KR20240022589A - 카운터 트랙 조인트 및 액슬 샤프트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카운터 트랙 조인트에 관한 것이며, 상기 카운터 트랙 조인트는, 외부 조인트 부재(12); 내부 조인트 부재(13); - 카운터 트랙 조인트가 직선형일 때 제1 트랙 쌍(22A, 23A)이 외부 조인트 부재(12)의 개구부 측을 향해 확장되고, 카운터 트랙 조인트가 직선형일 때 제2 트랙 쌍(22B, 23B)이 외부 조인트 부재(12)의 연결 측을 향해 확장됨-; 각각의 제1 및 제2 트랙 쌍 내의 각각 하나의 볼(14A, 14B); 주연부에 분포되어 볼들(14) 중 각각 하나를 수용하는 케이지 윈도우들(18)을 구비한 볼 케이지(15);를 포함하며, 볼 케이지(15)는 횡단면에서 볼 때 적어도 3개의 최고점 및 3개의 최저점을 갖는 비원형 형태를 갖는다.

Description

카운터 트랙 조인트 및 액슬 샤프트

본 발명은 카운터 트랙 조인트 형태의 등속 조인트, 및 상기 카운터 트랙 조인트를 구비한 액슬 샤프트에 관한 것이다.

DE 100 60 120 A1호로부터, 외부 조인트 부재(outer joint part); 내부 조인트 부재; 각각 하나의 외부 트랙 및 내부 트랙으로 구성된 트랙 쌍들 내에 수용된 토크 전달 볼(torque-transferring balls); 및 내부에 볼들이 보유되는 케이지 윈도우(cage windows)를 구비한 볼 케이지(ball cage);를 포함하는 카운터 트랙 조인트가 공지되어 있다. 제1 외부 트랙은 제1 내부 트랙과 함께 제1 트랙 쌍을 형성하고, 제1 트랙 쌍의 제1 제어 각도는 제1 축방향으로 개방되며, 제1 트랙 쌍 내에는 제1 볼이 보유된다. 제2 외부 트랙은 제2 내부 트랙과 함께 제1 트랙 쌍을 형성하고, 제2 트랙 쌍의 제2 제어 각도는 제2 축방향으로 개방되며, 제2 트랙 쌍 내에는 제2 볼이 보유된다. 외부 조인트 부재와 내부 조인트 부재는 서로에 대해 축방향으로 변위될 수 있다. WO 2013/029655 A1호로부터는 또 다른 카운터 트랙 조인트가 공지되어 있다.

DE 102 09 933 A1호로부터, 제1 및 제2 내부 궤도홈(running groove)을 구비한 내부 허브; 제1 및 제2 외부 궤도 홈을 구비한 외부 허브; 내부 허브와 외부 허브 사이에 배치된 환형 케이지; 및 궤도 홈 내에 맞물리는 볼이 안내되는 반경 방향 윈도우들;을 포함하는 카운터 트랙 조인트가 공지되어 있다. 카운터 트랙 조인트의 외부 허브는, 내부에 외부 궤도 홈들이 비절삭 방식으로 일체로 성형된 일체형 폐쇄 링(closed ring)이다.

EP 2 180 202 A1호로부터 등속 플런징 조인트 (plunging joint)용 볼 케이지가 공지되어 있다. 볼 케이지는, 주연방향으로 분포된(circumferentially distributed), 볼의 수용을 위한 윈도우들, 외부 구면 제어면, 그리고 예비 성형된 블랭크(blank)에서 시작하여 기계적으로 가공되지 않은 외부 원추형 개방 영역(open space)을 포함한다.

FR 1 287 546호로부터, 외부 조인트 부재, 이 외부 조인트 부재에 대해 종방향으로 이동 가능한 내부 조인트 부재, 케이지, 및 케이지 윈도우 내에 보유된 4개의 토크 전달 볼을 포함하는 등속 슬립 조인트(constant velocity slip joint)가 공지되어 있다. 외부 조인트 부재는, 축에 대해 각을 이루면서 연장되는 4개의 외부 트랙을 구비한 원통형 내표면을 갖는다. 내부 조인트 부재는, 외부 트랙들에 대해 대칭으로 연장되는 4개의 내부 트랙을 구비한 이중 원추형 외표면을 갖는다. 케이지는 종단면에서 볼 때 이중 원추형 외표면을 갖고, 횡단면에서 볼 때 종방향으로 연장되는 4개의 리세스를 구비한 원통형 내표면을 가지며, 변위 운동 시 내부 트랙들 사이에 놓인 내부 조인트 부재의 웨브 영역이 상기 리세스까지 도달한다.

US 6 224 490 B1호로부터, 외부 조인트 부재, 내부 조인트 부재, 토크 전달 볼들 및 케이지를 구비한 등속 조인트가 공지되어 있다. 외부 조인트 부재는 궤도 홈들을 구비한 구면 내표면을 갖는다. 내부 조인트 부재는 궤도 홈들을 구비한 구면 외표면을 가지며, 궤도 홈의 개수는 외부 조인트 부재 내의 궤도 홈의 개수와 같다. 외부 조인트 부재 내의 궤도 홈들과 외부 조인트 부재상의 리드-인 챔퍼(lead-in chamfer)는 플라스틱 기계 가공 공정을 통해 제조된다.

본 발명의 과제는, 간단하게 효율적으로 제조될 수 있고 소음 방출이 적은, 카운터 트랙 조인트 형태의 등속 조인트를 제안하는 것이다. 또한, 상기 카운터 트랙 조인트를 구비한, 효율적이고 소음이 적은 액슬 샤프트를 제안하는 것도 과제이다.

본 발명에 따라, 카운터 트랙 조인트 형태의 등속 조인트가 제안되며, 상기 등속 조인트는:

종축, 연결 측과 개구부 측, 종방향으로 적어도 부분적으로 만곡된 내표면, 및 주연방향으로 분포되어 배치된 제1 외부 볼 트랙과 제2 외부 볼 트랙을 구비한 외부 조인트 부재;

종축, 및 내부 조인트 부재의 외표면 내에서 주연방향으로 분포되는 방식으로 배치된 제1 내부 볼 트랙들과 제2 내부 볼 트랙들을 구비한 내부 조인트 부재; - 여기서, 제1 외부 볼 트랙들과 제1 내부 볼 트랙들은 함께 외부 조인트 부재의 개구부 측을 향해 확장되는 제1 트랙 쌍들을 형성하고, - 제2 외부 볼 트랙들과 제2 내부 볼 트랙들은 서로, 외부 조인트 부재의 연결 측을 향해 확장되는 제2 트랙 쌍들을 형성함 -;

각각의 제1 트랙 쌍 및 각각의 제2 트랙 쌍 내의 각각 하나의 토크 전달 볼;

외부 조인트 부재와 내부 조인트 부재 사이에 배치되고, 케이지 내표면, 케이지 외표면, 및 주연방향으로 분포되어 토크 전달 볼들 중 각각 적어도 하나의 토크 전달 볼을 수용하는 케이지 윈도우들을 가진 볼 케이지;

를 포함하며,

상기 볼 케이지는, 주연방향으로 분포된 케이지 윈도우들에 대해 측면에서 인접하는 방식으로 개구부 측 환형 웨브 및 연결 측 환형 웨브를 가지며, 내부 조인트 부재 및 외부 조인트 부재의 종축들이 동축으로 정렬될 때 볼 케이지의 볼들은 반경방향 평면 내에 보유되며;

외부 조인트 부재 및 내부 조인트 부재의 종축들이 서로 일직선으로 정렬될 때, 케이지 외표면과 외부 조인트 부재의 내표면 사이에 외부 반경방향 갭이 형성되고 케이지 내표면과 내부 조인트 부재의 외표면 사이에 내부 반경방향 갭이 형성되며;

내부 조인트 부재는 외부 조인트 부재에 대해 제한되어 축방향으로 이동될 수 있고, 볼 케이지의 개구부 측 환형 웨브는 외부 조인트 부재 및/또는 내부 조인트 부재의 개구부 측 지지면에 대해 축방향으로 지지될 수 있고, 연결 측 환형 웨브는 외부 조인트 부재 및/또는 내부 조인트 부재의 연결 측 지지면에 대해 축방향으로 지지될 수 있으며;

볼 케이지의 케이지 외표면과 케이지 내표면 중 적어도 하나는 연질 마무리 가공되고 경화되며;

볼 케이지는 횡단면에서 볼 때, 각각 적어도 3개의 최고점(maximum) 및 3개의 최저점(minimum)과 최소 30마이크로미터의 최대 피크-밸리 값(peak-valley value)을 갖는 연결 측 환형 웨브의 다각형 주연 윤곽(polygonal circumference contour) 및 개구부 측 환형 웨브의 다각형 주연 윤곽을 구비한 비원형 형태를 갖는다.

본원 카운터 트랙 조인트는, 볼 케이지가 자신의 비원형 형태를 기반으로 축방향 정지부에서 점접촉(point contact) 형태로만 외부 조인트 부재 또는 내부 조인트 부재와 접촉하고 소정의 스프링 기능을 갖는다는 장점이 있다. 이는 정지부에서의 소음 발생을 감소시키며, 점접촉을 기반으로 주연부에 걸쳐 면 접촉에 비해 적은 마찰력을 유도한다. 또 다른 장점은, 볼 케이지가 경화 전 마무리 가공된 표면들로 인해 간단하게 비용 효율적으로 제조된다는 점이다. 그에 따라 전체적으로, 간단하게 효율적으로 제조될 수 있고 특히 하중 변동 시 소음 방출이 적은 카운터 트랙 조인트가 도출된다.

볼 케이지의 다각형 주연 윤곽은 외표면에 그리고/또는 내표면에 형성될 수 있다. 이 경우, 본원 개시내용의 맥락에서 다각형 주연 윤곽이란 특징은, 볼 케이지의 횡단면 또는 원추형 단면(conical section)에서 나타나는 주연선(perimeter line)을 포함하며, 이 주연선이 주연선 중심점과 관련하여 주연부에 걸쳐 가변 반경을 가짐으로써 실질적으로 파형 프로파일이 생성된다. 이러한 점에서 주연선을 파동열(wave train)이라고도 할 수 있다. 이 경우, 최대 피크-밸리 값은 중심점을 중심으로 다각형 주연선의 최소 반경과 최대 반경 간의 차이(difference)를 나타낸다. 명시된 피크-밸리 값은 두 환형 웨브, 특히 내측 및 외측 환형 웨브의 주연선에 관련되므로, 양측 축방향 단부 정지부에서 약간의 스프링 효과가 있는 점접촉이 이루어지고 소음 발생이 저감된다.

볼 케이지의 다각형 주연선의 기하학적 크기를 계산하는 데는 여러 가능성이 존재한다. 예를 들면, 파형 주연선의 최소 외접원 및 최대 내접원이 결정될 수 있으며, 이를 토대로 반경 차이(radial difference)가 구해진다. 최소 외접원은, 주연선 또는 이 주연선을 따르는 모든 측정점을 완전하게 둘러싸는 가장 작은 원이다. 이를 영어로 "Minimum Circumscribed Circle(MCC)"라고도 한다. 최대 내접원은, 완전히 주연선 안쪽에, 또는 이 주연선의 모든 측정점의 안쪽에 위치하는 가장 큰 원을 나타낸다. 이를 영어로 "Maximum Inscribed Circle(MIC)"이라고도 한다. 이 방법을 이용할 경우, 전체 주연에 걸쳐서 최소 외접원과 최대 내접원 사이의 반경방향 간격(radial distance)은 30마이크로미터보다 더 커야 한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 다각형 주연선의 피크-밸리 값은, "Minimum Zone Circle(MZC)"이라고도 하는 최소 영역원법에 따라서도 결정될 수 있다. 이 경우, 동일한 중심점을 갖는 2개의 원은, 일측 원이 주연선 또는 이 주연선의 모든 측정점의 바깥쪽에 가능한 가장 작게 위치하고 타측 원은 주연선 또는 이 주연선의 모든 측정점의 안쪽에 가능한 가장 크게 위치하도록 계산된다. 이러한 방법을 이용할 경우, 전체 주연에 걸쳐서 두 동축 원의 반경방향 간격은 30마이크로미터보다 더 커야 한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 다각형 주연선의 피크-밸리 값은 "Least Square Circle(LSC)"이라고도 지칭되는 가우스 원(Gaussian circle)에 기반해서도 결정될 수 있다. 가우스 원은, 다각형 주연선 또는 이 주연선의 모든 측정점에 최대한 가깝게 위치하도록 결정된다. 이 방법을 이용할 경우, 가우스 원까지 다각형 주연선들 또는 주연선 측정점들의 절대 최고점 및 최저점의 반경방향 간격은 각각 15마이크로미터보다 더 커야 한다. 자명한 사실로서, 본 발명에 따른 피크-밸리 값을 계산하기 위해, 언급한 방법들 중 모든 임의의 방법이 이용될 수 있다. 주연선의 결정을 위해 이용되는 측정점의 개수는 케이지 윈도우들의 영역에서 이들 케이지 윈도우의 개수에 상응하게 적어도 6개, 바람직하게는 8개, 10개, 또는 그 이상이다. 환형 웨브들의 영역에서, 측정점의 개수는 예컨대 16개 이상으로 그보다 훨씬 더 많을 수 있고, 또는 연속 측정선일 수 있다.

볼 케이지는 두 환형 웨브상에 다각형 주연 윤곽을 갖는다. 이 경우, 다각형 내주연 및/또는 외주연 윤곽은 적어도 6개의 최고점과 6개의 최저점, 특히 이들 각각을 적어도 8개 가질 수 있다.

환형 웨브의 영역에서, 다각형 내주연 윤곽은 다각형 외주연 윤곽보다 특히 최소한 10마이크로미터만큼 더 클 수 있다. 예를 들면, 다각형 내주연 윤곽은 최소 30마이크로미터의 최대 피크-밸리 값을 가질 수 있고, 다각형 외주연 윤곽은 최소 50마이크로미터의 최대 피크-밸리 값을 가질 수 있다. 피크-밸리 값 또는 진폭이 더 클수록, 외부 조인트 부재 및/또는 내부 조인트 부재와 접하는 점접촉이 더 작아지고, 케이지의 스프링 효과가 더 커진다. 바람직하게는, 다각형 내주연 및/또는 외주연 윤곽의 최대 피크-밸리 값은 200마이크로미터 미만이며, 특히 150마이크로미터 미만이다. 볼 케이지는 다각형 내주면뿐만 아니라 다각형 외주면도 가질 수 있다. 이 경우, 주연 방향으로 외부 다각형과 내부 다각형의 파동열은 동위상이거나 위상 천이될 수 있다.

볼 케이지는, 환형 웨브 주연 단면(circumferential section)에서, 주연에 걸쳐 가변 벽 두께를 가질 수 있고, 환형 웨브의 최소 반경방향 두께와 최대 반경방향 두께 사이의 두께 차이는 바람직하게 최소한 50마이크로미터이다.

일 실시예에 따라, 볼 케이지의 외표면, 내표면 및 선택적으로 적어도 하나의 단부면은 연질 마무리 가공되고 경화될 수 있다. 본원 개시의 문맥에서 연질 마무리 가공된다는 것은, 특히 원하는 부품 기하구조가 오직 연질 가공에 의해서만 생성되는 것, 다시 말해 경화 전에 수행되고 완료되는 것을 포함한다. 경화 후에는 볼 케이지의 외표면들 중 적어도 일부에 대해 추가적인 기하구조 변경 가공, 특히 절삭 가공이 제공되지 않는다. 볼 케이지의 외표면, 내표면 및/또는 단부면들은 특히 성형을 통해, 예를 들면 단조, 열간 성형, 냉간 성형, 압인(coining) 및/또는 해머링(hammering)을 통해 마무리 처리될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 볼 케이지의 부분 표면은 적어도 중간 단계에서도 절삭 방식으로, 예를 들면 밀링, 선삭 및/또는 연삭 작업을 통해 가공될 수 있다.

특히 케이지 윈도우들의 서로 축방향으로 대향하는 측면 표면은 경화 후에 여전히 경질 가공될 수 있다. 이 경우, 본원 개시내용의 맥락에서 경화되어 경질 가공된다는 것은 특히, 각각의 피가공재 표면이 경화 전에 적절한 가공 여유(machining allowance)를 두고 사전 제작되고, 경화 후에 원하는 최종 기하구조로 마무리 가공된다는 것을 의미한다. 사전 제작은 선삭 또는 밀링과 같은 절삭 제조 방법을 통해, 그리고/또는 성형 또는 단조 또는 압인과 같은 비절삭 제조 방법을 통해 수행될 수 있다. 마무리 가공은 특히 절삭 방식으로, 예컨대 연삭 또는 밀링을 통해 수행될 수 있다. 마무리 가공 시, 중간 생성물에서 제공되고 예컨대 십분의 수 밀리미터일 수 있는, 상응하는 표면들의 가공 여유 재료는 경화 후에 제거된다.

외부 조인트 부재, 케이지 및 내부 조인트 부재의 서로 대향하는 표면들은 기본적으로 요구 사항에 따라 자유롭게 선택될 수 있다. 예를 들면, 외부 조인트 부재의 내표면, 케이지 외표면, 케이지 내표면 및 내부 조인트 부재의 외표면 중 하나, 복수 또는 이들 모두가 구면(spherical)으로 형성될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 언급한 표면들은 원통형, 도넛형 및/또는 원추형 섹션도 가질 수 있다. 구면 외표면 및 내표면을 가진 볼 케이지를 이용할 경우, 상기 구면 표면들은 서로 동축으로 배치될 수 있으며, 다시 말해 두 표면 중심점이 서로 일치한다. 한 대안적 가능성에 따라, 구면 표면들은 축방향으로도 서로 오프셋될 수 있으며, 다시 말해 내부 및 외부 구면 케이지 표면의 두 표면 중심점이 상호 간 축방향 간격(오프셋)을 갖는다. 이는, 외부 부재의 구면 내표면 및/또는 내부 부재의 구면 외표면을 이용할 경우 이들에 대해서도 유사하게 적용된다.

일 실시예에 따라, 외부 조인트 부재 및 내부 조인트 부재에 대한 볼 케이지의 센터링된 배치에서, 외부 반경방향 갭과 내부 반경방향 갭 중 적어도 하나는 75마이크로미터보다 더 클 수 있다. 내부 및 외부 반경방향 갭은 상이한 크기일 수 있으며, 특히 최소 25마이크로미터만큼 서로 차이가 날 수 있다. 이와 유사하게, 케이지 외표면과 외부 조인트 부재의 내표면 사이에 형성된 외부 총 축방향 유격; 및 케이지 내표면과 내부 조인트 부재의 외표면 사이에 형성된 내부 총 축방향 유격;은 상이한 크기일 수 있다. 예를 들어, 외부 총 축방향 유격은 내부 총 축방향 유격보다 최소 10% 및/또는 최소 100마이크로미터, 특히 최소 20% 및/또는 최소 200마이크로미터만큼 더 클 수 있다. 또한, 조인트 부재들은, 토크 부하 상태에서 볼 케이지에 대해 내부 조인트 부재가 축방향으로 중앙에 포지셔닝될 경우 외부 총 축방향 유격이 비대칭으로 개구부 측 외부 축방향 유격과 연결 측 외부 축방향 유격으로 분리되도록 형성될 수 있다. 이 경우, 연결 측 축방향 유격은 바람직하게 개구부 측 축방향 유격보다 더 작다. 이를 통해, 바람직한 방식으로, 샤프트의 압인 시, 볼이 볼 트랙 내에서 끼이거나 볼 트랙과 압착 접촉(press contact)하지 않으면서, 내부 조인트 부재가 볼 케이지에 걸쳐 축방향으로 외부 조인트 부재의 지지면에 대해 지지될 수 있도록 지원된다. 반경방향 유격 또는 축방향 유격의 상이한 구성은 간단하고 비용 효율적인 제조에 기여하는데, 그 이유는 4개의 표면 쌍 중 하나에서 대략적인(rough) 유격이 가능해지기 때문이다.

외부 및 내부 볼 트랙들은 각각 트랙 바닥부의 종단면에서, 적어도 중앙 섹션에서 만곡될 수 있다. 제1 및 제2 외부 볼 트랙들이 하나의 외부 볼 트랙 그룹을 형성할 수 있고, 제1 및 제2 내부 볼 트랙들은 제2 볼 트랙 그룹을 형성할 수 있으며, 일 구성에 따라 외부 및 내부 볼 트랙 그룹 중 한 그룹은 경화되고 경질 가공되며, 외부 및 내부 볼 트랙 그룹 중 다른 그룹은 경화 전에 마무리 가공되며, 다시 말해 경화 후에는 기계적으로 가공되지 않거나, 추가적인 기하구조 변경 가공을 더 이상 거치지 않는다. 후자의 볼 트랙 그룹은 예컨대 경화 전에 비절삭 성형을 통해 마무리 가공될 수 있다. 경화 후에도 여전히 표면 개선을 위한 연마 블라스팅(abrasive blasting)이 실행될 수 있다. 경화 전에 마무리 가공된 볼 트랙 그룹은 비용 효율적인 제조에 기여한다. 이와 동시에, 경화되고 나서 경질 마무리 가공된 볼 트랙 그룹, 외부 조인트 부재의 지지면 및 카운터 트랙 형태를 기반으로, 볼 케이지를 위한 우수한 안내 및 지지 기능과 그에 따른 높은 효율성이 달성된다. 외부 볼 트랙 그룹이 연질 마무리 가공된 경우, 외부 반경방향 갭 또는 외부 총 축방향 유격은 바람직하게 내부 반경방향 갭 또는 내부 총 축방향 유격보다 더 크다. 내부 볼 트랙 그룹이 연질 마무리 가공된 경우, 외부 반경방향 갭 또는 외부 총 축방향 유격은 바람직하게 내부 반경방향 갭 또는 내부 총 축방향 유격보다 더 작다.

예컨대 연삭 또는 선삭에 의해 경질 가공된 볼 트랙은 연질 마무리 가공된, 다시 말해 경화 후에 가공되지 않은 볼 트랙보다 낮은 표면 조도를 가질 수 있다. 후자는 선택적으로, 경화 전에 수행된 샷 피닝(shot peening)을 통해 생성되는 미세 구조(microstructure)를 가질 수 있다.

제1 외부 볼 트랙들과 제2 외부 볼 트랙들은 바람직하게, 횡단면에서 볼 때 관련 토크 전달 볼과의 각각 하나의 2점 접촉이 형성되는 방식으로 형성된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 제1 내부 볼 트랙과 제2 내부 볼 트랙은 또한, 횡단면에서 볼 때 관련 토크 전달 볼과의 각각 하나의 2점 접촉이 형성되는 방식으로 구성될 수 있다. 2점 접촉은 예컨대 횡단면에서 볼 때 고딕 트랙 형상 또는 타원형 트랙 형상에 의해 생성될 수 있다. 2점 접촉 또는 2점 트랙을 통해 볼 트랙들의 자가 센터링 측정(self-centering measurement)을 수행할 수 있다. 그러나 기본적으로 원형 트랙도 이용될 수 있다.

기본적으로, 외부 조인트 부재 또는 내부 조인트 부재에 대한, 경화 전 또는 경화 후에 마무리 가공된 볼 트랙들의 할당을 통해 도출되는 2가지 실시예가 가능하다. 제1 실시예에 따라, 경화 전에 연질 마무리 가공된 볼 트랙들 외부 조인트 부재에 할당될 수 있는 한편, 경화된 다음 경질 가공된 볼 트랙은 내부 조인트 부재에 할당된다. 이에 반대되는 대안적 실시예에 따라, 경화 전에 연질 마무리 가공된 볼 트랙은 내부 조인트 부재에 할당될 수 있는 한편, 경화된 다음 경질 가공된 볼 트랙은 외부 조인트 부재에 할당된다.

일 실시예에서, 외부 부재 내표면이 경화될 수 있고 경화 후에 기계적으로 가공되지 않을 수 있다. 다시 말해, 내표면의 기하구조는 경화 전에 마무리 처리되거나 완료된다. 경화 후에, 내표면에 대해 추가적인 기하구조 변경 가공, 특히 절삭 가공이 제공되지 않는다. 외부 부재 내표면은 특히 성형을 통해, 예컨대 단조, 열간 성형, 압인 및/또는 해머링을 통해 마무리 처리될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 외부 부재 내표면은 적어도 중간 단계에서도 절삭 방식으로, 예컨대 밀링, 선삭 및/또는 연삭 작업을 통해 가공될 수 있다.

내부 조인트 부재의 외표면은 경화될 수 있고, 경화 후에 경질 가공될 수 있다. 이는, 특히 내부 부재 외표면이 경화 전에 적절한 가공 여유를 두고 사전 제작되고, 경화 후에 원하는 최종 기하구조로 마무리 가공된다는 것을 의미한다. 사전 제작은 선삭 또는 밀링과 같은 절삭 제조 방법을 통해, 그리고/또는 성형 또는 단조와 같은 비절삭 제조 방법을 통해 수행될 수 있다. 외표면의 마무리 가공은 특히 절삭 방식으로, 예컨대 연삭 또는 선삭을 통해 수행될 수 있다.

제1 외부 볼 트랙은 개구부 측을 향해 제1 언더컷(undercut)을 형성할 수 있고, 제2 외부 볼 트랙은 개구부 측을 향해 제2 언더컷을 형성할 수 있다. 이 경우, 특히, 개구부 측 쪽으로 개방된 제1 볼 트랙의 제1 언더컷은 연결 측 쪽으로 개방된 제2 볼 트랙의 제2 언더컷보다 더 작다.

전술한 구현은, 외부 조인트 부재의 볼 트랙의 기하구조가 오직 연질 가공에 의해서만 형성되고, 내부 조인트 부재의 볼 트랙은 경질 가공되는 실시예와 관련된다. 자명한 사실로서, 외부 조인트 부재의 볼 트랙이 경질로 가공되고 내부 조인트 부재의 볼 트랙의 기하구조는 경화 전에 연질 가공에 의해서만 형성되는 대안적인 실시예의 경우, 특징들은 그에 상응하게 반대로 실시될 것이다.

일 실시형태에 따라, 외부 조인트 부재와 내부 조인트 부재는, 내부 조인트 부재가 외부 조인트 부재에 비해 상대적으로 20°보다 더 큰, 특히 30°보다 더 큰 편차각(β)만큼 각도 이동이 가능하도록 구성될 수 있다. 제1 트랙 쌍의 제1 볼은 제1 피치원 지름(pitch circle diameter)을 형성하고, 제2 트랙 쌍의 제2 볼은 제2 피치원 지름을 형성한다. 내부 조인트 부재의 삽입 개구부의 최대 피치원 지름(PCDS)에 대한 제1 및 제2 피치원 지름(PCDA, PCDB) 중 적어도 하나의 비율은 바람직하게 2.5 미만이며, 특히 2.1 미만이다(PCDA/PCDS < 2.5 및/또는 PCDB/PCDS < 2.5).

토크 전달 볼의 수 및 그에 상응하는 외부 및 내부 볼 트랙의 수는 바람직하게 2로 나누어질 수 있고, 특히 8개이며, 이와 다른 6개 또는 10개의 개수도 가능하다.

본원 과제는 또한, 특히 자동차의 후륜 구동을 위해 변속기로부터 차량 휠로 토크를 전달하기 위한 액슬 샤프트에 의해서도 해결되며, 상기 액슬 샤프트는 변속기 측 등속 조인트, 휠 측 등속 조인트 및 이들 등속 조인트 사이에 놓인 샤프트를 포함하고, 변속기 측 등속 조인트와 휠 측 등속 조인트 중 적어도 하나는, 전술한 실시예들 중 어느 하나의 실시예에 따라 구성된 카운터 트랙 조인트이다. 본 발명에 따른 카운터 트랙 조인트를 구비한 액슬 샤프트를 통해 바람직한 방식으로 특히 하중 변동 시의 소음이 저감될 수 있다.

바람직한 실시예들은 하기에서 도면들을 토대로 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 카운터 트랙 조인트의 제1 실시예를 도시한 도면으로,
도 1a는 웨브 영역의 종단면도이고,
도 1b는 제1 트랙 쌍의 종단면도이고,
도 1c는 제2 트랙 쌍의 종단면도이고,
도 1d는 도면의 하반부에 제1 트랙 쌍을 도시하고 도면의 상반부에 제2 트랙 쌍을 도시한 단순화된 종단면도이고,
도 1e는 도 1d에 따른 종단면에서 개구부 측 정지부를 도시한 도면이고,
도 1f는 도 1d에 따른 종단면에서 연결 측 정지부를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 카운터 트랙 조인트에 샤프트가 삽입된 모습을 도시한 도면으로,
도 2a는 내부 조인트 부재와 외부 조인트 부재의 동축 정렬 상태를 도시한 도면이고,
도 2b는 소정의 각도만큼 이동한, 제1 트랙 쌍의 종단면도이고,
도 2c는 소정의 각도만큼 이동한, 제2 트랙 쌍의 종단면도이고,
도 2d는 소정의 각도만큼 이동한, 웨브 영역의 종단면도이다.
도 3은 도 1의 카운터 트랙 조인트의 볼 케이지를 도시한 도면으로,
도 3a는 서로 대향하여 놓인 2개의 케이지 윈도우의 종단면도이고,
도 3b는 윈도우 평면의 횡단면도이고,
도 3c는 윈도우 평면 내에 측정점을 표시한 3차원도이다.
도 4는 윈도우 평면 내에서 도 3c에 따라 결정된 측정점을 과장하여 예시적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 1의 카운트 트랙 조인트의 볼 케이지를 도시한 도면으로,
도 5a는 환형 웨브의 주연 방향 측정을 위한 측정 평면이 예시적으로 도시되어 있는 2개의 윈도우 웨브의 종단면도이고,
도 5b는 도 5a에 도시된 측정 평면에서 측정된, 환형 웨브의 외표면의 예시적인 외주연 윤곽선을 축방향으로 보고 도시한 도면이고,
도 5c는 도 5a에 도시된 측정 평면에서 측정된, 환형 웨브의 내표면의 예시적인 내주연 윤곽선을 축방향으로 보고 도시한 도면이다.
도 6은 도 1의 카운터 트랙 조인트의 외부 조인트 부재를 예시적으로 도시된 보조 구체(auxiliary sphere)와 함께 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 도 1의 카운터 트랙 조인트를 구비한 액슬 샤프트의 개략도이다.-

하기에서 함께 설명되는 도 1a 내지 도 6에는, 본 발명에 따른 카운터 트랙 조인트(11)가 도시되어 있다. 카운터 트랙 조인트(11)는 외부 조인트 부재(12), 내부 조인트 부재(13), 복수의 토크 전달 볼(14A, 14B) 및 볼 케이지(15)를 포함한다. 볼 케이지(15)의 실질적으로 구면인 외표면(16)과 외부 조인트 부재(12)의 실질적으로 구면인 내표면(24) 사이에 주연방향 갭(25)(circumferential gap)이 형성된다. 볼 케이지(15)의 실질적으로 구면인 내표면(17)과 내부 조인트 부재(13)의 실질적으로 구면인 외표면(26) 사이에도 주연방향 갭(27)이 형성된다. 본 실시예에서는 표면 중심점(M16 및 M17)이 하나의 공통 조인트 중심 평면(EM) 내에 놓이나, 변형된 실시예에서는 표면 중심점(M16 및 M17)이 조인트 중심 평면(EM)에 대해 서로 반대 방향으로 각각 축방향 간격(오프셋)을 가질 수도 있다. 볼들(14A, 14B)은 하나의 평면에서 볼 케이지(15) 내에 주연방향으로 분포된 케이지 윈도우(18) 내에 보유되어 있다. 외부 조인트 부재(12) 상에 종축(L12)이 표시되어 있고, 내부 조인트 부재(13) 상에 종축(L13)이 표시되어 있다. 토크 부하 시 나타나는, 조인트 중심 평면(EM)과 종축들(L12, L13)의 교차점이 조인트 중심점(M)을 형성한다.

여기에 도시된 실시예에서, 외부 조인트 부재(12)의 내표면(24), 케이지 외표면(16), 케이지 내표면(17) 및 내부 조인트 부재(13)의 외표면(27)은 실질적으로 구면으로 형성된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 언급한 표면들 중 하나 이상은 원통형, 도넛형 및/또는 원추형 섹션도 가질 수 있다. 외부 부재(12)의 내표면(24)과 관련하여, 도 1a에는 개구부 측 섹션(24a), 중앙 섹션(24c) 및 바닥 측 섹션(24b)이 도시되어 있다. 바닥 측 섹션(24b)은, 볼 케이지(15)가 그의 외표면(16)으로써 축방향으로 지지될 수 있는 지지면을 형성한다. 또한, 내부 조인트 부재(13)의 외표면(26) 내에는 개구부 측 섹션(26a), 중앙 섹션(26c) 및 바닥 측 섹션(26b)이 도시되어 있다.

외부 조인트 부재(12)는 예컨대 연결 저널(connecting journal)로 병합될 수 있는 바닥부(19) 및 개구부(20)를 갖는다. 내부 조인트 부재(13)는, 토크의 전달을 위해 구동 샤프트(30)의 저널이 회전 고정 방식으로(rotationally fixed manner) 삽입될 수 있는 개구부(21)를 갖는다. 샤프트(30)가 장착된 카운터 트랙 조인트(11)는 도 2a 내지 2d에 도시되어 있다. 바닥부(19)의 위치는 이하에서 "연결 측을 향하는" 축방향을 나타내고, 개구부(20)의 위치는 이하에서 "개구부 측을 향하는" 축방향을 나타낸다. 이러한 용어들은 내부 조인트 부재와 관련해서도 사용되며, 이 경우 내부 조인트 부재(13)에 대한 샤프트의 실제 연결은 고려되지 않는다. 자명한 사실로서, 외부 조인트 부재는 바닥부 대신, 연결 측을 향해서도 개방되어, 예컨대 디스크 조인트(disc joint)의 형태로 형성될 수 있다.

주연부에 걸쳐, 제1 토크 전달 볼(14A)을 구비한 제1 트랙 쌍(22A, 23A)과 제2 토크 전달 볼(14B)을 구비한 제2 트랙 쌍(22B, 23B)이 교번적으로 제공된다. 제1 트랙 쌍(22A, 23A)의 형상은 도 1b에 도시되어 있고, 제2 트랙 쌍(22B, 22B)의 형상은 도 1c에 도시되어 있다. 제1 볼(14A)은 외부 조인트 부재 내의 제1 외부 볼 트랙(22A) 및 내부 조인트 부재 내의 제1 내부 볼 트랙(23A)과 접촉한다. 이 경우, 제1 볼(14A)의 중심점들은 외부 및 내부의 제1 볼 트랙(22A, 23A)을 따라 이동할 때 각각 제1 중심선을 정의하는 한편, 제2 볼(14B)의 중심점들은 외부 및 내부의 제2 볼 트랙(22B, 23B)을 따라 이동할 때 각각 제2 중심선을 정의한다.

외부 조인트 부재(12)와 내부 조인트 부재(13)가 동축으로 정렬될 때, 볼(14A)에 대한 접선(T22A, T23A)은 제1 트랙(22A, 23A)과의 접촉점에서 개구부 측을 향해 개방되는 개방 각도(δA)를 형성한다. 제2 볼(14B)은 외부 조인트 부재(12) 내의 외부 볼 트랙(22B) 및 내부 조인트 부재(13) 내의 내부 볼 트랙(23B) 내에서 안내된다. 볼(14B)은, 반드시 제공될 필요는 없는, 볼 트랙의 트랙 바닥부에 접촉되어 도시되어 있다. 도시된 직선화된 위치에서, 제2 볼(14B)에 대한 접선(T22B, T23B)은 제2 트랙(22B, 23B)과의 접촉점에서 연결 측 쪽으로 개방되는 제2 개방 각도(δB)를 형성한다. 카운터 트랙 조인트의 트랙 형태가 변형된 경우, 조인트가 특히 2° 이하로 약간 각진 위치에서도 서로 반대되는 축방향들로 배향된 개방 각도들이 형성될 수 있다.

제1 및 제2 트랙 쌍의 중심선들은 각각 조인트를 통과하는 반경방향 평면 내에 위치한다. 각각 하나의 볼(14A, 14B)은 볼 케이지(15) 내의 하나의 케이지 윈도우(18) 내에 수용된다. 반경방향 평면들은 각각 서로 동일한 각도 간격을 갖는다. 여기서, 토크 전달 볼(14A, 14B)의 개수 및 그에 상응하는 외부 및 내부 볼 트랙의 개수는 8개이지만, 이로 제한되지 않는다. 이 경우, 외부 조인트 부재(12) 및 내부 조인트 부재(13)의 2개의 제1 트랙 쌍(22A, 23A)이 서로 대각선 방향으로 대향하여 놓이고, 2개의 제2 트랙 쌍(22B, 23B)이 서로 대각선 방향으로 대향하여 각각 놓인다.

하기에서는, 본 발명에 따른 카운터 트랙 조인트(11)의 특징, 특히 볼 케이지(15)의 구성을 더 상세히 다룬다. 여기서는 본 발명에 따른 카운터 트랙 조인트와 관련하여 하기의 정의가 적용된다:

조인트 편차각(β)은, 외부 조인트 부재(12)의 종축(L12)과 내부 조인트 부재(13)의 종축(L13) 사이에 형성되는 각도를 정의한다. 직선화된 조인트에서 조인트 편차각(β)은 영(0)이다.

트랙 편차각(β/2)은, 볼 중심에 대해 조인트 중심점(M)을 중심으로 하는 반경이 조인트 중심 평면(EM)과 형성하는 각도를 정의한다. 이 경우, 트랙 편차각(β/2)은 조인트의 각각의 각도 위치에서 항상 조인트 편차각(β)의 절반이다.

개방 각도(δ)는, 조인트가 직선화되었을 때, 제1 볼 트랙 또는 제2 볼 트랙과의 접촉점에서 볼에 대한 접선(T)에 의해 형성되는 각도를 정의한다.

제어 각도(δ/2)는, 조인트가 직선화되었을 때, 볼 중심점에서 각각의 볼 중심선에 접하는 접선이 외부 조인트 부재 또는 내부 조인트 부재의 관련 종축(L)과 형성하는 각도를 정의한다. 제어 각도(δ/2)는 개방 각도(δ)의 절반에 상응한다.

중심점 평면(EM)은, 조인트가 직선화되었을 때 토크 전달 볼(14A, 14B)의 볼 중심점에 의해 정의된다.

제1 피치원 지름(PCDA)은, 조인트가 직선화되었을 때 제1 볼(14A)의 중심점에 의해 형성되는 지름을 정의한다.

제2 피치원 지름(PCDB)은, 조인트가 직선화되었을 때 제2 볼(14B)의 중심점에 의해 형성되는 지름을 정의한다.

피치원 지름(PCDS)은 내부 조인트 부재(13)의 삽입 개구부의 지름, 특히 삽입 개구부의 루트선(tooth root line)에 의해 형성되는 지름을 정의한다.

볼 케이지(15)는 주연방향으로 분포된 케이지 윈도우들(18)에 측방향으로 인접하도록 개구부 측 환형 웨브(37) 및 연결 측 환형 웨브(38)를 갖는다. 환형 갭(25)을 기반으로, 볼 케이지(15)는 외부 조인트 부재(12)에 대해 제한적으로 축방향으로 이동될 수 있다. 이로써, 작동 중에 내부 조인트 부재(13)와 외부 조인트 부재 사이에서 발생하는 진동이 보상될 수 있다. 개구부(20) 방향으로의 축방향 이동성은 개구부 측 정지부(S20)에 의해 제한된다. 이를 위해, 볼 케이지(15)의 개구부 측 환형 웨브(37)는, 도 1e에 도시된 것처럼, 내부 조인트 부재(13)의 개구부 측 지지면(26a)에 그리고/또는 외부 조인트 부재(12)의 개구부 측 지지면(24a)에 접촉하게 된다. 바닥부 방향으로의 축방향 이동성은 바닥부 측 정지부(S19)에 의해 제한된다. 이를 위해, 볼 케이지의 연결 측 환형 웨브(38)는, 도 1f에 도시된 것처럼, 내부 조인트 부재(13)의 연결 측 지지면(26b)에 그리고/또는 외부 조인트 부재(12)의 개구부 측 지지면(24b)에 접촉하게 된다.

본 발명에 따라, 볼 케이지의 케이지 외표면(16) 및 케이지 내표면(17) 중 적어도 하나는 연질 마무리 가공되고 경화된다. 또한, 볼 케이지(12)는 횡단면에서 볼 때 비원형 또는 다각형 형태를 갖는다. 특히 도 4, 도 5b 및 도 5c에서 유추할 수 있듯이, 볼 케이지는 중앙 웨브(39) 및 환형 웨브(37, 38)의 영역에서 다각형 주연 윤곽(K37, K38, K39)을 갖는다. 주연 윤곽(K37, K38, K39)은 각각, 고점(high point)이라고도 지칭될 수 있는 적어도 3개의 최고점(PH) 및 저점(low point)이라고도 지칭될 수 있는 3개의 최저점(PL), 그리고 최소 30마이크로미터의 최대 피크-밸리 값(HL, HLo, HLi)을 갖는다. 최고점 그룹은 적어도 하나의 절대 최고점과 다수의 상대 최고점을 포함할 수 있다. 최저점 그룹은 적어도 하나의 절대 최저점과 다수의 상대 최저점을 포함할 수 있다.

볼 케이지(15)는 다각형 형상으로 인해 축방향 정지부(S19, S20)에서, 적어도 먼저 복수의 지점에서만, 요컨대 최고점(PH)의 영역에서만, 외부 조인트 부재(12) 또는 내부 조인트 부재(13)와 접촉하게 된다. 다각형 케이지 형상의 점접촉 및 약간의 스프링 효과를 통해, 주기적 정지는 "부드러우며" 소음 발생은 그에 상응하게 비교적 적다.

볼 케이지(12)의 다각형 주연 윤곽(K37, K38, K39)은 각각 주연선 중심점(MK, MC, MG, MI)과 관련하여 주연에 걸쳐 가변 반경(R)을 가지며, 그럼으로써 파형 프로파일이 생성된다. 이 경우, 최대 피크-밸리 값(HL, HLo, HLi)은 중심점을 중심으로 하는 다각형 주연선의 최소 반경(RL)과 최대 반경(RH) 간의 차이를 나타낸다. 최대 반경(RH)을 갖는 원은 최대원이라고도 지칭될 수 있고, 최소 반경을 갖는 원은 최소원이라고도 지칭될 수 있다. 최대원과 최소원은 동심일 수 있거나, 서로 약간 오프셋될 수 있다.

전반적으로 도면부호 K가 부여된 다각형 주연선의 기하학적 크기의 계산을 위해, 하기에 예시적으로 설명되는 다수의 가능성이 존재한다.

예를 들면, 다각형 주연선(K)의 피크-밸리 값(HL)은 "Least Square Circle"이라고도 지칭되는 가우스 원(LSC)에 기반해서도 결정될 수 있다. 가우스 원(LSC)은, 예시적으로 도 4에 도시된 것처럼, 다각형 주연선 또는 이 주연선(K)의 모든 측정점(pm)에 최대한 가깝게 위치하도록 결정된다. 이 방법을 이용할 경우, 본 발명에 따라, 가우스 기준원(LSC)까지 다각형 주연선(K) 또는 주연선 측정점(pm)의 절대 최고점(PH)의 반경방향 간격(sh)과 절대 최저점(PL)의 반경방향 간격(sl)은 각각 15마이크로미터보다 더 크다. 그 결과, 절대 최저점(PL)과 절대 최고점(PH) 사이의 반경방향 차이를 나타내는 피크-밸리 값(HL)은 30마이크로미터보다 더 크고, 특히 50마이크로미터보다 더 크다.

다각형 주연선(K)의 피크-밸리 값(HL)의 결정을 위한 또 다른 방법은, "Minimum Zone Circle(MZC)"이라고도 하고 하기에서 도 5b를 토대로 설명되는 최소 영역원법이다. 여기서는, 도 5a에 따른 측정 평면(E37)에서 측정된, 볼 케이지(15)의 환형 웨브(37)의 외주연선(K37o)이 도시되어 있다. 최소 영역원법의 경우, 동일한 중심점(MC)을 갖는 2개의 원(CH 및 CL)은, 일측 원(CH)이 주연선(K) 또는 이 주연선(K)의 모든 측정점(pm)의 바깥쪽에 최대한 작게 위치하고 타측 원(CL)은 주연선(K) 또는 이 주연선의 모든 측정점(pm)의 안쪽에 최대한 크게 위치하도록 계산된다. 이 방법을 이용할 경우, 도 5b에서 HLo로 표시되어 있는, 두 동축 원(CH, CL)의 반경방향 간격(HL)은 30마이크로미터보다 더 커야 하고, 특히 50마이크로미터보다 더 커야 한다.

예시적으로 도 5c를 토대로 설명되는, 또 다른 대안적인 또는 부가적인 방법에 따라, 파형 주연선(K)의 최소 외접원(MCC) 및 최대 내접원(MIC)이 결정되고, 이를 토대로 반경방향 차이(HL)가 구해질 수 있다. 여기에는 도 5a에 따른 측정 평면(E37)에서 측정된, 볼 케이지(15)의 환형 웨브(37)의 외주연선(K37i)이 도시되어 있다. 최소 외접원(MCC)은, 주연선(K37i) 또는 이 주연선을 따르는 모든 측정점(pm)을 완전히 둘러싸는 가장 작은 원이다. 이는 중심점(MC)을 가지며, Minimum Circumscribed Circle"이라고도 한다. 최대 내접원(MIC)은, 완전히 주연선(K) 안쪽에 또는 이 주연선의 모든 측정점(pm)의 안쪽에 위치하는 가장 큰 원을 나타낸다. 이는 중심점(MI)을 가지며, "Maximum Inscribed Circle(MIC)"이라고도 한다. 본 발명에 따라, 전체 주연에 걸쳐서, 도 5c에 HLi로 표시되어 있는, 최소 외접원(MCC)과 최대 내접원(MIC) 사이의 반경방향 간격 또는 피크-밸리 값(HL)은 30마이크로미터보다 더 크며, 특히 50마이크로미터보다 더 크며, 선택적으로 75마이크로미터보다도 더 크다.

자명한 사실로서, 본 발명에 따른 피크-밸리 값(HL)을 계산하기 위해, 언급한 방법들 중 모든 임의의 방법이 이용될 수 있다. 주연선의 결정을 위해 이용되는 측정점의 개수는, 도 3c 및 도 4에서 확인할 수 있듯이, 케이지 윈도우(18)의 영역에서 이 케이지 윈도우의 개수에 상응하며, 본 예시에서는 8개이다. 환형 웨브들(37, 38)의 영역에서, 측정점들의 개수는 분명히 상기 개수를 초과할 수 있으며, 예컨대 적어도 16개이거나, 또는 도 5b 및 5c에 도시된 것처럼 연속 측정선일 수 있다.

환형 웨브(37, 38)의 영역에서, 다각형 내주연 윤곽(Ki)은 다각형 외주연 윤곽(Ko)보다 특히 최소 10마이크로미터만큼 더 클 수 있다. 예를 들어, 환형 웨브(37) 내에서는 다각형 내주연 윤곽(K37i)이 최소 50마이크로미터의 최대 피크-밸리 값(HL)을 가질 수 있고, 다각형 외주연 윤곽(K37o)은 최소 30마이크로미터의 최대 피크-밸리 값(HL)을 가질 수 있다. 피크-밸리 값 또는 진폭이 더 클수록, 외부 조인트 부재(12) 및/또는 내부 조인트 부재(13)와 접하는 점접촉이 더 작아지고, 케이지(15)의 스프링 효과가 더 커진다. 다각형 내주연 윤곽 및/또는 외주연 윤곽(Ki, Ko)의 최대 피크-밸리 값(HL)은 바람직하게 200마이크로미터 미만이며, 특히 150마이크로미터 미만이다.

볼 케이지(15)의 외표면(16), 내표면(17) 및 선택적으로 적어도 하나의 단부면은 연질 마무리 가공되고 경화된다. 달리 말하면, 언급한 표면들의 원하는 기하구조는 오직 연질 가공을 통해서만, 다시 말해 경화 전에 생성된다. 경화 후에는, 적어도 볼 케이지(15)의 외표면(16) 및 내표면(17)의 추가적인 기하구조 변경 가공, 특히 절삭 가공이 제공되지 않는다. 볼 케이지(15)의 외표면(16)과 내표면(17)은 성형을 통해 마무리 처리될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 볼 케이지의 부분 표면은 적어도 중간 단계에서도 절삭 방식으로 가공될 수 있다.

경화 후에는, 케이지 윈도우(18)의 서로 축방향으로 대향하는 측면 표면이 여전히 경질 가공될 수 있다. 이 경우, 측면 표면은 원하는 최종 기하구조로 마무리 가공된다. 윈도우(18)의 사전 제작은 펀칭(punching)과 같은 절단 공정을 통해 수행될 수 있다. 마무리 가공은 특히 절삭 방식으로, 예컨대 연삭을 통해 수행될 수 있다. 마무리 가공 시, 중간 생성물에서 제공되고 예컨대 십분의 수 밀리미터일 수 있는, 상응하는 표면들의 가공 여유 재료는 경화 후에 제거된다.

외부 조인트 부재(12), 케이지(15) 및 내부 조인트 부재(13)의 서로 대향하는 표면들은 기본적으로 요구 사항에 따라 자유롭게 선택될 수 있다. 특히, 예시적으로 보조 구체(Sh)가 도시되어 있는 도 6에서 확인할 수 있는 것처럼, 외부 조인트 부재의 내표면은 실질적으로 구면으로 형성된다. 이는 케이지 외표면, 케이지 내표면 및 내부 조인트 부재의 외표면에도 동일하게 적용된다. 외부 조인트 부재(12) 및 내부 조인트 부재(13)에 대한 볼 케이지(15)의 센터링된 배치에서, 외부 반경방향 갭(25)과 내부 반경방향 갭(27) 중 적어도 하나는 75마이크로미터보다 더 크다. 내부 반경방향 갭과 외부 반경방향 갭(25, 27)은 상이한 크기일 수 있으며, 특히 최소 25마이크로미터만큼 서로 차이가 날 수 있다.

일측으로 볼 케이지(15)의 케이지 외표면(16) 및 외부 조인트 부재(12)의 내표면(24)과, 타측으로 볼 케이지의 케이지 내표면(17) 및 내부 조인트 부재(13)의 외표면(26)은, 카운터 트랙 조인트(11)가 장착되고 직선화된 상태에서, 볼 케이지(15)와 외부 조인트 부재(12) 사이의 외부 총 축방향 유격(So)과 볼 케이지(15)와 내부 조인트 부재(13) 사이의 내부 총 축방향 유격(Si)이 서로 상이한 크기가 되도록 형성된다. 도 1d에 도시된 것처럼, 외부 총 축방향 유격(So)은 케이지(15)와 외부 부재(12) 사이의 외부 개구부 측 축방향 유격(Soa) 및 연결 측 축방향 유격(Sob)으로 구성된다. 이와 유사하게, 내부 총 축방향 유격(Si)은 케이지(15)와 내부 부재(13) 사이의 내부 개구 측 축방향 유격(Sia) 및 연결 측 축방향 유격(Sib)으로 구성된다. 이 경우, 외부 총 축방향 유격(So)은, 내부 총 축방향 유격(Si)보다 예컨대 최소 10%만큼 그리고/또는 최소 100마이크로미터만큼 더 클 수 있다.

조인트 부재(12, 13, 15)의 구면 표면(24, 16, 17, 26)은, 외부 조인트 부재(12)의 구면 표면(26)의 적도부(equator)와 케이지 외표면(16)의 적도부가 하나의 평면 내에 놓여 있고, 케이지 내표면(17) 및 내부 조인트 부재(13)의 구면 표면(26)의 적도부도 하나의 평면 내에 놓여 있는, 조인트(11)의 장착 상태에서, 개구부 측 방향으로의 외부 반경방향 갭(25)이 연결 측 방향보다 더 크도록 형성된다. 이를 통해, 샤프트(30)의 압인 시, 볼(14A, 14B)이 볼 트랙(22A, 23A; 22B, 23B) 내에 끼이지 않으면서, 내부 조인트 부재(13)가 볼 케이지(15) 또는 지지면(26b, 24b)에 걸쳐 축방향으로 외부 조인트 부재(12)에 대해 지지될 수 있다. 본 실시예의 경우, 볼 케이지(15)의 두 내표면 및 외표면(24, 26)은 실질적으로 서로 동축으로 배치된다.

일측으로 외부 볼 트랙들 또는 외부 볼 트랙 그룹이라고도 지칭될 수 있는 제1 및 제2 외부 볼 트랙(22A, 22B)과, 타측으로 총칭해서 내부 볼 트랙들 또는 내부 볼 트랙 그룹이라고도 지칭될 수 있는 제1 및 제2 내부 볼 트랙(23A, 23B)은 서로 상이하게 제조될 수 있다. 본 실시예의 경우, 외부 조인트 부재(12)의 볼 트랙(22A, 22B)은 경화 전에 연질 마무리 가공되고, 내부 조인트 부재(13)의 볼 트랙(23A, 23B)은 경화 후에 경질 마무리 가공된다.

외부 조인트 부재(12), 특히 제1 및 제2 외부 볼 트랙(22A, 22B)은 성형 작업을 통해, 예컨대 단조, 열간 성형, 냉간 성형, 압인 및/또는 해머링을 통해 제조될 수 있다. 자명한 사실로서, 개별 성형 단계 사이에, 예컨대 오버터닝(overturning) 및/또는 디버링(deburring)를 위해, 절삭식 중간 단계도 제공될 수 있다. 제1 외부 볼 트랙(22A)은 아치형 중앙 기능 섹션을 갖는다. 중앙 기능 섹션을 생성하는 원호의 중심점은 조인트(11)의 중앙 평면에 비해 개구부 측을 향해 오프셋 평면(EA)으로써 오프셋되며, 이를 축방향 오프셋이라고도 한다. 외부 조인트 부재(12)의 제1 외부 볼 트랙(22A)은, 조립 시 관련 볼(14A)의 삽입을 용이하게 하기 위해, 자신의 개구부 측 단부에 반경방향 확장부(28A)를 갖는다. 외부 조인트 부재(12)의 제1 외부 볼 트랙(22A)은 그의 바닥부 측 단부에, 기능 트랙 섹션에 비해 반경방향으로 함몰된 포켓부(29A)를 가지며, 이 포켓부 내로 개구부 측에서 삽입되는 볼(14Aa)의 조립 시 대각선 방향으로 대향하여 놓인 볼(14Ab)이 밀어넣어질 수 있다.

제2 외부 볼 트랙(22B)은 아치형 중앙 기능 섹션을 갖는다. 중앙 기능 섹션을 생성하는 원호의 중심점은 조인트(11)의 중앙 평면(EM)에 비해 바닥부 측을 향해 평면(EB) 내로 오프셋된다. 외부 조인트 부재(12)의 제2 외부 볼 트랙(23B)은 그의 바닥부 측 단부에, 기능 트랙 섹션에 비해 반경방향으로 함몰된 포켓부(29B)를 갖는다.

제1 외부 볼 트랙(22A)은 개구부 측을 향해 제1 언더컷(H22A)을 형성하고, 제2 외부 볼 트랙(23B)은 개구부 측을 향해 제2 언더컷(H22B)을 형성한다. 이 경우, 특히 도 1d에서는, 개구부 측 쪽으로 개방된 제1 볼 트랙(22A)의 제1 언더컷(H22A)이 연결 측 쪽으로 개방된 제2 볼 트랙(22B)의 제2 언더컷(H22B)보다 더 작은 점을 확인할 수 있다.

여기서의 외부 조인트 부재(12)의 경우, 바람직하게는 구면 표면(24)도 연질 마무리 가공되며, 다시 말해 상기 구면 표면은 경화 후에는 기계적으로 가공되지 않은 상태로 유지된다. 즉, 볼 트랙(22A, 22B) 및 구체(24)를 갖는 외부 조인트 부재(12)의 전체 내부 윤곽은 경화 전에 마무리 처리된다. 경화 후에는 추가적인 기하구조 변경 가공이 제공되지 않는다. 이 경우, 외부 부재 내표면(24)은 제1 및 제2 외부 볼 트랙(22A, 22B)과 함께 성형 작업을 통해 제조될 수 있다.

제1 및 제2 외부 볼 트랙(22A, 22B)은 특히, 각각의 볼 트랙의 횡단면에서 볼 때, 관련 볼(14A, 14B)과의 2점 접촉이 형성되도록 성형된다. 2점 접촉은 예컨대 횡단면에서 볼 때 고딕 트랙 형상 또는 타원형 트랙 형상에 의해 생성될 수 있다.

내부 조인트 부재(13), 특히 제1 및 제2 내부 볼 트랙(23A, 23B)은, 선삭 및/또는 밀링과 같은 절삭 방법을 통해 제조될 수 있으며, 이때 성형 작업을 이용한 제조도 마찬가지로 가능하다. 내부 볼 트랙(23A, 23B)은 경화 전에 적절한 가공 여유를 두고 사전 제작될 수 있다. 경화 후, 내부 볼 트랙(23A, 23B)은 원하는 최종 기하구조로 마무리 가공된다. 마무리 가공은 특히 절삭 방식으로, 예컨대 연삭 및/또는 선삭 작업을 통해 수행된다. 제1 및 제2 내부 볼 트랙(23A, 23B)은 바람직하게 마찬가지로, 각각의 볼 트랙의 횡단면에서 볼 때, 관련 볼(14A, 14B)과의 2점 접촉이 형성되도록 형성된다.

본 실시예에서, 바람직하게는 내부 조인트 부재(13)의 구면 내표면(26)도 우선 연질 사전 가공되고, 이어서 경화되며, 경화 후에는 경질 마무리 가공된다. 사전 제작은 선삭 또는 밀링과 같은 절삭 제조 방법을 통해, 그리고/또는 성형 또는 단조와 같은 비절삭 제조 방법을 통해 수행될 수 있다. 내부 조인트 부재의 외표면(26)의 마무리 가공은 특히 절삭 방식으로, 예컨대 연삭을 통해 수행된다.

여기에 도시된 카운터 트랙 조인트(2)는 바람직하게, 조인트 부재(12, 13)가 20°보다 더 큰 편차각(β)만큼 서로에 대해 각도 이동이 가능하도록 설계된다. 이 경우, 내부 조인트 부재(13)의 삽입 개구부의 최대 피치원 지름(PCDS)에 대한 제1 및/또는 제2 피치원 지름(PCDA, PCDB)의 비율은 특히 2.5 미만이며, 다시 말하면 PCDA/PCDS < 2.5이고, 그리고/또는 PCDB/PCDS < 2.5이다.

도 7에는, 도시되지 않은 변속기로부터 차량 휠로 토크를 전달하기 위한 본 발명에 따른 액슬 샤프트(40)가 도시되어 있다. 액슬 샤프트(40)는 변속기 측 등속 조인트(42), 샤프트(41) 및 휠 측 등속 조인트(2)를 포함한다. 휠 측 등속 조인트는 본 발명에 따른, 도 1a 내지 도 1d의 카운터 트랙 조인트이다. 액슬 샤프트(40)는 특히 자동차의 후륜 구동에서 사용될 수 있다.

11 카운터 트랙 조인트
12 외부 조인트 부재
13 내부 조인트 부재
14A, 14B 볼
15 볼 케이지
16 (15)의 외표면
17 (15)의 내표면
18 윈도우(window)
19 연결 측
20 개구부 측
21 개구부
22A, 22B 외부 볼 트랙
23A, 23B 내부 볼 트랙
24 (12)의 내표면
25 외부 갭
26 (13)의 외표면
27 내부 갭
28 반경방향 확장부
29 포켓부
30 샤프트
31 리세스
32 (12)의 웨브
33 (13)의 웨브
34 확장부
35A, 35B 편평화부
36 개구부
37, 38 환형 웨브
39 중앙 웨브
40 액슬 샤프트
41 샤프트
42 등속 조인트
C 원
EA 제1 오프셋 평면
EB 제2 오프셋 평면
EM 조인트 중심 평면
HL 피크-밸리 값
K 주연 윤곽선
L 종축
M 조인트 중심점
mp 측정점
PCD 원 지름
PH 최고점
PL 최저점
R 반경
S19, S20 정지부
Si 내부 총 축방향 유격
So: 외부 총 축방향 유격
T 접선
ß 조인트 편차각
δ 개방 각도

Claims (16)

1. 카운터 트랙 조인트로서, 상기 카운터 트랙 조인트는:
   종축(L12), 연결 측과 개구부 측, 종방향으로 적어도 부분적으로 만곡된 내표면(24), 및 주연방향으로 분포되어 배열된 제1 외부 볼 트랙(22A)과 제2 외부 볼 트랙(22B)을 구비한 외부 조인트 부재(12);
   종축(L13), 및 내부 조인트 부재(13)의 외표면(26) 내에 주연방향으로 분포되어 배열된 제1 내부 볼 트랙(23A)과 제2 내부 볼 트랙들(23B)을 구비한 내부 조인트 부재(13);
   > 제1 외부 볼 트랙(22A)과 제1 내부 볼 트랙(23A)은 함께 외부 조인트 부재(12)의 개구부 측을 향해 확장되는 제1 트랙 쌍(22A, 23A)을 형성하고,
   > 제2 외부 볼 트랙(22B)과 제2 내부 볼 트랙(23B)은 함께 외부 조인트 부재(12)의 연결 측을 향해 확장되는 제2 트랙 쌍(22B, 23B)을 형성함;
   각각의 제1 트랙 쌍(22A, 23A) 및 각각의 제2 트랙 쌍(22B, 23B) 내의 각각 하나의 토크 전달 볼(14A, 14B);
   외부 조인트 부재(12)와 내부 조인트 부재(13) 사이에 배치되고, 케이지 내표면(17), 케이지 외표면(16), 및 주연방향으로 분포되어 토크 전달 볼(14A, 14B) 중 각각 적어도 하나의 토크 전달 볼을 수용하는 케이지 윈도우(18)를 구비한 볼 케이지(15);를 포함하며, 볼 케이지(15)는, 주연방향으로 분포된 케이지 윈도우(18)에 측방향으로 인접하도록 개구부 측 환형 웨브(37) 및 연결 측 환형 웨브(38)를 갖고, 내부 조인트 부재(13) 및 외부 조인트 부재(12)의 종축들(L12, L13)이 동축으로 정렬될 때 볼 케이지(15)의 볼(14A, 14B)은 반경방향 평면(EM) 내에 보유되며;
   외부 조인트 부재(12)의 종축(L12)과 내부 조인트 부재(13)의 종축(L13)이 서로 일직선으로 정렬될 때, 케이지 외표면(16)과 외부 조인트 부재(12)의 내표면(24) 사이에 외부 반경방향 갭(25)이 형성되고 케이지 내표면(17)과 내부 조인트 부재(13)의 외표면(26) 사이에 내부 반경방향 갭(27)이 형성되며;
   내부 조인트 부재(13)는 외부 조인트 부재(12)에 대해 제한적으로 축방향으로 이동될 수 있고, 볼 케이지(15)의 개구부 측 환형 웨브(37)는 외부 조인트 부재(12) 또는 내부 조인트 부재(13) 중 적어도 하나의 개구부 측 지지면(24a, 26a)에 축방향으로 지지될 수 있고, 연결 측 환형 웨브(38)는 외부 조인트 부재(12) 또는 내부 조인트 부재(13) 중 적어도 하나의 연결 측 지지면(24b, 26b)에 축방향으로 지지될 수 있는, 카운터 트랙 조인트에 있어서,
   케이지 외표면(16)과 케이지 내표면(17) 중 적어도 하나는 연질 마무리 가공되고 경화되며,
   볼 케이지(15)는 횡단면에서 볼 때, 개구부 측 지지면(24a, 26a)과 접촉하는 개구부 측 환형 웨브(37) 및 연결 측 지지면(24b, 26b)과 접촉하는 연결 측 환형 웨브(38)의 축방향 변위 시, 각각, 적어도 3개의 최고점(PH) 및 3개의 최저점(PL)과 최소 30마이크로미터의 최대 피크-밸리 값(HL, HLi, HLo)을 갖는 다각형 주연 윤곽(K)을 갖는 방식으로, 비원형 형태를 갖는 것을 특징으로 하는, 카운터 트랙 조인트.
2. 제1항에 있어서,
   다각형 주연 윤곽(K)의 최대 피크-밸리 값(HL)은 200마이크로미터 미만, 특히 150마이크로미터 미만인 것을 특징으로 하는, 카운터 트랙 조인트.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   다각형 주연 윤곽(K)은 내주연 윤곽(K37i) 및 외주연 윤곽(K37o)을 포함하고,
   내주연 윤곽(K37i)의 최대 피크-밸리 값(HLi)은 외주연 윤곽(K37o)의 최대 피크-밸리 값(HLo)보다 최소 10마이크로미터만큼 더 큰 것을 특징으로 하는, 카운터 트랙 조인트.-
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   볼 케이지(15)는 환형 웨브(37, 38) 중 하나의 횡단면에서 주연에 걸쳐 가변 벽 두께를 가지며,
   최소 반경방향 두께와 최대 반경방향 두께 사이의 두께 차이는 최소 50마이크로미터인 것을 특징으로 하는, 카운터 트랙 조인트.-
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   다각형 주연 윤곽(K)은 적어도 6개의 최고점(PH) 및 6개의 최저점(PL)을 갖는 것을 특징으로 하는, 카운터 트랙 조인트.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   외부 조인트 부재(12) 및 내부 조인트 부재(13)에 대한 볼 케이지(15)의 센터링된 배치에서, 외부 반경방향 갭(25)과 내부 반경방향 갭(27) 중 적어도 일측은 75마이크로미터보다 더 크며, 외부 반경방향 갭(25)과 내부 반경방향 갭(27) 중 타측은 50마이크로미터보다 더 큰 것을 특징으로 하는, 카운터 트랙 조인트.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   무부하 상태에서, 케이지 외표면(16)과 외부 조인트 부재(12)의 내표면(24) 사이에 형성된 외부 총 축방향 유격(So); 및 케이지 내표면(17)과 내부 조인트 부재(13)의 외표면(26) 사이에 형성된 내부 총 축방향 유격(Si);은 서로 상이한 크기이며, 외부 총 축방향 유격(So)은 내부 총 축방향 유격(Si)보다 특히 최소 10% 더 큰 것을 특징으로 하는, 카운터 트랙 조인트.-
8. 제7항에 있어서,
   내부 조인트 부재(13)가 내부 총 축방향 유격(Si)과 관련하여 토크 부하 상태에서 축방향으로 볼 케이지(15)에 대해 중앙에 포지셔닝될 경우, 외부 총 축방향 유격(So)은 비대칭으로 외부 개구부 측 축방향 유격(Soa)과 외부 연결 측 축방향 유격(Sob)으로 분리되는 것을 특징으로 하는, 카운터 트랙 조인트.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   제1 외부 볼 트랙(22A)과 제2 외부 볼 트랙(22B)은 외부 볼 트랙 그룹을 형성하고, 제1 내부 볼 트랙(23A)과 제2 내부 볼 트랙(23B)은 제2 볼 트랙 그룹을 형성하며,
   외부 볼 트랙 그룹과 내부 볼 트랙 그룹 중 일측 그룹은 경화되고 경질 가공되며, 외부 볼 트랙 그룹과 내부 볼 트랙 그룹 중 타측 그룹은 경화 전에 마무리 가공되며, 다시 말해 경화 후에는 기계적으로 가공되지 않는 것을 특징으로 하는, 카운터 트랙 조인트.
10. 제9항에 있어서,
    상기 외부 볼 트랙 그룹과 상기 내부 볼 트랙 그룹 중 타측 그룹은 비절삭 성형을 통해 마무리 가공되는 것을 특징으로 하는, 카운터 트랙 조인트.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 외부 볼 트랙(22A)은 개구부 측에 제1 외부 언더컷(H22A)을 갖고, 제2 외부 볼 트랙(22B)은 개구부 측에 제2 외부 언더컷(H22B)을 가지며, 제1 외부 언더컷(H22A)은 제2 외부 언더컷(H22B)보다 더 작은 것을 특징으로 하는, 카운터 트랙 조인트.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    외부 조인트 부재(12)의 내표면(24), 제1 외부 볼 트랙(22A) 및 제2 외부 볼 트랙(22B)은 연질 마무리 가공되고 경화되며,
    내부 조인트 부재(11)의 제1 내부 볼 트랙(23A) 및 제2 내부 볼 트랙(23B)은 경화되고 경질 마무리 가공되는 것을 특징으로 하는, 카운터 트랙 조인트.
13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    외부 조인트 부재(12)의 제1 외부 볼 트랙(22A) 및 제2 외부 볼 트랙(22B)은 경화되고, 경화 후에 경질 마무리 가공되며,
    내부 조인트 부재(11)의 제1 내부 볼 트랙(23A) 및 제2 내부 볼 트랙(23B)은 연질 마무리 가공되고 경화되는 것을 특징으로 하는, 카운터 트랙 조인트.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 외부 볼 트랙(22A)과 제2 외부 볼 트랙(22B)은, 횡단면에서 볼 때 각각 관련 토크 전달 볼(14A, 14B)과의 2점 접촉이 형성되는 방식으로 형성되고, 그리고/또는
    제1 내부 볼 트랙(23A)과 제2 내부 볼 트랙(23B)은, 횡단면에서 볼 때 각각 관련 토크 전달 볼(14A, 14B)과의 각각 하나의 2점 접촉이 형성되는 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 카운터 트랙 조인트.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    외부 조인트 부재(12)와 내부 조인트 부재(13)는, 내부 조인트 부재(13)가 외부 조인트 부재(12)에 비해 상대적으로 20°보다 큰 편차각(β)만큼 각도 이동이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 카운터 트랙 조인트.
16. 특히 자동차의 후륜 구동을 위해 변속기로부터 차량 휠로 토크를 전달하기 위한 액슬 샤프트로서, 변속기 측 등속 조인트, 휠 측 등속 조인트 및 이들 등속 조인트 사이에 놓인 샤프트를 포함하는 액슬 샤프트에 있어서,
    상기 변속기 측 등속 조인트와 상기 휠 측 등속 조인트 중 적어도 하나는 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 카운터 트랙 조인트인 것을 특징으로 하는, 액슬 샤프트.

Images