DE4333016A1 - Homokinetisches Gelenk mit Rillenverschränkung - Google Patents

Homokinetisches Gelenk mit Rillenverschränkung

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Shin Tomogami
Yutaka Tanigaki
Hiroyuki Matsuoka
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft homokinetische Gelenke mit Rillen­ verschränkung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, wie sie etwa bei Kraftfahrzeug-Antriebswellen verwendet werden.
Ein bekannter Typ eines homokinetischen Gelenks für die Verwendung an Gelenkwellen oder Antriebswellen ist ein Gelenk mit Rillenver­ schränkung vom Kugeltyp (VL). Derartige Gelenke werden beispiels­ weise als verschiebbare homokinetische Gelenke verwendet, die in ei­ nem Fahrzeug für die Vorderräder innenliegend und für die Hinterrä­ der innenliegend und/oder außenliegend montiert sind.
In Fig. 14 ist ein Beispiel eines derartigen homokinetischen Elementes gezeigt, das einen Anbringungsbereich vom Typ mit verschlossenem Ende besitzt. Es umfaßt einen Innenring 1, einen Käfig 2, Kugeln 3 und einen Außenring 4. Bei der Anbringung dieses homogenetischen Ge­ lenks an einer Welle 5 wird das Ende der Welle 5 am Innenring 1 mit­ tels eines Halterings 6 befestigt, anschließend werden ein Manschetten­ übergangsstück 7 und eine Manschette 8 an der äußeren Umfangsfläche der Welle 5 befestigt. Das Manschettenübergangsstück 7 wird am offe­ nen Ende des Außenrings 4 an dessem äußerer Umfangsfläche durch Verstemmen befestigt. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet ein Dichtungs­ element wie etwa einen O-Ring.
Das Manschettenübergangsstück 7 dient dazu, ein Herausfallen der Kugeln 3 aus den im Außenring 4 und im Innenring 1 gebildeten Ku­ gelrillen zu verhindern, selbst wenn der Winkel R übermäßig groß wird, wie in Fig. 15 gezeigt ist. In Fig. 16 ist die Beziehung zwischen dem Winkel R und der Gleitbewegung der Welle gezeigt. Der Buch­ stabe A bezeichnet die Berührungslinie zwischen dem Innenring und dem Käfig. B bezeichnet die Linie, bei der die Kugeln herausfallen. E bezeichnet die Berührungslinie zwischen den Kugeln und dem Über­ gangsstück. F bezeichnet die Berührungslinie zwischen dem Über­ gangsstück und der Welle.
Ein solches herkömmliches Manschettenübergangsstück besitzt eine komplizierte Form und muß mit hoher Abmessungsgenauigkeit herge­ stellt werden. Ferner muß es einer Antikorrosions-Oberflächenbehand­ lung unterzogen werden oder aus einem antikorrosiven Material herge­ stellt werden. Ein solches Manschettenübergangsstück ist somit sehr teuer. Darüber hinaus ist ein spezielles Werkzeug notwendig, um es durch Verstemmen am Außenring zu befestigen. Ein solcher Verbin­ dungsvorgang erfordert viele Schritte. Ferner ist ein Dichtungselement wie etwa ein O-Ring notwendig, um ein Austreten von Fett zu verhin­ dern. Dies stellt einen weiteren Kostenfaktor dar.
Ein solches Manschettenübergangsstück wird durch Pressen einer Stahlplatte gebildet und dient als Anschlag für die Berührung mit der Welle. Es ist außerdem so beschaffen, daß die Welle in bezug auf den Außenring im Gebrauch höchstens einen vorgegebenen Winkel bildet. Wenn das Gelenk jedoch in einem übermäßig großen Winkel arbeitet und eine Berührung mit hoher Kraft erfolgt, kann das Manschetten­ übergangsstück verformt werden. Dies kann eine unzureichende Ver­ bindung zwischen der Manschette und dem Manschettenübergangsstück zur Folge haben, was die Dichtung dazwischen verschlechtert.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein sehr vielseiti­ ges homokinetisches Gelenk mit Rillenverschränkung zu schaffen, das kein Manschettenübergangsstück erfordert und daher weniger teuer ist, das eine Einrichtung enthält, die ein Herausfallen der Kugeln verhin­ dert und das für die Welle einen größeren Arbeitswinkel zuläßt.
Diese Aufgabe wird bei einem homokinetischen Gelenk der gattungs­ gemäßen Art erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale.
Die Einrichtung, die verhindert, daß die Kugeln herausfallen, kann ein an der Innenfläche des Außenrings in der Nähe seines offenen Endes vorgesehener Sicherungsring sein.
Das Gelenk kann ferner eine Wellenwinkel-Begrenzungseinrichtung umfassen, die den Winkel begrenzt, den die Welle in bezug auf den Außenring einnehmen kann. Diese Einrichtung kann ein Sicherungsring sein, der an der Innenfläche des Außenrings an dem von seinem offe­ nen Ende entfernten Ende vorgesehen ist.
Die Wellenwinkel-Begrenzungseinrichtung kann auch die Form eines Kreisrings haben, der an der Außenfläche des Innenrings in der Nähe des offenen Endes des Außenrings vorgesehen ist.
Die Wellenwinkel-Begrenzungseinrichtung kann am Ende des Innen­ rings in der Nähe des offenen Endes des Außenrings vorgesehen sein.
Die Wellenwinkel-Begrenzungseinrichtung kann die Form eines dick­ wandigen Bereichs haben, der an der Innenfläche des Außenrings an dem von seinem offenen Ende entfernten Ende vorgesehen ist.
Der Ring kann auch in die äußere Umfangsfläche des Käfigs in der Nä­ he des offenen Endes des Außenrings eingepaßt sein, um sowohl als Einrichtung, die verhindert, daß die Kugeln herausfallen, als auch als Wellenwinkel-Begrenzungseinrichtung zu arbeiten.
Das erfindungsgemäße homokinetische Gelenk arbeitet auf die gleiche Weise wie ein herkömmliches Gelenk. D.h., daß die Welle axial ver­ schiebbar ist. Das erfindungsgemäße Gelenk erfordert jedoch kein Manschettenübergangsstück und ist somit kostengünstig und einfach herzustellen. Anstatt eines Manschettenübergangsstücks ist eine Ein­ richtung vorgesehen, die verhindert, daß die Kugeln herausfallen. Da eine solche Einrichtung an der Grenzposition vorgesehen ist, kann die Welle einen größeren Arbeitswinkel als bei einem herkömmlichen Ge­ lenk einnehmen. Dadurch ist es möglich, für den Arbeitsbereich der Welle einen größeren Winkel festzulegen.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die sich auf bevorzugte Ausführungsfor­ men der vorliegenden Erfindung beziehen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungs­ formen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigt
Fig. 1 eine Schnittansicht des homokinetischen Gelenks gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine Ansicht zur Erläuterung seiner Funktion;
Fig. 3 eine Ansicht zur Erläuterung des Arbeitsbereichs;
Fig. 4 eine Schnittansicht des homokinetischen Gelenks gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 eine Detailansicht des Sicherungsrings, der an dem ver­ wendeten Innenring vorgesehen ist;
Fig. 6 eine Ansicht zur Erläuterung der Funktion des Siche­ rungsrings;
Fig. 7 eine Schnittansicht eines homokinetischen Gelenks ge­ mäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 8A-8C Schnittansichten eines Bereichs von teilweise abgewan­ delten Ausführungsformen;
Fig. 9 eine Schnittansicht eines homokinetischen Gelenks ge­ mäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 10A-10C Ansichten zur Erläuterung der Funktion des homokineti­ schen Gelenks gemäß der vierten Ausführungsform;
Fig. 11 eine Schnittansicht eines homokinetischen Gelenks ge­ mäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 12 eine Ansicht zur Erläuterung der Funktion des homoki­ netischen Gelenks gemäß der fünften Ausführungsform;
Fig. 13 eine Ansicht zur Erläuterung des Arbeitsbereichs;
Fig. 14 die bereits erwähnte Schnittansicht eines herkömmlichen homokinetischen Gelenks;
Fig. 15 eine Ansicht zur Erläuterung des Betriebs des her­ kömmlichen homokinetischen Gelenks; und
Fig. 16 eine Ansicht zur Erläuterung des Arbeitsbereichs eines herkömmlichen homokinetischen Gelenks.
Erste Ausführungsform
In Fig. 1 ist eine Schnittansicht des homokentischen Gelenks mit Ril­ lenverschränkung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Dieses Gelenk umfaßt einen Innenring 1, einen Käfig 2, Ku­ geln 3 und einen Außenring 4. Das Ende einer Welle 5 ist am Innen­ ring 1 mittels eines Halterings 6 befestigt.
In dieser Ausführungsform wird kein Manschettenübergangsstück ver­ wendet. Eine Manschette 8 ist mit ihrem Ende direkt an der äußeren Umfangsfläche des Außenrings 4 in der Nähe von dessem offenen Ende befestigt. Das Bezugszeichen 8a bezeichnet ein Manschettenband. An­ statt eines Manschettenübergangsstücks sind in Nuten, die in der In­ nenfläche des Außenrings 4 in der Nähe seines offenen Endes bzw. in seinem tieferen Teil ausgebildet sind, Sicherungsringe 10 bzw. 11 ein­ gepaßt. Der Außenring 4 besitzt Kugelrillen 4a, ein Fach 4b und eine innere Umfangsfläche 4c. Der Innenring 1 besitzt an seiner Außenflä­ che ebenfalls Kugelrillen, derart, daß sie im Betrieb mit den im Au­ ßenring 4 gebildeten Kugelrillen 4a verschränkt werden.
Wenn in dem homokinetischen Gelenk gemäß dieser Ausführungsform, das die Sicherungsringe 10 und 11 verwendet, das Gelenk wie in Fig. 2 gezeigt so verwendet wird, daß die Welle 5 in bezug auf den Außenring 4 einen spitzen Winkel bildet, stoßen die Kugeln 3 an den Sicherungs­ ringen 10 und 11 an, so daß verhindert wird, daß sie herausfallen.
In Fig. 3 sind der Bereich, in dem die Kugeln herausfallen, sowie die Berührungslinie zwischen den Kugeln und dem inneren Sicherungsring gezeigt. Genauer zeigt diese Figur die Grenzen sowohl für die Ein­ wärts- als auch für die Auswärtsbewegung der Welle aus der Referenz­ position, in welcher sich der Käfig in der Mitte des Außenrings 4 be­ findet. Der Buchstabe A bezeichnet die Berührungslinien zwischen dem Innenring und dem Käfig. B bezeichnet die Grenzlinie, bei der die Ku­ geln herausfallen. Cout bezeichnet die Berührungslinie zwischen den Kugeln 3 und dem Sicherungsring 10 in der Nähe des offenen Endes des Außenrings 4. Cin bezeichnet die Berührungslinie zwischen den Kugeln 3 und dem inneren Sicherungsring 11.
Wie aus dieser Figur leicht deutlich wird, zeigt die schraffierte Fläche den Bereich, der verwendet wird, wenn das Gelenk tatsächlich in einem Fahrzeug montiert ist. Der dreieckige Bereich der schraffierten Fläche oberhalb der (waagrechten) Strichpunktlinie ist der Bereich, der von einem herkömmlichen Gelenk nicht abgedeckt ist.
Zweite Ausführungsform
In Fig. 4 ist eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen ho­ mokinetischen Gelenks gezeigt, bei dem in der Nähe des offenen Endes des Außenrings 4 derselbe Sicherungsring 10 wie in Fig. 1 vorgesehen ist. In dieser Ausführungsform ist jedoch anstatt des inneren Siche­ rungsrings ein Sicherungsring 11a in eine im Innenring 1 in der Nähe seines Einlaßendes ausgebildete Nut eingepaßt. Fig. 5 ist eine vergrö­ ßerte Schnittansicht der zweiten Ausführungsform, in der der Siche­ rungsring 11a am Innenring 1 montiert ist.
In Fig. 6 ist der Zustand gezeigt, in dem die Welle 5 in bezug auf den Außenring 4 einen großen Winkel bildet. Die Kugeln 3 stoßen an den Sicherungsringen 10 bzw. 11a an, so daß verhindert wird, daß sie aus dem Außenring 4 bzw. aus der Kugelrille im Innenring herausfallen. Somit ist der nutzbare Bereich dieser Ausführungsform im wesentli­ chen gleich demjenigen, der in Fig. 3 gezeigt ist.
Dritte Ausführungsform
In Fig. 7 ist eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen ho­ mokinetischen Gelenks gezeigt, in der in der Nähe des offenen Endes des Außenrings derselbe Sicherungsring 10 wie in Fig. 1 vorgesehen ist. Der in Fig. 4 gezeigte Sicherungsring 11a, der in der Nut im In­ nenring 1 in der Nähe von dessen Einlaßende vorgesehen ist, ist jedoch durch einen Herausfallverhinderungsring 11b sowie durch einen Halte­ ring 12 ersetzt, welcher in die Welle 5 im wesentlichen an derselben Position eingepaßt ist.
Der Herausfallverhinderungsring 11b und der Haltering 12 können in Form eines einzigen, einteiligen Rings 11c, wie in Fig. 8A gezeigt ist, oder in Form eines einzigen großen Sprengrings 11d, wie in Fig. 8B gezeigt ist, vorgesehen sein. Andernfalls kann, wie in Fig. 8C gezeigt ist, der Herausfallverhinderungsring 11e gegen einen Schulterbereich 5a der Welle 5 gehalten werden. In diesem Fall ist der Haltering 12 weggelassen, wobei die Welle 5 und der Innenring 1 mittels eines Hal­ terings 6 miteinander verbunden sind. Der Grund hierfür besteht darin, daß die Welle 5 erst nach der Montage des homokinetischen Gelenks eingeschoben werden kann.
Das erfindungsgemäße homokinetische Gelenk mit Rillenverschränkung gemäß den ersten bis dritten Ausführungsformen dient dazu, ein Dreh­ moment auf die gleiche Weise wie ein herkömmliches Gelenk zu über­ tragen. Durch die Ausrüstung des Gelenks mit Mitteln, die verhindern, daß die Kugeln herausfallen, wird geeignet verhindert, daß die Kugeln herausfallen, selbst wenn die Welle einen großen Arbeitswinkel bildet; dadurch nimmt der Arbeitsbereich der Welle zu. Da ferner das Gelenk kein Manschettenübergangsstück erfordert, sind die Kosten geringer.
Die Gelenke der ersten bis dritten Ausführungsform besitzen zusätzlich zu der Einrichtung, die verhindert, daß die Kugeln herausfallen, die Wellenwinkel-Begrenzungseinrichtung. Diese Wellenwinkel-Begren­ zungseinrichtung ist dazu geeignet, den Arbeitsbereich der Welle auf einen vorgegebenen Wert zu begrenzen. Somit arbeitet das erfindungs­ gemäße Gelenk mit höherer Zuverlässigkeit.
Vierte Ausführungsform
In Fig. 9 ist eine Schnittansicht der vierten Ausführungsform der Erfin­ dung gezeigt. In dieser Ausführungsform wird ebenfalls ein Manschet­ tenübergangsstück verwendet, wobei das Ende der Manschette 8 direkt an der Außenfläche des Außenrings mittels eines Manschettenbandes 8a befestigt ist. Wie in der dritten Ausführungsform ist in einer Nut in der Nähe des offenen Endes des Außenrings 4 ein Sicherungsring 10 ange­ bracht. Außerdem besitzt der Außenring 4 an seiner inneren Umfangs­ fläche in seinem tieferen Abschnitt einen dickwandigen Bereich 4x. Der Außenring 4 besitzt Kugelrillen 4a, ein Fach 4b und eine innere Um­ fangsfläche 4c.
In dem erfindungsgemäßen homokinetischen Gelenk gemäß dieser Aus­ führungsform dient der in der Nähe des offenen Endes des Außenrings 4 vorgesehene Sicherungsring 10 dazu, ein Herausfallen der Kugeln zu verhindern. Der in der tiefliegenden Innenseite des Außenrings 4 vor­ gesehene dickwandige Bereich 4x dient als Wellenwinkel-Begren­ zungseinrichtung, wenn die Welle nach innen gleitet. Die Fig. 10A bis 10C zeigen die Funktion dieses Gelenks und insbesondere dieser Wel­ lenwinkel-Begrenzungseinrichtung.
Wie in den Fig. 10A und 10B gezeigt, berührt ein Käfig 2 den dick­ wandigen Bereich 4x, wenn die Welle nach innen gleitet und der Win­ kel zwischen der Welle 5 und dem Außenring 4 zunimmt. Der dick­ wandige Bereich 4x dient als Anschlag. In Fig. 10C ist gezeigt, daß bei einem Hinausgleiten der Welle der Sicherungsring 10 eine der Kugeln berührt. Somit dient der Sicherungsring als weiterer Anschlag.
Der Bereich, in dem die Kugeln herausfallen, und die Berührungslinie zwischen den Kugeln und anderen Teilen sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform.
Durch die Schaffung des dickwandigen Bereichs als Wellenwinkel-Be­ grenzungseinrichtung an der inneren Umfangsfläche des Außenrings 4 in seinem tiefen Bereich wird verhindert, daß die Kugeln 3 herausfal­ len, selbst wenn die Welle mit einem großen Arbeitswinkel arbeitet, so daß der Arbeitsbereich der Welle zunimmt und die Betriebszuverläs­ sigkeit verbessert ist.
Fünfte Ausführungsform
In Fig. 11 ist eine Schnittansicht der fünften Ausführungsform gezeigt. Auch in dieser Ausführungsform wird kein Manschettenübergangsstück verwendet, wobei das Ende der Manschette 8 direkt am offenen Ende des Außenrings 4 mittels eines Manschettenbandes 8a befestigt ist.
In dieser Ausführungsform ist in eine in der Außenfläche des Käfigs 2 in der Nähe des offenen Endes des Außenrings 4 ausgebildete Nut ein Sicherungsring 13 eingepaßt.
In dem erfindungsgemäßen homokinetischen Gelenk dieser Ausfüh­ rungsform dient der Sicherungsring 13 dazu, den Arbeitswinkel der Welle im gesamten Verschiebungsbereich der Welle zu begrenzen, fer­ ner verhindert er, daß die Kugeln herausfallen. In Fig. 12 ist der Be­ trieb dieses homokinetischen Gelenks gezeigt.
In Fig. 13 sind der Bereich, in dem die Kugeln herausfallen, sowie die Berührungslinie zwischen der inneren Umfangsfläche des Außenrings 4 und dem Sicherungsring 13 gezeigt. Genauer zeigt diese Figur die Grenze der Bewegung, wenn die Welle aus der Referenzposition, in der sich der Käfig 2 in der Mitte des Außenrings 4 befindet, einwärts oder auswärts gleitet. Der Buchstabe A bezeichnet die Berührungslini­ en zwischen dem Innenring und dem Käfig. B bezeichnet die Grenzli­ nie, bei der die Kugeln herausfallen. C bezeichnet die Berührungslinie zwischen der inneren Umfangsfläche des Außenrings und dem Siche­ rungsring.
Wie aus dieser Figur deutlich hervorgeht, zeigt die schraffierte Fläche den Bereich, der verwendet wird, wenn dieses Gelenk tatsächlich in ei­ nem Fahrzeug montiert ist. Der dreieckige Bereich der schraffierten Fläche oberhalb der (schrägen) Strichpunktlinie ist der Bereich, den ein herkömmliches Gelenk nicht abdeckt.
Durch die Ausrüstung des Käfigs mit der Einrichtung, die verhindert, daß die Kugeln herausfallen, sowie mit der Wellenwinkel-Begren­ zungseinrichtung wird verhindert, daß die Kugeln herausfallen, selbst wenn die Welle einen großen Arbeitswinkel bildet, so daß der Arbeits­ bereich zunimmt und das Gelenk zuverlässiger arbeitet. Da ferner das erfindungsgemäße Gelenk gemäß dieser Ausführungsform kein Man­ schettenübergangsstück besitzt, sind die Kosten niedrig.

Claims (7)

1. Homokinetisches Gelenk mit Rillenverschränkung, mit einem Innenring (1) mit Rillen, die in seiner Außenfläche gebildet sind,
Kugeln (3), die jeweils von den Rillen im Innenring (1) auf­ genommen sind,
einem Käfig (2) zum Halten der Kugeln (3),
einem Außenring (4), der ein offenes Ende besitzt und in des­ sen Innenfläche Rillen (4a) ausgebildet sind, die mit den Rillen im In­ nenring (1) verschränkt werden, um die Kugeln (3) zu führen,
einer Welle (5), wovon ein Ende am Innenring (1) montiert und mit diesem verbunden ist, und
einer Manschette (8), wovon ein Ende an der äußeren Um­ fangsfläche des Außenrings (4) befestigt ist, um die Außenfläche der Welle (5) zu schützen,
gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (10, 11), die innerhalb des offenen Endes des Außenrings (4) vorgesehen ist und verhindert, daß die Kugeln (3) herausfallen.
2. Homokinetisches Gelenk mit Rillenverschränkung gemäß An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die verhindert, daß die Kugeln (3) herausfal­ len, ein Sicherungsring (10) ist, der an der Innenfläche des Außenrings (4) in der Nähe seines offenen Endes vorgesehen ist, und das Gelenk ferner eine Wellenwinkel-Begrenzungseinrichtung (11) aufweist, die den Winkel begrenzt, den die Welle (5) in bezug auf den Außenring (4) einnehmen kann.
3. Homokinetisches Gelenk mit Rillenverschränkung gemäß An­ spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenwinkel-Begrenzungseinrichtung die Form eines Si­ cherungsrings (11) hat, der an der Innenfläche des Außenrings (4) an dem vom offenen Ende entfernten Ende vorgesehen ist.
4. Homokinetisches Gelenk mit Rillenverschränkung gemäß An­ spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenwinkel-Begrenzungseinrichtung die Form eines Si­ cherungsrings (11a) besitzt, der an der Außenfläche des Innenrings (1) in der Nähe des offenen Endes des Außenrings (4) vorgesehen ist.
5. Homokenektisches Gelenk mit Rillenverschränkung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenwinkel-Begrenzungseinrichtung am Ende des In­ nenrings (1), das sich in der Nähe des offenen Endes des Außenrings (4) befindet, vorgesehen ist.
6. Homokinetisches Gelenk mit Rillenverschränkung gemäß An­ spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenwinkel-Begrenzungseinrichtung die Form eines dickwandigen Bereichs (4x) hat, der an der Innenfläche des Außenrings (4) an dem vom offenen Ende entfernten Ende vorgesehen ist.
7. Homokinetisches Gelenk mit Rillenverschränkung gemäß An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die äußere Umfangsfläche des Käfigs (2) in der Nähe des offenen Endes des Außenrings (4) ein Ring (13) eingepaßt ist, der so­ wohl als Einrichtung, die verhindert, daß die Kugeln (3) herausfallen, als auch als Einrichtung zum Begrenzen des Wellenwinkels arbeitet.
DE4333016A 1992-09-30 1993-09-28 Homokinetisches Gelenk mit Rillenverschränkung Withdrawn DE4333016A1 (de)

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