DE602004007584T2

DE602004007584T2 - Gleichlaufgelenk

Info

Publication number: DE602004007584T2
Application number: DE602004007584T
Authority: DE
Inventors: Zexi J. Fenton Song
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2003-06-09
Filing date: 2004-05-27
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2024-05-28
Also published as: US7008326B2; DE602004007584D1; ATE367536T1; EP1486692A1; EP1486692B1; US20040248658A1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Universalgelenke und im Spezielleren ein Gleichlauf-Universalgelenk.
Hintergrund der Erfindung
Typischerweise weist ein Gleichlauf-Universalgelenk einen inneren und einen äußeren kugelförmigen Gelenkkörper auf, die durch eine Reihe von Kugeln, die mit allgemein parallelen Nuten in den Gelenkkörpern in Eingriff stehen, miteinander gekoppelt sind. Es ist wichtig, dass die Geschwindigkeit einer Drehung der beiden Gelenkkörper immer dieselbe bleibt, unabhängig von der Winkeleinstellung der Achsen der beiden Gelenkkörper. Dies hängt davon ab, dass die Ebene der Kugeln beibehalten wird, um den Einstellwinkel zu halbieren. Derzeit wird dies bewerkstelligt, indem ein kugelförmiger Käfig zwischen den Gelenkkörpern angeordnet wird, der geschlitzt ist, um die Kugeln zu halten. Die Bereitstellung eines Käfigs erhöht jedoch die Kosten, fügt ein zusätzliches Teil hinzu und erzeugt im Betrieb Überschusswärme. Die US 3 592 023 offenbart ein Gleichlauf-Universalgelenk, das auf dieses Problem gerichtet ist und die Verwendung einer Halteeinrichtung vermeidet.
Zusammenfassung der Erfindung
Das Gleichlauf-Universalgelenk der vorliegenden Erfindung weist keinen Käfig auf. Die beiden Gelenkkörper stehen kugelförmig miteinander in Eingriff. Jede Kugel ist von einem Paar Nuten begrenzt, das aus einer Nut in dem äußeren Gelenkkörper und einer Nut in dem inneren Gelenkkörper besteht, wobei die Nuten eines jeden Paares in einer überkreuzenden Be ziehung zueinander stehen, sodass die Kugel korrekt angeordnet ist. Allerdings kann eine Kugel herausfallen, wenn ein Drehmoment auf einen der Gelenkkörper aufgebracht wird und eine Nut die Tendenz zeigt, sich relativ zu der anderen zu drehen. Um dieses Problem zu überwinden, ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Gleichlauf-Universalgelenk, wie in Anspruch 1 beansprucht, vorgesehen. In einer Ausführungsform der Erfindung sind alle äußeren Gelenkkörpernuten um den Umfang in einer Richtung geneigt, sind alle inneren Gelenkkörpernuten in der entgegengesetzten Richtung um den Umfang geneigt, wobei abwechselnde äußere Gelenkkörper-Nutzentren zu einer Seite des Kugelzentrums versetzt sind, die übrigen äußeren Gelenkkörper-Nutzentren zu der entgegengesetzten Seite des Kugelzentrums versetzt sind und das innere Gelenkkörper-Nutzentrum eines jeden Nutpaares von dem Kugelzentrum zu der Seite versetzt sind, die der Seite entgegengesetzt ist, zu der das Zentrum der paarweise angeordneten äußeren Gelenkkörpernut versetzt ist.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Gleichlauf-Universalgelenk mit den vorhergehenden Merkmalen und Fähigkeiten bereitzustellen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden mit Fortschreiten der nachfolgenden Beschreibung, insbesondere unter Berücksichtigung der beiliegenden Zeichnungen, besser verständlich.
1 ist eine Seitenansicht eines Universalgelenks, das gemäß der Erfindung aufgebaut ist;
2 ist eine Schnittansicht an der Linie 2-2 in 1;
3 ist eine Schnittansicht an der Linie 3-3 in 2;
4 ist eine Schnittansicht des äußeren Gelenkkörpers in 2;
5 ist eine seitliche Aufrissansicht des inneren Gelenkkörpers;
6 ist eine fragmentarische Schnittansicht an der Linie 6-6 in 1;
7 ist eine fragmentarische Schnittansicht an der Linie 7-7 in 1;
8 ist eine fragmentarische Schnittansicht an der Linie 8-8 in 1;
9 ist eine fragmentarische Schnittansicht an der Linie 9-9 in 1;
10 ist eine abgewickelte Ansicht des inneren und des äußeren Gelenkkörpers, die das Nutprofil davon zeigt;
11 ist eine abgewickelte Ansicht des inneren und des äußeren Gelenkkörpers, die die übereinander gelegten Nutprofile zeigt;
12 ist eine grafische perspektivische Darstellung, die eine Kugel zwischen einem Paar äußerer und innerer Gelenkkörpernuten zeigt;
13 ist eine grafische Darstellung bei einer Betrachtung der Ansicht in 12 von oben;
14 ist eine grafische perspektivische Darstellung, die eine Kugel zwischen einem weiteren Paar äußerer und innerer Gelenkkörpernuten zeigt;
15 ist eine grafische Darstellung bei einer Betrachtung der Ansicht in 14 von oben;
16 ist eine Seitenansicht eines abgewandelten Aufbaus eines Universalgelenks, das nicht in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist;
17 ist eine Schnittansicht an der Linie 17-17 in 16;
18 ist eine Schnittansicht des in 16 gezeigten äußeren Gelenkkörpers an der Linie 18-18 in 16;
19 ist eine seitliche Aufrissansicht des inneren Gelenkkörpers des in 16 gezeigten Aufbaus;
20 ist eine abgewickelte Ansicht des äußeren und des inneren Gelenkkörpers des Aufbaus von 16, die das Nutprofil davon zeigt;
21 ist eine fragmentarische Schnittansicht an der Linie 21-21 in 16;
22 ist eine fragmentarische Schnittansicht an der Linie 22-22 in 16;
23 ist eine abgewickelte Ansicht des äußeren und des inneren Gelenkkörpers, die die Nutprofile in 20 zeigt, welche übereinander gelegt sind;
24 ist eine grafische perspektivische Darstellung, die eine Kugel zwischen einem Paar äußerer und innerer Gelenkkörpernuten des in 16 gezeigten Universalgelenks zeigt;
25 ist eine grafische Darstellung bei einer Betrachtung der Ansicht in 24 von oben;
26 ist eine grafische perspektivische Darstellung, die eine Kugel zwischen einem weiteren Paar äußerer und innerer Gelenkkörpernuten des in 16 gezeigten Universalgelenks zeigt; und
27 ist eine grafische Darstellung bei einer Betrachtung der Ansicht in 26 von oben.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Unter nunmehriger speziellerer Bezugnahme auf die 1-15 ist ein Gleichlauf-Universalgelenk 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, das einen äußeren Gelenkkörper 22, der einteilig mit einer Welle 24 oder andernfalls daran befestigt ist, und einen inneren Gelenkkörper 26 aufweist, der einteilig mit einer Welle 28 oder andernfalls daran angebracht ist. Der äußere Gelenkkörper 22 weist eine innere, kugelförmige, konkave Fläche 30 auf, die um eine Längsachse 32 des äußeren Gelenkkörpers herum angeordnet ist. Der innere Gelenkkörper 26 weist eine äußere, kugelförmige, konvexe Fläche 34 auf, die um eine Längsachse 36 des inneren Gelenkkörpers herum angeordnet ist. Der innere und der äußere Gelenkkörper 22, 26 und ihre kugelförmigen Flächen 30 und 34 besitzen ein gemeinsames Zentrum 38, welches das Zentrum des Gelenks ist, und die Flächen 30 und 34 stehen kugelförmig miteinander in Eingriff.
Die konkave Fläche 30 des äußeren Gelenkkörpers 20 weist eine Vielzahl (in dieser Ausführungsform 8) von gekrümmten, allgemein längs verlaufenden, um den Umfang beabstandeten äußeren Gelenkkörpernuten 40 und 42 auf, die einander abwechseln. Die konvexe Fläche 34 des inneren Gelenkkörpers 26 besitzt dieselbe Anzahl von gekrümmten, allgemein längs verlaufenden, um den Umfang beabstandeten inneren Gelenkkörpernuten 44, und 46, die einander abwechseln. Die Nuten 40 und 44 der beiden Gelenkkörper sind miteinander paarweise angeordnet, um eine Vielzahl von Nutpaaren 48 bereitzustellen (12). Die Nuten 42 und 46 der beiden Gelenkkörper sind miteinander paarweise angeordnet, um eine Vielzahl von Nutpaaren 50 bereitzustellen (14).
Alle äußeren Gelenkkörpernuten 40 und 42 sind um den Umfang in einer Richtung geneigt und alle inneren Gelenkkörpernuten 44 und 46 sind in um den Umfang in der entgegengesetzten Richtung geneigt, sodass die Nuten 40, 44 eines jeden der Nutpaare 48 in einer überkreuzenden Beziehung zueinander stehen und die Nuten 42, 46 eines jeden der Nutpaare 50 in einer überkreuzenden Beziehung zueinander stehen. Siehe 4, 5, 10 und 11.
Eine Drehmoment-Übertragungskugel 52 ist durch die äußere Gelenkkörpernut und die innere Gelenkkörpernut eines jeden der Nutpaare 48 und 50 begrenzt.
Die abwechselnden äußeren Gelenkkörpernuten 40 sind gekrümmt und besitzen Krümmungszentren, die bei 53, versetzt zu einer Seite des Gelenkzentrums 38 angeordnet sind (7). Die verbleibenden äußeren Gelenkkörpernuten 42 sind gekrümmt und besitzen Krümmungszentren, die bei 54, versetzt zu der entgegengesetzten Seite des Gelenkzentrums 38 angeordnet sind (9). Die abwechselnden inneren Gelenkkörpernuten 44 besitzen Krümmungszentren bei 54 und die verbleibenden inneren Gelenkkörpernuten 46 besitzen Krümmungszentren bei 53. Siehe die 6 und 8. Die Zentren 53 und 54 sind um denselben Abstand von dem Gelenkzentrum 38 versetzt.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 16-27 ist ein Gleichlauf-Universalgelenk 120 gezeigt, das einen äußeren Gelenkkörper 122, der an einer Welle 124 keilverzahnt oder auf andere Weise befestigt ist, und einen inneren Gelenkkörper 126 aufweist, der einteilig mit einer Welle 128 oder andernfalls daran angebracht ist. Der äußere Gelenkkörper 122 weist eine innere, kugelförmige, konkave Fläche 130 auf, die um eine Längsachse 132 des äußeren Gelenkkörpers herum angeordnet ist. Der innere Gelenkkörper 126 weist eine äußere, kugelförmige, konvexe Fläche 134 auf, die um eine Längsachse 136 des inneren Gelenkkörpers herum angeordnet ist. Der innere und der äußere Gelenkkörper 122, 126 und ihre kugelförmigen Flächen 130 und 134 besitzen ein gemeinsames Zentrum 138, welches das Zentrum des Gelenks ist, und die Flächen 130 und 134 stehen kugelförmig miteinander in Eingriff.
Die konkave Fläche 130 des äußeren Gelenkkörpers 120 weist eine Vielzahl (wiederum gibt es acht) von gekrümmten, allgemein längs verlaufenden, um den Umfang beabstandeten äußeren Gelenkkörpernuten 140 und 142 auf, die einander abwechseln. Die konvexe Fläche 134 des inneren Gelenkkörpers 126 weist dieselbe Anzahl von gekrümmten, allgemein längs verlaufenden, um den Umfang beabstandeten inneren Gelenkkörpernuten 144 und 146 auf, die einander abwechseln. Die Nuten 140 und 144 der beiden Gelenkkörper sind miteinander paarweise angeordnet, um eine Vielzahl von Nutpaaren 148 bereitzustellen (24). Die Nuten 142 und 146 der beiden Gelenkkörper sind miteinander paarweise angeordnet, um eine Vielzahl von Nutpaaren 150 bereitzustellen (26).
Abwechselnde Nuten 140 des äußeren Gelenkkörpers 120 sind um den Umfang in einer Richtung geneigt und die übrigen Nuten sind um den Umfang in der entgegengesetzten Richtung geneigt. Abwechselnde Nuten 144 des inneren Gelenkkörpers 126 sind um den Umfang entgegengesetzt zu den Nuten 140 geneigt, mit denen sie paarweise angeordnet sind, und die übrigen inneren Gelenknuten 146 sind zu den Nuten 142, mit denen sie paarweise angeordnet sind, um den Umfang entgegengesetzt geneigt. Somit sind die Nuten eines jeden Paares entgegengesetzt zueinander geneigt.
Eine Drehmoment-Übertragungskugel 152 ist durch die äußere Gelenkkörpernut und die innere Gelenkkörpernut eines jeden der Nutpaare 148 und 150 begrenzt.
Alle äußeren Gelenkkörpernuten 140 und 142 sind gekrümmt und besitzen Krümmungszentren, die bei 153, versetzt zu einer Seite des Gelenkzentrums 138 angeordnet sind. Alle inneren Gelenkkörpernuten 144 und 146 sind gekrümmt und besitzen Krümmungszentren, die bei 154, versetzt zu der entgegengesetzten Seite des Gelenkzentrums 138 angeordnet sind. Die Zentren 153 und 154 sind um denselben Abstand von dem Gelenkzentrum 138 versetzt. Siehe 21 und 22.
Wie oben stehend dargelegt, können die Kugeln selbst mit Quernuten herausfallen, wenn ein Drehmoment auf einen der Gelenkkörper aufgebracht wird. Diese Situation wird jedoch durch beide zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung vermieden.
Unter Bezugnahme zunächst auf die Ausführungsform in den 1-15 ist in den 12-15 die Beziehung von zwei Quernuten 40 und 44 eines Nutpaares 48 und zwei Quernuten 42 und 46 eines Nutpaares 50 grafisch dargestellt. Alle Nuten weisen auf Grund der Versetzung der Nutzentren von dem Kugelzentrum über ihre gesamte Länge eine unregelmäßige Tiefe auf. In der perspektivischen Darstellung des Nutpaares 48 (12) ist ersichtlich, dass die Nuttiefe nach rechts größer ist als nach links. Da die innere Gelenkkörpernut 44 die Tendenz zeigt, sich in das Papier hinein zu drehen (wie durch den Pfeil 160 in der perspektivischen Darstellung angezeigt), drückt die Stirnwand der inneren Gelenkkörpernut 44 die Kugel gegen die Rückwand der äußeren Gelenkkörpernut 40. Die Kräfte von beiden Nutwänden treiben die Kugel nach rechts, wie in der Vorderansicht gezeigt. Da die Nuten 40 und 44 nach rechts eine größere Tiefe aufweisen, stoppt nichts die Bewegung der Kugeln nach rechts, mit Ausnahme des Vorhandenseins der Nutpaare 50.
Unter Bezugnahme auf die perspektivische Darstellung des Nutpaares 50 (14) ist ersichtlich, dass die Nuten 42 und 46 nach rechts eine geringere Tiefe aufweisen. Somit drückt, da die innere Gelenkkörpernut 46 die Tendenz zeigt, sich in das Papier hinein zu drehen, die Stirnwand der inneren Gelenkkörpernut 46 die Kugel gegen die Rückwand der äußeren Gelenkkörpernut 42. Diese in der Vorderansicht gezeigten Kräfte treiben die Kugel nach rechts. Die Kugel kann jedoch nicht durch den schmaleren Kanal der Nuten 42 und 46 gelangen. Die Kugel wird in dem überkreuzenden Paar der Nuten 42, 46 blockiert, und stoppt die Drehung der inne ren Gelenkkörpernut bezüglich der äußeren Gelenkkörpernut. Somit stoppen alle Nutpaare 50 die relative Drehung aller Nutepaare 48, sodass alle Kugeln in den überkreuzenden Nutpaaren eingeschlossen sind. Der äußere Gelenkkörper dreht sich somit gemeinsam mit dem inneren Gelenkkörper. Es sollte angemerkt werden, dass in diesem Fall nur die Nutpaare 48 das Drehmoment tragen.
Betrachtet man nun die 16-27, so ist ein alternativer Aufbau gezeigt, der nicht in den Umfang der vorliegenden Erfindung fällt. In den 24-27 ist grafisch die Beziehung von zwei Quernuten 140 und 144 eines Nutpaares 148 und zwei Quernuten 142 und 146 eines Nutpaares 150 dargestellt. Alle inneren Gelenkkörper-Nutzentren sind symmetrisch zu einer Seite des Kugelzentrums versetzt und alle äußeren Gelenkkörper-Nutzentren sind symmetrisch zu der entgegengesetzten Seite des Nutzentrums versetzt, und die Nuten in jedem Gelenkkörper sind abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen geneigt.
Wie in der Vorderansicht von 24 und 26 ersichtlich, ist die innere Gelenkkörpernut 144 des Nutpaares 148 aus dem Papier heraus geneigt, während die innere Gelenkkörpernut 146 des Paares 150 in das Papier hinein geneigt ist. Alle äußeren Gelenkkörpernuten 140 und 142 sind symmetrisch in der entgegengesetzten Richtung zu ihren paarweise angeordneten inneren Gelenkkörpernuten 146 und 148 geneigt.
Alle Nutpaare weisen eine geringe Nuttiefe nach links und eine größere Tiefe nach rechts auf. Unter der Annahme, dass die inneren Gelenkkörpernuten die Tendenz zeigen, sich in das Papier hinein zu drehen, wie durch den Pfeil 160 angezeigt, so zeigen die Stirnwände der inneren Gelenkkörpernuten die Tendenz, die Kugel gegen die Rückwände der äußeren Gelenkkörpernuten zu drücken. Die Kräfte zeigen die Tendenz, die Kugel des Nutpaares 148 nach rechts, in die Richtung einer größeren Nuttiefe, zu treiben. Die Kräfte des Nutpaares 150 zeigen jedoch die Tendenz, die Kugel nach links zu treiben, wobei das gekreuzte Nutpaar in dieser Richtung eine geringere Tiefe aufweist. Demzufolge bleibt die Kugel stecken und stoppt die relative Drehung des inneren und des äußeren Gelenkkörpers, sodass sich der äußere Gelenkkörper mit dem inneren Gelenkkörper dreht.

Claims

Gleichlauf-Universalgelenk, das umfasst: einen äußeren Gelenkkörper (22, 122) mit einer inneren, kugelförmigen, konkaven Fläche (30, 130), die um eine Längsachse des äußeren Gelenkkörpers herum angeordnet ist, eine Vielzahl von gekrümmten, allgemein längs verlaufenden, um den Umfang beabstandeten, äußeren Gelenkkörpernuten (40, 140; 42, 142) in der konkaven Fläche des äußeren Gelenkkörpers, einen inneren Gelenkkörper (26, 126) mit einer äußeren, kugelförmigen, konvexen Fläche (34, 134), die um eine Langsachse des inneren Gelenkkörpers herum angeordnet ist, eine Vielzahl von gekrümmten, allgemein längs verlaufenden, um den Umfang beabstandeten, inneren Gelenkkörpernuten (44, 144; 46, 146) in der konvexen Fläche des inneren Gelenkkörpers, wobei der innere Gelenkkörper (26, 126) konzentrisch innerhalb des äußeren Gelenkkörpers (22, 122) angeordnet ist, wobei die konvexe Fläche kugelförmig mit der konkaven Fläche für eine relative Winkelbewegung des inneren und äußeren Gelenkkörpers um ein gemeinsames Gelenkzentrum (38, 138) herum in Eingriff steht, wobei jede der inneren Nuten (44, 144; 46, 146) gegenüber einer entsprechenden von den äußeren Gelenkkörpernuten (40, 140; 42, 142) angeordnet ist, um eine Vielzahl von Kugel-Nutpaaren (48, 50; 148, 150) zu definieren, wobei die Nuten eines jeden Kugel-Nutpaares in einer quer überkreuzenden Beziehung zueinander angeordnet sind, und eine Vielzahl von Drehmoment-Übertragungskugeln (52, 152), wobei eine der Kugeln in jedem der Kugel-Nutpaare für eine Bewegung daran entlang während solch einer relativen Winkelbewegung des inneren und äußeren Kugelkörpers angeordnet ist, wobei die äußeren Gelenkkörpernuten (40, 140; 42, 142) eines oder mehrerer von den Kugel-Nutpaaren Zentren (53, 153) aufweisen, die von dem Gelenkzentrum (38, 38) zu einer Seite des Gelenkzentrums axial beabstandet sind, und wobei die inneren Gelenkkörpernuten (44, 144; 46, 146) des einen oder der mehreren von den Kugel-Nutpaaren Zentren (54, 154) aufweisen, die von dem Gelenkzentrum (38, 138) zu einer zweiten, der ersten Seite des Gelenkzentrums (38, 138) entgegengesetzten Seite, axial beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Gelenkkörpernuten der Kugel-Nutpaare, anders als das eine oder die mehreren von den Kugel-Nutpaaren, Zentren aufweisen, die von dem Gelenkzentrum (38, 138) zu der zweiten Seite des Gelenkzentrums axial beabstandet sind, und die inneren Gelenkkörpernuten der Kugel-Nutpaare, anders als das eine oder die mehreren Kugel-Nutpaar/e, Zentren aufweisen, die von dem Gelenkzentrum (38, 138) zu der einen Seite des Gelenkzentrums axial beabstandet sind.
Gleichlauf-Universalgelenk nach Anspruch 1, wobei die äußeren Gelenkkörpernuten (40, 42) aller Kugel-Nutpaare in einer Umfangsrichtung geneigt sind und die inneren Gelenkkörpernuten (44, 46) aller Kugel-Nutpaare in einer Richtung geneigt sind, die der einen Umfangsrichtung entgegengesetzt ist.
Gleichlauf-Universalgelenk nach Anspruch 1, wobei das eine oder die mehreren Kugel-Nutpaar/e eine Hälfte der Gesamtzahl der Kugel-Nutpaare bildet.