DE4419341C1 - Gleichlaufgelenk mit einer Verbindungswelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleichlaufgelenk mit einer Verbin­ dungswelle, wobei das Gleichlaufgelenk ein Außenteil mit einem Hohlraum und mit in dessen Innenfläche in Meridianebenen bezüg­ lich der Außenteillängsachse verlaufenden Außenlaufrillen, ein Innenteil, das im Hohlraum des Außenteils schwenkbar aufgenommen ist, in seiner Außenfläche Innenlaufrillen aufweist, die mit den jeweils gegenüberliegenden Außenlaufrillen ein Paar bilden, in Meridianebenen zur Innenteillängsachse verlaufen und zur gemein­ samen Aufnahme je einer Kugel zur Drehmomentübertragung dienen, und einen Käfig aufweist, der zwischen der Außenfläche des In­ nenteils und der Innenfläche des Außenteils angeordnet ist und Fenster zur Führung der Kugeln aufweist, und wobei eine Innen­ verzahnung in einer auf der Innenteillängsachse zentrierten Durchgangsbohrung des Innenteils und eine entsprechende Außen­ verzahnung zum drehfesten Anschluß der Verbindungswelle an das Innenteil vorgesehen sind.

Bei einer derartigen Ausbildung sitzt die Verbindungswelle mit ihrer Außenverzahnung unmittelbar in der Durchgangsbohrung des Innenteils ein und ist mit diesem über einen Sicherungsring verbunden. Die Innenverzahnung erstreckt sich über die gesamte Länge der Durchgangsbohrung.

Die Verstellbewegung findet zwischen dem Innen- und Außenteil statt. Es handelt sich damit um ein sogenanntes Gleichlaufver­ schiebegelenk, das nicht nur Abwinklungen von Innenteil und Außenteil zueinander, sondern auch deren axiale Verstellung zuläßt.

Aus der DE 37 39 867 C2 ist eine Gelenkwelle ersichtlich, bei der zwei Gleichlaufgelenke über eine Verbindungswelle mitein­ ander verbunden sind, wobei an dem einen Ende der Verbindungs­ welle das Innenteil des einen Gleichlaufgelenkes angeformt ist, während das andere Ende der Verbindungswelle mit Längsrillen versehen ist, die umfangsverteilt angeordnet sind. Das Innenteil des anderen Gelenkes ist mit einem Fortsatz versehen und weist eine Durchgangsbohrung auf, in der Längsrillen angeordnet sind, die den Längsrillen der Verbindungswelle gegenüberliegen. In den sich paarweise gegenüberliegenden Längsrillen sind bezogen auf die Längsachse hintereinander Kugeln als Wälzkörper angeordnet. Die Längenveränderung zwischen den beiden Gleichlaufgelenken erfolgt durch eine Veränderung der Eintauchtiefe der Verbin­ dungswelle in die Durchgangsbohrung des Innenteils des anderen Gleichlaufgelenkes.

Bei einer solchen Ausführungsform ist die Fertigung des Innen­ teils des anderen Gelenkes durch Massivumformung aufwendig, weil gleichzeitig sowohl die Innenlaufrillen des Innenteiles, die die der Drehmomentübertragung dienenden Kugeln aufnehmen, welche zwischen Innenteil und Außenteil des Gelenkes angeordnet sind, als auch die Längsrillen in der Durchgangsbohrung des Innentei­ les geformt werden müssen. Ein weiteres Problem besteht darin, daß die Verstellänge, die zwischen der Verbindungswelle und dem Innenteil des anderen Gelenkes vorzusehen ist, vom Anwendungs­ fall her variieren kann und eine entsprechend unterschiedliche Länge der Längsrillen im Innenteil des anderen Gelenkes erfor­ dert. Es müssen also je nach Anwendungsfall unterschiedliche Innenteile hergestellt werden, obwohl sich beispielsweise die Gelenke nur durch die Längenveränderbarkeit im Bereich der Ver­ schiebung unterscheiden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung vorzuschlagen, bei der das Innenteil des Gelenkes, das das Ver­ schiebeteil aufnehmen soll, einfacher herstellbar ist und dar­ über hinaus eine Anpassung der Verschiebung an unterschiedliche Verschiebelängen vereinfacht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die In­ nenverzahnung des Innenteils einen ersten Abschnitt der Durch­ gangsbohrung bildet, der von der der Verbindungswelle zugewand­ ten Stirnfläche des Innenteils ausgeht, an den sich ein kreiszy­ lindrischer Bohrungsabschnitt als zweiter Abschnitt anschließt, daß die Außenverzahnung zur Verbindung der Verbindungswelle mit der Innenverzahnung des Innenteils einer Kuppelhülse zugeordnet ist, welche neben der Außenverzahnung einen kreiszylindrischen Abschnitt aufweist, mit dem sie in dem kreiszylindrischen Boh­ rungsabschnitt des Innenteils zentriert aufgenommen ist, daß die Kuppelhülse axial zur Verbindungswelle hin aus dem Innenteil herausragt und eine durchgehende Lagerbohrung besitzt, in wel­ cher umfangsverteilt erste Längsrillen angeordnet sind, die parallel zur Innenteillängsachse verlaufen, daß die Verbindungs­ welle in ihrer Außenfläche zweite Längsrillen aufweist, die den ersten gegenüberliegen und daß die Verbindungswelle in die Kup­ pelhülse eintaucht und in dieser durch in den ersten und zweiten Längsrillen aufgenommene Wälzkörper in Richtung der Innenteil­ längsachse verstellbar ist.

Von Vorteil bei dieser Ausbildung ist, daß die Kuppelhülse und das Innenteil getrennt hergestellt und nachher zusammengefügt werden können. Dabei kann sowohl das Innenteil als auch die Kuppelhülse im Wege der spanlosen Umformung hergestellt werden. Die zu leistende Verformungsarbeit ist wesentlich geringer als dies im Zusammenhang mit der bekannten Lösung der Fall ist. Ein weiterer Vorteil besteht darüber hinaus darin, daß die Kuppel­ hülse entsprechend der erforderlichen Verschiebelänge ausgebil­ det werden kann. Ihre Länge ist unabhängig von der Baulänge des Innenteiles.

Vorzugsweise ist die Kuppelhülse durch Sicherungsmittel am In­ nenteil festgelegt. Als Sicherungsmittel kommt beispielsweise ein zwischen Kuppelhülse und Innenteil angeordneter Sicherungs­ ring in Frage. Vorzugsweise erfolgt jedoch eine Sicherung der beiden durch eine Schweißverbindung zwischen der Kuppelhülse und dem Innenteil. Dabei ist bevorzugt eine durch ein wärmearmes Schweißverfahren erstellte Schweißnaht zu wählen. Hierzu kann beispielsweise Laserschweißen oder Elektronenstrahlschweißen dienen.

Die beiden Verzahnungen, nämlich die Innenverzahnung des Innen­ teils und die Außenverzahnung der Kuppelhülse können relativ kurz ausgebildet werden. Darüber hinaus ergeben sich insbesonde­ re bei der Verwendung eines Evolventenprofiles günstige Her­ stelleigenschaften als auch eine große Drehmomentübertragungs­ kapazität. Hieraus resultieren kleine Zahnhöhen, die günstig hinsichtlich der spanlosen Formgebung sind, d. h. nur geringe Umformkräfte erfordern.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Länge der Innenverzahnung und der Außenverzahnung kürzer bemes­ sen ist als die des kreiszylindrischen Bohrungsabschnittes des Innenteils bzw. des kreiszylindrischen Abschnittes der Kuppel­ hülse, mit dem beide zueinander zentriert sind.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 eine Gelenkwelle, bei der hinsichtlich eines der beiden Gleichlaufgelenke die eine Verschiebung zulassende Verbindung nach der Erfindung vorhan­ den ist,

Fig. 2 das Gleichlaufgelenk und die Verbindungswelle im vergrößerten Maßstab zu Fig. 1 als Einzelteil und

Fig. 3 einen Querschnitt gemäß Schnittlinie III-III von Fig. 2.

In Fig. 1 ist die Gelenkwelle 1 mit dem ersten Gelenk 2, dem zweiten Gelenk 3 und der beide Gelenke 2, 3 verbindenden Verbin­ dungswelle 4 dargestellt.

Der Aufbau der Gelenke 2, 3 ist hinsichtlich der wesentlichen Bauteile gleich. Aus diesem Grunde wird nachfolgend der Aufbau des ersten Gelenkes 2 näher erläutert. Beide Gelenke 2, 3 unter­ scheiden sich im wesentlichen durch die Verbindung zur Verbin­ dungswelle 4.

Das erste Gelenk 2 umfaßt ein Gelenkaußenteil 6, das hohl ausge­ bildet ist und dessen Hohlraum mit 7 bezeichnet ist. In der Innenfläche 8 des Hohlraumes 7 sind Außenlaufrillen 9 umfangs­ verteilt in Meridianebenen bezüglich der Außenteillängsachse 10 angeordnet.

Das Außenteil 6 ist geteilt ausgebildet. Es umfaßt neben dem Teil, das die Außenlaufrillen 9 aufweist, Anschlußmittel 5, die das Gelenk abschließen und beispielsweise zum Anschluß an das Achsdifferential eines Kraftfahrzeuges dienen. Beide sind durch eine Schweißnaht 11 fest miteinander verbunden.

In dem Hohlraum 7 des Außenteils 6 ist das Innenteil 12 allsei­ tig schwenkbar aufgenommen. Das Innenteil 12 weist in seiner Außenfläche Innenlaufrillen 13 auf, die ebenfalls in Meridi­ anebenen bezüglich der Innenteillängsachse 19 angeordnet sind. Jeweils eine Innenlaufrille 13 liegt einer Außenlaufrille 9 gegenüber. Beide zusammen nehmen jeweils eine Kugel 14 zur Dreh­ momentübertragung zwischen Außenteil 6 und Innenteil 12 auf. Die Kugeln 14 sind zusätzlich in einem Käfig 15 geführt. Hierzu besitzt dieser Fenster, mit denen die Kugeln 14 gehalten werden und aus welchen sie radial nach innen und radial nach außen herausragen, um in die zugehörige Innenlaufrille 13 oder Außen­ laufrille 9 einzugreifen. Der Käfig 15 ist beim vorliegenden Beispiel eines Gleichlaufgelenkes mit einer hohlkugeligen Teil­ fläche auf einer kugeligen Außenfläche des Innenteiles 12 ge­ führt, die auf der zur Verbindungswelle 4 hinweisenden Seite angeordnet ist.

Das Innenteil 12 ist ferner mit der kugeligen Außenfläche an einem Steuerelement 20 geführt, welches an den Anschlußmitteln 5 in radialer Richtung verschiebbar geführt ist, aber in einer Ausnehmung durch einen elastischen Ring gehalten ist, der das Steuerelement 19 zum Anschlußmittel 5 in einer vormontierten Position hält, jedoch eine radiale Verstellung zuläßt. Das erste Gelenk 2 ist als Festgelenk gestaltet. Dies bedeutet, daß Innen­ teil 12 und Außenteil 6 nur Winkelbewegungen zueinander ausfüh­ ren können.

Zur Verbindung des Innenteils 12 mit der Verbindungswelle 4 dienen Kuppelmittel 16, die anhand der Fig. 2 und 3 näher beschrieben sind und darüber hinaus ein Verschiebeteil 17 um­ fassen, das eine Veränderung des Abstandes zwischen den beiden Gelenken 2, 3 zuläßt. Die gesamte Baueinheit ist durch einen Faltenbalg 18 gegen Verlust von Schmiermittel bzw. gegen äußere Einflüsse abgedichtet.

Das zweite Gleichlaufgelenk 3 umfaßt ein Innenteil 23, dem ein Zapfen 21 einstückig angeformt ist. Das Innenteil 23 ist schwenkbeweglich in dem Außenteil 24 aufgenommen. Beide weisen jeweils Innenlaufrillen bzw. Außenlaufrillen auf, in denen Ku­ geln 26 gehalten sind, die durch einen Käfig 25 geführt werden. Die Baueinheit ist ebenfalls durch einen Faltenbalg 22 abge­ deckt. Darüber hinaus sind dem Außenteil 24 Anschlußmittel zu­ geordnet, die beispielsweise zur drehfesten Verbindung mit dem Radflansch eines angetriebenen Rades eines Kraftfahrzeuges dienen.

Der Zapfen 21 ist mit der Verbindungswelle 4 durch eine Kupplung 27 verbunden. Es kann aber auch eine einstückige Ausbildung der Verbindungswelle 4 mit dem Zapfen 21 vorgesehen sein.

Aus den Fig. 2 und 3 ist das erste Gelenk 2 in vergrößerter Darstellung ersichtlich. Ferner ist ein Abschnitt der Verbin­ dungswelle 4 dargestellt sowie das den Kuppelmitteln 16 zugeord­ nete Verschiebeteil 17. Das erste Gleichlaufgelenk 2 umfaßt ein Außenteil 6, dessen Hohlraum eine Innenfläche 8 mit bezüglich der Außenteillängsachse 10 in Meridianebenen umfangsverteilt angeordneten Außenlaufrillen 9 besitzt. In dem Hohlraum 7 ist das Innenteil 12 schwenkbeweglich um den Gelenkmittelpunkt an­ geordnet. Das Innenteil 12 weist in seiner Außenfläche Innen­ laufrillen 13 auf. Jeweils zwei sich gegenüberliegende Laufril­ len, nämlich einer Innenlaufrille 13 und eine Außenlaufrille 9 ist eine Kugel 14 zur Drehmomentübertragung zugeordnet. Zwischen der Innenfläche 8 des Außenteils 6 und der Außenfläche des In­ nenteiles 12 ist ein Käfig 15 auf der Außenfläche des Innentei­ les 12 geführt. Der Käfig 15 weist zur Führung der Kugeln 14 Fenster auf, welche die Kugeln nach radial innen und außen durchragen, um in die Außenlaufrillen 9 bzw. Innenlaufrillen 13 einzugreifen. Das Innenteil 12 wird zusammen mit dem Käfig 15 über die Kugeln 14 einerseits und über einen Kontakt zwischen der kugeligen Außenfläche des Innenteiles 12 und der Hohlkugel­ fläche eines Steuerelementes 20 andererseits geführt. Das Steu­ erelement 20 ist radial begrenzt beweglich unter Zwischenschal­ tung von elastischen Mitteln an den Anschlußmitteln 5 des Auß­ enteiles 6 geführt. Das Innenteil 12 besitzt eine Durchgangs­ bohrung 28, die auf der Innenteillängsachse 19 zentriert ist und ausgehend von der Stirnfläche 30 eine Verzahnung kurzer Länge x besitzt, die als Evolventenverzahnung gestaltet ist. Vom Ende der Innenverzahnung 29 ausgehend bis zur anderen Stirnfläche 31 des Innenteiles 12 hin ist die Durchgangsbohrung 28 als kreiszy­ lindrischer Bohrungsabschnitt 32 gestaltet. In die Durchgangs­ bohrung 28 ist eine Kuppelhülse 33 eingesetzt, die genauso wie die Innenverzahnung 29 einen Teil der Kuppelmittel 16 zwischen dem Innenteil 12 und der Verbindungswelle 4 darstellt. Die Kup­ pelhülse 33 weist einen von der Stirnfläche 30 vorstehenden Ab­ schnitt auf. Daran schließt sich ein verzahnter Abschnitt an, der als Außenverzahnung 34 gestaltet ist, welche ebenfalls ein Evolventenprofil besitzt und zu der Innenverzahnung 29 passend ausgebildet ist. An die Außenverzahnung 34 schließt sich zum anderen Ende der Kuppelhülse 33 ein kreiszylindrischer Abschnitt 35 an. Die Kuppelhülse 33 ist in die Durchgangsbohrung 28 des Innenteils 12 eingesteckt, so daß über die in die Innenverzah­ nung 29 eingreifende Außenverzahnung 34 eine drehfeste Verbin­ dung entsteht und darüber hinaus die Kuppelhülse 33 über ihren zylindrischen Abschnitt 35 im kreiszylindrischen Bohrungsab­ schnitt 32 des Innenteiles 12 zentriert ist. Die Kuppelhülse 33 ist darüber hinaus über eine Schweißstelle oder Schweißnaht 44, die im Bereich der zweiten Stirnfläche 31 angeordnet ist, mit dem Innenteil 12 axial fest verbunden.

Der kreiszylindrische Abschnitt 35 bzw. der kreiszylindrische Bohrungsabschnitt 32 erstrecken sich über die Länge Y, die er­ heblich größer bemessen ist als die Länge X der Verzahnung 29, 34.

Die Kuppelhülse 33 ist axial durchbohrt und weist eine Lagerboh­ rung 36 auf. In dieser Lagerbohrung sind umfangsverteilt erste Längsrillen 37 angeordnet, die parallel zur Innenteillängsachse 19 verlaufen. In die Lagerbohrung 36 ist die Verbindungswelle 4 eingesteckt. Sie weist auf einem Abschnitt ebenfalls in ihrer Außenfläche 38 zweite Längsrillen 39 auf, die parallel zur In­ nenteillängsachse 19 verlaufen. Jeweils ein Paar von ersten Längsrillen 37 und zweiten Längsrillen 39, die sich gegenüber­ liegen, nehmen Kugeln als Wälzkörper 40 auf, wobei mehrere Ku­ geln in bezug auf die Innenteillängsachse 19 hintereinander angeordnet sind. Die Kugeln 40 sind in einem Käfig 41 gehalten. Hierdurch ist eine abwälzende Bewegung und damit ein Verschiebe­ teil 17 geschaffen, das eine geringe Reibung aufweist, da eine Abwälzbewegung stattfindet. Die Verschiebung des Käfigs 41 ist gegenüber der Kuppelhülse 33 begrenzt. Hierzu dient eine Aus­ zugssicherung 42 an dem der Verbindungswelle 4 zugewandten Ende der Kuppelhülse 33 bzw. ein in die Kuppelhülse 33 im Bereich der Stirnfläche 31 des Innenteils 12 eingesetzter Sicherungsring­ anschlag 43, zwischen welchen der Käfig 41 verstellbar ist. Ist eine größere Bewegung erforderlich als sie durch den Freiheits­ grad des Abwälzens der in dem Käfig 41 gehaltenen Kugeln 40 gegeben ist, erforderlich, so kann die Verbindungswelle 4 zwar weiter aus der Kuppelhülse 33 herausgezogen werden, der Käfig 41 verstellt sich jedoch nicht weiter. Es tritt in diesem Fall ein Gleiten ein.

Bezugszeichenliste

1 Gelenkwelle
2 erstes Gelenk
3 zweites Gelenk
4 Verbindungswelle
5 Anschlußmittel
6 Außenteil
7 Hohlraum
8 Innenfläche
9 Außenlaufrillen
10 Außenteillängsachse
11 Schweißnaht
12 Innenteil
13 Innenlaufrillen
14 Kugeln
15 Käfig
16 Kuppelmittel
17 Verschiebeteil
18 Faltenbalg
19 Innenteillängsachse
20 Steuerelement
21 Zapfen
22 Faltenbalg
23 Innenteil
24 Außenteil
25 Käfig
26 Kugeln
27 Kupplung
28 Durchgangsbohrung
29 Innenverzahnung
30, 31 Stirnfläche
32 kreiszylindrischer Bohrungsabschnitt
33 Kuppelhülse
34 Außenverzahnung
35 kreiszylindrischer Abschnitt
36 Lagerbohrung
37 erste Längsrillen (in Kuppelhülse)
38 Außenfläche
39 zweite Längsrillen
40 Wälzkörper
41 Käfig
42 Auszugssicherung
43 Sicherungsanschlag
44 Schweißnaht/Sicherungsmittel
X Länge der Verzahnungen
Y Länge der kreiszylindrischen Abschnitte der Durch­ gangsbohrung bzw. der Kuppelhülse

Claims (6)

1. Gleichlaufgelenk (2) mit einer Verbindungswelle (4), wobei das Gleichlaufgelenk (2) ein Außenteil (6) mit einem Hohl­ raum (7) und mit in dessen Innenfläche (8) in Meridianebe­ nen bezüglich der Außenteillängsachse (10) verlaufenden Außenlaufrillen (9), ein Innenteil (12), das im Hohlraum (7) des Außenteils (6) schwenkbar aufgenommen ist, in sei­ ner Außenfläche Innenlaufrillen (13) aufweist, die mit den jeweils gegenüberliegenden Außenlaufrillen (9) ein Paar bilden, in Meridianebenen zur Innenteillängsachse (4) ver­ laufen und zur gemeinsamen Aufnahme je einer Kugel (14) zur Drehmomentübertragung dienen, und einen Käfig (15) auf­ weist, der zwischen der Außenfläche des Innenteils (12) und der Innenfläche (8) des Außenteils (6) angeordnet ist und Fenster zur Führung der Kugeln (14) aufweist, und wobei eine Innenverzahnung (29) in einer auf der Innenteillängs­ achse (19) zentrierten Durchgangsbohrung (28) des Innen­ teils (12) und eine entsprechende Außenverzahnung (34) zum drehfesten Anschluß der Verbindungswelle (4) an das Innen­ teil (12) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Innenverzahnung (29) des Innenteils (12) einen ersten Abschnitt der Durchgangsbohrung (28) bildet, der von der der Verbindungswelle (4) zugewandten Stirnfläche (30) des Innenteils (12) ausgeht, an den sich ein kreiszylin­ drischer Bohrungsabschnitt (32) als zweiter Abschnitt an­ schließt,
daß die Außenverzahnung (34) zur Verbindung der Verbin­ dungswelle (4) mit der Innenverzahnung (29) des Innenteils (12) einer Kuppelhülse (33) zugeordnet ist, welche neben der Außenverzahnung (34) einen kreiszylindrischen Abschnitt (35) aufweist, mit dem sie in dem kreiszylindrischen Boh­ rungsabschnitt (32) des Innenteils (12) zentriert aufgenom­ men ist,
daß die Kuppelhülse (33) axial zur Verbindungswelle (4) hin aus dem Innenteil (12) herausragt und eine durchgehende Lagerbohrung (36) besitzt, in welcher umfangsverteilt erste Längsrillen (37) angeordnet sind, die parallel zur Innen­ teillängsachse (19) verlaufen,
daß die Verbindungswelle (4) in ihrer Außenfläche (38) zweite Längsrillen (39) aufweist, die den ersten gegenüber­ liegen und
daß die Verbindungswelle (4) in die Kuppelhülse (33) ein­ taucht und in dieser durch in den ersten und zweiten Längs­ rillen (37, 39) aufgenommene Wälzkörper (40) in Richtung der Innenteillängsachse (19) verstellbar ist.

2. Gleichlaufgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kuppelhülse (33) durch Sicherungsmittel (44) am Innenteil (12) festgelegt ist.

3. Gleichlaufgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungsmittel (44) einen zwischen Kuppelhülse (33) und Innenteil (12) angeordneten Sicherungsring umfas­ sen.

4. Gleichlaufgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungsmittel (44) durch eine Schweißverbindung zwischen der Kuppelhülse (33) und dem Innenteil (12) darge­ stellt sind.

5. Gleichlaufgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenverzahnung (29) des Innenteils (12) und die Außenverzahnung (34) der Kuppelhülse (33) ein Evolventen­ profil aufweisen.

6. Gleichlaufgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Längen (X) der Innenverzahnung (29) und der Außen­ verzahnung (34) kürzer bemessen sind als die (Y) des kreiszylindrischen Bohrungsabschnittes (38) des Innenteils (12) bzw. des kreiszylindrischen Abschnittes (35) der Kup­ pelhülse (33).