorgesehen ist, sollte es den wesentlichen treibenden und angetriebenen Gelenkteilen nicht möglich sein, im Be­ trieb radial gegeneinander versetzt zu werden. Wenn das Gelenk nicht einen ausreichend hohen Grad an Stabilität aufweist, wird dessen treibendes oder angetriebenes, je­ weils nicht ausreichend von Außenlagern gestütztes Element nicht so gehalten, daß es um eine feststehende Achse rotiert, so daß für das Fahrzeug unerwünschte Schwingungen entstehen.

In der GB 2 116 672, die der DE 32 09 596 C2 ent­ spricht, wird ein Drehgelenk vorgeschlagen mit einem hohen Gelenkaußenteil mit axial sich erstreckenden Rillen in seiner Innenwand, einem in dem Gelenkaußenteil angeord­ neten Gelenkinnenteil mit Rillen in seiner Außenwand, die den Rillen in dem Gelenkaußenteil entsprechen und sich diesen zuwenden, wobei die Rillen in den Gelenkteilen bei einer Draufsicht auf den Längsschnitt des Gelenkes ge­ krümmt sind und gegenüberliegende Rillenpaare auseinander­ laufen, um maulartige Öffnungen zu bilden, in denen ent­ sprechende Kugeln zur Drehmomentübertragung aufgenommen werden. Die Rillen sind so geformt, daß die Kugelmittel­ punkte bei Beugung des Gelenkes eine den Winkel zwischen den Drehachsen der Gelenkteile halbierende Ebene ein­ nehmen, um dem Gelenk Gleichlauf-(homokinetische) Eigen­ schaften zu verleihen. Die Kugeln werden in den Rillen durch ein schwenkbares Tragelement gehalten, das in die Rillenöffnungen hineinragt. Zwischen ihren Rillen weisen Gelenkinnen- und -außenteil ineinandergreifende, teilweise kugelige Flächen auf.

Wie in der oben aufgeführten Patentschrift beschrieben, wird ein derartiges Gelenk zusammengebaut, indem man gesonderte Teile des Gelenkaußenteils so in einer Stellung relativ zueinander hält, daß axiales Spiel eliminiert wird, und anschließend werden die Teile verschweißt. In der Praxis kann jedoch ein derartiges Zusammenbauverfahren nicht das gesamte Spiel eliminieren, so daß das Gelenk eventuell für hohe Geschwindigkeiten nicht stabil genug ist. Wenn alle Gelenke perfekt wären und genau ihrer Konstruktionskonfiguration entsprächen, dann könnte alles Spiel eliminiert werden, aber wegen Fertigungstoleranzen und -fehlern muß Spiel vorhanden sein, damit das Gelenk bei Beugung nicht klemmt, und hieraus ergibt sich der oben erwähnte Mangel an Stabilität. Spiel in dem zusammenge­ bauten Gelenk ist erforderlich wegen eventuell unregel­ mäßigen Abständen zwischen den kugelaufnehmenden Rillen in dem Gelenkkörper in Umfangsrichtung des Gelenks, wegen Formfehlern der Rillen insofern, als sie eventuell keine konstante Querschnittsform entlang ihrer gesamten Länge aufweisen, wegen Rundlauffehlern und allgemeinen Ober­ flächenunregelmäßigkeiten. Letztere sind unvermeidlich, insbesondere wenn die kugelaufnehmenden Rillen der Gelenk­ körper durch Umformen und nicht durch mechanische Bear­ beitung hergestellt werden.

Gelenkspiel stellt besonders dann ein Problem dar, wenn das Gelenk wenig oder kein Drehmoment überträgt. Bei Dreh­ momentübertragung nehmen die Gelenkkugeln als Folge der auf sie einwirkenden Kräfte in der Weise Stellungen gegen­ über dem Rillenquerschnitt ein, daß Spiel überwunden wird, wenn aber kein Drehmoment übertragen wird, treten diese Bedingungen nicht ein.

Aus der DE-AS 24 33 349 ist ein Gleichlaufdrehgelenk be­ kannt, bei dem die Ausgestaltung der Laufrillen derart ist, daß die Kugeln im Laufrillengrund in jeder Beugelage und unter Drehmoment ständig einen weiteren Berührungs­ punkt aufweisen. Dies erfordert mangels gesonderter Axial­ abstützung eine hohe Fertigungsgenauigkeit. Die Bedingung, daß die Kugeln auch unter Drehmoment Kontakt mit dem Lauf­ rillengrund haben sollen, bedeutet, daß eine vom Dreh­ moment und von der Beugung abhängige Einstellung der Kugeln bezüglich der Bahnflanken behindert wird. Die Mög­ lichkeit eines Radialspiels der Kugeln in den einander zugeordneten Bahnen fehlt hierbei.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gleichlaufdrehgelenk zu schaffen, das das Problem des Gelenkstabilitätsmangels überwindet oder reduziert. Gleichzeitig sollte das Gelenk natürlich wirtschaftlich herzustellen sein.

Erfindungsgemäß besteht die Lösung darin, daß die Querschnittsform einer jeden Rille einerseits Seitenab­ schnitte aufweist, an die sich die entsprechende Kugel bei Drehmomentübertragung des Gelenks anlegt, und andererseits mit einem Bodenabschnitt versehen ist, und durch Feder­ mittel, die das die Kugeln haltende Element abstützen, um die Kugeln in der Weise in die Rillenpaare zu drängen, daß sie sich an die Bodenabschnitte der Rillen anlegen, wenn das Gelenk kein Drehmoment überträgt, wobei die Feder­ mittel durch Einfedern eine begrenzte Bewegung des die Kugeln haltenden Elementes und der Kugeln in Richtung auf das genannte Gelenkende unter radialer Entfernung der Kugeln von den Bodenabschnitten ermöglichen und durch Anschlagmittel, die anschließend an die Bewegung gegen die Federmittel einen erhöhten Widerstand bilden.

Bei dem erfindungsgemäßen Gelenk hat die Abstützung des die Kugeln haltenden Elementes durch Federmittel zur Folge, daß die Kugeln immer so weit wie möglich in ihre entsprechenden auseinanderlaufenden Rillenpaare gedrängt werden, so daß Gelenkinnen- und Gelenkaußenteil relativ zueinander zentriert bleiben. Die Wirkung der Federmittel ist besonders wertvoll, wenn das Gelenk sich zwar dreht, aber wenig oder kein Drehmoment überträgt. Unter solchen Bedingungen würde das oben erwähnte, erforderliche Spiel in einem vorveröffentlichten Gelenk bedeuten, daß die Kugeln nicht so weit wie möglich in die zusammenlaufenden Rillen gedrängt würden, und infolgedessen sind Gelenkinnen- und Gelenkaußenteil nicht relativ zueinander zentriert.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung schaffen wir ein Gleichlaufdrehgelenk mit einem hohlen Gelenkaußenteil, einem wenigstens teilweise in dem Gelenkaußenteil angeord­ neten Gelenkinnenteil, wobei Gelenkaußen- und Gelenkinnen­ teil ineinandergreifende, teilweise kugelige Flächen auf­ weisen, um eine Relativbewegung zwischen den beiden Ge­ lenkteilen zu ermöglichen und das Gelenkaußenteil auf seiner Innenfläche mit einer Vielzahl von umfangsverteil­ ten, axial sich erstreckenden Rillen und das Gelenkinnen­ teil auf seiner Außenfläche mit komplementären Rillen versehen ist, die den Rillen in dem Gelenkaußenteil paarweise zugewandt sind, wobei die Rillen bei Betrachtung in der die Drehachse des entsprechenden Gelenkteils ent­ haltenen Ebene gekrümmt sind und Krümmungsmittelpunkte aufweisen, die so in einem Abstand voneinander angeordnet sind, daß die Rillen eines jeden Rillenpaares in Richtung auf ein Gelenkende auseinandergehen und die Querschnitts­ form einer jeden Rille einerseits Seitenabschnitte aufweist, an die sich die entsprechende Kugel bei Drehmomentübertragung des Gelenks anlegt, und andererseits mit einem Bodenabschnitt versehen ist; mit einem Schließ­ teil, das das Gelenkaußenteil an dessen einem Ende ver­ schließt; einer Vielzahl von drehmomentübertragenden Kugeln, von denen jeweils eine in den sich zuwendenden Rillen eines Rillenpaares in den Gelenkteilen angeordnet ist; einem ringförmigen Element, das gegenüber dem Schließelement des Gelenkes abgestützt ist, um eine allseitige Schwenkbewegung zu ermöglichen, und mit den Kugeln zusammenwirkt, um diese in den Rillen zu halten; und Fe­ dermitteln, die das die Kugeln haltende Element abstützen, um die Kugeln in der Weise in die Rillenpaare zu drängen, daß sie sich an die Bodenabschnitte der Rillen anlegen, wenn das Gelenk kein Drehmoment überträgt.

Vorzugsweise ermöglichen die Federmittel eine begrenzte Bewegung des die Kugeln haltenden Elementes und der Kugeln in Richtung auf das genannte Gelenkende gegen die Feder­ mittel, woraufhin ein erhöhter Widerstand gegen eine solche Bewegung geschaffen wird.

Wenn ein erfindungsgemäßes Gelenk (oder in der Tat irgendein Drehgelenk mit auseinanderlaufenden, Kugeln aufnehmenden Rillen) Drehmoment überträgt, versuchen die auf die Kugeln einwirkenden Kräfte, die Kugeln an den weit auseinanderliegenden Rillenenden aus den Rillen herauszu­ werfen. Bei einem erfindungsgemäßen Gelenk überwinden diese Kräfte die von den Federmitteln herrührende Kraft, nachdem die Kugeln sich aber um den von den Federmitteln zugelassenen begrenzten Betrag in Richtung auf das Schließteil des Gelenkaußenteiles bewegt haben, wird eine weitere Bewegung der Kugeln verhindert. Wenn das Gelenk Drehmoment überträgt, positionieren sich die Kugeln in den Rillen gegenüber dem Rillenquerschnitt in der Weise, daß Gelenkinnen- und Gelenkaußenteil in der Tat relativ zuein­ ander zentriert bleiben.

Wenn jede erfindungsgemäße kugelaufnehmende Gelenkrille eine Querschnittsform (d. h. eine entlang der Längsrich­ tung der Rille betrachtete Form) mit Seitenabschnitten aufweist, wobei die Kugel sich an den einen oder anderen Abschnitt anlegt, wenn das Gelenk in der Drehmomentüber­ tragungsrichtung Drehmoment überträgt, und mit einem Bodenabschnitt versehen ist, drängen die Federmittel die Kugeln so weit wie möglich in die gegenüberliegenden Rillen, bis sie deren Boden erreichen und sich an die Bodenabschnitte der Rillen anlegen, wenn das Gelenk kein Drehmoment überträgt. Der Querschnitt einer jeden Rille kann die Form einer an der Spitze stumpf abgeschnittenen Ellipse oder eines an der Spitze stumpf abgeschnittenen gotischen Bogens haben, wobei elliptisch geformte Rillen oder Rillen mit der Form eines gotischen Bogens in Drehgelenken, wo die Kugeln in einem sogenannten Winkelkontakt mit den Rillen stehen, wohlbekannt sind.

Vorzugsweise weist das Gelenk weiterhin einen Stützkörper mit einem Umfangsabschnitt auf, der das die Kugeln haltende Element stützt, sowie einen Mittelabschnitt, der auf dem Schließteil abgestützt ist, um die genannte allseitige Schwenkbewegung zu gestatten. Vorzugsweise kann ein solcher Stützkörper ein Metallpreßteil sein.

Der Mittelabschnitt des Stützkörpers kann eine teilweise kugelförmige Formation aufweisen, die in eine entspre­ chende teilweise kugelförmige Formation an dem Schließ­ teil des Gelenks eingreift, um die Universalschwenkbe­ wegung zu gewährleisten. Um die Reibung zu reduzieren, kann eine Fläche oder beide Flächen dieser ineinander­ greifenden teilweise kugelförmigen Formationen mit einem geeigneten, reibungsmindernden Überzug versehen sein.

Vorzugsweise sind die Federmittel zwischen dem die Kugeln haltenden Element und dem Umfangsabschnitt des Stützkör­ pers angeordnet. Derartige Federmittel können radial sich erstreckende Federfinger aufweisen, die vorzugsweise in den Umfangsabschnitt des Stützkörpers selbst eingeformt sind. Es versteht sich jedoch, daß auch eine gesonderte Feder vorgesehen werden kann. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, wenn die vorgesehenen Federmittel zwischen Stützkörper und Schließteil und nicht zwischen Stützkör­ per und dem die Kugeln haltenden Element wirken. Zum Bei­ spiel könnte der Stützkörper an einem Körper schwenkbar angeordnet sein, der von dem Schließkörper gesondert hergestellt und diesem gegenüber gefedert ist.

Vorzugsweise bildet der Umfangsabschnitt des Stützkörpers auch Anschlagmittel, in die das die Kugeln haltende Ele­ ment eingreifen kann, nachdem die begrenzte Bewegung des letzteren in Richtung auf das Schließteil gegen die von den Federmitteln ausgeübte Kraft stattgefunden hat.

Bei dem Zusammenbau des erfindungsgemäßen Gelenkes müssen der Schließkörper und das die Kugeln haltende Element gegenüber dem Gelenkaußenteil so eingestellt werden, daß, wenn das Gelenk kein Drehmoment überträgt, die Federmittel die Kugeln vollständig in den Rillen halten und dennoch die richtige Stellung einnehmen, wenn das Gelenk Drehmo­ ment überträgt. Das Einstellungsverfahren wird später eingehender erklärt.

Wie oben beschrieben, hat die Abstützung der Kugeln durch das die Kugeln haltende Element und durch die Federmittel zur Folge, daß die erforderliche Gelenkstabilität auf­ rechterhalten wird, obgleich die oben aufgeführten Fehler und Abweichungen von der gewünschten Gelenkkonfiguration bestehen können. Insbesondere ist es dadurch möglich, die die Kugeln aufnehmenden Rillen in den Gelenkteilen durch Umformen herzustellen, ohne daß anschließend eine mecha­ nische Bearbeitung der Rillen stattfinden muß.

Bei einem erfindungsgemäßen Gelenk wird das Gelenkaußen­ teil normalerweise dadurch hergestellt, daß Bearbeitungs- und/oder Schleifvorgänge (hiernach alle als Bearbei­ tungsvorgänge bezeichnet) an einem Bauteil ausgeführt werden, das auf eine teilweise fertige Endform geformt oder geschmiedet wurde. Wie bereits erwähnt, können die die Kugeln aufnehmenden Rillen mit ausreichender Genauigkeit auf die gewünschte Endform umgeformt werden, ohne daß sie anschließend bearbeitet werden müssen. Zusätzlich zu der Rillenkonfiguration sind auch Anordnung und Form der teilweise kugeligen Flächen zwischen den Rillen des Gelenkaußenteils von Bedeutung, und die Erfin­ dung sieht vor, daß bei der Herstellung des Gelenkaußen­ teils ein geformtes Bauteil mit Kugeln aufnehmenden Rillen gemessen werden kann, indem axial in dieses ein Körper mit Formationen eingeführt wird, deren Form einer gewünschten theoretischen Stellung der Kugeln in dem Gelenk entspricht, wobei die Stellung eines solchen Körpers, wenn seine Formationen den Rillenboden berühren, als Bezugs­ punkt für die Bestimmung der Anordnung der teilweise kugeligen Fläche des Gelenkaußenteils zwischen dessen Rillen verwendet wird.

Die Lage der teilweise kugeligen Fläche wird normalerweise durch Bearbeitung des Gelenkaußenteils von dem wie oben bestimmten Bezugspunkt aus erreicht.

Das oben beschriebene Verfahren gewährleistet, daß die Beziehung zwischen den Rillen und der teilweise kugeligen Fläche des Gelenkteils dergestalt ist, daß bei dem zusam­ mengebauten Gelenk dessen Teile im Hinblick auf die ge­ wünschten Toleranzen zusammenpassen.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefüg­ ten Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Teil eines Querschnitts durch eine Aus­ führungsform des erfindungsgemäßen Gelenks,

Fig. 2 Gelenkinnen- und Gelenkaußenteil nach Fig. 1 in detaillierterer Form,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Teils eines Gelenks, um die Art des Zusammenbaus und die Beziehungen der Gelenkteile untereinander im Betrieb zu zeigen,

Fig. 4 einen Teil eines Querschnitts durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gelenks,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Art und Weise, wie ein erfindungsgemäßes Gelenk hergestellt würde, und

Fig. 6 einen Teil eines Querschnitts durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gelenks.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Drehgelenk weist ein Gelenkaußenteil 10 und ein darin angeordnetes Gelenk­ innenteil 11 auf. Das Gelenkaußenteil ist, wie am deut­ lichsten aus der Fig. 2 hervorgeht, mit einer inneren, teilweise kugeligen Fläche 12 versehen, und das Gelenk­ innenteil weist eine entsprechende teilweise kugelige Fläche 13 auf, die in die Fläche 12 des Gelenkaußenteils eingreift. Auf diese Weise können die Gelenkteile relativ zueinander gebeugt werden. Das Gelenkaußenteil weist in seinem Inneren eine Vielzahl von umfangsverteilten, im wesentlichen axial sich erstreckenden Rillen 14 auf, und das Gelenkinnenteil ist mit entsprechenden umfangsver­ teilten Rillen 15 versehen, die den Rillen in dem Gelenk­ außenteil paarweise zugewandt sind. Bei Betrachtung des Querschnitts nach Fig. 1, der durch eine Ebene verläuft, die die gemeinsame Drehachse der beiden Gelenkteile aufweist, wenn sie relativ zueinander fluchten (d. h. wenn sie nicht gebeugt sind), ist zu erkennen, daß die Rillen 14 eine gekrümmte Konfiguration aufweisen und auch die Rillen 15 weisen in den Bereichen, wo sie im Betrieb von Kugeln berührt werden, einen gekrümmten Verlauf auf. Zur Drehmomentübertragung zwischen den Gelenkteilen ist eine Vielzahl von Kugeln 16 vorgesehen, von denen je eine in den sich zuwendenden Rillen eines Rillenpaares angeordnet ist. Bei Betrachtung der oben erwähnten Ebene ist zu erkennen, daß die Krümmungsmittelpunkte der Rillen 14 und der gekrümmten Rillen 15 in bekannter Weise gegeneinander versetzt sind, so daß die Rillen (unter Bezugnahme auf die Zeichnung) in Richtung auf das rechte Gelenkende auseinanderlaufen, und wenn das Gelenk gebeugt ist, sind die Kugeln so in den Rillen positioniert, daß die die Kugelmittelpunkte aufweisende Ebene die Winkel zwischen den Drehachsen von Gelenkinnen- und Gelenkaußenteil halbiert. Hierdurch erhält das Gelenk Gleichlauf- (homokinetische) Eigenschaften.

Das rechte Ende des Gelenkaußenteils 10 ist durch ein Schließteil 17 verschlossen, welches durch Schweißen, z. B. Laser- oder Elektronenstrahlschweißen, an dem Gelenkaußen­ teil befestigt ist. Das Schließteil 17 gewährleistet die Verbindung - ebenso durch Schweißen - mit einem rohrförmigen Wellenelement 18. Das Gelenkinnenteil 11 weist eine keilverzahnte Bohrung 19 auf, die einen keilverzahnten Endabschnitt 20 des Wellenstummels in dem Gelenkinnenteil 11 aufnimmt. Das gegenüberliegende Ende des Wellenstummels 21 ist mit einem Öffnungen aufweisenden Flansch 23 versehen, damit es mit einem geeigneten Dreh­ antriebselement verschraubt werden kann.

Zur Abdichtung des Drehgelenks, d. h. damit die darin enthaltenen Schmiermittel nicht entweichen können und um Schmutz auszuschließen, ist ein ringförmiger elastischer Elastomerbalg 24 vorgesehen. Dieser weist einen Endab­ schnitt 25 auf, der in dem Gelenkaußenteil 10 aufgenommen wird, in eine ringförmige Nut 26 in der Außenfläche des letzteren eingreift und dort durch eine Metallschutzkappe 27 gehalten wird. Der andere Endabschnitt 28 des Balges greift in eine ringförmige Nut 29 ein und wird durch einen Sicherungsring 30 dort gehalten.

Die Kugeln 16 werden von einem ringförmigen, die Kugeln haltenden Element 31 berührt. Ein kreisförmiger Stützkörper 32 greift mit seinem Umfang in ein Element 31 ein, und sein mit einer konkaven Formation 33 ausgebildeter Mittelpunkt ist auf einer Kugel 34 schwenkbar. Die Kugel ist in einer von dem Schließteil 17 gehaltenen Schüssel 35 aufgenommen. Eine Feder 36 wirkt zwischen dem die Kugeln haltenden Element 31 und dem Stützkörper 32, um ersteres gegenüber letzterem in Richtung auf die Kugeln 16 vorzu­ spannen.

Die Art der Zusammenarbeit zwischen dem die Kugeln haltenden Element 31, der Feder 36 und dem Stützkörper 32 ergibt sich am deutlichsten aus Fig. 3 der Zeichnung. Es ist zu erkennen, das das Element 31 eine Anschlagfläche 37 aufweist, welche im Anschluß an eine begrenzte Bewegung des Elementes 31 gegenüber dem Körper 32 in Richtung auf das Schließteil 17 des Gelenks in den Stützkörper 32 eingreift. Die Feder 36 kann eine Vielzahl von Feder­ fingern aufweisen, die sich von einem mit dem Körper 32 zusammenwirkenden, mittleren, ringförmigen Abschnitt aus radial erstrecken.

Während des Zusammenbaus des Gelenks muß die Stellung des Gelenkaußenteils 10 gegenüber dem Schließteil 17 genau bestimmt werden, damit das die Kugeln haltende Element 31, der Stützkörper 32 und die Feder 36 genau zusammenarbeiten. Insbesondere sollte die Feder über das Element 31 die Kugeln so tief wie möglich in ihren Rillen halten, wenn das Gelenk kein Drehmoment überträgt. Gleichzeitig sollten die Kugeln sich bei Drehmomentübertragung gegen die von den Federmitteln ausgeübte Kraft in Axialrichtung des Gelenks bewegen können, bis die Grenze dieser sich einer solchen Elastizität widersetzenden Bewegung erreicht ist, woraufhin ein größerer Widerstand gegen eine solche Kugelbewegung auftritt.

Um diese Bedingungen zu erreichen, wird das Gelenk zusammengebaut, und das Schließteil 17 wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gegenüber dem Gelenkaußenteil nach links bewegt, bis die in Fig. 3A gezeigte Position eingenommen ist, d. h. nachdem die Kugeln 16 so weit wie möglich in die konvergierenden Rillen hineingedrängt sind, legt sich die Anstoßfläche 37 des die Kugeln haltenden Elementes 31 an den Stützkörper 32 an, so daß die Einheit kompakt wird. Das Schließteil 17 wird dann um eine vorbestimmte Entfernung zurückbewegt und mit dem Gelenkaußenteil verschweißt. Anschließend - wenn das Gelenk kein Drehmoment überträgt - werden die in Fig. 3B gezeigten Stellungen eingenommen, d. h. die Kugeln werden unter der Einwirkung der Feder 36 so weit wie möglich in die konvergierenden Rillen der Gelenkkörper gedrängt, bis sie den Boden in den Rillen erreichen. Wenn von dem Gelenk Drehmoment übertragen wird, besteht eine Situation so wie sie in Fig. 3C dargestellt ist. Aufgrund der auf die Kugeln als Folge der Konfiguration der konvergierenden Rillen einwirkenden Kräfte werden die Kugeln in Richtung auf das auseinanderlaufende Ende der Rillen verschoben, und hierdurch wird das die Kugeln haltende Element 31 gegen die Kraft der Feder 36 zurückbewegt. Der Betrag, um den die Kugeln sich in Richtung auf das auseinanderlaufende Ende der Rillen bewegen, wird durch die auf sie je nach Höhe des übertragenen Drehmoments ausgeübte Kraft bestimmt. Letzten Endes berührt das Element 31 jedoch den Körper 32, so daß eine weitere Bewegung der Kugeln nicht mehr möglich ist.

Die Fig. 3D und 3E zeigen im Querschnitt eine der Rillen 14 in dem Gelenkaußenteil 10. Der Rillenquerschnitt hat die Form einer an der Spitze stumpf abgeschnittenen Ellipse oder eines an der Spitze stumpf abgeschnittenen gotischen Bogens und weist gekrümmte Seitenabschnitte 140 und einen flachen Bodenabschnitt 141 auf. Die Fig. 3E zeigt die Stellung der Kugel 16, wenn das Gelenk kein Drehmoment überträgt, wie aus der Fig. 3B hervorgeht. Die Kugel berührt den Bodenabschnitt 141 der Rille. Fig. 3E zeigt die Stellung der Kugel in der Rille bei Übertragung von Drehmoment, entsprechend der Fig. 3C.

Die Kugel hat sich von dem Boden 141 der Rille hinwegbewegt und legt sich an einen der Seitenabschnitte 140 an, theoretisch an einem Punkt, in der Praxis aber über einen gekrümmten Kontaktdruckbereich 143. Diese Art Kugeleingriff in die Seitenabschnitte der die Kugeln aufnehmenden Rillen des Gelenkkörpers ist von sogenannten Winkelkontakt-Drehgelenken her bekannt.

Weiterhin ist natürlich die federbelastete Beziehung zwischen dem die Kugeln haltenden Element und dem Stützkörper so, daß geringere sich aus den Produktionstoleranzen ergebende Gelenkunregelmäßigkeiten in Bezug auf Abmessungen und Geometrie absorbiert werden, und außerdem ist genügend Elastizität vorhanden, um sicherzustellen, daß die Kugeln immer in den Rillen gehalten werden, ohne daß Totgang in dem Gelenk als Ganzes auftritt.

Wenn das Gelenk sich in gebeugtem Zustand dreht, schwenken das die Kugeln haltende Element 31 und der Stützkörper 32 um die Kugel 34 wie eine Taumelscheibe. Da der Schwenkmittelpunkt nicht mit dem Beugemittelpunkt des Gelenks zusammenfällt, muß dann eine radiale Relativbewegung zwischen den Kugeln 16 und dem die Kugeln aufnehmenden Element 31 auftreten, wenn diese sich berühren.

Fig. 4 zeigt in einer der Fig. 1 entsprechenden Ansicht eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gelenks. Die Hauptbauteile des Gelenks sind mit denen der Fig. 1 identisch und werden daher nicht mehr im einzelnen hier beschrieben, nämlich ein Gelenkaußenteil, ein Gelenkinnenteil mit Wellenstummel, drehmomentübertragende Kugeln und eine Balganordnung. Das Gelenk unterscheidet sich von dem Gelenk der Fig. 1 bezüglich der Konfiguration des Schließteils für das Gelenkaußenteil, des die Kugeln haltenden Elementes und des Stützkörpers hierfür.

Das die Kugeln haltende Element 40 des Gelenks der Fig. 4 ist ein starrer ringförmiger Körper, dessen Konfiguration von der des Elementes 31 leicht abweicht. Bei dem Stützkörper handelt es sich infolgedessen um einen Metallpreßteil 41, dessen Mittelpunkt 42 als kuppelförmiger Vorsprung mit einer teilweise kugeligen Oberfläche ausgebildet ist. Der Umfang des Körpers 41 ist zu sich radial erstreckenden Federfingern 43 ausgeformt, die in das Element 40 eingreifen und die sich mit Anschlagfingern 44 abwechseln, welche starrer sind als die Federfinger 43. Durch Auswahl eines geeigneten Werkstoffes für den Stützkörper 41 und seine Ausbildung mit einteiligen Federfingern und für die Anschlagfinger 43, 44 erübrigt es sich, einen gesonderten Ring zu schaffen, so wie er in der Ausführungsform nach Fig. 1 vorgesehen ist. Bei dem Schließteil 45 handelt es sich auch um ein Metallpreßteil, dessen Mittelpunkt 46 als eine teilweise kugelige Kuppel ausgebildet ist und dessen Umfang als eine im wesentlichen zylindrische Wand ausgebildet ist, die mit dem Gelenkaußenteil und dem rohrförmigen Wellenkörper verschweißt wird.

Das Gelenk nach Fig. 4 wird in der gleichen Weise zusammengebaut, wie es oben im Zusammenhang mit dem Gelenk nach Fig. 1 beschrieben wurde. Die an dem Umfang des Stützkörpers 41 vorgesehenen Federfinger 43 spannen das die Kugeln haltende Element 40 vor, damit die Kugeln so tief wie möglich in ihren entsprechenden Rillen gehalten werden, wenn das Gelenk kein Drehmoment überträgt, aber wenn es Drehmoment überträgt, kann sich das Element 40 gegen den von den Federfingern 43 geschaffenen Widerstand zurückbewegen, bis es an die Anschlagfinger 44 anstößt, wodurch eine erhöhter Widerstand gegen eine Weiterbewegung geschaffen wird.

Wegen der federbelasteten Art, in der die Kugeln in den Rillen der Gelenkteile gehalten werden und durch die kleinere Unregelmäßigkeiten in Gelenkabmessungen und Gelenkgeometrie aufgenommen werden, eignen sich das erfindungsgemäße Gelenkinnen- und -außenteil besonders, um im wesentlichen durch Metallumformungs- und Schmiedeverfahren hergestellt zu werden. In einer bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 2 der Zeichnung können die Rillen 14, 15 durch Umformen hergestellt werden. Nur die teilweise kugelförmigen Flächen 12, 13 der Gelenkkörper müssen auf ihre Endform bearbeitet werden.

Es versteht sich, daß, wenn ein Gelenkkörper durch Umformen oder Schmieden hergestellt wird, die Abmessungen bestimmter Bereiche durch bestimmte Faktoren, wie z. B den Verschleiß des in dem Verfahren verwendeten Werkzeugs, beeinflußt werden.

Bei einem Fertigungsverfahren für das erfindungsgemäße Gelenkaußenteil wird ein teilweise geformter Körper, dessen Kugeln aufnehmende Rillen durch ein Umformungsverfahren hergestellt wurden, gemessen, indem ein Körper axial eingeführt wird, der mit umfangsverteilten Formationen mit Oberflächenabschnitten versehen ist, deren Form den auf dem gewünschten Teilkreisdurchmesser angeordneten Gelenkkugeln entspricht. Wie weit der Körper in das Bauteil eingeführt werden kann, hängt davon ab, ob die darin eingeformten, die Kugeln aufnehmenden Rillen an dem oberen oder unteren Ende des Toleranzbereichs angeordnet sind. Die Stellung des eingeführten Körpers, wenn seine Formationen den Boden der Rillen in dem Gelenkaußenteil berühren, wird bei der weiteren Herstellung der teilweise kugeligen Flächen des Gelenkaußenteils zwischen dessen Rillen durch maschinelle Bearbeitung als Bezugssystem verwendet. Dieser Vorgang wird im Zusammenhang mit Fig. 5 beschrieben.

Die Fig. 5A und 5B zeigen ein teilweise gefertigtes Gelenkaußenteil 50 mit eingeformten, Kugeln aufnehmenden Rillen 51. Wenn ein Meßkörper 52 mit einer Vielzahl von umfangsverteilten Kugelformationen 53 vom rechten Ende her in den Körper eingeführt wird, bewegt er sich solange in den Körper hinein, bis die Kugelformationen 53 den Boden der Rillen 51 erreichen, wobei die Entfernung, um die er sich in den Körper hineinbewegt, davon abhängt, ob sich die Abmessungen der Rillen 51 an dem oberen Ende des Toleranzbereichs befinden, so wie es in Fig. 5A dargestellt ist, oder an dem unteren Ende des Toleranzbereichs. Die von dem Körper 52 auf diese Weise erreichte Position wird als Bezugssystem benutzt, um überschüssiges Material von den Enden des Bauteils 50 zu entfernen, wie es durch die unterbrochenen Linien 55, 56 angedeutet ist, und um die teilweise kugelige Innenfläche des Körpers zu bearbeiten, so wie es bei 54 dargestellt ist. Die axiale Abmessung des fertigen Körpers ist bei 57 angegeben. Dadurch, daß das Gelenkaußenteil auf diese Weise gefertigt wird, kann das Gelenk nach dem obenbeschriebenen Verfahren zusammengebaut werden, und infolgedessen weist es die erforderliche radiale Stabilität auf. Der elastische Eingriff der Kugeln in die Rillen bedeutet, daß eventuelle Neigungsänderungen der die Kugeln aufnehmenden Rillen gegenüber der Drehachse des Gelenkkörpers, wenn die Kugeln den Rillenboden erreichen, den Gelenkbetrieb nicht beeinflussen.

Das gleiche Prinzip unter Verwendung einer entsprechenden Meßkörperkonfiguration kann auch bei der Herstellung des Gelenkinnenteils zur Anwendung kommen. Im allgemeinen unterliegt jedoch das Gelenkinnenteil bei der Fertigung nicht den gleichen Streuungsproblemen wie das Gelenkaußenteil, so daß das beschiebene Verfahren nicht angewendet werden braucht.

Fig. 6 zeigt ein Gelenk mit einem Gelenkaußenteil 60, das im wesentlichen die gleiche Konfiguration wie die oben beschriebenen Gelenkaußenteile aufweist. Das Gelenk weist weiterhin ein Gelenkinnenteil 61 auf, das mit einem Wellenabschnitt 62 einteilig gefertigt ist. Gelenkaußenteil 60 und Gelenkinnenteil 61 sind mit gekrümmten Rillen zur Aufnahme von drehmomentübertragenden Kugeln 63 und ineinandergreifenden, teilweise kugeligen Flächen zwischen den Rillen, wie oben im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 4 beschrieben, versehen.

Ein Schließteil 64 ist mit dem Gelenkaußenteil verschweißt und ermöglicht eine Befestigung an einem rohrförmigen Wellenelement 65. Der Mittelpunkt des Schließteils 64 weist eine vorstehende Formation 66 auf, deren Ende mit einer teilweise kugeligen Fläche versehen ist, deren Krümmungsmittelpunkt in dem Beugemittelpunkt des Drehgelenks liegt, d. h. dem Krümmungsmittelpunkt der ineinandergreifenden, teilweise kugeligen Flächen von Gelenkaußen- und -innenteil, so wie bei 67 angedeutet. Diese teilweise kugelige Fläche des Schließteils 64 stellt eine Schwenkabstützung für den Stützkörper 68 des Gelenks dar, bei dem es sich um ein kreisförmiges Blechteil handelt, dessen Umfang 69 mit Federfingern und Anschlagfingern ausgebildet ist, die mit einem die Kugeln haltenden Element 70 in der gleichen Weise zusammenarbeiten, wie es im Zusammenhang mit entsprechenden, oben beschriebenen Gelenkteilen beschrieben wurde. Der Mittelpunkt 71 des Stützkörpers 68 ist schüsselförmig ausgebildet, um auf der teilweise kugeligen Fläche am Ende des Abschnitts 66 des Schließteils 64 schwenkbar zu sein. Um die Abschnitte 66 des Schließteils und 71 des Stützkörpers aufnehmen zu können, ist das Gelenkinnenteil 61 mit einer relativ tiefen, axial sich erstreckenden Ausnehmung 72 versehen.

Bei Beugung des Gelenks nach Fig. 6 schwenkt der Stützkörper 68 um den Beugemittelpunkt des Gelenks. Infolgedessen tritt die oben beschriebene radiale Relativbewegung zwischen den Kugeln und dem die Kugeln haltenden Elemente nicht ein. Dies kann in vorteilhafter Weise zu reduzierter Innenreibung in dem Gelenk und zu einer geringeren Wärmeerzeugung führen.

Claims (12)

1. Gleichlaufdrehgelenk mit einem hohlen Gelenkaußenteil (10, 60), einem wenigstens teilweise in dem Gelenk­ außenteil angeordneten Gelenkinnenteil (11, 61), wobei Gelenkaußen- und Gelenkinnenteil teilweise kugelige Flächen (12, 13) aufweisen, die ineinandergreifen, um eine Relativbewegung zwischen den beiden Gelenkteilen zu ermöglichen und das Gelenkaußenteil auf seiner Innenfläche mit einer Vielzahl von umfangsverteilten, axial sich erstreckenden Rillen (14) und das Gelenk­ innenteil auf seiner Außenfläche mit komplementären Rillen (15) versehen ist, die den Rillen in dem Ge­ lenkaußenteil paarweise zugewandt sind, wobei die Rillen (14, 15) bei Betrachtung in der die Drehachse des entsprechenden Gelenkteils enthaltenen Ebene gekrümmt sind und Krümmungsmittelpunkte aufweisen, die so in einem Abstand voneinander angeordnet sind, daß die Rillen eines jeden Rillenpaares in Richtung auf ein Gelenkende auseinandergehen; mit einem Schließteil (17, 45, 64), das das Gelenkaußenteil an dessen einem Ende verschließt; einer Vielzahl von drehmomentüber­ tragenden Kugeln (16, 63), von denen jeweils eine in den sich zuwendenden Rillen eines Rillenpaares in den Gelenkteilen angeordnet ist; einem ringförmigen die Kugeln haltenden Element (31, 40, 70), das gegenüber dem Schließteil des Gelenkes allseitig schwenkbar abgestützt ist und an den Kugeln anliegt, um diese in den Rillen zu halten, dadurch gekennzeichnet,
daß die Querschnittsform einer jeden Rille einerseits Seitenabschnitte (140) aufweist, an die sich die ent­ sprechende Kugel bei Drehmomentübertragung des Gelenks anlegt, und andererseits mit einem Bodenabschnitt (141) versehen ist,
und durch Federmittel (36, 43, 69), die das die Kugeln haltende Element abstützen, um die Kugeln in der Weise in die Rillenpaare zu drängen, daß sie sich an die Bodenabschnitte (141) der Rillen anlegen, wenn das Gelenk kein Drehmoment überträgt, wobei die Feder­ mittel (36, 43, 69) durch Einfedern eine begrenzte Bewegung des die Kugeln haltenden Elementes und der Kugeln in Richtung auf das genannte Gelenkende unter radialer Entfernung der Kugeln von den Bodenab­ schnitten (141) ermöglichen
und durch Anschlagmittel, die anschließend an die Bewegung gegen die Federmittel einen erhöhten Wider­ stand bilden.

2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt einer jeden Rille (14, 15) die Form eines an der Spitze stumpf abgeschnittenen go­ tischen Bogens oder eines elliptischen Bogens aufweist.

3. Gelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagmittel von einem Stützkörper (32, 41, 69) gebildet werden, mit einem Umfangsabschnitt, der das die Kugeln haltende Element stützt, sowie einen Mittelabschnitt (33, 42, 71), der auf dem Schließteil (17, 45, 64) allseitig schwenkbar abgestützt ist.

4. Gelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelabschnitt (33, 42, 71) des Stützkörpers und der Schließkörper ineinandergreifende, teilweise kugelige Formationen (34, 46, 66) aufweisen.

5. Gelenk nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federmittel (36, 43, 69) zwischen dem die Kugeln haltenden Element und dem Umfangsabschnitt des Stützkörpers angeordnet sind.

6. Gelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Federmittel radial sich erstreckende Feder­ finger (43, 69) aufweisen, die aus dem Umfangsab­ schnitt des Stützkörpers ausgeformt sind.

7. Gelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das die Kugeln haltende Element (70) um den Biege­ mittelpunkt des Gelenks schwenkt.

8. Verfahren zur Herstellung eines Gelenkaußenteils eines Gelenks nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (14) des Gelenkaußenteils durch ein Umformverfahren hergestellt werden und daß seine teil­ weise kugelige Fläche (12) ihre endgültige Konfi­ guration durch mechanische Bearbeitung erhält.

9. Verfahren zur Herstellung eines Gelenkaußenteils nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung mit Hilfe eines Bezugssystems durchgeführt wird, das durch Messung eines teilweise fertiggestellten Körpers mit darin eingeformten Rillen bestimmt wird.

10. Verfahren zur Herstellung eines Gelenkaußenteils nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Meßvorgang ausgeführt wird, indem in den teilweise fertiggestellten Körper eine Lehre mit Formationen axial eingeführt wird, deren Form einer gewünschten theoretischen Stellung der Kugeln in dem Gelenk entspricht, wobei die Stellung der genannten Lehre, wenn ihre Formationen jeweils den Rillenboden berühren, als Bezugssystem verwendet wird.

11. Verfahren zur Herstellung eines Gelenkaußenteils nach Anspruch 10, gekennzeichnet,
durch Schaffung eines teilweise fertiggestellten Bau­ teils mit darin eingeformten Rillen zur Aufnahme der Kugeln;
durch Messen der genannten Rillen zur Bestimmung eines Bezugssystems für das Bauteil;
durch Bearbeiten zumindesten der teilweise kugeligen Fläche des Gelenkteils unter Bezugnahme auf das ge­ nannte Bezugssystem.

12. Verfahren zur Herstellung eines Gelenks nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß Gelenkaußenteil, Gelenkinnenteil, Kugeln, Halte­ element (31), Federmittel (36), Stützkörper (32) und Schließteil (17) axial und radial funktionsgerecht einander zugeordnet werden, daß das Gelenkaußenteil und das Schließteil (17) so aneinander axial ange­ nähert werden, daß sich eine Anschlagfläche (37) des die Kugeln haltenden Elements (31) an den Stützkörper (32) anlegt, und
daß anschließend das Schließteil (17) um eine vorbe­ stimmte Entfernung von Gelenkaußenteil zurückbewegt und mit diesen verschweißt wird.