WO2001016500A1

WO2001016500A1 - Kugelgleichlaufdrehgelenk

Info

Publication number: WO2001016500A1
Application number: PCT/EP2000/008229
Authority: WO
Inventors: Anna Gremmelmaier; Wolfgang Hildebrandt
Original assignee: Gkn Automotive Gmbh
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 2000-08-23
Publication date: 2001-03-08
Also published as: US6705947B1; DE19941142C2; DE19941142A1; JP2003508697A; FR2797924B1; FR2797924A1; AU6998800A

Abstract

Kugelgleichlaufdrehgelenk umfassend ein Gelenkaussenteil (11) mit einer ersten Achse (A1), das eine Innenöffnung bildet, in der im wesentlichen in Längsrichtung verlaufende erste Kugelbahnen (17) ausgebildet sind, ein Gelenkinnenteil (12) mit einer zweiten Achse (A2), das eine in der Innenöffnung des Gelenkaussenteils einsitzende Kugelnabe bildet, auf dem im wesentlichen in Längsrichtung verlaufende zweite Kugelbahnen (18) ausgebildet sind, drehmomentübertragende Kugeln (14), die in jeweils einander paarweise zugeordneten ersten und zweiten Kugelbahnen geführt sind, und einen ringförmigen, zwischen Gelenkaussenteil und Gelenkinnenteil befindlichen Kugelkäfig (13), der umfangsverteilte Kugelfenster aufweist, in denen die einzelnen Kugeln in einer gemeinsamen Ebene gehalten und auf die winkelhalbierende Ebene zwischen der ersten Achse und der zweiten Achse geführt werden, wobei zumindest die Kugelbahnen eines der Gelenkteile - Gelenkaussenteil und Gelenkinnenteil - einen über der Länge gleichbleibenden Bahnquerschnitt haben, dessen zweite Ableitung vom Bahngrund an stetig und monoton-steigend und dessen Krümmungsradius nicht konstant ist und der bei drehmomentfreiem Gelenk einen Kontakt der jeweiligen Kugel mit der Kugelbahn in einem Bereich von ≤ 5°, gemessen vom Bahngrund, ermöglicht.

Description

Kugelgleichlaufdrehgelenk

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Kugelgleichlaufdrehgelenk umfassend ein Gelenkaußenteil mit einer ersten Achse, das eine Innenöffnung bildet, in der im wesentlichen in Längsrichtung verlaufende erste Kugelbahnen ausgebildet sind, ein Gelenkinnenteil mit einer zweiten Achse, das eine in der Innenöffnung des Gelenkaußenteils einsitzende Kugelnabe bildet, auf dem im wesentlichen in Längsrichtung verlaufende zweite Kugelbahnen ausgebildet sind, drehmomentübertragende Kugeln, die in jeweils einander paarweise zugeordneten ersten und zweiten Kugelbahnen geführt sind, und einen ringförmigen, zwischen Ge- lenkauβenteil und Gelenkinnenteil befindlichen Kugelkäfig, der umfangsverteilte Kugelfenster aufweist, in denen die einzelnen Kugeln in einer gemeinsamen Ebene gehalten und auf die Winkelhalbierende Ebene zwischen der ersten Achse und der zweiten Achse geführt werden.

Es ist bekannt, daß die Pressungsverhältnisse in den Kugelbahnen unter Drehmomenteinfluß und damit die Haltbarkeit von Gelenken der vorstehend genannten Art durch die Querschnittsform der Kugelbahnen beeinflußt werden kann. Grundsätzlich ist der örtliche Krümmungsradius der Kugelbahnen in den lastübertragenden Kontaktpunkten mit den Kugeln im Querschnitt durch das Gelenk größer als der Kugelradius. Das Verhältnis der beiden Radien wird im weiteren Konformitätszahl genannt. Sie ist definitionsgemäß stets größer 1 und nimmt umso größere Zahlenwerte an, je geringer die Schmiegung, d. h. die Formgleichheit bzw. die Konformität der beiden Krümmungen im Wortsinn wird. In den nachfolgend angeführten Veröffentlichungen sind verschiedene Formen des Bahnquerschnitts der äußeren und inneren Kugelbahnen an gattungsgemäßen Gelenken beschrieben:

DE-GM 1 831 827 DE-PS 1 126 199 DE-PS 1 169 727 DE-OS 1 675 240 DE-PS 2 433 349.

Typische Bahnquerschnitte sind die Kreisbogenform, bei denen die Kugel bei unbelastetem Gelenk in einem Punkt mit dem Bahngrund Kontakt hat, die Form eines Ellipsenabschnitts, bei dem die lange Achse der Ellipse die Mittelachse des Bahnquerschnitts bildet und bei dem die Kugel bei unbelastetem Gelenk in zwei Punkten mit Abstand zum Bahngrund Kontakt hat, und der gotische bzw. spitzbogenförmige Querschnitt, bei dem die Krümmungsmittelpunkte der beiden Flanken des Spitzbogens zur Mittelachse des Bahnquerschnitts versetzt sind und bei dem die Kugel bei unbelastetem Gelenk in zwei Punkten mit Abstand zum Bahngrund Kontakt hat. Weiter sind Bahnquerschnitte mit abgeflachtem Bahngrund bekannt, die jeweils bei unbelastetem Gelenk einen Dreipunktkontakt der Kugel in der Kugelbahn erzeugen.

Gelenke mit kreisbogenförmigem Bahnquerschnitt und Ein-Punkt- Kontakt zur Kugel haben den Vorteil, daß eine Pressungsbeanspruchung über die gesamte Höhe einer Bahnflanke stattfinden kann, d. h. vom Bahngrund bis hoch zur Bahnkante. Hierdurch können sich bei geeigneter Dimensionierung der Bahnkorformität niedrigste Pressungswerte, d. h. höchstmögliche Lebensdauerwerte einstellen. Dieses ist allerdings nur der Fall, wenn eine möglichst spielfreie Verbauung der Kugel in der Kugelbahn erzielt wird (geringes radiales Spiel gegenüber Außenteil und Nabe) . Kann dieses nicht erreicht werden oder kommt es während des Betriebes aufgrund des Einlaufverschleißes (hauptsächlich im Käfigfenster) zu einer Zunahme des Spiels, so besteht die Gefahr von Kantenträgern, was zu einer erheblichen Herabsetzung der Lebensdauerwerte führen kann. Ein weiterer Nachteil der Bahn mit kreisbogenförmigem Querschnitt ist die erhebliche Auswirkung eines radialen Kugel-Bahn-Spieles auf das Gelenkverdrehspiel.

Gelenke mit elliptischem Bahnquerschnitt und Zwei-Punkt-Kontakt zur Kugel sind wesentlich toleranter hinsichtlich Verdrehspiels als die vorgenannten Gelenke. Allerdings werden die Lebensdauerwerte dieser Bahn-Kugel-Konfiguration als unzureichend angesehen, da nur ein sehr kleiner Bereich der Bahn durch Pressung beansprucht wird, sich somit höhere Pressungswerte als bei den vorgenannten Gelenken einstellen müssen.

Gelenke mit kreisbogenförmigem Bahnquerschnitt mit Ein-Punkt- Kontakt zeigen rechnerisch bessere Lebensdauerwerte als Gelenke mit elliptischem oder spitzbogenförmigem Bahnquerschnitt mit Zwei-Punkt-Kontakt. Ein Grund hierfür ist, daß die Hertz 'sehe Druckellipse im Bahn-Kugel-Kontaktpunkt bei den erstgenannten Gelenken größer ist, als bei den zweitgenannten Gelenken. Somit liegen die Hertz 'sehen Pressungen bei der erstgenannten Bahn- Kugel-Konfiguration niedriger als bei der zuletzt genannten Bahn-Kugel-Konfiguration. Ein Nachteil von Gelenken mit kreisbogenförmigen Bahnquerschnitt besteht jedoch darin, daß die Hertz 'sehe Druckellipse bei Übertragung von hohen Drehmomenten die Bahnkante erreicht, so daß Beanspruchungsüberhöhungen (Spannungsspitzen) zu einer plastischen Verformung und/oder einer deutlichen Schädigung an der Bahnkante führen können. Dies tritt insbesondere am Gelenkaußenteil auf, da dort die Bahntiefe meist erheblich geringer ist als am Gelenkinnenteil und somit die Druckellipse die Bahnkanten dort früher erreicht.

Die Benennung von Bahnquerschnitt, Bahn, Bahngrund, Bahnkante und Kugel in den vorhergehenden Absätzen im Singular ist sprachlich vereinfachend und steht nicht der Tatsache entgegen, daß diese an jedem Gelenk in Mehrzahl ausgeführt sind. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kugelgelenke mit einer Bahnform bereitzustellen, bei der die Bahnkanten auch bei Belastung durch hohe Drehmomente von Belastungsspitzen weitgehend freigehalten werden. Eine allgemeine Lösung hierfür besteht darin, daß zumindest die Kugelbahnen eines der Gelenkteile - Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil - einen über der Länge gleichbleibenden Bahnquerschnitt haben, dessen zweite Ableitung vom Bahngrund an stetig und monoton-steigend und dessen Krümmungsradius nicht konstant ist und der bei drehmomentfreiem Gelenk einen Kontakt der jeweiligen Kugel mit der Kugelbahn in einem Bereich von < 5°, gemessen vom Bahngrund, ermöglicht. Eine spezielle Lösung besteht darin, daß die genannten Kugelbahnen einen Bahnquerschnitt haben, der einen Kontakt der jeweiligen Kugel mit der Kugelbahn im Bahngrund ermöglicht, und insbesondere daß die genannten Kugelbahnen einen Ellipsenquerschnitt mit radial zur Achse des jeweiligen Gelenkteils liegender größerer Achse haben, der einen Kontakt der jeweiligen Kugel mit der Kugelbahn in dem im Bahngrund liegenden Scheitelpunkt der Ellipse ermöglicht.

Der hiermit vorgeschlagene erfindungsgemäße Bahnquerschnitt mit angenähertem oder sogar idealem Bahngrundkontakt kann die Vorteile einer hohen Pressungsbelastung auch des Bahngrundes mit einer herabgesetzten Spielanfälligkeit zu großen Teilen miteinander vereinen. Durch eine gezielte Auswahl der Bahnform (d.h. speziell der Ellipsenabmessungen) können darüberhinaus selbst bei großen Spielen der Kugeln in den Bahnen Bahnkantenträger vermieden werden. Ein erfindungsgemäßer Bahnquerschnitt ist kompatibel mit allen derzeit eingesetzten Hartbearbeitungsver- fahren (Schleifen mit Scheibe, Schleifen mit Stift, Fräsen mit Scheibe, Fräsen mit Stift) . Jede Maschine, welche derzeit zur Fertigung von Kugelbahnen eingesetzt wird, sollte für die vorgeschlagene Bahnquerschnittsform einsetzbar sein. Zur Vermessung der gefertigen Bahnen wird derzeit in der Serienfertigung zumeist durch Touchieren der Bahnen mit einer Prüfkugel (Durchmesser entspricht dem Kugelsolldurchmesser) der Kontaktwinkel sichtbar gemacht und das Fußspiel gemessen. Dieses Meßverfahren ist auch mit der erfindungsgemäßen Bahn-Kugel-Konfiguration möglich, einzig mit dem Unterschied, daß die hierfür zu verwendende Prüfkugel einen leicht größeren Durchmesser als die später im Gelenk vorgesehene Kugeln aufweisen soll.

Eine spielfreie Verbauung ist vorzuziehen. Dies kann durch Einhalten entsprechend enger Fertigungstoleranzen oder durch ein Klassieren der Bauteile erreicht werden.

Die Konformitätszahl der im Querschnitt ellipsenförmigen Kugelbahnen soll in üblichen Größenordnungen liegen und insbesondere im Bereich des Bahngrundes unter 1,02 betragen. Das Ellipsenverhältnis der ellipsenförmigen Bahnen soll zwischen 1,004 und 1,02 betragen. Sofern nur die Bahnen an einem der Gelenkteile - Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil - erfindungsgemäß gestaltet sind, ist hierfür das Gelenkaußenteil heranzuziehen.

Die Erfindung hat die Wirkung, daß bei geringeren Drehmomenten der Kontaktwinkel zwischen der Kugel und der erfindungsgemäßen Kugelbahn zunächst in üblicher Weise zunimmt, d. h. der Kontaktpunkt wandert vom Bahngrund die Bahnflanke hoch, wobei die Gegenkräfte in der jeweils anderen Kugelbahn durch einen Kontakt an einer Bahnflanke gebildet werden. Die Kugel zentriert sich dabei zwischen sich diagonal gegenüberliegenden Flanken der äußeren Kugelbahn und der inneren Kugelbahn. Aufgrund der vom Bahngrund zur Bahnkante hin ansteigenden Konformitätszahl der erfindungsgemäßen Kugelbahn wirkt sich jedoch eine weitere Drehmomenterhöhung nur noch in geringem Ausmaße in einer Veränderung des Kontaktwinkels aus, vielmehr nimmt im wesentlichen nur die Tiefe der Pressungsverteilungsellipse unter der Hertz 'sehen Druckellipse zu. Dagegen wird eine weitere Annäherung der Hertz 'sehen Druckellipse in Richtung auf die Bahnkanten weitestgehend gehemmt und insbesondere damit auch ein weiteres Ansteigen der Kugel an der Flanke der erfindungsgemäßen Kugelbahn weitestgehend unterbunden. Der effektive Kontaktwinkel an der erfindungsgemäßen Kugelbahn wird somit der jeweils anderen Kugelbahn als Kontaktwinkel gleicher Größe quasi aufgezwungen. Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen, die Ausführungsbeispiele umfassen, näher erläutert.

Hierin zeigt

Fig. 1 ein Rzeppa-Festgelenk (RF-Gelenk) , auf das die Erfindung anwendbar ist, im Längshalbschnitt;

Fig. 2 ein Undercutfree-Festgelenk (UF-Gelenk) , auf das die Erfindung anwendbar ist, im Längsschnitt;

Fig. 3 ein Doppeloffset-Verschiebegelenk (DO-Gelenk) , auf das die Erfindung anwendbar ist, im Längshalbschnitt;

Fig. 4 ein Verschiebegelenk mit sich kreuzenden Bahnen (VL- Gelenk) , auf das die Erfindung anwendbar ist, im Längshalbschnitt ;

Fig. 5 ein Diagramm "Konformitätszahl über Kontaktwinkel" für erfindungsgemäße Bahnquerschnitte (Halbschnitte) im Vergleich mit drei Bahnquerschnitten (Halbschnitte) nach dem Stand der Technik;

Fig. 6 ein Diagramm "Vertikalspiel über Kontaktwinkel" für erfindungsgemäße Bahnquerschnitte (Halbschnitte) im Vergleich mit drei Bahnquerschnitten (Halbschnitte) nach dem Stand der Technik;

Fig. 7 eine Tabelle mit Kenngrößen für sechs erfindungsgemäße Bahnquerschnittsformen im Vergleich mit zwei Bahnquerschnitten nach dem Stand der Technik;

Fig. 8 jeweils eine erste Kugelbahn in einem Gelenkaußenteil mit einliegender Kugel im Querschnitt

a) nach dem Stand der Technik mit rundem Bahnquerschnitt, b) nach dem Stand der Technik mit elliptischem Bahn- querschnitt, c) nach der Erfindung mit elliptischem Bahnquerschnitt;

Fig. 9 jeweils eine zweite Kugelbahn in einem Gelenkinnenteil mit einliegender Kugel im Querschnitt

a) nach dem Stand der Technik mit rundem Bahnquerschnitt, b) nach dem Stand der Technik mit elliptischem Bahnquerschnitt, c) nach der Erfindung mit elliptischem Bahnquerschnitt;

Fig. 10 a) die Darstellung nach Figur 8c vergrößert, b) die Darstellung nach Figur 9c vergrößert.

Figur 1 zeigt ein RF-Gelenk, das im Halbschnitt die Teile Gelenkaußenteil 11, Gelenkinnenteil bzw. Kugelnabe 12, Kugelkäfig 13 und drehmomentübertragende Kugel 14 erkennen läßt . Das Gelenkaußenteil 11 ist mit einem Wellenzapfen 15 einstückig verbunden. In das Gelenkinnenteil 12 ist eine Steckwelle 16 eingesteckt. Ein Faltenbalg 21 dichtet das Gelenk ab und ist auf dem Gelenkaußenteil 11 und der Steckwelle 16 festgelegt. Im Gelenkaußenteilteil 11 ist eine äußere Kugelbahn 17 erkennbar; im Gelenkinnenteil 12 ist eine innere Kugelbahn 18 dieser zugeordnet. Beide Kugelbahnen 17, 18 sind kreisbogenförmig gekrümmt, wobei die Krümmungsmittelpunkte in Richtung der Achsen A, , A₂ der Gelenkbauteile gegeneinander versetzt sind. Die Kugeln 14 und damit der Kugelkäfig 13 werden bei Abwinkelung der Längsachsen A, , A₂ um den Gelenkmittelpunkt Z aufgrund des KrümmungsVersatzes der gekrümmten Kugelbahnen 17, 18 auf die Winkelhalbierende Ebene gesteuert .

Figur 2 zeigt ein UF-Gelenk, das die Teile Gelenkaußenteil 11, Gelenkinnenteil bzw. Kugelnabe 12, Kugelkäfig 13 und drehmoment- übertragende Kugeln 14 erkennen läßt. Das Gelenkaußenteil ist mit einem Wellenzapfen 15 einstückig verbunden. Das Gelenkinnenteil 12 hat eine Innenöffnung zum Einstecken einer nicht gezeigten Steckwelle. Im Gelenkaußenteil 11 sind äußere Kugelbahnen 17 erkennbar, im Gelenkinnenteil 12 innere Kugelbahnen 18, die den erstgenannten zugeordnet sind. Beide Kugelbahnen 17, 18 sind in einem Teilbereich ihrer axialen Erstreckung kreisbogenförmig gekrümmt. An die gekrümmten Abschnitte schließen sich etwa achsparallele gerade Bahnabschnitt auf zueinander entgegengesetzten Seiten zur Mittelebene M an. Die Krümmungsmittelpunkte der gekrümmten Abschnitte sind in Richtung der Achsen A,, A₂ der Gelenkbauteile gegeneinander versetzt. Aufgrund des Krümmungsversatzes werden die Kugeln 14 bei Abwinkelung der Achsen A, , A₂ zueinander um den Gelenkmittelpunkt Z durch die Bahnen 17, 18 auf die Winkelhalbierende Ebene gesteuert.

Figur 3 zeigt ein DO-Gelenk, an dem ein Gelenkaußenteil 11, ein Gelenkinnenteil bzw. eine Kugelnabe 12, ein Kugelkäfig 13 und eine drehmomentübertragende Kugel 14 zu erkennen ist. Das Gelenkaußenteil 11 kann mit einem Flansch verbunden werden. In das Gelenkinnenteil 12 ist eine Steckwelle 16 eingesteckt. Ein Faltenbalg 21 dichtet das Gelenk ab und ist mit dem Gelenkaußenteil 11 und der Steckwelle 16 verbunden. Im Gelenkaußenteil ist eine äußere Kugelbahn 17 erkennbar, die sich achsparallel und gerade erstreckt. Im Gelenkinnenteil 12 ist eine Kugelbahn 18 gezeigt, die ebenfalls gerade und achsparallel verläuft. Der Käfig 13 hat eine äußere Kugeloberfläche 19, die in einer zylindrischen Innenöffnung des Gelenkaußenteils 11 geführt ist, sowie eine innere Kugeloberfläche 20, die auf einer entsprechenden kugeligen Außenfläche des Gelenkinnenteils 12 geführt ist. Die Mittelpunkte der beiden genannten Kugeloberflächen 19, 20 sind in Richtung der Achsen A, , A₂ der Gelenkbauteile versetzt. Der Käfig 13 und damit die Kugeln 14 werden bei Abbeugung der Achsen A, , A₂ um den Gelenkmittelpunkt Z aufgrund des Versatzes der Kugeloberflächen auf die Winkelhalbierende Ebene zwischen den Achsen A, , A₂ gesteuert. Figur 4 zeigt ein VL-Gelenk, an dem ein Gelenkaußenteil 11, ein Gelenkinnenteil bzw. eine Kugelnabe 12, ein Kugelkäfig 13 und eine drehmomentübertragende Kugel 14 zu erkennen ist. Das Gelenkaußenteil kann mit einem Flansch verbunden werden. In das Gelenkinnenteil 12 ist eine hohle Steckwelle 16 eingesteckt. EinFaltenbalg 21 dichtet das Gelenk ab und ist mit dem Gelenkaußenteil 11 und der Steckwelle 16 verbunden. Im Gelenkaußenteil 11 ist eine äußere Kugelbahn 17 erkennbar, die sich unter einem nicht erkennbaren Kreuzungswinkel zur Längsachse A des Gelenkaußenteils 11 erstreckt. Im Gelenkinnenteil 12 ist eine Kugelbahn 18 gezeigt, die ebenfalls unter einem Kreuzungswinkel zur Längsachse A₂ des Gelenkinnenteils verläuft. Die beiden Kreuzungswinkel sind gleich groß, jedoch entgegengesetzt zu den Längsachsen orientiert. Der Käfig 13 hat eine äußere Kugeloberfläche 19, die in einer zylindrischen Innenöffnung des Gelenkaußenteils 11 geführt ist, sowie eine innere Kugeloberfläche 20, die mit Abstand zur Außenfläche des Gelenkinnenteils ausgeführt ist. Die Kugeln und damit der Käfig werden bei Abbeugung der Achsen A, , A₂ um den Gelenkmittelpunkt Z aufgrund der zueinander entgegengesetzten Kreuzungswinkel der Kugelbahnen auf die Winkelhalbierende Ebene zwischen den Achsen A, , A₂ gesteuert. Die Querschnitte der Kugelbahnen, die für die Belastung der Kugelbahnen bei Drehmomentübertragung von Bedeutung sind, sind in den vorstehend beschriebenen Figuren nicht erkennbar. Beispiele für deren Formgebung, die auf alle der vorstehend genannten Gelenktypen anwendbar sind, werden in den nachstehenden Zeichnungen vermittelt.

Figur 5 zeigt mit propl ...prop9 bezeichnete Konformitätsverläufe von verschiedenen elliptischen Bahnformen mit Bahngrundkontakt im Sinne der Erfindung. Es ergeben sich Konformitätsvorläufe, welche im unteren Bahnbereich eine Konformität in der Größenordnung von 1-1,01 aufweisen, während sie im Bereich der Bahnkante eine Konformität bis hoch zu ca. 1,035 zeigen. Ergänzend hierzu sind dargestellt die Konformitätsvorläufe für drei Referenzgeometrien: 1) Kreisbogenquerschnittsbahn mit einer Konformität von 1,008 für Ein-Punkt-Kontakt (entspricht RF-C-Gelenk)

2) Elliptische Bahn mit 45° Kontaktwinkel und einer Konformität von 1.04 für Zwei-Punkt-Kontakt an den Bahnflanken

3) Elliptische Bahn mit 39° Kontaktwinkel und einer Konformität von 1.04 für Zwei-Punkt-Kontakt an den Bahnflanken

Figur 6 zeigt die Anfälligkeit des Kontaktwinkels gegenüber Vertikalspielen. Wie bereits bekannt, führt ein Spiel in einer Kreisbogenguerschnittsbahn zu einem wesentlich stärkeren Kontaktwinkelanstieg als bei elliptischen Bahnen, was zu der Gefahr von Kantenschäden führen kann. Die erfindungsgemäßen Bahnen zeigen im niedrigen Spielbereich (aufgrund der niedrigen Konformität im Bahngrund) eine der Kreisbogenquerschnittsbahn ähnlich Charakteristik, zu größeren Spielen hin nähern sie sich jedoch vorteilhaft der elliptischen Bahn an.

Figur 7 führt insbesondere die Konformitätszahlen und die Ellipsenbemessungen für die vorgenannten Bahnen auf.

In Figur 8a ist ein Teil eines Gelenkaußenteils 11 mit einer Außenbahn 17 und seiner Mittelachse A₂ gezeigt. In der Außenbahn 17 liegt eine Kugel 14 ein. Der Querschnitt der Bahn 17 ist durch den Radius r_a gekennzeichnet, während der Radius der Kugel mit r_k bezeichnet ist. Die Kugel 14 hat ausschließlich Kontakt im Bahngrund G.

In Figur 8b ist ein Teil eines Gelenkaußenteils 11 mit einer Außenbahn 17 und seiner Achse A₂ gezeigt, wobei in der Außenbahn 17 eine Kugel 14 einliegt. Der Querschnitt der Bahn 17 ist durch eine Ellipse beschrieben, deren kurze Achse mit E_k und deren lange Achse mit E_: bezeichnet ist. Die Kugel 14 hat mit der Bahn 17 Kontakt in Kontaktpunkten K, , K₂, die bezogen auf den Bahngrund G unter einem Mittelpunktswinkel von jeweils > 45° zur langen Achse der Ellipse liegen. In Figur 8c ist ein Teil eines Gelenkaußenteils 11 mit einer erfindungsgemäßen Außenbahn 17 und der Längsachse A₂ im Querschnitt gezeigt, in der eine Kugel 14 einliegt. Der Bahnquerschnitt wird durch eine Ellipse beschrieben, deren kurze Achse mit E_k und deren lange Achse mit E_x bezeichnet ist. Der Bahngrund G ist der Nullpunkt eines Koordinatensystems, das mit x und y bezeichnet ist und auf das sich die erfindungsgemäße Beschreibung einer stetig und monoton steigenden Bahnform bezieht. Mit K₃ und K₄ sind die Endpunkte eines Kontaktbereiches der Kugel 14 mit der Bahn 17 beschrieben, der sich von der langen Achse aus nach beiden Seiten über einen Mittelpunktswinkel von jeweils 5° erstreckt.

In Figur 9a ist ein Teil eines Gelenkinnenteils 12 mit einer Innenbahn 18 und seiner Längsachse A, gezeigt. In der Innenbahn 18 liegt eine Kugel 14 ein. Der Querschnitt der Bahn ist durch den Radius r_± gekennzeichnet, während der Radius der Kugel mit r_k bezeichnet ist. Die Kugel 14 hat ausschließlich Kontakt im Bahngrund G.

In Figur 9b ist ein Teil eines Gelenkinnenteils 12 mit einer Außenbahn 18 und seiner Achse A, gezeigt, wobei in der Bahn 18 eine Kugel 14 einliegt. Der Querschnitt der Bahn ist durch eine Ellipse beschrieben, deren kurze Achse mit E_k und der lange Achse mit E_x bezeichnet ist. Die Kugel 14 hat mit der Bahn 18 Kontakt in Kontaktpunkten K₅, K₆, die bezogen auf den Bahngrund G unter einem Mittelpunktswinkel von jeweils > 45° zur langen Achse der Ellipse liegen.

In Figur 9c ist ein Teil eines Gelenkinnenteils 12 mit einer erfindungsgemäßen Innenbahn 18 und der Längsachse A, im Querschnitt gezeigt, in der eine Kugel 14 einliegt. Der Bahnquerschnitt wird durch eine Ellipse beschrieben, deren kurze Achse mit E_k und deren lange Achse mit E_x bezeichnet ist. Der Bahngrund G ist der Nullpunkt eines Koordinatensystems, das mit x und y bezeichnet ist, und auf das sich die erfindungsgemäße Beschreibung einer stetig und monoton steigenden Bahnform bezieht. Mit K₇ und K₈ sind die Endpunkte eines Kontaktbereiches der Kugel 14 mit der Bahn 18 beschrieben, der sich von der langen Achse aus nach beiden Seiten über einen Mittelpunktswinkel von jeweils 5° erstreckt .

Bezüglich der Figur 10a wird auf die Beschreibung der identischen Figur 8c verwiesen.

Bezüglich der Figur 10b wird auf die Beschreibung der identischen Figur 9c verwiesen.

Claims

1SKugelgleichlaufdrehgelenkPatentansprüche

1. Kugelgleichlaufdrehgelenk umfassend ein Gelenkaußenteil mit einer ersten Achse, das eine Innenöffnung bildet, in der im wesentlichen in Längsrichtung verlaufende erste Kugelbahnen ausgebildet sind, ein Gelenkinnenteil mit einer zweiten Achse, das eine in der Innenöffnung des Gelenkaußenteils einsitzende Kugelnabe bildet, auf dem im wesentlichen in Längsrichtung verlaufende zweite Kugelbahnen ausgebildet sind, drehmomentübertragende Kugeln, die in jeweils einander paarweise zugeordneten ersten und zweiten Kugelbahnen geführt sind, und einen ringförmigen, zwischen Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil befindlichen Kugelkäfig, der umfangsverteilte Kugelfenster aufweist, in denen die einzelnen Kugeln in einer gemeinsamen Ebene gehalten und auf die Winkelhalbierende Ebene zwischen der ersten Achse und der zweiten Achse geführt werden,

dadurch gekennzeichnet,

daß zumindest die Kugelbahnen eines der Gelenkteile - Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil - einen über der Länge gleichbleibenden Bahnquerschnitt haben, dessen zweite Ableitung vom Bahngrund an stetig und monoton-steigend und dessen Krümmungsradius nicht konstant ist und der bei drehmomentfreiem Gelenk einen Kontakt der jeweiligen Kugel mit der Kugelbahn in einem Bereich von < 5°, gemessen vom Bahngrund, ermöglicht.

2. Gelenk nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die genannten Kugelbahnen einen Bahnquerschnitt haben, der einen Kontakt der jeweiligen Kugel mit der Kugelbahn im Bahngrund ermöglicht.

3. Gelenk nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß die genannten Kugelbahnen einen Ellipsenquerschnitt mit radial zur Achse des jeweiligen Gelenkteils liegender größerer Achse haben, der einen Kontakt der jeweiligen Kugel mit der Kugelbahn in dem im Bahngrund liegenden Scheitelpunkt der Ellipse ermöglicht.

4. Gelenk nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Ellipsenachsenverhältnis 1,004 bis 1,02 ist.

5. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Koformitätszahl im Scheitelpunkt des Bahnquerschnittes unbelastet < 1,02 ist.

6. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

daß die Kugelbahnen des jeweils anderen Gelenkteils - Gelenkaußenteil oder Gelenkinnenteil - einen jeweils mit dem vorgenannten übereinstimmenden Bahnquerschnitt haben.

7. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Kugelbahnen des jeweils anderen Gelenkteils - Gelenkaußenteil oder Gelenkinnenteil - einen Kreisbogenquerschnitt haben.

8. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Kugelbahnen des jeweils anderen Gelenkteils - Gelenkaußenteil oder Gelenkinnenteil - jeweils einen aus zwei Kreisbögen mit versetzten Mittelpunkten mit sich kreuzenden erzeugenden Radien zusammengesetzten Querschnitt (gotische Form) haben.

9. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Kugelbahnen des jeweils anderen Gelenkteils - Gelenkaußenteil oder Gelenkinnenteil - einen engen Ellipsenquerschnitt mit radial zu jeweiligen Achse des Gelenkteils liegender größere Achse haben, in dem die Kugeln einen Zweitpunktkontakt mit Abstand zum Bahngrund bzw. Scheitelpunkt haben.

10. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Gelenk ein RF-Festgelenk (Rzeppa) ist.

11. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Gelenk ein UF-Festgelenk (undercut-free) ist.

12. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Gelenk ein Verschiebegelenk der Bauart DO (Doppel- Offset) oder der Bauart VL (Uberkreuzbahnen) ist.