DE4215218C2

DE4215218C2 - Kugelgleichlaufdrehgelenk mit geräuschmindernden Käfiganschlagsflächen

Info

Publication number: DE4215218C2
Application number: DE4215218A
Authority: DE
Inventors: Hans Wormsbaecher; Dieter Burghardt; Wolfgang Loebel
Original assignee: GKN Automotive GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 1992-05-09
Filing date: 1992-05-09
Publication date: 1994-06-16
Anticipated expiration: 2012-05-10
Also published as: ES2088341A2; ES2088341B1; ITMI930860A1; IT1272429B; DE4215218A1; JPH0610958A; ITMI930860A0; US5509855A; ES2088341R

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgleichlaufdrehgelenk mit einem Gelenkaußenteil mit im wesentlichen längsverlaufen den äußeren Kugelbahnen, einem Gelenkinnenteil mit im wesentlichen längsverlaufenden inneren Kugelbahnen, wobei sich Bahnen im Gelenkaußenteil und im Gelenkinnenteil paarweise radial gegenüberliegen und jeweils gemeinsam eine drehmomentübertragende Kugel aufnehmen, sowie mit einem Kugelkäfig, der in umfangsverteilten Käfigfenstern die Kugeln in einer gemeinsamen Ebene hält und bei Gelenk beugung auf die winkelhalbierende Ebene führt.

Hierbei betrifft die Erfindung insbesondere sogenannte VL-Gelenke, bei denen die Bahnen im Gelenkinnenteil und im Gelenkaußenteil einen Winkel zur Längsrichtung und relativ zueinander bilden, d. h. also nicht streng in Längsrichtung verlaufen. Gelenke dieser Art lassen eine Axialverschie bung von Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil zu, wobei der Käfig auf den halben relativen Verschiebeweg geführt wird. Daneben betrifft die Erfindung jedoch auch sogenannte Rzeppa-Festgelenke oder Undercut-Free-Gelenke, bei denen Gelenkinnenteil und Gelenkaußenteil über eine mittelbare Abstützung über den Käfig und ggfs. über Kugeln und Käfig fenster axial unverschiebbar zueinander gehalten sind.

Bei den genannten Gelenken ist die Position des Käfigs bei drehmomentfrei umlaufendem Gelenk indifferent, d. h. im Rahmen der Umfangslänge der Käfigfenster kann sich der Käfig bei gestrecktem Gelenk in Umfangsrichtung frei ge genüber den Kugeln einstellen. Bei gebeugtem Gelenk wird diese indifferente Position mit freier Einstellmöglichkeit nur teilweise eingeschränkt. Dieser Freiheitsgrad läßt die Möglichkeit eines wechselseitigen Anschlages des Käfigs im Bereich seiner Längsstege zwischen jeweils zwei Käfig fenstern gegenüber den Kugeln zu. Die hierbei entstehende Geräuschentwicklung ist von Nachteil.

Bei Gelenken der genannten Art ist weiterhin ein radiales Spiel zwischen der Außenoberfläche des Käfigs und der entsprechenden führenden Innenoberfläche des Gelenkaußen teils gegeben, und zwar insbesondere bei den zylinderab schnittsförmigen Führungsflächen im Gelenkaußenteil eines VL-Gelenkes. Bei drehmomentfrei umlaufendem Gelenk sind infolgedessen radiale Bewegungen des Käfigs im Gelenk außenteil möglich, die ebenfalls zu klappernden Geräuschen führen können. Hierbei kann es zu Eigenschwingungen des Käfigs kommen. Legt sich der Käfig dagegen in einer exzen trischen Position an das Gelenkaußenteil an, führt dies zu einer Unwucht im Gelenk, die ebenfalls nachteilig ist.

Aus der DE-GM 18 75 790 sind Gelenke der verschiedenen eingangs genannten Art bekannt, bei denen die Käfig fenster an ihren Enden in Umfangsrichtung fertigungsbe dingte Verengungen aufweisen. Die Kugeln treten jedoch mit diesen Verengungen im Betrieb dieser Gelenke nicht in Kontakt. Ein Klappern des Käfigs ist aufgrund eines Preß sitzes zwischen den Kugeln und den in Umfangsrichtung verlaufenden Stegen der Käfigfenster ausgeschlossen.

Aus der DE-AS 24 30 025 sind ebenfalls Gelenke der ein gangs genannten Art in den verschiedenen Ausführungen als VL-Gelenke und Festgelenke bekannt, bei denen zwischen den in Umfangsrichtung verlaufenden Stegen der Käfigfenster und den Kugeln Zwischenelemente vorgesehen sind, die wegen der herrschenden Vorspannung eine Lastverteilung bewirken sollen. Die Form dieser Zwischenelemente läßt eine rela tive radiale Verschiebung zwischen den Kugeln und dem Käfig zu. Der Käfig ist jeweils unmittelbar gegenüber dem Gelenkaußenteil bzw. ggfs. dem Gelenkinnenteil radial geführt.

Aus der JP 3-277 821 A ist ein Rzeppa-Festgelenk bekannt, bei dem Kugeln wiederum im Preßsitz in gegenüber den in Umfangsrichtung verlaufenden Stegen der Käfigfenster ge halten sind. Aufgrund einer geringfügigen Schrägung der Flanken der längsverlaufenden Stege variiert diese Vor spannung über der Höhe der Käfigfenster und damit bei Beugung des Gelenkes. Der Käfig selber ist unmittelbar mit seinen Oberflächen radial gegenüber dem Gelenkaußenteil und dem Gelenkinnenteil geführt.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfin dung, Kugelgleichlaufdrehgelenke der genannten Art so zu verbessern, daß Eigenbewegungen des Kugelkäfigs, die zu Klappergeräuschen führen, reduziert werden.

Eine erste Lösung besteht in einem Gelenk gemäß dem Ober begriff des Anspruches 1, bei dem die sich gegenüber liegenden Flanken der Käfigfenster gemeinsam einen An schlag gegenüber den jeweiligen Kugeln bei einer relativen Umfangsverschiebung zwischen Kugelkäfig und Kugeln bilden.

Durch die hiermit vorgeschlagene Maßnahme wird grundsätz lich die relative Umfangsverschiebung des Käfigs gegenüber den übrigen Gelenkbauteilen nicht verhindert. Die in Um fangsrichtung sich verengenden Flanken am jeweiligen Ende des Käfigfensters führen jedoch zu einem verbesserten Geräuschverhalten.

Die Kugeln laufen relativ betrachtet in sich in Umfangs richtung verengende Flanken ein, die in einfacher Aus führung keilförmig zulaufen können.

Die Verjüngung der Flanken kann auch in Umfangsrichtung betrachtet in einem Kreisbogen vom Durchmesser der Kugeln erfolgen, so daß ein linienförmiger und damit weicher Anschlag zustande kommt. Hierbei ist vorteilhaft den Be reich an der Kuppe des Kreisbogens auszunehmen, um einen punktförmigen Kontakt der Kugel mit der Flanke in jedem Fall zu vermeiden.

Die genannte Lösung ist für sämtliche der genannten Ge lenktypen von gleicher Bedeutung.

Eine zweite Lösung besteht in einem Gelenk gemäß dem Ober begriff des Anspruches 2, bei dem der Kugelkäfig Kugel fenster aufweist, die im Längsschnitt betrachtet radial nach innen verengt sind, wobei die in Umfangsrichtung verlaufenden Flanken der Käfigfenster einen unmittelbaren formschlüssigen Anschlag gegenüber den jeweiligen Kugeln bei einer relativen radialen Verlagerung zwischen Kugel käfig und Kugeln bilden. Bei entsprechender Fertigungsge nauigkeit kann sich hierbei der Käfig über diese Flanken so an den Kugeln zentrieren, daß jeglicher Kontakt zwischen seiner Außenoberfläche und den inneren Führungs oberflächen des Gelenkaußenteils vermieden wird. Die ent sprechenden Geräuschentwicklungen sind dabei ebenso wie die genannten Unwuchten nicht mehr möglich.

Ähnlich wie bei der zuerst genannten Lösung, wenn auch in einer anderen Ebene und in Bezug auf eine andere Bewegung betrachtet, können sich die Flanken hierbei in einfacher Weise nach radial innen keilförmig verengen.

Nach einer anderen verfeinerten Ausführung kann zumindest ein Teil der Flankenhöhe im Längsschnitt durch den Kugel käfig als Kreisbogen mit dem Kugeldurchmesser ausgeführt sein und sich so an die Kugelform anschmiegen.

Die genannte Gestaltung der Bahnflanken muß sich nicht auf den längsverlaufenden Teil beschränken, sondern kann auch die kurzen Stirnseiten an den Enden der Käfigfenster be treffen. Diese Ausführung hat dann bereits einen günstigen Einfluß infolge eines weicheren Anlaufens in Bezug auf das Klappern bei einer relativen Umfangsbewegung des Käfigs gegenüber den Kugeln, dies gilt insbesondere, wenn diese Ausführung der Flanken der Käfigfenster mit den Merkmalen gemäß der ersten Lösung kombiniert werden.

Nach einer weiteren Lösung, die eine Alternative zur zu letzt genannten darstellt, ist bei einem Gelenk nach dem Oberbegriff des Anspruches 3 zumindest eine der einander zugekehrten Oberflächen des Gelenkaußenteils und des Ku gelkäfigs mit gegenseitiger Führungsfunktion mit einem elastischen Material beschichtet. Die Käfigfenster können hierbei zugleich mit den erstgenannten Maßnahmen gegen ein Klappern infolge der relativen Umfangsbewegung versehen sein, darüberhinaus jedoch aus Gründen einer vereinfachten Fertigung mit gradflankig ausgestanzten Käfigfenstern versehen sein. In diesem Fall wird die relative radiale Verlagerung durch die erfindungsgemäße Beschichtung bei gleichen Toleranzen der verwendeten Metallteile eingeengt oder nahezu verhindert. Sofern eine relative radiale Be wegung noch möglich ist, wird der Anschlag des Käfigs gegenüber der entsprechenden inneren Führungsoberfläche im Gelenkaußenteil gedämpft.

Eine entsprechende Beschichtung ist beispielsweise aufzu spritzen oder aufzudampfen.

Die beiden letztgenannten Lösungen sind vor allem auf die genannten VL-Gelenke anzuwenden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nach stehend anhand von Zeichnungen dargestellt und erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Gelenk gemäß der ersten erfindungsge mäßen Lösung (Bild 3 ohne Einzelheit X);

Fig. 1a zeigt eine Einzelheit des Käfigs nach Fig. 1 in radialer Draufsicht;

Fig. 1b zeigt eine Einzelheit nach Fig. 1a in einer zweiten Ausgestaltung;

Fig. 2 zeigt ein Gelenk gemäß der zweiten erfindungsge mäßen Lösung;

Fig. 2a zeigt eine vergrößerte Einzelheit nach Fig. 2,

Fig. 3 zeigt ein Gelenk gemäß der dritten erfindungsge mäßen Lösung.

Fig. 1 zeigt ein sogenanntes VL-Gelenk mit einem Gelenk außenteil 11 mit im wesentlichen längsverlaufenden Bahnen 12, ein Gelenkinnenteil 13 mit im wesentlichen längsver laufenden Bahnen 14, in den sich paarweise radial gegen überliegenden Bahnen 12 und 14 laufende Kugeln 15 sowie einen Kugelkäfig 16, der die Kugeln 15 in umfangsverteil ten Käfigfenstern 17 in einer gemeinsamen Ebene hält.

Die Kugelbahnen 12 und 14 kreuzen mit ihrer nicht einzeln dargestellten Mittellinie die Gelenkachse A mit Abstand und unter einem jeweils entgegengesetzten Winkel, so daß sie sich untereinander ebenfalls kreuzen. Bei einer relativen Axialverschiebung der Gelenkteile 11 und 13 werden damit die Kugeln 15 auf den halben relativen Verschiebeweg geführt; die Kugeln nehmen über die in Umfangsrichtung verlaufende Flanken 18 der Käfigfenster 17 den Käfig 16 mit. In Umfangsrichtung haben die Käfig fenster 17 eine Längserstreckung, so daß der Käfig 16 bei nicht belastetem Gelenk um die Achse A eine relative Drehung gegenüber den Teilen 11 und 13 bzw. den Kugeln 15 ausführen kann.

In Fig. 1a ist in radialer Ansicht der Käfig 16 mit einem geringen Abschnitt seines Umfangs dargestellt. Hierbei ist ein Ende eines Käfigfensters 17 erkennbar, zwischen dessen längsverlaufenden Flanken 18 eine Kugel 15 geführt wird, hierdurch wird die Kugel 15 in der Mittelebene E des Kä figs gehalten. Das dargestellte Ende des Käfigfensters 17 zeigt symmetrisch zueinander keilförmig zulaufende Flan kenbereiche 19, die einen Anschlag für die Kugeln 15 bil den. Hierdurch wird ein unmittelbarer Kontakt der Kugeln mit der stirnseitigen Kante 20 des Käfigfensters 17 ver hindert.

In Fig. 1b sind die gleichen Einzelheiten wie in Fig. 1a mit gleichen Ziffern belegt. Im Anschluß an die längsver laufenden Flanken 18 sind jedoch bogenförmig sich an die Kugel anschmiegende gegenüberliegende Ausläufe 21 vorge sehen. Zwischen diesen ist mittig eine Ausnehmung 22 aus gebildet, die einen punktförmigen Kontakt der Kugel mit dem Ende des Käfigfensters 17 verhindert.

In Fig. 2 ist wiederum ein VL-Gelenk gezeigt, bei dem entsprechende Einzelheiten mit gegenüber der Fig. 1 um 20 erhöhte Ziffern bezeichnet sind. Auf übereinstimmende Einzelheiten wird hierbei nicht im einzelnen Bezug genommen.

In Fig. 2a ist die Einzelheit X aus Fig. 2 dargestellt, die erkennen läßt, daß die längsverlaufenden Flanken 38 des Käfigfensters 37 sich nach innen verengen. Etwa ab der halben Wandstärkendicke schmiegt sich ein Bogenbereich 43 an die Krümmung der Kugel 35 im Längsschnitt an. Hiermit kann sich der Käfig 36 radial an den Kugeln 35 zentrieren, so daß ein Kontakt seiner Außenoberfläche 44 mit der innenliegenden Führungsfläche 45 des Gelenkaußenteils 31 auch bei drehmomentfrei umlaufendem Gelenk vermieden wird.

Fig. 3 zeigt wiederum ein VL-Gelenk der gleichen Bauart wie in den Fig. 1 und 2.

Entsprechende Einzelheiten wie in Fig. 1 sind mit um 40 erhöhten Ziffern versehen. Auf diese Einzelheiten wird im weiteren nicht Bezug genommen. Erfindungsgemäß weist der Käfig 56 außen eine Beschichtung 66 auf, die das Spiel des Käfigs 56 gegenüber der Innenoberfläche 65 des Gelenk außenteils 51 ausgleicht und einen radialen Anschlag gege benenfalls dämpft.

Bezugszeichenliste

11, 31, 51 Gelenkaußenteil
12, 32, 52 Bahn
13, 33, 53 Gelenkinnenteil
14, 34, 54 Bahn
15, 35, 55 Kugeln
16, 36, 56 Kugelkäfig
17, 37, 57 Käfigfenster
18, 38, 58 Flanke
19 Flankenbereiche
20 Kante
21 Ausläufe
22 Ausnehmung
43 Bogenbereich
44 Außenoberfläche
45 Führungsfläche
65 Innenoberfläche
66 Beschichtung

Claims

1. Kugelgleichlaufdrehgelenk mit einem Gelenkaußenteil (11) mit im wesentlichen längsverlaufenden äußeren Kugelbahnen (12), einem Gelenkinnenteil (13) mit im wesentlichen längsverlaufenden inneren Kugelbahnen (14), wobei sich Bahnen (12, 14) im Gelenkaußenteil und im Gelenkinnenteil paarweise radial gegenüberlie gen und jeweils gemeinsam eine drehmomentübertragende Kugel (15) aufnehmen, sowie mit einem Kugelkäfig (16), der in umfangsverteilten Käfigfenstern (17) die Kugeln (15) in einer gemeinsamen Ebene hält und bei Gelenk beugung auf die winkelhalbierende Ebene führt, wobei die Käfigfenster (17) in Umfangsrichtung an ihren Enden verengt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die sich gegenüberliegenden Flanken (19) der Käfigfenster im Bereich der Verengung gemeinsam einen Anschlag gegenüber den jeweiligen Kugeln (15) bei einer relativen Umfangsverschiebung zwischen Kugel käfig (16) und Kugeln (15) bilden.

2. Kugelgleichlaufdrehgelenk mit einem Gelenkaußenteil (31) mit im wesentlichen längsverlaufenden äußeren Kugelbahnen (32), einem Gelenkinnenteil (33) mit im wesentlichen längsverlaufenden inneren Kugelbahnen (34), wobei sich Bahnen (33, 34) im Gelenkaußenteil und im Gelenkinnenteil paarweise radial gegenüberlie gen und jeweils gemeinsam eine drehmomentübertragende Kugel (35) aufnehmen, sowie mit einem Kugelkäfig (36), der in umfangsverteilten Käfigfenstern (37) die Kugeln (35) in einer gemeinsamen Ebene hält und bei Gelenk beugung auf die winkelhalbierende Ebene führt, insbe sondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Käfigfenster (37) im Längsschnitt radial nach innen verengt sind, wobei die in Umfangsrichtung ver laufenden Flanken (38) der Käfigfenster (37) einen unmittelbaren formschlüssigen Anschlag gegenüber den jeweiligen Kugeln (35) bei einer relativen radialen Verlagerung zwischen Kugelkäfig (36) und Kugeln (35) bilden.

3. Kugelgleichlaufdrehgelenk mit einem Gelenkaußenteil (51) mit im wesentlichen längsverlaufenden äußeren Kugelbahnen (52), einem Gelenkinnenteil (53) mit im wesentlichen längsverlaufenden inneren Kugelbahnen (54), wobei sich Bahnen (53, 54) im Gelenkaußenteil und im Gelenkinnenteil paarweise radial gegenüberlie gen und jeweils gemeinsam eine drehmomentübertragende Kugel (55) aufnehmen, sowie mit einem Kugelkäfig (56), der in umfangsverteilten Käfigfenstern (57) die Kugeln (55) in einer gemeinsamen Ebene hält und bei Gelenk beugung auf die winkelhalbierende Ebene führt, insbe sondere nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der einander zugekehrten Oberflächen des Gelenkaußenteils (51) und des Kugelkäfigs (56) mit gegenseitiger Führungsfunktion mit einem elastischen Material beschichtet ist.

4. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken (19) der Käfigfenster (17) an deren Enden keilförmig aufeinander zulaufen.

5. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken (19) der Käfigfenster (17) an deren Enden in einen Kreisbogen (21) vom Durchmesser der Kugeln (15) einlaufen.

6. Gelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Scheitel des Kreisbogens (21) die Käfigfenster (17) jeweils eine Ausnehmung (22) aufweisen.