WO2011110155A1 - Käfig für kugelgelenk und kugelgelenk - Google Patents

Käfig für kugelgelenk und kugelgelenk Download PDF

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WO2011110155A1
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cage
window
webs
longitudinal axis
ball joint
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PCT/DE2011/000201
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English (en)
French (fr)
Inventor
Volker SZENTMIHÁLYI
Arne Schmidbauer
Original Assignee
Neumayer Tekfor Holding Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/20—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members
    • F16D3/22—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts
    • F16D3/223—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
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    • F16D3/20—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members
    • F16D3/22—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts
    • F16D3/223—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts
    • F16D2003/22303—Details of ball cages

Definitions

  • the invention relates to a cage for a ball joint, wherein the cage is configured substantially annularly about a longitudinal axis, wherein the cage has an inner surface, an outer surface, two the inner surface and the outer surface bounding edges and at least one window, wherein the inner surface of a Enclosed inside the cage, wherein the at least one window laterally adjacent two webs. Furthermore, the invention relates to a ball joint.
  • Ball joints are used, for example, in the drive train of vehicles to transmit the torque of the engine to a tire axis.
  • balls are used to transmit force and moment between an outer and inner hub of the joint and a cage with windows keeps the balls in a plane to allow a bend of the joint.
  • the published patent application DE 1 202 588 discloses a resilient cage whose windows are each provided with a slot.
  • a cage with different length windows is described in the published patent application DE 103 04 156 A1.
  • a cage with windows whose sides have a sharp course can be found in the patent DE 43 29 769 C1.
  • the outer surface has a Abwindung, which extends from the edge of the cage to a longitudinal side of a window. Between the windows of the cage the
  • the published patent application DE 103 37 918 A1 is such designed such that the lateral edges of the windows have a greater wall thickness than the rest of the cage.
  • a cage whose windows have reinforcing noses is shown in the patent DE 198 31 011 C1.
  • the published patent application DE 38 30 579 A1 describes a cage, which is made of two half-cages made of a sheet metal.
  • a problem of the cages of the prior art is that the balls press against the edge of the windows and that it due to the high torques and relative or sliding movements of the balls and the resulting high temperatures to damage the cages, especially in the Window support surfaces can come.
  • One solution of the prior art is to increase the wall thicknesses of the windows. This happens specifically only in the window, so as not to unnecessarily increase the weight of the cages.
  • the associated production process is complicated and cost-intensive.
  • machining methods usually have to be used which reduce the strength of the cage due to the perforated structure patterns in the material.
  • the object of the invention is therefore to propose a cage, which has a higher support effect for the balls and which is inexpensive to manufacture.
  • the invention solves the problem in that at least a portion of at least one edge at the height of the at least one window relative to at least one of the two webs an offset relative to
  • At least one side of the at least one window relative to the longitudinal axis is a distance more distant or closer to the longitudinal axis than a web.
  • the window is thus formed by a respective part of the two edges and the two webs. If several windows are present, then the webs are preferably between each two windows.
  • the offset is preferably
  • An embodiment of the cage according to the invention provides that the at least one section of at least one edge is arranged at the height of the at least one window relative to the longitudinal axis closer to the longitudinal axis than the at least one of the two webs.
  • An embodiment of the cage according to the invention includes
  • the ball bearing surface is preferably symmetrical about the
  • the ball raceway ie the part of the offset edge, which forms the stop for the ball in the assembled joint, the same wall thickness as the web or as the two adjacent and the window enclosing webs.
  • Wall thickness results, for example, by the forming technology
  • An embodiment of the cage according to the invention provides that the cage, at least in the region of the offset has a greater wall thickness than in the region of the webs.
  • An embodiment of the cage according to the invention comprises that both edges each have at least one section with an offset relative to the longitudinal axis relative to at least one of the two webs.
  • the window is enclosed symmetrically, for example, wherein the edges with respect to the webs have an increase to the outside or a recess inwards, for example in the central region of the window.
  • Outer surface is at least partially spherical.
  • the invention relates to a ball joint with at least one cage according to one of the above embodiments.
  • the invention will be illustrated with reference to some in the figures
  • Fig. 1 a spatial view of a cage according to the invention
  • Fig. 2 a section through the cage of Fig. 1
  • Fig. 1 a spatial view of a cage according to the invention
  • Fig. 2 a section through the cage of Fig. 1
  • FIG. 3 shows a section through a ball joint with a cage according to the invention.
  • 1 shows a cage 1 according to the invention, which is configured in the form of a ring around a longitudinal axis 8.
  • the outer surface 3 and the inner surface 2 comprise an inner space 7.
  • the edges 4, 5 and the webs 9 comprise windows 6 which are provided at the
  • a possible manufacturing method is, for example, the following: In a ring arbitrarily produced, the cage windows 6 are first punched out. Subsequently, the central areas of the windows 6 are predominantly on the whole Cage height radially deformed inwardly so that the support surface is moved inward in the entire material thickness. However, the sequence of punching out the windows and reshaping the center areas can also be reversed. Thereafter, the outer ball as a guide surface in
  • Joint outer part or the outer joint hub for example, produced by machining.
  • the guide surfaces are completely formed in the required area, ie on both sides of the raceways of the outer joint part.
  • the cage according to the invention in a counter track joint with
  • the contact surfaces of the inner raceways can be made larger, whereby the transmission capacity of the joint is increased.
  • a profiled mandrel is preferably placed in the bore as a support element. Possibly. occurring bumps on the
  • FIG. 3 shows a joint with a cage 1 according to the invention.
  • the cut is made such that it passes through a portion of the cage 1 with a ball 13 and one without a ball, i. at the height of a web 9 runs.
  • the inner hub 11 and the outer hub 12 each have grooves or tracks for the balls 13, which transmit the torque between the two hubs 1 1, 12 of the joint.
  • the balls 13 are held in a plane by the cage 1 and thus prevent e.g. a jamming after a bending movement of the joint.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Käfig (1) für ein Kugelgelenk, wobei der Käfig ringförmig um eine Längsachse ausgestaltet ist, wobei der Käfig eine Innenfläche (2), eine Außenfläche (3), zwei die Innenfläche und die Außenfläche begrenzende Ränder (4, 5) und ein Fenster (6) aufweist, wobei die Innenfläche einen Innenraum (7) des Käfigs umschließt, wobei an das Fenster seitlich zwei Stege (9) angrenzen. Die Erfindung beinhaltet, dass ein Rand (4, 5) auf der Höhe des Fensters (6) gegenüber einem der zwei Stege (9) einen Versatz relativ zur Längsachse aufweist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein entsprechendes Kugelgelenk.

Description

Käfig für Kugelgelenk und Kugelgelenk
Die Erfindung bezieht sich auf einen Käfig für ein Kugelgelenk, wobei der Käfig im Wesentlichen ringförmig um eine Längsachse ausgestaltet ist, wobei der Käfig eine Innenfläche, eine Außenfläche, zwei die Innenfläche und die Außenfläche begrenzende Ränder und mindestens ein Fenster aufweist, wobei die Innenfläche einen Innenraum des Käfigs umschließt, wobei an das mindestens eine Fenster seitlich zwei Stege angrenzen. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Kugelgelenk.
Kugelgelenke werden beispielsweise im Antriebsstrang von Fahrzeugen verwendet, um das Drehmoment des Motors auf eine Reifenachse zu übertragen. Dabei dienen Kugeln der Kraft- und Momentübertragung zwischen einer Außen- und Innennabe des Gelenks und ein Käfig mit Fenstern hält die Kugeln in einer Ebene, um ein Abwinkein des Gelenks zu erlauben.
Im Stand der Technik sind unterschiedliche Ausgestaltungen des Käfigs bekannt. Die Offenlegungsschrift DE 1 202 588 offenbart einen federnden Käfig, dessen Fenster jeweils mit einem Schlitz versehen sind. Ein Käfig mit unterschiedlich langen Fenstern ist beschrieben in der Offenlegungsschrift DE 103 04 156 A1. Ein Käfig mit Fenstern, deren Seiten einen spitzen Verlauf haben, lässt sich der Patentschrift DE 43 29 769 C1 entnehmen. In der Patentschrift DE 28 16 255 ist ein Käfig beschrieben, dessen Außenfläche eine Abdrehung aufweist, die vom Rand des Käfigs bis zu einer Längsseite eines Fensters reicht. Zwischen den Fenstern des Käfigs der
Offenlegungsschrift WO 03/046397 A1 befinden sich Montageerweiterungen. In der Offenlegungsschrift DE 102 01 168 A1 findet sich ein Käfig, welcher zwischen mindestens zwei Fenstern eine Nut zur Verminderung des Umfangs des Käfigs aufweist. Ein Käfig, dessen Fenster jeweils zwei Kugeln
nebeneinander aufnehmen, nennt die Offenlegungsschrift DE 103 37 918 A1. Der Käfig der Offenlegungsschrift DE 10 2006 020 711 A1 ist derartig ausgestaltet, dass die seitlichen Ränder der Fenster eine größere Wandstärke als der restliche Käfig aufweisen. Ein Käfig, dessen Fenster verstärkende Nasen aufweisen, wird in der Patentschrift DE 198 31 011 C1 gezeigt. Die Offenlegungsschrift DE 38 30 579 A1 beschreibt einen Käfig, welcher aus zwei aus einem Blech bestehenden Halbkäfigen gefertigt wird.
Eine Problematik der Käfige des Standes der Technik besteht darin, dass die Kugeln gegen die Berandung der Fenster drücken und dass es durch die hohen Drehmomente und Relativ- bzw. Gleitbewegungen der Kugeln und der dadurch entstehenden hohen Temperaturen zu einer Beschädigung der Käfige insbesondere im Bereich der Fensterauflageflächen kommen kann. Eine Lösung des Standes der Technik besteht darin, die Wandstärken der Fenster zu erhöhen. Dies geschieht gezielt nur im Bereich der Fenster, um das Gewicht der Käfige nicht unnötig zu erhöhen. Das damit verbundene Herstellungsverfahren ist jedoch aufwändig und kostenintensiv. Insbesondere müssen meist spanende Verfahren angewendet werden, welche aufgrund der durchbrochenen Strukturverläufe im Werkstoff die Festigkeit des Käfigs wieder herabsetzen. Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, einen Käfig vorzuschlagen, welcher eine höhere Stützwirkung für die Kugeln aufweist und welcher kostengünstig zu fertigen ist.
Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass mindestens ein Abschnitt mindestens eines Randes auf der Höhe des mindestens einen Fensters gegenüber mindestens einem der zwei Stege einen Versatz relativ zur
Längsachse aufweist. Erfindungsgemäß liegt somit zumindest eine Seite des mindestens einen Fensters relativ zur Längsachse um einen gewissen Versatz entfernter oder näher an der Längsachse als ein Steg. Das Fenster wird somit gebildet von jeweils einem Teil der beiden Ränder und den zwei Stegen. Sind mehrere Fenster vorhanden, so befinden sich die Stege vorzugsweise zwischen jeweils zwei Fenstern. Der Versatz ist dabei vorzugsweise
umformtechnisch, d.h. nicht spanabhebend erzeugt.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Käfigs sieht vor, dass der mindestens eine Abschnitt mindestens eines Randes auf der Höhe des mindestens einen Fensters relativ zur Längsachse näher an der Längsachse als der mindestens eine der zwei Stege angeordnet ist. In dieser
Ausgestaltung ist der Rand relativ zur Längsachse hin eingedrückt. Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Käfigs beinhaltet, dass
mindestens einer der Ränder auf der Höhe des mindestens einen Fensters eine Kugelauflagefläche bildet, und dass die Kugelauflagefläche und der mindestens eine der zwei Stege im Wesentlichen die gleiche Wandstärke aufweist. Die Kugelauflagefläche ist vorzugsweise symmetrisch um die
Mittelebene des Fensters angeordnet und liegt im Wesentlichen innerhalb des Versatzes, den der Rand relativ zum Steg aufweist. In dieser Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass die Kugellauffläche, also der Teil des versetzten Randes, der im montierten Gelenk den Anschlag für die Kugel bildet, die gleiche Wandstärke wie der Steg oder wie die beiden benachbarten und das Fenster umschließenden Stege aufweist. Die im Wesentlichen gleiche
Wandstärke ergibt sich beispielsweise durch das umformtechnische
Verformen des Randes zur Längs- bzw. Gelenkachse hin.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Käfigs sieht vor, dass der Käfig zumindest im Bereich des Versatzes eine größere Wandstärke als im Bereich der Stege aufweist.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Käfigs beinhaltet, dass beide Ränder jeweils mindestens einen Abschnitt mit einem Versatz relativ zur Längsachse gegenüber mindestens einem der zwei Stege aufweisen. Gemäß dieser Ausgestaltung ist das Fenster beispielsweise symmetrisch eingefasst, wobei die Ränder gegenüber den Stegen eine Erhöhung nach außen oder einer Vertiefung nach innen z.B. im Mittenbereich des Fensters aufweisen.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Käfigs sieht vor, dass die
Außenfläche zumindest teilweise kugelförmig ausgestaltet ist.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Kugelgelenk mit mindestens einem Käfig nach einer der obigen Ausgestaltungen. Die Erfindung wird anhand einiger in den Figuren dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 : eine räumliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Käfigs, Fig. 2: einen Schnitt durch den Käfig der Fig. 1 , und
Fig. 3: einen Schnitt durch ein Kugelgelenk mit einem erfindungsgemäßen Käfig. In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Käfig 1 dargestellt, welcher ringförmig um eine Längsachse 8 herum ausgestaltet ist. Die Außenfläche 3 und die Innenfläche 2 umfassen einen Innenraum 7. Von den Rändern 4, 5 und den Stegen 9 umfasst sind Fenster 6 vorgesehen, welche beim
zusammengebauten Kugelgelenk die Kugeln aufnehmen. Zu erkennen ist, dass die Ränder 4, 5 auf der Höhe der Fenster 6 eine größere Auflagefläche für die Kugeln bietet als im Bereich der Stege 9. Der Schnitt der Fig. 2 zeigt den Versatz im Rand 4 relativ zu den Stegen 9 hin zum Innenraum 7.
Ein mögliches Herstellungsverfahren ist beispielsweise das folgende: In einen beliebig erzeugten Ring werden zunächst die Käfigfenster 6 ausgestanzt. Anschließend werden die Mittenbereiche der Fenster 6 vorwiegend auf ganzer Käfighöhe radial derart nach innen hin verformt, dass die Auflagefläche in der gesamten Materialstärke nach innen hin verschoben ist. Die Abfolge von Ausstanzen der Fenster und Umformung der Mittenbereiche lässt sich jedoch auch umkehren. Danach wird die Außenkugel als Führungsfläche im
Gelenkaußenteil bzw. der Gelenkaußennabe beispielsweise spanend hergestellt. Die Führungsflächen sind im benötigten Bereich, also beidseits der Laufbahnen des Gelenkaußenteils vollständig ausgebildet. Vorzugsweise wird der erfindungsgemäße Käfig bei einem Gegenbahngelenk mit
Käfigaußenzentrierung verwendet. Ein Vorteil liegt im kostengünstigen
Herstellverfahren solcher Käfige mit Fensterverstärkung nach innen. Zudem können die Kontaktflächen der Innenlaufbahnen größer ausgeführt werden, womit die Übertragungsfähigkeit des Gelenks gesteigert wird. Alternativ ist es möglich, die Kugelflächen durch einen Präge- oder Rollprozess ebenfalls spanlos anzuformen. Dabei wird als Stützelement vorzugsweise ein profilierter Dorn in die Bohrung gestellt. Ggf. auftretende Unebenheiten an den
Stirnseiten des Käfigs durch ungleichmäßige Materialverdrängung sind bei manchen Anwendungsfällen nicht funktionskritisch oder sie können in einem einfachen Drehprozess beseitigt werden. Die Fig. 3 zeigt ein Gelenk mit einem erfindungsgemäßen Käfig 1. Dabei ist der Schnitt so gelegt, dass er durch einen Abschnitt des Käfigs 1 mit einer Kugel 13 und einen ohne Kugel, d.h. auf der Höhe eines Steges 9 verläuft. Die Innennabe 11 und die Außennabe 12 verfügen jeweils über Rillen oder Bahnen für die Kugeln 13, welche das Drehmoment zwischen den beiden Naben 1 1 , 12 des Gelenks übertragen. Die Kugeln 13 werden durch den Käfig 1 in einer Ebene gehalten und verhindern so z.B. ein Verklemmen nach einer Beugebewegung des Gelenks.

Claims

Patentansprüche
1. Käfig für ein Kugelgelenk,
wobei der Käfig im Wesentlichen ringförmig um eine Längsachse ausgestaltet ist,
wobei der Käfig eine Innenfläche, eine Außenfläche, zwei die Innenfläche und die Außenfläche begrenzende Ränder und mindestens ein Fenster aufweist, wobei die Innenfläche einen Innenraum des Käfigs umschließt,
wobei an das mindestens eine Fenster seitlich zwei Stege angrenzen, dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein Abschnitt mindestens eines Randes auf der Höhe des mindestens einen Fensters gegenüber mindestens einem der zwei Stege einen Versatz relativ zur Längsachse aufweist.
2. Käfig nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Abschnitt mindestens eines Randes auf der Höhe des mindestens einen Fensters relativ zur Längsachse näher an der
Längsachse als der mindestens eine der zwei Stege angeordnet ist.
3. Käfig nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens einer der Ränder auf der Höhe des mindestens einen Fensters eine Kugelauflagefläche bildet,
und
dass die Kugelauflagefläche und der mindestens eine der zwei Stege im Wesentlichen die gleiche Wandstärke aufweisen.
4. Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig zumindest im Bereich des Versatzes eine größere Wandstärke als im Bereich der Stege aufweist.
5. Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass beide Ränder jeweils mindestens einen Abschnitt mit einem Versatz relativ zur Längsachse gegenüber mindestens einem der zwei Stege aufweisen.
6. Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Außenfläche zumindest teilweise kugelförmig ausgestaltet ist.
7. Kugelgelenk mit mindestens einem Käfig nach den Ansprüchen 1 bis 6.
PCT/DE2011/000201 2010-03-06 2011-02-26 Käfig für kugelgelenk und kugelgelenk WO2011110155A1 (de)

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