WO2007028436A1 - Gelenkwelle, umfassend ein gegenbahngelenk mit begrenzter axialverschiebung - Google Patents

Gelenkwelle, umfassend ein gegenbahngelenk mit begrenzter axialverschiebung Download PDF

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WO2007028436A1
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joint
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ball
arc
tracks
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Thomas Weckerling
Orkan Eryilmaz
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Gkn Driveline International Gmbh
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Definitions

  • Cardan shaft comprising a counter track joint with limited axial displacement
  • the invention relates to a propeller shaft comprising a first pivot joint, an intermediate shaft and a second pivot joint, wherein the first pivot joint is a ball tracking joint in the form of a counter-track joint.
  • Counter-track joints of the type used hereby as the first rotary joint are described in DE 100 60 120 A1, it being assumed that an axial displacement in dependence on the adjusting control angles is to be limited.
  • Counter-track joints of the type mentioned are free of axial force in the axial middle position and are thus suitable for decoupling smaller vibrations in the drive train.
  • the present invention is therefore the object of proposing a propeller shaft using a joint of the type mentioned, which can contribute effectively to the vibration isolation in drive trains.
  • the solution of the above object consists in a propeller shaft comprising a first pivot joint, an intermediate shaft and a second pivot joint, wherein the first pivot joint is a ball tracking joint in the form of aellestecgelenks comprising an outer joint part with first and second outer ball tracks, an inner joint part with first and second inner ball tracks, wherein first outer ball tracks with first inner ball tracks form first pairs of tracks, which extend in a first axial direction Ri 1, and wherein second outer ball tracks with second inner ball tracks form second pairs of tracks which expand in a second axial direction Ri2, balls which are guided in the track pairs and whose ball centers Z are on a pitch circle radius PCR around a joint center M, a ball cage with circumferentially distributed cage windows, in which the balls in held a joint center plane E and are guided in articulation on the bisecting plane, between the outer joint part and the ball cage on the one hand and between the ball cage and the inner joint part axial play are provided on the other hand, allowing a relative axial displacement between the outer joint part and
  • the ratio between the total axial displacement S and the rolling circle radius PCR of the balls in each case with the joint extended is between 0.01 and 0.09 (0.01 ⁇ S / PCR ⁇ 0.09).
  • the ratio between the total axial displacement S and the rolling circle radius PCR of the balls each with the joint extended is below 0.05 (S / PCR ⁇ 0.05).
  • the axial forces are particularly low when the differences between the opening angles of the web pairs are relatively small. It is therefore proposed that when the joint is stretched in the end positions of the relative axial displacement between the outer joint part and inner joint part of the smaller opening angle ⁇ or ß of the first pairs of tracks and the second pairs of tracks is less than 8 ° ( ⁇ ⁇ 8 ° v ß ⁇ 8 °).
  • a further reduction of the opening angle of the pairs of tracks can go so far that when the joint is stretched in a central position of the relative axial displacement between the outer joint part and inner joint part in which the opening angle ⁇ , ß of the first pairs of tracks and the second pairs of tracks are equal in magnitude, both opening angle ⁇ and ⁇ are less than 8 ° ( ⁇ ⁇ 8 ° ⁇ ⁇ ⁇ 8 °).
  • the inner surface of the outer joint part, the outer surface of the inner joint part and the outer surface and the inner surface of the ball cage prefferably be each spherical segment surface at the first rotary joint, wherein the Dialspiel COR between the outer joint part and ball cage and the radial clearance CIR between the ball cage and inner joint part is between 0.015 and 0.20 mm
  • the joint production of the first pivot joint is to entfäem in an advantageous manner, since the corresponding surfaces that have no leadership function in a joint of this kind but only serve as axial stops, can be easily made by forming or by simple turning operation.
  • the inner spherical guide surface for the ball cage is only soft turned and finally cured, while the ball tracks are only hardened and ground after forming.
  • the hardening of guide surface and ball tracks can be done inductively in a single operation.
  • the radial ball play BO of the balls in the track pairs lies between -0.03 mm (interference fit) and 0.08 mm (clearance fit) at the first pivot joint. This range of values applies as well as the previously named sizes common to all joints for the automotive sector.
  • a preferred web design of the respective first rotary joint is specified in claims 7 to 12, to which reference is hereby made. This ensures that large flexion angles are possible at the first pivot joint and, even with these large flexion angles, regardless of the axial displacement position, good control of the balls by the web forces and thus reliable control of the first pivot joint is maintained.
  • the aforementioned web design has hitherto been proposed only for fixed hinges without Axialverschiebe Anlagenkeit (DE 103 37 612 A1).
  • the first hinge may preferably be made with six balls or eight balls.
  • the second rotary joint is an axial displacement joint, in particular in the form of a tripod joint, a VL or XL sliding joint or a DO sliding joint.
  • the second rotary joint is designed as a fixed joint, in particular in the form of a universal joint, an AC joint, a UF joint or a Gegenbahngelenks.
  • the intermediate shaft comprises an axial displacement unit, so that a drive shaft constructed in accordance with the invention can also accommodate significant changes in length.
  • Figure 1 shows a counter-track joint for a propeller shaft according to the invention in a first embodiment with six balls a) in a planar longitudinal section through opposing ball tracks b) in a development of the ball cage c) in a bent longitudinal section through a cage window and a cage web d) in an enlarged detail according to illustration c);
  • Figure 2 shows the joint in the embodiment of Figure 1 in an axially displaced position a) in a planar longitudinal section through opposing ball tracks b) in a development of the ball cage c) in a bent longitudinal section through a cage window and a cage web; 3 shows the joint in the embodiment according to FIGS. 1 and 2 in a bent longitudinal section through a cage window and a cage web a) in a first axially maximally shifted position b) in the axial middle position c) in a second axially maximum shifted position d) in an enlarged detail according to representation b);
  • Figure 4 shows the joint according to Figures 1 to 3 in a bent longitudinal section through a cage window and a cage web with additional dimensioning a) in a first axially maximally shifted position b) in the axial center position c) in a second axially maximally shifted position;
  • FIG. 5 shows the joint according to FIGS. 1 to 4 a) in the illustration according to FIGS. 3 b and 4 b b) in an enlarged detail according to illustration a);
  • FIG. 6 shows the joint according to FIGS. 1 to 5 a) in the illustration according to FIG. 5a b) in an enlarged detail according to illustration a);
  • Figure 7 shows a counter-track joint for a propeller shaft according to the invention in a second embodiment with six balls and a special track shape a) in longitudinal section b) in axial view;
  • Figure 8 shows a counter-track joint for a propeller shaft according to the invention in a third embodiment with a special track shape and eight balls a) in a longitudinal section AA b) in a longitudinal section BB through the second pairs of tracks c) in axial view;
  • Figure 9 shows the joint of Figure 7 with designation of the opening angle in longitudinal section;
  • Figure 10 shows details of the hinge of Figure 9 with dimensioning of the ball track centerlines; a) the outer joint part in longitudinal section b) the inner joint part in longitudinal section;
  • Figure 11 shows a propeller shaft according to the invention with a AAR tripod joint as the second pivot joint;
  • Figure 12 shows a propeller shaft according to the invention with a Gl tripod joint as the second pivot joint
  • FIG. 13 shows a propeller shaft according to the invention with a VL ball-and-socket joint as the second swivel joint;
  • FIG. 14 shows a propeller shaft according to the invention with a DO ball-and-socket joint as the second swivel joint;
  • Figure 15 shows a propeller shaft according to the invention with a universal joint as the second pivot joint
  • FIG. 16 shows a propeller shaft according to the invention with an AC fixed joint as the second swivel joint and an axial displacement unit;
  • Figure 17 shows a propeller shaft according to the invention with a UF-fixed joint as the second rotary joint and a Axialverschiebeech;
  • FIG. 18 shows a propeller shaft according to the invention with a counter-track fixed joint as the second rotary joint and an axial displacement unit.
  • a counter-track joint 11 according to the invention comprises an outer joint part 12 with a molded-in bottom 13, an inner joint part 14 with an inserted shaft 15, pairs of first outer ball tracks 16 and first inner ball tracks 17 extending towards the bottom 13 in a joint center plane E in a first direction Ri1 open, and second pairs of tracks of second outer ball tracks 18 and second inner ball tracks 19 which open in the joint center plane E in a second axial direction Ri2 to the shaft 15 out.
  • a plurality of first and second pairs of tracks are distributed over the joint circumference.
  • the opening angle of the first pairs of webs 16, 17 in the center plane E is denoted by ⁇ ; the opening angle of the second pairs of webs 18, 19 in the center plane E is denoted by ß.
  • first balls 2Oi and second balls 2O 2 which are held by a ball cage 21 with circumferentially distributed cage windows 22 in the common center plane E. It is also the center axis A of the elongated joint referred to, which intersects the median plane E in the joint center point M.
  • the ball cage 21 both with respect to the outer joint part 12 and against the inner joint part 14 radial play and thereby axial play, the entire axial clearance between the outer joint part 12 and inner joint part 14 is denoted by S.
  • the outer joint part 12 has a spherical inner surface 23 and the inner joint part 14 a spherical outer surface 24.
  • the ball cage 21 has a spherical outer surface 25 and a spherical inner surface 26th
  • the ball cage 21 strikes the inner joint part 14 and / or the outer joint part 12, respectively.
  • the total displacement S is obtained as the sum of S1 and S2, in which case S means the displacement of the inner joint part 14 relative to the outer joint part 12 from one stop to the other stop.
  • FIG. a) corresponds to the representation of Figure 4b.
  • the radial play CIR between the outer spherical surface 24 of the inner joint part 14 and the inner spherical surface 26 of the ball cage 21 and the radial clearance COR between the outer spherical surface 25 of the ball cage 21 and the inner spherical surface 23 of the outer joint part 12 are designated.
  • the size ranges for the games mentioned are denoted by 0.015 ⁇ CIR ⁇ 0.20 and 0.015 ⁇ COR ⁇ 0.20, where the figures each refer to millimeters.
  • FIG 6 the same details as in Figures 1 to 5 are designated by the same reference numerals.
  • the foregoing description is referred to.
  • the representation a) corresponds to the representation of Figure 4b, wherein the representation b) reproduces an enlarged detail.
  • representation b) the radial clearance BO of the ball in a pair of tracks 16, 18 as well as the axial clearance BC of the ball 2O 1 in the cage window 22 are indicated, the values for BC being -0.03 ⁇ BC ⁇ 0.1 and the values for BO is -0.03 ⁇ BO ⁇ 0.08; In this case, the figures refer to millimeters.
  • FIG. 7 shows a counter track joint according to the invention with six track pairs 16, 17; 18, 19 and thus six balls 20 shown in longitudinal section and in view.
  • First and second pairs of tracks alternate over the circumference.
  • the same details are given the same reference numerals as in the preceding Figures 1 to 6. The description is made to that extent.
  • FIG. 8 shows an inventive counter track joint with eight balls 20 is shown, wherein a longitudinal section A-A by first pairs of tracks 16, 17 and a longitudinal section B-B through second pairs of tracks 18, 19 is placed. First and second pairs of tracks alternate over the circumference.
  • the same details are denoted by the same reference numerals as in Figures 1 to 6, the description of which reference is made.
  • the center line M16 of the illustrated first outer ball track 16 in the outer joint part 12 consists of an arc with a first radius R2 with a center 02nd , which is arranged on the longitudinal axis A with axial offset relative to the center plane E to the ground, a continuous thereto arc with a smaller radius R3 whose center O3 has the same axial offset to the ground as the center 02 of R2, and an arc with a mating radius R1, the center O1 has an axial offset relative to the center plane E in the opposite direction to the centers 02, 03 of the arcs with the radii R2, R3, ie to the opening side and its center O1 outside a circle with the radius R2 around the center 02 lies.
  • the center line M17 of the illustrated first inner ball track 17 is mirror-symmetrical with respect to the center plane E to the center line of the outer ball track 16, ie from arcs with the radii R2 ' f R3' and RV around centers O2 ⁇ O3 f , 01 'is equal but mirror-symmetrically composed.
  • the center line M18 of the second outer ball track 18 comprises an arc having a first radius R5 whose center point 05 lies on the longitudinal axis A, with an axial offset opposite to the offset of the center 02 of the arc with the radius R2, ie towards the opening side lies.
  • the arc with the radius R5 is followed by an arc with an opposite radius R4 to the opening side, the center 04 is outside a circle with the radius R5 to the center O5 and has a lying in the same direction axial offset to the center plane E.
  • the center line M19 of the second inner ball track 19 in the inner joint part 14 behaves mirror-symmetrically to the center line M18 of the second outer ball track 18, ie from arc with the radii R5 'and R4' about centers 05 ", 04 ', however, mirror-symmetrically with respect
  • the first outer ball tracks 16 and first inner ball tracks 17 form in the center plane E the indicated opening angle ⁇ , which opens in the first direction Ri 1, while the second outer ball tracks 18 and the second inner ball tracks 19 in form the center plane in the opposite direction in the direction Ri2 opening angle ß.
  • axial offset used is synonymous with the term axial distance, or axial offset.
  • FIGS. 11 to 18 each show a propeller shaft according to the invention, which has a counter-pivot joint 11 of the type described above, similar to the embodiment of FIG. 7, furthermore an intermediate shaft 31 (FIGS. 11 to 15) or an intermediate shaft with integrated axial displacement unit 91 (FIGS. 16 to 18) and, finally, a second swivel joint in the form of an axial displacement joint (FIGS. 11 to 14) and a second swivel joint in the form of a fixed joint (FIGS. 15 to 18).
  • the details of the first hinge 11 are denoted by the same reference numerals as in the preceding figures. The foregoing description is hereby incorporated by reference.
  • the intermediate shaft 31, 91 is connected in each case in plug-in connection with joint components of the first rotary joint 11 and the second rotary joint.
  • FIG. 11 shows, as the second rotary joint, an AAR tripod joint 41, which comprises an outer joint part 42 with three circumferentially distributed guide tracks 43, a Tripode system 44 with circumferentially distributed tripode pins 45 and rotatable roller arrangements 46 pivotally supported on the tripode pin.
  • the inner joint part (44) is axially displaceable under abrollendem contact of the rolling assemblies 46 in the outer joint part 42 and angularly movable relative to this.
  • a Gl tripod joint 51 which comprises an outer joint part 52 with three circumferentially distributed guide tracks 53, a tripod star 54 with circumferentially distributed tripode pins 55 and rollers 56 rotatably mounted on the tripode pin, is shown as the second rotary joint.
  • the inner joint part (54) is axially displaceable under rolling movement of the rollers 56 in the outer joint part 52 and can be bent relative thereto.
  • a VL or XL sliding joint 61 is shown as the second pivot joint comprising an outer race 62 having longitudinal outer raceways 63 intersecting the longitudinal axis and an inner race 64 having longitudinal inner raceways 65 intersecting the longitudinal axis
  • Ball tracks 63 and inner ball tracks 65 torque transmitting balls 66 are guided, which in turn are held by a cage 67 in a common plane.
  • the cage 67 has axial play relative to the inner joint part 64 and is guided in an inner cylindrical guide surface 68 of the outer joint part 62.
  • the inner joint part 64 is axially displaceable and angled relative to the outer joint part 62 in this way.
  • FIG. 14 shows, as the second rotary joint, a DO-sliding joint 71 which has an outer joint part 72 with axially extending outer ball tracks 73 and a GE-shaped sliding joint 71.
  • Guide inner part 74 having axially extending inner ball tracks 75.
  • torque transmitting balls 76 are guided, which in turn are held by a cage 77 in a common plane.
  • the cage 77 is axially displaceable and bendable in an inner cylindrical guide surface 78 of the outer joint part 72 and held on a mecanickugeligen guide surface 79 of the inner joint part 74 exclusively bendable, so that in this way the inner joint part 74 against the outer joint part 72 is guided axially displaceable and bendable.
  • a second pivot joint or universal joint 81 which has a first yoke 82 and a second, compared to the first 90 ° twisted yoke 83, the latter being connected to the intermediate shaft 31 in plug connection.
  • the two joint forks are hinged together by a spider 84.
  • An axial displacement unit is not shown, but is assumed to be in the interrupted part of the intermediate shaft 31.
  • an AC joint (angular contact) which comprises an outer joint part 102 with outer circularly curved ball tracks 103 and an inner joint part 104 with inner circularly curved ball tracks 105.
  • torque transmitting balls 106 are guided, which are held by a ball cage 107 in a common plane.
  • the ball cage 107 is pivotally held in an inner spherical guide surface 108 of the outer joint part 102 and axially supported. An axial displacement between the two joints 11, 101 is possible within the Axialverschiebeech 91.
  • a UF joint (undercut free) shown with a joint outer part 112 with outer axially undercut-free ball tracks 113, an inner joint part 114 with inner axially undercut-free ball tracks 115, wherein in pairs of outer ball tracks 113 and inner ball tracks 115, the forming the intermediate shaft opening angle, torque transmitting Ku are held 116, which in turn are held by a ball cage 117 in a common plane.
  • the ball cage 117 is pivotally supported in an inner spherical guide surface 118 of the outer joint part 112 and axially supported.
  • the joint is thus designed as a fixed joint, so that the axial displacement between the first pivot 11 and the second pivot 111 must be within the Axialverschiebeeinhelt 91.
  • a counter-track joint 11 ' is provided as the second rotary joint, which can be designed here as a fixed joint without possibility of axial displacement.
  • the details are denoted by the same proceedings are denoted by the same proceedings are denoted by the same proceedingssziffem as at the first pivot 11.
  • the axial displacement between the first pivot 11 and the second pivot 11 ' may be within the axial displacement unit 91 in the manner already described.

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  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)

Abstract

Gelenkwelle, umfassend ein erstes Drehgelenk, eine Zwischenwelle und ein zweites Drehgelenk, wobei das erste Drehgelenk ein Kugelgleichlaufdrehgelenk 11 in Form eines Gegenbahngelenks, umfassend ein Gelenkaußenteil 12 mit ersten und zweiten äußeren Kugelbahnen 16, 18, ein Gelenkinnenteil 14 mit ersten und zweiten inneren Kugelbahnen 17, 19, wobei erste äußere Kugelbahnen 16 mit ersten inneren Kugelbahnen 17 erste Bahnpaare 16, 17 bilden, die sich in einer ersten axialen Richtung Ri 1 erweitern (α), und wobei zweite äußere Kugelbahnen 18 mit zweiten inneren Ku- gelbahnen 19 zweite Bahnpaare 18, 19 bilden, die sich in einer zweiten axialen Richtung Ri2 erweitern (β), Kugeln 20, die in den Bahnpaaren geführt sind und deren Kugelmittelpunkte auf einem Rollkreisradius um einen Gelenkmittelpunkt M liegen, einem Kugelkäfig 21 mit umfangsverteilten Käfigfenstern 22, in dem die Kugeln 20 in einer gemeinsamen Mittelebene E gehalten werden und bei Gelenkbeugung auf die Winkelhalbierende Ebene geführt werden, wobei zwischen dem Gelenkaußenteil 12 und dem Kugelkäfig 21 einerseits und zwischen dem Kugelkäfig 21 und dem Gelenkinnenteil 14 andererseits Axialspiele vorgesehen sind, die eine relative Axialverschiebung zwischen Gelenkaußenteil 12 und Gelenkinnenteil 14 zulassen.

Description

Gelenkwelle, umfassend ein Gegenbahngelenk mit begrenzter Axialverschiebung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Gelenkwelle, umfassend ein erstes Drehgelenk, eine Zwischenwelle und ein zweites Drehgelenk, wobei das erste Drehgelenk ein Kugelgleichlaufdrehgelenk in Form eines Gegenbahngelenks ist.
Gegenbahngelenke der hiermit als erstes Drehgelenk verwendeten Art sind in der DE 100 60 120 A1 beschrieben, wobei davon ausgegangen ist, daß ein axialer Verschiebeweg in Abhängigkeit von den sich einstellenden Steuerwinkeln zu begrenzen ist. Gegenbahngelenke der genannten Art sind in der axialen Mittelstellung axialkraft- frei und eignen sich damit zur Entkopplung kleinerer Schwingungen im Antriebsstrang. Bei einer Axialverschiebung unter Drehmomentbelastung bauen sich jedoch Axialkräfte auf, so daß es zu einer Übertragung von Axialschwingungen kommen kann. Bei zu großem Axialverschiebeweg geht der Effekt der Axialkraftfreiheit bzw. Axialkraftarmut verloren. Der vorliegenden Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkwelle unter Verwendung eines Gelenks der genannten Art vorzuschlagen, die zur Schwingungsentkopplung in Antriebssträngen wirksam beitragen kann.
Die Lösung der vorgenannten Aufgabe besteht in einer Gelenkwelle, umfassend ein erstes Drehgelenk, eine Zwischenwelle und ein zweites Drehgelenk, wobei das erste Drehgelenk ein Kugelgleichlaufdrehgelenk in Form eines Gegenbahngelenks ist, umfassend ein Gelenkaußenteil mit ersten und zweiten äußeren Kugelbahnen, ein Gelenkinnenteil mit ersten und zweiten inneren Kugelbahnen, wobei erste äußere Kugelbahnen mit ersten inneren Kugelbahnen erste Bahnpaare bilden, die sich in einer ersten axialen Richtung Ri 1 erweitern, und wobei zweite äußere Kugelbahnen mit zweiten inneren Kugelbahnen zweite Bahnpaare bilden, die sich in einer zweiten axialen Richtung Ri2 erweitem, Kugeln, die in den Bahnpaaren geführt sind und deren Kugelmittelpunkte Z auf einem Rollkreisradius PCR um einen Gelenkmittelpunkt M liegen, einem Kugelkäfig mit umfangsverteilten Käfigfenstern, in dem die Kugeln in einer gemeinsamen Mittelebene E gehalten werden und bei Gelenkbeugung auf die Winkelhalbierende Ebene geführt werden, wobei zwischen dem Gelenkaußenteil und dem Kugelkäfig einerseits und zwischen dem Kugelkäfig und dem Gelenkinnenteil andererseits Axialspiele vorgesehen sind, die eine relative Axialverschiebung zwischen Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil zulassen.
Hierbei wird insbesondere vorgeschlagen, daß das Verhältnis zwischen der gesamten Axialverschiebung S und dem Rollkreisradius PCR der Kugeln jeweils bei gestrecktem Gelenk zwischen 0,01 und 0,09 liegt (0,01 < S / PCR < 0,09). Bei Einhaltung dieses auf die Gelenkgröße bezogenen Axialverschiebeweges wird vermieden, daß im Arbeitsbereich des Gelenks die resultierenden Axialkräfte zu groß werden.
Bevorzugt wird vorgesehen, daß das Verhältnis zwischen der gesamten Axialverschiebung S und dem Rollkreisradius PCR der Kugeln jeweils bei gestrecktem Gelenk unterhalb von 0,05 liegt (S/PCR < 0,05). Die Axialkräfte sind besonders niedrig, wenn die Unterschiede zwischen den Öffnungswinkeln der Bahnpaare relativ gering sind. Es wird daher vorgeschlagen, daß bei gestrecktem Gelenk in den Endpositionen der relativen Axialverschiebung zwischen Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil der jeweils kleinere der Öffnungswinkel α oder ß der ersten Bahnpaare und der zweiten Bahnpaare kleiner 8° ist (α < 8° v ß < 8°). Eine weitere Reduzierung der Öffnungswinkel der Bahnpaare kann soweit gehen, daß bei gestrecktem Gelenk in einer mittleren Position der relativen Axialverschiebung zwischen Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil, in der die Öffnungswinkel α, ß der ersten Bahnpaare und der zweiten Bahnpaare dem Betrag nach gleich sind, beide Öffnungswinkel α und ß kleiner 8° sind (α < 8° Λ ß < 8°).
Hierbei ist insbesondere vorzusehen, daß am ersten Drehgelenk die Innenfläche des Gelenkaußenteils, die Außenfläche des Gelenkinnenteil sowie die Außenfläche und die Innenfläche des Kugelkäfigs jeweils Kugelabschnittsflächen sind, wobei das Ra- dialspiel COR zwischen Gelenkaußenteil und Kugelkäfig und das Radialspiel CIR zwischen Kugelkäfig und Gelenkinnenteil jeweils zwischen 0,015 und 0,20 mm beträgt Hiermit ist die Gelenkfertigung des ersten Drehgelenks in vorteilhafter Weise zu entfeinem, da die entsprechenden Flächen, die bei einem Gelenk dieser Art keine Führungsfunktion haben, sondern nur als Axialanschläge dienen, einfach durch Umformung oder durch einfache Drehoperation hergestellt werden können. Insbesondere ist vorgesehen, daß am Gelenkaußenteil nach dem Umformen mit dem erforderlichen Aufmaß für die mechanische Bearbeitung die innere kugelige Führungsfläche für den Kugelkäfig ausschließlich weichgedreht und abschließend gehärtet wird, während die Kugelbahnen nach dem Umformen nur gehärtet und geschliffen werden. Das Härten von Führungsfläche und Kugelbahnen kann induktiv in einem einzigen Vorgang erfolgen.
Es wird weiter als vorteilhafte Bemessung vorgeschlagen, daß das Axialspiel BC der Kugeln in den Käfigfenstem zwischen -0,03 mm (Preßsitz) und 0,1 mm (Spielpassung) liegt.
Nach einer weiteren bevorzugten Bemessung ist vorgesehen, daß am ersten Drehgelenk das radiale Kugelspiel BO der Kugeln in den Bahnpaaren zwischen -0,03 mm (Preßsitz) und 0,08 mm (Spielpassung) liegt. Dieser Wertebereich gilt ebenso wie der vorher benannte für alle Gelenke gängiger Größen für den Automobilbereich.
Eine bevorzugte Bahngestaltung des jeweils ersten Drehgelenks wird in den Ansprüchen 7 bis 12 angegeben, auf die hiermit Bezug genommen wird. Hiermit wird sichergestellt, daß große Beugewinkel am ersten Drehgelenk möglich werden und auch bei diesen großen Beugewinkeln ungeachtet der Axialverschiebeposition eine gute Steuerung der Kugeln durch die Bahnkräfte und damit eine zuverlässige Steuerung des ersten Drehgelenks aufrechterhalten wird. Die genannte Bahngestaltung ist bisher nur für Festgelenke ohne Axialverschiebemöglichkeit vorgeschlagen worden (DE 103 37 612 A1).
Das erste Drehgelenk kann vorzugsweise mit sechs Kugeln oder mit acht Kugeln ausgeführt werden. Für die Ausgestaltung des zweiten Drehgelenks an der erfindungsgemäßen Gelenkwelle wird vorgeschlagen, daß das zweite Drehgelenk ein Axialverschiebegelenk ist, insbesondere in Form eines Tripodegelenks, eines VL- oder XL-Verschiebegelenks oder eines DO-Verschiebegelenks. Alternativ kann vorgesehen werden, daß das zweite Drehgelenk als Festgelenk ausgeführt ist, insbesondere in Form eines Kardangelenks, eines AC-Gelenks, eines UF-Gelenks oder eines Gegenbahngelenks. Insbesondere in der letztgenannten Alternative kann ergänzend vorgesehen werden, daß die Zwischenwelle eine Axialverschiebeeinheit umfaßt, so daß auch eine dieser- art aufgebaute erfindungsgemäße Gelenkwelle nennenswerte Längenänderungen aufnehmen kann. In allen Varianten können axial in die Gelenkwelle eingetragene Schwingungen im ersten als verschiebbares Gegenbahngelenk ausgeführten Drehgelenk über dessen kraftarme Axialverschiebbarkeit in einem Umfang abgekoppelt werden, der durch bekannte Gelenke und Axialverschiebeeinheiten nicht in gleicher Weise darstellbar ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend beschrieben.
Figur 1 zeigt ein Gegenbahngelenk für eine erfindungsgemäße Gelenkwelle in einer ersten Ausführung mit sechs Kugeln a) in einem ebenen Längsschnitt durch gegenüberliegende Kugelbahnen b) in einer Abwicklung des Kugelkäfigs c) in einem abgeknickten Längsschnitt durch ein Käfigfenster und einen Käfigsteg d) in einer vergrößerten Einzelheit nach Darstellung c);
Figur 2 zeigt das Gelenk in der Ausführung nach Figur 1 in einer axialverschobenen Stellung a) in einem ebenen Längsschnitt durch gegenüberliegende Kugelbahnen b) in einer Abwicklung des Kugelkäfigs c) in einem abgeknickten Längsschnitt durch ein Käfigfenster und einen Käfigsteg; Figur 3 zeigt das Gelenk in der Ausführung nach den Figuren 1 und 2 in einem abgeknickten Längsschnitt durch ein Käfigfenster und einen Käfigsteg a) in einer ersten axial maximal verschobenen Stellung b) in der axialen Mittelstellung c) in einer zweiten axial maximal verschobenen Stellung d) in einer vergrößerten Einzelheit nach Darstellung b);
Figur 4 zeigt das Gelenk nach den Figuren 1 bis 3 in einem abgeknickten Längsschnitt durch ein Käfigfenster und einen Käfigsteg mit ergänzender Vermaßung a) in einer ersten axial maximal verschobenen Stellung b) in der axialen Mittelstellung c) in einer zweiten axial maximal verschobenen Stellung;
Figur 5 zeigt das Gelenk nach den Figuren 1 bis 4 a) in der Darstellung nach den Figuren 3b und 4b b) in einer vergrößerten Einzelheit nach Darstellung a);
Figur 6 zeigt das Gelenk nach den Figuren 1 bis 5 a) in der Darstellung nach Figur 5a b) in einer vergrößerten Einzelheit nach Darstellung a);
Figur 7 zeigt ein Gegenbahngelenk für eine erfindungsgemäße Gelenkwelle in einer zweiten Ausführung mit sechs Kugeln und einer speziellen Bahnform a) im Längsschnitt b) in axialer Ansicht;
Figur 8 zeigt ein Gegenbahngelenk für eine erfindungsgemäße Gelenkwelle in einer dritten Ausführung mit einer speziellen Bahnform und acht Kugeln a) in einem Längsschnitt A-A b) in einem Längsschnitt B-B durch die zweiten Bahnpaare c) in axialer Ansicht; Figur 9 zeigt das Gelenk nach Figur 7 mit Bezeichnung der Öffnungswinkel im Längsschnitt;
Figur 10 zeigt Einzelheiten des Gelenks nach Figur 9 mit Bemaßung der Kugelbahnmittellinien; a) das Gelenkaußenteil im Längsschnitt b) das Gelenkinnenteil im Längsschnitt;
Figur 11 zeigt eine erfindungsgemäße Gelenkwelle mit einem AAR-Tripodegelenk als zweitem Drehgelenk;
Figur 12 zeigt eine erfindungsgemäße Gelenkwelle mit einem Gl-Tripodegelenk als zweitem Drehgelenk;
Figur 13 zeigt eine erfindungsgemäße Gelenkwelle mit einem VL-Kugelverschiebe- gelenk als zweitem Drehgelenk;
Figur 14 zeigt eine erfindungsgemäße Gelenkwelle mit einem DO-Kugelverschiebe- gelenk als zweitem Drehgelenk;
Figur 15 zeigt eine erfindungsgemäße Gelenkwelle mit einem Kreuzgelenk als zweitem Drehgelenk;
Figur 16 zeigt eine erfindungsgemäße Gelenkwelle mit einem AC-Festgelenk als zweitem Drehgelenk und einer Axialverschiebeeinheit;
Figur 17 zeigt eine erfindungsgemäße Gelenkwelle mit einem UF-Festgelenk als zweitem Drehgelenk und einer Axialverschiebeeinheit;
Figur 18 zeigt eine erfindungsgemäße Gelenkwelle mit einem Gegenbahnfestgelenk als zweitem Drehgelenk und einer Axialverschiebeeinheit. Die Darstellungen der Figur 1 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Ein erfindungsgemäßes Gegenbahngelenk 11 umfaßt ein Gelenkaußenteil 12 mit einem angeformten Boden 13, ein Gelenkinnenteil 14 mit einer eingesteckten Welle 15, Bahnpaare aus ersten äußeren Kugelbahnen 16 und ersten inneren Kugelbahnen 17, die sich in einer Gelenkmittelebene E in einer ersten Richtung Ri1 zum Boden 13 hin öffnen, sowie zweite Bahnpaare aus zweiten äußeren Kugelbahnen 18 und zweiten inneren Kugelbahnen 19, die sich in der Gelenkmittelebene E in einer zweiten axialen Richtung Ri2 zur Welle 15 hin öffnen. Eine Mehrzahl von ersten und zweiten Bahnpaaren verteilt sich über den Gelenkumfang. Der Öffnungswinkel der ersten Bahnpaare 16, 17 in der Mittelebene E ist mit α bezeichnet; der Öffnungswinkel der zweiten Bahnpaare 18, 19 in der Mittelebene E ist mit ß bezeichnet. In den Bahnpaaren sitzen erste Kugeln 2Oi und zweite Kugeln 2O2 ein, die von einem Kugelkäfig 21 mit umfangsverteilten Käfigfenstern 22 in der gemeinsamen Mittelebene E gehalten werden. Es ist die Mittelachse A des gestreckten Gelenks ebenfalls bezeichnet, die die Mittelebene E im Gelenkmittelpunkt M schneidet. Bei Drehmomentübertragung werden auf die ersten Kugeln 2O1 Kräfte F1 in Richtung zum Boden 13 ausgeübt und auf die zweiten Kugeln 2O2 zweite Kräfte F2 in Richtung zur Welle 15. In der gezeigten Mittelstellung des Gelenks sind aufgrund der Größengleichheit der Winkel α, ß die Kräfte F1 und F2 gleich groß, so daß die Summe aller Axialkräfte FC auf den Kugelkäfig 21 gleich Null ist. Wie in Darstellung c) und d) erkennbar, hat der Kugelkäfig 21 sowohl gegenüber dem Gelenkaußenteil 12 als auch gegenüber dem Gelenkinnenteil 14 Radialspiel und dadurch auch Axialspiel, wobei das gesamte Axialspiel zwischen Gelenkaußenteil 12 und Gelenkinnenteil 14 mit S bezeichnet wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat das Gelenkaußenteil 12 eine kugelige Innenfläche 23 und das Gelenkinnenteil 14 eine kugelige Außenfläche 24. Weiterhin hat der Kugelkäfig 21 eine kugelige Außenfläche 25 und eine kugelige Innenfläche 26.
In Figur 2 sind gleiche Einzelheiten wie in Figur 1 mit gleichen Bezugsziffern belegt. Auf die vorangehende Beschreibung wird Bezug genommen. Die einzelnen Darstellungen der Figur 2 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Das Gelenk ist in einer Position dargestellt, in der das Gelenkinnenteil 14 gegenüber der auf das Gelenkaußenteil 12 bezogenen Mittelebene E um den axialen Schiebeweg S2 in der ersten Richtung verschoben ist. Infolge dieser Verschiebung wird der Öffnungswinkel α der ersten Bahnpaare 16, 17 kleiner, während der Öffnungswinkel ß der zweiten Bahnpaare 18, 19 größer wird. Hieraus ergibt sich, daß bei Drehmomentübertragung die Axialkräfte F1 auf die ersten Kugeln 2O1 jeweils geringer werden und die Axialkräfte F2 auf die zweiten Kugeln 2O2 jeweils größer werden. Die Summe der Axialkräfte FC ist damit ungleich Null und in Richtung zur Welle 15 gerichtet. In dieser Stellung kann der Käfig und damit das Gelenk insgesamt nicht mehr axialkraftfrei verschoben werden.
In Figur 3 sind gleiche Einzelheiten wie in den Figuren 1 und 2 mit gleichen Bezugsziffern belegt. Auf die vorangehende Beschreibung wird Bezug genommen. In der Darstellung b) ist das Gelenk im Axialschnitt in der axialen Mittelstellung gemäß Figur 1c gezeigt. Aus der vergrößerten Einzelheit ergibt sich, daß das Gelenkinnenteil 14 gegenüber dem Kugelkäfig 21 die Axialspiele S1i und S2i aufweist. Weiterhin ist erkennbar, daß der Kugelkäfig 21 gegenüber dem Gelenkaußenteil 12 die Axialspiele S1o und S2o aufweist. Hieraus ergibt sich, daß der in Darstellung a) gezeigte maximale Verschiebeweg S1 in eine Richtung der Summe aus S1i und S1o entspricht und der in Darstellung c) gezeigte maximale Verschiebeweg S2 in die entgegengesetzte Richtung sich als Summe aus S2i und S2o ergibt. In den Endpositionen schlägt jeweils der Kugelkäfig 21 am Gelenkinnenteil 14 und/oder am Gelenkaußenteil 12 an. Der Gesamtverschiebeweg S ergibt sich als Summe aus S1 und S2, wobei hierbei S die Verschiebung des Gelenkinnenteils 14 gegenüber dem Gelenkaußenteil 12 von einem Anschlag bis zum anderen Anschlag bedeutet.
In Figur 4 sind gleiche Einzelheiten wie in den Figuren 1 bis 3 mit gleichen Bezugsziffern belegt. Auf die vorangehende Beschreibung wird insoweit Bezug genommen. Die Darstellungen a), b) und c) entsprechen weitgehend den Darstellungen a), b) und c) der Figur 3. In Darstellung b) ist zusätzlich der Rollkreisradius PCR der Kugeln von der Mittelachse A bis zum Kugelmittelpunkt Z bei gestrecktem Gelenk eingezeichnet. Es ist der erfindungsgemäße Bereich für die konstruktiven Verhältnisse zwischen maximalem Verschiebeweg S = S1 + S2 und Rollkreisradius PCR mit 0,01 < S / PCR < 0,09 angegeben. In Figur 5 sind gleiche Einzelheiten wie in den Figuren 1 bis 4 mit gleichen Bezugsziffern belegt. Auf die vorangehende Beschreibung wird Bezug genommen. Die Darstellung der Figur a) entspricht der Darstellung der Figur 4b. In der vergrößerten Einzelheit nach Darstellung b) sind die Radialspiele CIR zwischen der äußeren Kugelfläche 24 des Gelenkinnenteils 14 und der inneren Kugelfläche 26 des Kugelkäfigs 21 sowie das Radialspiel COR zwischen der äußeren Kugelfläche 25 des Kugelkäfigs 21 und der inneren Kugelfläche 23 des Gelenkaußenteils 12 bezeichnet. Hierbei sind die Größenbereiche für die genannten Spiele mit 0,015 < CIR < 0,20 und 0,015 < COR < 0,20 bezeichnet, wobei sich die Angaben jeweils auf Millimeter beziehen.
In Figur 6 sind gleiche Einzelheiten wie in den Figuren 1 bis 5 mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Auf die vorangehende Beschreibung wird Bezug genommen. Die Darstellung a) entspricht der Darstellung der Figur 4b, wobei die Darstellung b) eine vergrößerte Einzelheit wiedergibt. In Darstellung b) ist das Radialspiel BO der Kugel in einem Bahnpaar 16, 18 ebenso wie das Axialspiel BC der Kugel 2O1 im Käfigfenster 22 angegeben, wobei die Werte für BC mit -0,03 < BC < 0,1 und die Werte für BO mit -0,03 < BO < 0,08 angegeben sind; hierbei beziehen sich die Angaben jeweils auf Millimeter.
In Figur 7 ist ein erfindungsgemäßes Gegenbahngelenk mit sechs Bahnpaaren 16, 17; 18, 19 und somit sechs Kugeln 20 im Längsschnitt sowie in Ansicht gezeigt. Erste und zweite Bahnpaare wechseln sich über dem Umfang ab. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern belegt wie in den vorangegangenen Figuren 1 bis 6. Auf die Beschreibung wird insoweit Bezug genommen.
In Figur 8 ist ein erfindungsgemäßes Gegenbahngelenk mit acht Kugeln 20 dargestellt, wobei ein Längsschnitt A-A durch erste Bahnpaare 16, 17 und ein Längsschnitt B-B durch zweite Bahnpaare 18, 19 gelegt ist. Erste und zweite Bahnpaare wechseln sich über dem Umfang ab. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern wie in den Figuren 1 bis 6 bezeichnet, auf deren Beschreibung Bezug genommen wird.
In Figur 9 ist das Gelenk nach Figur 7 mit den Öffnungswinkeln α und ß der ersten Bahnpaare und zweiten Bahnpaare, die sich in der ersten Richtung Ri 1 bzw. in der zweiten Richtung Ri2 öffnen, gezeigt. Einzelheiten zu den Bahnmittellinien der Kugelbahnen, die in Figur 10 dargestellt sind, erstrecken sich sinngemäß auch auf das Gelenk nach Figur 8. Die Mittellinie M16 der dargestellten ersten äußeren Kugelbahn 16 im Gelenkaußenteil 12 besteht aus einem Bogen mit einem ersten Radius R2 mit einem Mittelpunkt 02, der auf der Längsachse A mit axialem Offset gegenüber der Mittelebene E zum Boden hin angeordnet ist, einem sich daran stetig anschließenden Bogen mit einem kleineren Radius R3, dessen Mittelpunkt O3 den gleichen axialen Offset zum Boden hin wie der Mittelpunkt 02 von R2 hat, sowie einem Bogen mit einem Gegenradius R1, dessen Mittelpunkt O1 einen axialen Offset gegenüber der Mittelebene E in Gegenrichtung zu den Mittelpunkten 02, 03 der Bögen mit den Radien R2, R3, d. h. zur Öffnungsseite hin hat und dessen Mittelpunkt O1 außerhalb eines Kreises mit dem Radius R2 um den Mittelpunkt 02 liegt. Am Gelenkinnenteil ist erkennbar, daß die Mittellinie M17 der dargestellten ersten inneren Kugelbahn 17 zur Mittellinie der äußeren Kugelbahn 16 spiegelsymmetrisch in Bezug auf die Mittelebene E ist, d. h. aus Bögen mit den Radien R2'f R3' und RV um Mittelpunkte O2\ O3f, 01' gleich aber spiegelsymmetrisch zusammengesetzt ist. Die Mittellinie M18 der zweiten äußeren Kugelbahn 18 umfaßt einen Bogen mit einem ersten Radius R5, dessen Mittelpunkt 05 auf der Längsachse A liegt, mit einem axialen Offset, der entgegengesetzt zum Offset des Mittelpunkts 02 des Bogens mit dem Radius R2 ist, d. h. zur Öffnungsseite hin liegt. An den Bogen mit dem Radius R5 schließt sich zur Öffnungsseite hin ein Bogen mit einem Gegenradius R4 an, dessen Mittelpunkt 04 außerhalb eines Kreises mit dem Radius R5 mit dem Mittelpunkt O5 liegt und einen in gleicher Richtung liegenden axialen Offset zur Mittelebene E hat. Es ist erkennbar, daß die Mittellinie M19 der zweiten inneren Kugelbahn 19 im Gelenkinnenteil 14 sich spiegelsymmetrisch zur Mittellinie M18 der zweiten äußeren Kugelbahn 18 verhält, d. h. aus Bogen mit den Radien R5' und R4' um Mittelpunkte 05", 04' jedoch spiegelsymmetrisch in Bezug auf die Mittelebene E zusammengesetzt ist. Die ersten äußeren Kugeinbahnen 16 und ersten inneren Kugelbahnen 17 bilden in der Mittelebene E den eingezeichneten Öffnungswinkel α, der sich in der ersten Richtung Ri 1 öffnet, während die zweiten äußeren Kugelbahnen 18 und die zweiten inneren Kugelbahnen 19 in der Mittelebene den entgegengesetzt in der Richtung Ri2 sich öffnenden Öffnungswinkel ß bilden. Bei Axialverschiebung dieses erfindungsgemäßen Gelenkes, das durch das erfindungsgemäße Käfigspiel möglich wird, ändern sich die Öffnungswinkel gegensinnig, wobei das Gelenk aus der axialkraftfreien Position in Positionen übergeht, in denen Rückstellkräfte entstehen.
Der verwendete Begriff axialer Offset ist gleichbedeutend mit dem Begriff axialer Abstand, bzw. axialer Versatz.
In den Figuren 11 bis 18 ist jeweils eine erfindungsgemäße Gelenkwelle dargestellt, die als erstes Drehgelenk ein Gegenbahngelenk 11 der vorstehend beschriebenen Art ähnlich der Ausführung der Figur 7 aufweist, weiterhin eine Zwischenwelle 31 (Figuren 11 bis 15) bzw. eine Zwischenwelle mit integrierter Axialverschiebeeinheit 91 (Figuren 16 bis 18) sowie schließlich ein zweites Drehgelenk in Form eines Axial- verschiebegelenks (Figuren 11 bis 14) bzw. ein zweites Drehgelenk in Form eines Festgelenks (Figuren 15 bis 18). Die Einzelheiten des ersten Drehgelenks 11 sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet wie in den vorangegangenen Figuren. Auf die vorangehende Beschreibung wird insoweit Bezug genommen. Die Zwischenwelle 31, 91 ist jeweils in Steckverbindung mit Gelenkbauteilen des ersten Drehgelenks 11 und zweiten Drehgelenks verbunden. Gleiches gilt für die mehrteilig ausgeführte Zwischenwelle mit integrierter Verschiebeeinheit 91 , die einen Hülsenabschnitt 92 mit einer inneren Wellenverzahnung 93 sowie einen Steckzapfen 94 umfaßt und weiter einen Zapfenabschnitt 95 mit einer äußeren Wellenverzahnung 96 umfaßt, die in die innere Wellenverzahnung 93 axialverschieblich eingreift.
Jeweils am zweiten Drehgelenk ist durch einen Doppelpfeil V1 die Einleitung von Anregungskräften in das zweite Drehgelenk dargestellt. An der Zwischenwelle 31, 91 ist mit einem weiteren Doppelpfeil V2 die Übertragung dieser Schwingungseintragungen in Richtung zum ersten Drehgelenk gezeigt. In der Einzelheit zum ersten Drehgelenk 11 ist durch einen dritten Doppelpfeil V3 schließlich die Entkopplung der Schwingungsanregung im ersten Drehgelenk 11 angedeutet, wo das Gelenkinnenteil auf das Gelenkaußenteil des Gegenbahngelenks keine wesentlichen Kräfte überträgt, das somit schwingungsfrei gehalten wird. An den Kugeln 20i, 2O2 des ersten Drehgelenks 11 sind axial entgegengerichtete Kraftpfeile eingezeichnet, die die resultierende Axialkraftfreiheit versinnbildlichen sollen.
Im weiteren werden somit jeweils nur die zweiten Drehgelenke beschrieben.
In Figur 11 ist als zweites Drehgelenk ein AAR-Tripodegelenk 41 gezeigt, das ein Gelenkaußenteil 42 mit drei umfangsverteilten Führungsbahnen 43, einen Tripode- stem 44 mit umfangsverteilten Tripodezapfen 45 sowie auf den Tripodezapfen schwenkbar gehaltene drehbare Rollenanordnungen 46 umfaßt. Das Gelenkinnenteil (44) ist unter abrollendem Kontakt der Rollanordnungen 46 im Gelenkaußenteil 42 axial verschiebbar und gegenüber diesem winkelbeweglich.
In Figur 12 ist als zweites Drehgelenk eine Gl-Tripodegelenk 51 gezeigt, das ein Gelenkaußenteil 52 mit drei umfangsverteilten Führungsbahnen 53, einen Tripodestern 54 mit umfangsverteilten Tripodezapfen 55 sowie auf den Tripodezapfen drehbar gelagerte Rollen 56 umfaßt. Das Gelenkinnenteil (54) ist unter abrollender Bewegung der Rollen 56 im Gelenkaußenteil 52 axial verschiebbar und gegenüber diesem abwinkelbar.
In Figur 13 ist als zweites Drehgelenk ein VL- oder XL-Verschiebegelenk 61 gezeigt, das ein Gelenkaußenteil 62 mit längsverlaufenden, die Längsachse kreuzenden äußeren Kugelbahnen 63 sowie ein Gelenkinnenteil 64 mit die Längsachse entgegengesetzt kreuzenden längsverlaufenden inneren Kugelbahnen 65 umfaßt, wobei in Paaren aus äußeren Kugelbahnen 63 und inneren Kugelbahnen 65 drehmomentübertragende Kugeln 66 geführt werden, die ihrerseits mittels eines Käfigs 67 in einer gemeinsamen Ebene gehalten werden. Der Käfig 67 hat Axialspiel gegenüber dem Gelenkinnenteil 64 und ist in einer innenzylindrischen Führungsfläche 68 des Gelenkaußenteils 62 geführt. Das Gelenkinnenteil 64 ist auf diese Weise gegenüber dem Gelenkaußenteil 62 axial verschiebbar und abwinkelbar gehalten.
In Figur 14 ist als zweites Drehgelenk ein DO-Verschiebegelenk 71 gezeigt, das ein Gelenkaußenteil 72 mit axial verlaufenden äußeren Kugelbahnen 73 sowie ein Ge- lenkinnenteil 74 mit axial verlaufenden inneren Kugelbahnen 75 aufweist. In Paaren aus äußeren Kugelbahnen 73 und inneren Kugelbahnen 75 sind drehmomentübertragende Kugeln 76 geführt, die ihrerseits von einem Käfig 77 in einer gemeinsamen Ebene gehalten werden. Der Käfig 77 ist in einer innenzylindrischen Führungsfläche 78 des Gelenkaußenteils 72 axialverschieblich und abwinkelbar und auf einer außenkugeligen Führungsfläche 79 des Gelenkinnenteils 74 ausschließlich abwinkelbar gehalten, so daß auf diese Weise das Gelenkinnenteil 74 gegenüber dem Gelenkaußenteil 72 axial verschiebbar und abwinkelbar geführt ist.
In der Gelenkwelle nach Figur 15 ist als zweites Drehgelenk ein Kardangelenk oder auch Kreuzgelenk 81 gezeigt, das eine erste Gelenkgabel 82 und eine zweite, gegenüber der ersten um 90° verdrehte Gelenkgabel 83 aufweist, wobei letztere mit der Zwischenwelle 31 in Steckverbindung verbunden ist. Die beiden Gelenkgabeln werden gelenkig durch ein Zapfenkreuz 84 miteinander verbunden. Eine Axialverschie- beeinheit ist hierbei nicht dargestellt, ist jedoch im unterbrochenen Teil der Zwischenwelle 31 anzunehmen.
In Figur 16 ist als zweites Drehgelenk ein AC-Gelenk (angular contact) gezeigt, das ein Gelenkaußenteil 102 mit äußeren kreisförmig gekrümmten Kugelbahnen 103 und ein Gelenkinnenteil 104 mit inneren kreisförmig gekrümmten Kugelbahnen 105 umfaßt. In Bahnpaaren aus untereinander gleichen äußeren Kugelbahnen 103 und inneren Kugelbahnen 105, die zur Zwischenwelle weisende Öffnungswinkel bilden, sind drehmomentübertragende Kugeln 106 geführt, die mittels eines Kugelkäfigs 107 in einer gemeinsamen Ebene gehalten werden. Der Kugelkäfig 107 ist in einer innenkugeligen Führungsfläche 108 des Gelenkaußenteils 102 schwenkbar gehalten und axial abgestützt. Eine Axialverschiebung zwischen den beiden Gelenken 11, 101 ist innerhalb der Axialverschiebeeinheit 91 möglich.
In Figur 17 ist als zweites Drehgelenk ein UF-Gelenk (undercut free) gezeigt mit einem Gelenkaußenteil 112 mit äußeren axial hinterschnittfreien Kugelbahnen 113, einem Gelenkinnenteil 114 mit inneren axial hinterschnittfreien Kugelbahnen 115, wobei in Paaren aus äußeren Kugelbahnen 113 und inneren Kugelbahnen 115, die zur Zwischenwelle weisende Öffnungswinkel bilden, drehmomentübertragende Ku- geln 116 gehalten werden, die ihrerseits mittels eines Kugelkäfigs 117 in einer gemeinsamen Ebene gehalten werden. Der Kugelkäfig 117 ist in einer innenkugeligen Führungsfläche 118 des Gelenkaußenteils 112 schwenkbar gehalten und axial abgestützt. Das Gelenk ist somit als Festgelenk ausgebildet, so daß die Axialverschiebung zwischen erstem Drehgelenk 11 und zweitem Drehgelenk 111 innerhalb der Axialverschiebeeinhelt 91 erfolgen muß.
In Figur 18 ist als zweites Drehgelenk ein Gegenbahngelenk 11' vorgesehen, das hierbei als Festgelenk ohne Axialverschiebemöglichkeit ausgebildet werden kann. Die Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffem wie am ersten Drehgelenk 11 bezeichnet. Die Axialverschiebung zwischen dem ersten Drehgelenk 11 und dem zweiten Drehgelenk 11' kann innerhalb der Axialverschiebeeinheit 91 in der bereits beschriebenen Weise erfolgen.

Claims

Patentansprüche
1. Gelenkwelle, umfassend ein erstes Drehgelenk, eine Zwischenwelle und ein zweites Drehgelenk, wobei das erste Drehgelenk ein Kugelgleichlaufdrehgelenk (11) in Form eines Gegenbahngelenks ist, umfassend ein Gelenkaußenteil (12) mit ersten und zweiten äußeren Kugelbahnen (16, 18), ein Gelenkinnenteil (14) mit ersten und zweiten inneren Kugelbahnen (17, 19), wobei erste äußere Kugelbahnen (16) mit ersten inneren Kugelbahnen (17) erste Bahnpaare (16, 17) bilden, die sich in einer ersten axialen Richtung Ri 1 erweitern (α), und wobei zweite äußere Kugelbahnen (18) mit zweiten inneren Kugelbahnen (19) zweite Bahnpaare (18, 19) bilden, die sich in einer zweiten axialen Richtung Ri2 erweitem (ß), Kugeln (20), die in den Bahnpaaren geführt sind und deren Kugelmittelpunkte Z auf einem Rollkreisradius PCR um einen Gelenkmittelpunkt M liegen, einem Kugelkäfig (21) mit umfangsverteilten Käfigfenstern (22), in dem die Kugeln (20) in einer gemeinsamen Mittelebene E gehalten werden und bei Gelenkbeugung auf die Winkelhalbierende Ebene geführt werden, wobei zwischen dem Gelenkaußenteil (12) und dem Kugelkäfig (21) einerseits und zwischen dem Kugelkäfig (21) und dem Gelenkinnenteil (14) andererseits Axialspiele vorgesehen sind, die eine relative Axialverschiebung S zwischen Gelenkaußenteil (12) und Gelenkinnenteil (14) zulassen.
2. Gelenkwelle nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, daß am ersten Drehgelenk das Verhältnis zwischen der gesamten Axialverschiebung S und dem Rollkreisradius PCR der Kugeln (20) bei gestrecktem Gelenk zwischen 0,01 und 0,09 liegt (0,01 < S / PCR < 0,09).
3. Gelenkwelle nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß am ersten Drehgelenk das Verhältnis zwischen der gesamten Axialverschiebung S und dem Rollkreisradius PCR der Kugeln (20) bei gestrecktem Gelenk unterhalb von 0,05 liegt (S/PCR < 0,05).
4. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß am ersten Drehgelenk bei gestrecktem Gelenk in den Endpositionen der relativen Axialverschiebung zwischen Gelenkaußenteil (12) und Gelenkinnenteil (14) der jeweils kleinere der Öffnungswinkel α oder ß der ersten Bahnpaare (16, 17) oder der zweiten Bahnpaare (18, 19) kleiner 8° ist (α < 8° v ß < 8°).
5. Gelenkwelle nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß am ersten Drehgelenk bei gestrecktem Gelenk in einer mittleren Position der relativen Axialverschiebung zwischen Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil, in der die Öffnungswinkel α und ß der ersten Bahnpaare (16, 17) und der zweiten Bahnpaare (18, 19) dem Betrag nach gleich sind, beide Öffnungswinkel α und ß kleiner 8° sind (α < 8° A ß < 8°).
6. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß am ersten Drehgelenk die Innenfläche (23) des Gelenkaußenteils (12), die Außenfläche (24) des Gelenkinnenteils (14) sowie die Außenfläche (25) und die Innenfläche (26) des Kugelkäfigs (21) jeweils Kugelabschnittsflächen sind, wobei das Radialspiel COR zwischen Gelenkaußenteil (12) und Kugelkäfig (21) und das Radialspiel CIR zwischen Kugelkäfig (21) und Gelenkinnenteil (14) jeweils zwischen 0,015 und 0,20 mm beträgt.
7. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß am ersten Drehgelenk die Bahnmittellinien M16 der ersten äußeren Kugelbahnen (16) zentral einen Bogen mit dem Radius R2 haben, dessen Mittelpunkt 02 um einen axialen Offset von der Mittelebene E des Gelenks in der ersten Richtung versetzt liegt, und daß sie anschließend an diesen Bogen in der ersten Richtung von diesem Radius R2 zunehmend nach radial innen abweichen und daß die Bahnmittellinien M17 der ersten inneren Kugelbahnen (17) zentral einen Bogen mit dem Radius R2' haben, dessen Mittelpunkt O2' um einen axialen Offset von der Mittelebene E des Gelenks in der zweiten Richtung versetzt liegt, und daß sie anschließend an diesen Bogen in der zweiten Richtung von diesem Radius R2' zunehmend nach radial innen abweichen.
8. Gelenkwelle nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß am ersten Drehgelenk die Bahnmittellinien M16 der ersten äußeren Kugelbahnen (16) im Anschluß an den Bogen mit dem Radius R2 in der ersten Richtung einen Bogen mit einem kleineren Radius R3 mit gleichem Krümmungssinn haben, der sich stetig an ersteren anschließt und daß die Bahnmittellinien M17 der ersten inneren Kugelbahnen (17) im Anschluß an den Bogen mit dem Radius R2' in der zweiten Richtung einen Bogen mit einem kleineren Radius R3* mit gleichem Krümmungssinn haben, der sich stetig an ersteren anschließt.
9. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß am ersten Drehgelenk die Bahnmittellinien M16 der ersten äußeren Kugelbahnen (16) im Anschluß an den Bogen mit dem Radius R2 in der zweiten Richtung von diesem Radius R2 zunehmend nach radial außen abweichen und daß die Bahnmittellinien M17 der ersten inneren Kugelbahnen (17) im Anschluß an den Bogen mit dem Radius R2' in der ersten Richtung von diesem Radius R2' zunehmend nach außen abweichen.
10. Gelenkwelle nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß am ersten Drehgelenk die Bahnmittellinien M16 der ersten äußeren Kugelbahnen (16) im Anschluß an den Bogen mit dem Radius R2 in der zweiten Richtung einen Bogen mit dem Radius R1 mit entgegengesetztem Krümmungssinn haben, der sich an ersteren stetig anschließt und dessen Mittelpunkt 01 außerhalb eines Kreises mit dem Radius R2 und dem Mittelpunkt 02 liegt und daß die Bahnmittellinien M17 der ersten inneren Kugelbahnen (17) im Anschluß an den Bogen mit dem Radius R2' in der ersten Richtung einen Radius RV mit entgegengesetztem Krümmungssinn haben, der sich stetig an ersteren anschließt und dessen Mittelpunkt 01' außerhalb eines Kreises mit dem Radius R2' um den Mittelpunkt 02' liegt.
11. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß am ersten Drehgelenk die Bahnmittellinien M18 der zweiten äußeren Kugelbahnen (18) zentral einen Bogen mit dem Radius R5 haben, dessen Mittelpunkt O5 um einen axialen Offset von der Mittelebene E des Gelenks in der zweiten Richtung versetzt liegt, und daß sie anschließend an diesen Bogen in der zweiten Richtung zunehmend von diesem Radius R5 nach radial außen abweichen, und daß die Bahnmittellinien M19 der zweiten inneren Kugelbahnen (19) zentral einen Bogen mit dem Radius R5' haben, dessen Mittelpunkt O5' um einen axialen Offset von der Mittelebene E des Gelenks in der ersten Richtung versetzt liegt, und daß sie anschließend an diesen Bogen in der ersten Richtung von diesem Radius R5' zunehmend nach radial außen abweichen.
12. Gelenkwelle nach Anspruch 11 ,
dadurch gekennzeichnet,
daß am ersten Drehgelenk die Bahnmittellinien M18 der zweiten äußeren Kugelbahnen (18) im Anschluß an den Bogen mit dem Radius R5 in der zweiten Richtung einen Bogen mit einem Radius R4 mit entgegengesetztem Krümmungssinn haben, der sich stetig an ersteren anschließt und dessen Mittelpunkt O4 außerhalb eines Kreises mit dem Radius R5 um den Mittelpunkt 05 liegt, und daß die Bahnmittellinien M19 der zweiten inneren Kugelbahnen (19) im Anschluß an den Bogen mit dem Radius R5' in der ersten Richtung einen Bogen mit dem Radius R41 mit entgegengesetztem Krümmungssinn haben, der sich stetig an ersteren anschließt und dessen Mittelpunkt O4' außerhalb eines Kreises mit dem Radius R5' um den Mittelpunkt 05' liegt.
13. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zweite Drehgelenk ein Axialverschiebegelenk ist, insbesondere in Form eines Tripodegelenks (41, 51), eines VL- oder XL-Verschiebegelenks (61) oder eines DO-Verschiebegelenks (71).
14. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zweite Drehgelenk als Festgelenk ausgeführt ist, insbesondere in Form eines Kardangelenks (81), eines AC-Gelenks (101), eines UF-Gelenks (111) oder eines Gegenbahngelenks (11 ').
15. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zwischenwelle eine Axialverschiebeeinheit (91) umfaßt.
16. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß am ersten Drehgelenk am Gelenkaußenteil (12) nach dem Umformen die innere Kugelfläche (23) ausschließlich weichgedreht und gehärtet ist und die Kugelbahnen (16, 18) ausschließlich gehärtet und geschliffen sind.
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