DE3925857A1

DE3925857A1 - Gleichlaufdrehgelenk

Info

Publication number: DE3925857A1
Application number: DE3925857A
Authority: DE
Inventors: Werner Krude
Original assignee: GKN Automotive GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 1989-08-04
Filing date: 1989-08-04
Publication date: 1991-02-14
Also published as: IT9021099A0; IT9021099A1; IT1242508B; FR2650644A1; US5067929A; GB2234573B; GB9016741D0; JPH0384220A; GB2234573A; ES2025467A6; DD295895A5; JPH0796895B2; BR9003788A; FR2650644B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleichlaufdrehgelenk als Fest gelenk mit einem Gelenkaußenteil, das erste meridionale Kugelbahnen umfaßt, mit einem Gelenkinnenteil, das zweite meridionale Kugelbahnen umfaßt, wobei die Mittellinien der Kugelbahnen in jeweils gleicher axialer Projektion hinter schnittfrei sind, mit von einander zugeordneten ersten und zweiten Kugelbahnen aufgenommenen Kugeln und einem Steuer element, das die Kugeln in einer gemeinsamen Ebene hält und seinerseits in einer durch die Kugelbahn unter brochenen kalottenförmigen Führungsfläche im Gelenkaußen teil axial gehalten ist, und mit einem an das Gelenkaußen teil angesetzten Gelenkboden, der auf der Öffnungsseite der hinterschnittfreien Kugelbahnen liegt.

Ein Gelenk der genannten Art ist aus der DE 31 32 364 C1 bekannt. Der Gelenkboden wird dabei von einer Radnabe mit eingesetzter Blechkappe gebildet. Als Nachteil erweist sich bei diesem Gelenk, daß die kalottenförmige Führungs fläche für den Käfig im Gelenkaußenteil nicht durch ein fache Umformtechnik herstellbar ist, sondern spanende Bearbeitung oder sehr komplizierte Werkzeuge zur spanlosen Herstellung erfordert. Die Montage dieses Gelenkes kann nur durch Überbeugen und Einsetzen der einzelnen Kugeln erfolgen.

Aus der DE 32 09 596 C2 ist ein Gleichlaufdrehgelenk be kannt, bei dem das Gelenkaußenteil eine einseitig hinter schnittfreie Führungsfläche für das Gelenkinnenteil um faßt, bei dem jedoch anstelle eines üblichen Kugelkäfigs ein Stützkörper vorgesehen ist, der in weiteren kalotten förmigen Führungsflächen am Gelenkboden gehalten ist. Diese Sonderbauform hat den Nachteil, daß jeweils nur die Hälfte der Kugeln bei Gelenkbeugung durch den Steuerkörper beaufschlagt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gelenk bereitzustellen, das bei völlig hinterschnittfreier Ausgestaltung von Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil gute Voraussetzungen für die spanlose Herstellung bietet und bei dem ungeachtet dessen eine exakte Führung des Kugelkäfigs in einer ausreichend bemessenen Führungsfläche möglich wird.

Die Lösung hierfür besteht darin, daß die von den Kugel bahnen unterbrochenen Teile der Führungsfläche aus in axialer Projektion vom Gelenkboden aus hinterschnittfreien ersten Flächenteilen im Gelenkaußenteil und in dazu entge gengesetzter axialer Projektion hinterschnittfreien zwei ten Flächenteilen im Gelenkboden zusammengesetzt sind, so daß die beiden die Kalottenfläche bildenden Bauteile, das Gelenkaußenteil und der Gelenkboden, mit einfachen Werk zeugen im Kaltfließpressen oder ähnlichen zeitgemäßen Fertigungsverfahren erzeugt werden können. Es wird eine einfache Montage möglich, bei der die Kugeln ohne irgend welche Schwenkbewegungen eines der Bauteile radial einge setzt werden können und anschließend das Gelenkaußenteil und anschließend der Boden in jeweils rein axialer Bewe gung mit den anderen Bauteilen verbunden werden können. Der Montagevorgang ist damit einer Automatisierung mit einfach zu steuernden Werkzeugen aufgrund der jeweils rein linearen Bewegungen besser zugänglich.

Nach einer ersten günstigen Ausgestaltung ist zwischen den ersten und den zweiten Flächenteilen der Teilführungs flächen eine Umfangsausnehmung gegenüber dem Käfig, wo durch die Schmierungsverhältnisse am Käfig verbessert werden können und die Anforderungen an die Herstellungs genauigkeit reduziert werden können.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist das Gelenkaußenteil vom Scheitelbereich der hinterschnittfreien ersten Flächenteile an innenkonisch erweitert und ist am Gelenk boden ein außenkonischer Ansatz mit darin geformten hin terschnittfreien zweiten Flächenteile vorgesehen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, daß die zweiten Flächenteile in Bereichen ausreichender radialer Dicke des Gelenkbodens ausgebildet sind, wie es für das Umformver fahren von Vorteil ist. Auch nach der Verbindung der Teile bleibt aber bevorzugt zwischen den sich gegenüberliegenden konischen Flächen ein axialer Abstand.

Am Gelenkboden und am Gelenkaußenteil können sich ergän zende zylindrische Zentrierungsflächen radial außerhalb der konischen Flächen vorgesehen werden, die insbesondere nicht von den Kugelbahnen unterbrochen werden, sondern ringförmig sind, an denen sich die Teile gegenseitig zen trieren. Abweichend hiervon können sich jedoch auch das Gelenkaußenteil und der Gelenkboden jeweils unmittelbar über die Käfigführungsflächen am Käfig und damit unmittel bar gegenseitig zentrieren.

Es ist günstig, wenn bei bis zum Kontakt der Kugeln mit den Kugelbahnen des Gelenkaußen- und Gelenkinnenteils eingesetzten Kugelkäfig und bis zum Anschlag mit diesem axial eingesetzten Gelenkboden noch ein axialer Freiraum zwischen Gelenkaußenteil und Gelenkboden besteht. Auf diese Weise ist unter Berücksichtigung der gegebenenfalls vorhandenen Spiele in den Käfigfenstern noch hinreichendes Spiel am Käfig gegenüber den Führungsflächen gegeben.

Nach einer ersten Ausführungsform sind zur exakten Steuerung der Kugeln auf die winkelhalbierende Ebene die jeweiligen Krümmungszentren der Bahnmittellinien von ein ander zugeordneten Bahnkontaktpunkten der Kugeln im Ge lenkaußenteil und im Gelenkinnenteil bei theoretisch jedem Beugungszustand axial in Bezug auf den Beugungsmittelpunkt um den gleichen Betrag entgegengesetzt gerichtet versetzt. Die Steuerung der Kugeln auf die winkelhalbierende Ebene ist durch den entgegengesetzt gerichteten Versatz der Krümmungszentren sehr wirksam, da hohe Steuerkräfte auch auf die in der Beugungsebene liegenden Kugeln ausgeübt werden.

Eine besonders einfache Bahnform ist dadurch gegeben, daß die Mittellinien aus Kreisabschnitten und daran tangential anschließenden Geraden bestehen. Der Kugelkäfig kann hier bei ausschließlich in der Führungsfläche im Gelenkaußen teil geführt sein, die zentrisch zum Gelenkmittelpunkt ausgeführt sein kann. Der Krümmungsdurchmesser und die Mittelpunktslage der Käfigführungsflächen können sich von den der Käfigaußenfläche so unterscheiden, daß anstelle eines flächigen Kontaktes ein Umfangslinienkontakt tritt.

Nach einer anderen Ausführungsform sind die Krümmungszen tren der Bahnmittellinien von aneinander zugeordneten Bahnkontaktpunkten der Kugeln im Gelenkaußenteil und im Gelenkinnenteil bei jedem Beugungszustand auf einer Gera den liegend zu finden, wobei auch hier wieder die Bahn mittellinien aus Kreisabschnitten und daran tangential anschließenden Bahnen bestehen können. Die auf die Kugeln einwirkenden Steuerkräfte sind dabei in der Beugungsebene in jedem Fall gleich Null, so daß vorzugsweise zusätzliche Mittel zur Käfigsteuerung vorzusehen sind. Insbesondere kann hierbei der Kugelkäfig in kugeligen Führungsflächen im Gelenkaußenteil und am Gelenkinnenteil geführt sein, deren Zentren entgegengesetzt zum Gelenkmittelpunkt um einen gleich großen Betrag versetzt sind. Dieser Versatz kann zugleich mit dem Versatz der Bahnkrümmungszentren zur Anwendung kommen.

Eine weitere Möglichkeit, die sich bei dem vorliegenden Gelenk bietet, besteht darin, daß die Fenster des Kugel käfigs einseitig auf der dem Gelenkboden entgegengesetzten Seite axial offen sind. Damit kann auch der Käfig axial montiert werden, indem er durch die Kugelbahnen des Ge lenkinnenteils eingesetzt und dann um die Breite der Bahnen verdreht wird.

Bei üblicher Ausgestaltung des Kugelkäfigs besteht das bevorzugte Montageverfahren darin, daß das Gelenkinnenteil unter Nutzung der Kugelbahnen mit zueinander senkrecht liegenden Achsen in den Kugelkäfig eingebracht und dann in eine koaxiale Stellung gedreht wird, die Kugeln dann radial eingesetzt werden, das Gelenkaußenteil in rein koaxialer Bewegung aufgeschoben und der Gelenkboden eben falls in rein koaxialer Bewegung dagegengesetzt wird. Gelenkboden und Gelenkaußenteil können dann beispielsweise miteinander verschweißt werden oder mit einem Sicherungs ring miteinander verbunden werden oder durch eine aufge walzte Blechkappe oder dergleichen aneinander befestigt werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeipiel der Erfindung ist anhand der Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenk im Längsschnitt.

Fig. 2 zeigt einen Gelenkboden links in Ansicht und rechts im Längsschnitt.

In Fig. 1 ist ein Gelenkaußenteil 1 mit in axialer Pro jektion hinterschnittfreien Bahnen 2 und in gleicher axia ler Projektion hinterschnittfreien Käfigführungsteil flächen 3 erkennbar. Mittels einer Zentrierung 4 ist ein Gelenkboden 5 in das Gelenkaußenteil 1 eingesetzt, das zweite Käfigführungsteilflächen 6 umfaßt. Diese sind in entgegengesetzter Projektion zu den erstgenannten Teil flächen 3 axial hinterschnittfrei. Die Flächen sind an einem Ansatz 7 ausgebildet, der in eine Ausnehmung 8 am Gelenkaußenteil mit einander ergänzenden konischen Flächen 9 eingreifen. An die Bahnen 2 im Gelenkaußenteil 1 schließen sich ergänzende Taschen 10 im Gelenkboden 5 an. In den sich ergänzenden Teilflächen 3, 6 ist der Käfig 11 mit einer etwa kugeligen Außenfläche geführt, der in Fen stern 12 die drehmomentübertragenden Kugeln 13 aufnimmt. Diese greifen in Bahnen 15 des Gelenkinnenteils 14 ein, die in der gleichen axialen Projektion wie die Bahnen 2 des Gelenkaußenteils 1 axial hinterschnittfrei sind. Das Gelenkinnenteil 14 hat eine äußere kugelige Führungsfläche 16, deren Krümmungsmittelpunkt ebenso wie der Krümmungs mittelpunkt der äußeren Käfigführungsfläche 3, 6 im Ge lenkmittelpunkt M_a liegt. Die Mittellinien der Bahnen 2, 15 im Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil setzten sich ebenso wie der Bahngrund selber im Längsschnitt aus Kreis abschnitten und tangential daran anschließenden Geraden zusammen, wobei die Krümmungsmittelpunkte M₁, M₂ ent gegengesetzt zum Gelenkmittelpunkt M_a um gleiche Beträge axial versetzt sind. Am Gelenkboden 5 schließt sich ein stückig ein erster Gelenkzapfen 17 an. In das Gelenkinnen teil 15 ist ein Gelenkzapfen 18 eingesetzt und mittels eines Sicherungsringes 19 und eines Sprengringes 20 axial gesichert verbunden. Zwischen den Käfigführungsteilflächen 3 und 6 ist im Gelenkaußenteil 1 gegenüber dem Käfig 11 ein Ringraum 21 gebildet, der durch die begrenzte Tiefe des Ansatzes 7 in der Ausnehmung 8 zustandekommt und zur Aufnahme von Schmierstoff geeignet ist.

In Fig. 2a ist der Gelenkboden 5 mit den gleichmäßig umfangsverteilten Taschen 10 für den Kugeleintritt und -anschlag dargestellt, die den außenkonischen Ansatz 7 teilen.

In Fig. 2b ist wiederum der Gelenkboden 5 mit dem daran angesetzten Zapfen 17, einzelnen Taschen 10 sowie dem von den außenkonischen Taschen unterbrochenen Ansatz 7 erkennbar.

Bezugszeichenliste:

1 Gelenkaußenteil
2 Kugelbahn (Gelenkaußenteil)
3 Führungsteilfläche (Gelenkaußenteil)
4 Zentrierung
5 Gelenkboden
6 Führungsteilfläche (Gelenkaußenteil)
7 Ansatz (Gelenkboden)
8 Ausnehmung (Gelenkaußenteil)
9 Konusfläche
10 Tasche
11 Käfig
12 Fenster
13 Kugel
14 Führungsfläche (Gelenkinnenteil)
15 Gelenkinnenteil
16 Kugelbahn (Gelenkinnenteil)
17 Gelenkzapfen
18 Gelenkzapfen
19 Sicherungsring
20 Sprengring
21 Ringraum

Claims

1. Gleichlaufdrehgelenk als Festgelenk mit einem Gelenk außenteil (1), das erste meridionale Kugelbahnen (2) umfaßt, mit einem Gelenkinnenteil (14), das zweite meridionale Kugelbahnen (15) umfaßt, wobei die Mittel linien der Kugelbahnen in jeweils gleicher axialer Projektion hinterschnittfrei sind, mit von einander zugeordneten ersten und zweiten Kugelbahnen aufge nommenen Kugeln (13) und einem Steuerelement (11), das die Kugeln in einer gemeinsamen Ebene hält und seiner seits in einer durch die Kugelbahnen (2) unter brochenen kalottenförmigen Führungsfläche im Gelenk außenteil (1) axial gehalten ist, und mit einem an das Gelenkaußenteil (1) angesetzten Gelenkboden (5), der auf der Öffnungsseite der hinterschnittfreien Kugel bahnen (2, 15) liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Kugelbahnen (2) unterbrochenen Teile der Führungsfläche aus in axialer Projektion vom Ge lenkboden (5) aus hinterschnittfreien ersten Flächen teilen (3) im Gelenkaußenteil (1) und in dazu entge gengesetzter axialer Projektion hinterschnittfreien zweiten Flächenteilen (6) im Gelenkboden (5) zusammen gesetzt sind.

2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den ersten Flächenteilen (3) der Käfig führungsflächen am Gelenkaußenteil (1) und den zweiten Flächenteilen (6) der Käfigführungsflächen am Gelenk boden (5) ein ringförmiger Freiraum (21) gegenüber dem Käfig (11) im Gelenkaußenteil vorgesehen ist.

3. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenkaußenteil (1) vom Scheitelbereich der hinterschnittfreien ersten Flächenteile (3) an innen konisch erweitert ist und am Gelenkboden (5) ein außenkonischer Ansatz (7) mit den darin ausgebildeten hinterschnittfreien zweiten Flächenteilen (6) vorge sehen sind.

4. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den außenkonischen Ansätzen (7) am Ge lenkboden (5) und den Gegenflächen am Gelenkaußenteil (1) nach der Verbindung ein axialer Abstand vorgesehen ist.

5. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der konischen Flächen (9) sich ergänzen de ringförmige Zentrierungsflächen (4) am Gelenkaußen teil (1) und am Gelenkboden (5) zur gegenseitigen Zentrierung vorgesehen sind.

6. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Käfigführungsflächen am Gelenkaußenteil (1) und am Gelenkboden (5) jeweils in Abstützung gegenüber dem Käfig (11) zur gegenseitigen Zentrierung vorge sehen sind.

7. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Kontakt der Kugeln (13) mit den Kugel bahnen (2, 15) des Gelenkaußenteiles (1) und des Ge lenkinnenteiles (14) und bei Kontakt der zweiten Flächenteile (6) am Gelenkboden (5) mit dem Kugelkäfig (11) ein axialer Abstand zwischen den einander zuge wandten Flächen des Gelenkaußenteiles (1) und des Gelenkbodens (5) besteht.

8. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungszentren M₁, M₂ der Bahnmittel linien von einander zugeordneten Bahnkontaktpunkten der Kugeln im Gelenkaußenteil (1) und im Gelenkinnen teil (14) bei jedem Beugungszustand axial in Bezug auf den Gelenkmittelpunkt M_a entgegengesetzt gerichtet versetzt sind.

9. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungszentren M₁, M₂ der Bahnmittel linien von einander zugeordneten Bahnkontaktpunkten der Kugeln im Gelenkaußenteil (1) und im Gelenkinnen teil (14) bei jedem Beugungszustand auf einer gemein samen Linie durch den Gelenkmittelpunkt M_a liegen.

10. Gelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelkäfig (11) ausschließlich in der Käfig führungsfläche (3, 6) im Gelenkaußenteil (1) geführt ist.

11. Gelenk nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelkäfig (11) in kugeligen Führungsflächen im Gelenkaußenteil (1) und am Gelenkinnenteil (14) geführt ist, deren Zentren entgegengesetzt zum Gelenk mittelpunkt M um etwa gleiche Beträge axial versetzt sind.

12. Gelenk nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnmittellinien aus Kreisabschnitten und daran tangential anschließenden Geraden bestehen.