WO2016156358A1 - Kugelverschiebegelenk mit sich kreuzenden s-förmigen laufbahnen - Google Patents

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WO2016156358A1
WO2016156358A1 PCT/EP2016/056867 EP2016056867W WO2016156358A1 WO 2016156358 A1 WO2016156358 A1 WO 2016156358A1 EP 2016056867 W EP2016056867 W EP 2016056867W WO 2016156358 A1 WO2016156358 A1 WO 2016156358A1
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WO
WIPO (PCT)
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ball
raceways
joint part
joint
rotation
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/056867
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Luis Hoeks
Peter LOHMBERG
Mateusz WOJCIECHOWSKI
Michael ELING
Johannes CORSTEN
Original Assignee
Neapco Europe Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Neapco Europe Gmbh filed Critical Neapco Europe Gmbh
Publication of WO2016156358A1 publication Critical patent/WO2016156358A1/de

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Classifications

    • 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
    • F16D3/2233—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 where the track is made up of two curves with a point of inflexion in between, i.e. S-track joints
    • 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
    • F16D2003/22309—Details of grooves

Definitions

  • the present invention relates to a ball-and-socket joint having an outer joint part and an inner joint part, wherein the ball raceways of the outer joint part and the inner joint part face each other in pairs and each have opposite skew angles (English: Cross Groove or short CG). If ball raceways with different helix angles each change, a ball-and-socket joint with alternately crossing ball tracks (English: alternate angle cross groove or short aCG) is obtained. Constant velocity joints of type CG (Cross Groove) are already known. The raceways are at an angle to the axis of rotation. Two adjacent raceways have a theoretical intersection. Among other things, modern motor vehicles are characterized by low noise levels in the interior and by low vibrations when driving.
  • the object of the present invention is to provide a ball displacement joint which generates small displacement forces during operation and / or is at the same time very efficient and / or is characterized by a comparatively high level of smoothness.
  • This object is achieved by a ball displacement joint with the features of claim 1.
  • a ball-and-socket joint comprises an outer joint part with an inner circumference and beveled ball raceways, which are formed on the inner periphery of the outer joint part.
  • the ball raceways are arranged about a rotation axis of the outer joint part.
  • the inner circumference essentially defines the section perpendicular to the axis of rotation through an inner surface of the outer joint part.
  • the outer joint part comprises a thick-walled hollow body and the ball raceways are formed as groove-shaped indentations in its inner surface in the direction of the long axis of the hollow body.
  • the inner circumference in the context of the invention then refers to the inner circumference of the hollow body without consideration of the notches.
  • the ball displacement joint further comprises an inner joint part with an outer periphery and beveled, in particular channel-shaped, ball raceways, which are formed on the outer periphery of the inner joint part.
  • the ball raceways are arranged about an axis of rotation of the inner joint part.
  • the outer circumference essentially defines the section perpendicular to the axis of rotation through an outer surface of the inner joint part.
  • the inner joint part comprises a thick-walled hollow body, and the ball raceways are formed as notches in the outer surface of the hollow body.
  • the outer circumference according to the invention then refers to the outer circumference of the hollow body without consideration of the notches.
  • slanted ball raceways in the sense of the invention is meant that in a vertical projection of the ball track on a plane in which the axis of rotation is located, this projection of the ball raceway intersects the axis of rotation at an angle.
  • the angle at which the projection of the ball track intersects the axis of rotation is referred to below as the "helix angle”.
  • the ball raceways are thus rotated from a position parallel to the axis of rotation axis.
  • the ball raceways of at least one group have a curved course with a turning point of the first order.
  • the ball races with the curved course between two end points at least one change of direction.
  • only the ball raceways of the first group are curved but formed congruent with each other.
  • the ball raceways with a larger helix angle are straight and the ball raceways with the smaller helix angle ⁇ have a curved course.
  • the helix angle is defined in the inventive curved track by means of a line that connects the two end points of the ball raceways directly.
  • the angle at which the vertical projection of this line intersects the axis of rotation in a plane containing the axis of rotation is regarded as a helix angle for this purpose.
  • the ball raceways with the curved course intersect the line between the two end points.
  • the curved course is point-symmetrical to the inflection point of the first order.
  • Both the ball raceways of the outer joint part and the ball raceways of the inner joint part lie opposite each other in pairs and each have opposite helix angles.
  • the tapered ball races ensure better running smoothness and higher wear resistance of the ball-and-socket joint.
  • Each trained ball raceway pair according to the invention has an associated ball.
  • the number of balls and corresponding to the number of ball raceway pairs least three, more preferably it is an even number of balls, preferably 6 or 8 balls.
  • the ball-displacement joint comprises a cage, which is arranged between the outer joint part and the inner joint part.
  • the cage has windows which serve to receive the balls.
  • the outer joint part and the inner joint part each have at least two groups of slanted ball races, which differ with respect to the amount of helix angle to the respective axis of rotation.
  • the first group of ball tracks includes a skew angle ⁇ (alpha) with the respective axis of rotation
  • a second group of ball tracks includes a skew angle ⁇ (beta) with the respective axis of rotation so that the ball tracks of the two groups of ball tracks intersect.
  • the ball raceways of a group are arranged parallel to each other. The course of the ball track results from the construction line, which is the vertex so deepest relative to the respective joint part
  • the helix angle ⁇ of the first group of the amount is smaller than the amount of the helix angle ß of the second group.
  • 1> ⁇ / ⁇ > 0.075 applies to the amounts. More preferably, 1> a / ß> 0, 1.
  • the helix angle ⁇ (beta) is selected so that it corresponds to at least half a deflection angle, about which the outer joint part is pivotable in an articulated manner relative to the inner joint part.
  • the bending angle in the context of the invention corresponds to the angling of the inner joint part of the extended or coaxial position of the axes of rotation.
  • the smaller helix angle ⁇ (alpha) is selected such that it corresponds to at least half the deflection angle. This ensures that the raceways, which are located opposite each other, do not pass through the 0 ° position, ie the inner joint part and the outer joint part.
  • the choice of the respective helix angle results from the maximum bending angle, which can take the inner joint part relative to the axis of rotation.
  • the ball tracks, d. H . their construction lines, the first and the second group are according to the invention on tangent planes of an imaginary, coaxially arranged around the respective axis of rotation cylinder lying, d .h. the ball tracks are not on a cylinder surrounding the respective axis of rotation arranged lying surface, but only have a point of contact with a defined by the minimum radial distance cylinder surface.
  • the term minimum radial distance is to be understood such that the respective minimum distance between the relevant axis of rotation resulting from the course of the ball raceways is decisive.
  • the respective ball raceways of at least one or all groups, d .h. whose construction lines are each arranged lying in a tangential plane of a cylindrical surface with the minimum radial distance around the axis of rotation.
  • the curved course is defined in sections, preferably over at least a quarter, more preferably over at least one third of its overall course through a constant radius of curvature. More preferably, the ratio of the first helix angle ⁇ (alpha) and the radius of curvature is in a range between 0.0001 and 1.
  • the number of ball tracks of the first group is equal to the number of ball tracks of the second group.
  • the ball raceways are arranged such that adjacent ball raceways in a theoretical, d .h. imaginary, crossing point.
  • adjacent ball tracks in the context of the invention ball tracks are meant, which lie in the circumferential direction of the inner joint part, or the outer joint part directly next to each other.
  • adjacent ball raceways are rotated by different angles relative to their axis-parallel position.
  • adjacent ball tracks are rotated by different angles in a clockwise direction to their axis-parallel position.
  • changes in the circumferential direction the sign of the helix angle of ball raceway to ball raceway.
  • the helix angles ⁇ of a first group and ⁇ of a second group preferably have different signs and the ball raceways of the first and second groups alternate in the circumferential direction.
  • the ball tracks of at least one group have a straight course.
  • only the ball raceways of the second group have a straight course.
  • the ball raceways preferably have a cross section in the form of a parabola perpendicular to their course of travel.
  • FIG. 2 an inner joint part of a ball-sliding joint according to the invention
  • Fig. 4 a plan view of three ball raceways, wherein in this figure outer ball raceways have a straight course and lying between these two ball raceway (middle ball raceway) has a curved course.
  • equivalent parts are always provided with the same reference numerals with respect to their function, so that these are usually described only once.
  • the ball-sliding joint 1 shows an overall view of a ball-sliding joint 1 according to the invention with beveled ball raceways 15.
  • the ball-sliding joint 1 comprises an outer joint part 10, a cage 30 with balls, not visible here, and an inner joint part 20, and it is disposed at one end of a side shaft 11.
  • the outer joint part 10 is essentially a circular hollow cylinder with an inner circumference 12, in the inner surface 13 eight beveled Kugellaufbahn- 15 are formed.
  • the ball raceways 15 extend as notches in the inner surface 13, along the long axis of the circular hollow cylinder, about an axis of rotation 25 of the outer joint part 10.
  • the ball raceways 15, d .h. their construction lines, the first 15 a and the second group 15 ß are arranged according to the invention on the tangential plane of an imaginary cylinder about the axis of rotation 25, ie the ball raceways 15 are not disposed on a respective axis of rotation surrounding the cylindrical surface 25, but have only a point of contact a defined by the minimum radial distance cylinder surface.
  • the inner joint part 20 is arranged inside the outer joint part 10 and is essentially a circular hollow cylinder with an outer periphery 18, which defines an outer surface 19, in which eight beveled ball raceways 15 are formed.
  • the ball raceways 15 extend as notches in the outer surface 19, along the long axis of the circular hollow cylinder, about an axis of rotation 25 of the inner joint part 20.
  • the axes of rotation 25 of the outer joint part 10 and the inner joint part 20 coincide.
  • the cage 30 is annular and has eight windows, each with a ball arranged therein.
  • the ball raceways 15 of the outer joint part 10 and the inner joint part 20 are opposite each other in pairs and each form a ball raceway pair, in each of which a ball is guided.
  • the outer joint part 10 and the inner joint part 20 each have two groups of ball races 15, which are arranged alternately.
  • the helix angle is the angle that encloses a ball track 15 with the respective axis of rotation 25.
  • the inner joint part 20 comprises eight ball raceways 15, wherein four ball raceways 15 a of a first group and four ball raceways 15 ß a second group alternate respectively.
  • the ball tracks 15 a, ß 15 of the first and of the second group differ in their helix angle ⁇ and ß, which they enclose with the rotational axis 25th
  • the amounts of helix angles are: a ⁇ and 1> a / ⁇ > 0.075.
  • FIGS. 3-4 show projections on ball raceways 15 of a (stylized) inner joint part 20. All features of the described ball raceways 15 relate equivalently to the corresponding ball raceways 15 of an outer joint part 10 , which form with the described ball tracks 15 of the inner joint part 20 ball raceway pairs (see above).
  • Fig. 3 shows a plan view and projection of adjacent ball raceways 15 a , or 15 ß an inner joint part 20.
  • the ball raceways 15 a , 15 ß are projected onto a surface 26 about the axis of rotation 25. Also projections of the respective axis of rotation 25 on the surface 26 are shown.
  • the two ball tracks 15 a, 15 ß differ with respect to the sign and magnitude of the Schrägungswin- kels ⁇ and ß to the projection of the respective axis of rotation 25.
  • an axis yy drawn which runs along the ball track 15 a and the inclination angle ⁇ with the axis of rotation 25 includes.
  • an axis xx is drawn, which runs along the ball track 15 ß and includes the helix angle ß with the axis of rotation 25.
  • the axes xx and yy run along the construction Actually, the ball raceways 15 a according to the invention on a curved course 37, as shown in Fig. 4.
  • the representation in FIG. 3 serves, in particular, first of all to clarify the skew angles. 4 shows a projection of three ball tracks 15, which are arranged according to the invention on the tangential plane of the cylinder, the two outer ball tracks 15 ß have a straight course 38, the lying between the two ball track 15 a (middle ball track) has a curved, S- shaped course 37 on.
  • the S-shaped course is characterized by a turning point of 1st order 35.
  • the curved, S-shaped profile 37 of the ball raceways 15 a is formed exclusively in the first group, with the helical angle ⁇ , whereas the straight-line profile 38 is formed exclusively in the second group.
  • the helix angle of the ball track 15 a with the curved course 37 is defined by a line (shown dotted), which connects the two end points 39 of the ball track 15 a , which line is cut by the curved course 37 of the ball track 15 a .
  • the angle at which the vertical projection of this line intersects the axis of rotation 25 in a plane containing the axis of rotation 25 is then regarded as a helix angle ⁇ .
  • the S-shaped curve is characterized in that at least one third of the overall course is defined by a constant radius of curvature 36, wherein the ratio between the helix angle ⁇ (alpha) and the radius of curvature lies in a range between 0.0001 and 1.
  • the radius of curvature 36 is shown schematically in FIG. 4 by an arrow K R , wherein the dashed part of the arrow is intended to indicate that the radius of curvature 36 is actually greater than drawn in.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kugelverschiebegelenk (1) umfassend: ein Gelenkaußenteil (10) mit an einem Innenumfang (12) ausgebildeten geschrägten Kugellaufbahnen (15), welche um eine Drehachse (25) des Gelenkaußenteils (10) angeordnet sind, ein Gelenkinnenteil (20) mit an einem Außenumfang (18) ausgebildeten geschrägten Kugellaufbahnen (15), welche um eine Drehachse (25) des Gelenkinnenteils (20) angeordnet sind, wobei Kugellaufbahnen (15) des Gelenkaußenteils (10) und des Gelenkinnenteils (20) einander paarweise gegenüberliegen und jeweils entgegengesetzte Schrägungswinkel aufweisen, jeweils eine Kugel je Kugellaufbahnpaar, und einen Käfig (30), der zwischen dem Gelenkaußenteil (10) und dem Gelenkinnenteil (20) angeordnet ist und Fenster aufweist, in denen die Kugeln aufgenommen sind, wobei das Gelenkaußenteil (10) und das Gelenkinnenteil (20) jeweils mindestens zwei Gruppen von geschrägten Kugellaufbahnen (15) aufweisen, die sich in Bezug auf den Betrag des Schrägungswinkels zu der jeweiligen Drehachse (25) unterscheiden, wobei eine erste Gruppe von Kugellaufbahnen (15α) einen Schrägungswinkel α (alpha) mit der jeweiligen Drehachse (25) einschließen, sowie eine zweite Gruppe von Kugellaufbahnen (1ß) einen Schrägungswinkel ß (beta) mit der jeweiligen Drehachse (25) einschließen, wobei für die Beträge gilt α < ß (alpha kleiner beta) wobei die Kugellaufbahnen (15) wenigstens einer Gruppe einen gekrümmten Verlauf (37) mit einem Wendepunkt 1. Ordnung (35) aufweisen.

Description

Kugelverschiebegelenk mit sich kreuzenden S-förmigen Laufbahnen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kugelverschiebegelenk mit einem Gelenkaußenteil und einem Gelenkinnenteil, wobei sich die Kugellaufbahnen des Gelenkaußenteils und des Gelenkinnenteils einander paarweise gegenüber liegen und jeweils entgegengesetzte Schrägungswinkel aufweisen (engl . Cross Groove oder kurz CG). Wechseln sich jeweils Kugellaufbahnen mit unterschiedlichen Schrägungswinkel ab erhält man ein Kugelverschiebegelenk mit sich alternierend kreuzenden Kugellaufbahnen (engl. : alternate angle Cross Groove oder kurz aCG). Gleichlaufgelenke der Bauart CG (Cross Groove) sind bereits bekannt. Die Laufbahnen verlaufen unter einem Winkel zur Rotationsachse. Zwei benachbarte Laufbahnen haben einen theoretischen Schnittpunkt. Moderne Kraftfahrzeuge zeichnen sich unter anderem durch geringe Geräuschpegel im Innenraum und durch geringe Vibrationen bei der Fahrt aus. Fahrbahnunebenheiten sowie durch den Antriebstrang induzierte Schwingungen werden auf ein Minimum reduziert. Erreicht wird dies zum einen durch Entkopplung, Dämpfung und den Einsatz schwingungstechnisch optimiert, aufeinander abgestimmter Systeme. Zum anderen soll dabei jede einzelne Baugruppe selbst eine möglichst geringe Unruhe erzeugen. Die in den Antriebswellen eingesetzten Gelenke können durch ihre Ei- genschaften wesentlich zur Anregung der unerwünschten Vibrationen der Fahrzeuge beitragen.
Eine Variante, bei der benachbarte Laufbahnwinkel unterschiedlich gestaltet sind, ist jeweils aus US8070611B2 und US7347786B2 bekannt. Bei diesen „Cross- Straight" Gleichlaufgelenken verläuft eine Laufbahn unter Ausbildung eines theo- retischen Schnittpunkts mit der Rotationsachse oder parallel zu dieser Rotationsachse. Es liegt somit deren Verlauf jeweils in einer gemeinsamen Ebene mit der jeweiligen Drehachse.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kugelverschiebegelenk bereit zu stellen, welches im Betrieb kleine Verschie- bekräfte erzeugt und/oder gleichzeitig sehr effizient ist und/oder sich durch eine vergleichsweise hohe Laufruhe auszeichnet. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kugelverschiebegelenk mit den Merkmalen des Anspruch 1 . Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Ein erfindungsgemäßes Kugelverschiebegelenk umfasst ein Gelenkaußenteil mit einem Innenumfang und geschrägten Kugellaufbahnen, die an dem Innenumfang des Gelenkaußenteils ausgebildet sind . Die Kugellaufbahnen sind um eine Drehachse des Gelenkaußenteils angeordnet. Der Innenumfang definiert im Wesentlichen den zur Drehachse senkrechten Schnitt durch eine Innenfläche des Gelenkaußenteils. Beispielsweise umfasst das Gelenkaußenteil einen dickwandigen Hohlkörper und die Kugellaufbahnen sind als rinnenförmige Einkerbungen in sei- ner Innenfläche in Richtung der langen Achse des Hohlkörpers ausgebildet. Der Innenumfang im Sinne der Erfindung bezieht sich dann auf den Innenumfang des Hohlkörpers ohne Berücksichtigung der Einkerbungen.
Erfindungsgemäß umfasst das Kugelverschiebegelenk weiter ein Gelenkinnenteil mit einem Außenumfang und geschrägten, insbesondere rinnenförmigen, Kugel- laufbahnen, die an dem Außenumfang des Gelenkinnenteils ausgebildet sind. Die Kugellaufbahnen sind um eine Drehachse des Gelenkinnenteils angeordnet. Der Außenumfang definiert im Wesentlichen den zur Drehachse senkrechten Schnitt durch eine Außenfläche des Gelenkinnenteils. Beispielsweise umfasst das Gelenkinnenteil einen dickwandigen Hohlkörper, und die Kugellaufbahnen sind als Ein- kerbungen in der Außenfläche des Hohlkörpers ausgebildet. Der Außenumfang im Sinne der Erfindung bezieht sich dann auf den Außenumfang des Hohlkörpers ohne Berücksichtigung der Einkerbungen.
Mit geschrägten Kugellaufbahnen im Sinne der Erfindung ist gemeint, dass bei einer senkrechten Projektion der Kugellaufbahn auf eine Ebene, in der die Dreh- achse liegt, diese Projektion der Kugellaufbahn die Drehachse unter einem Winkel schneidet. Der Winkel, unter dem die Projektion der Kugellaufbahn die Drehachse schneidet, wird im weiteren Verlauf als„Schrägungswinkel" bezeichnet. Die Kugellaufbahnen sind also aus einer zur Drehachse achsparallelen Lage verdreht.
Erfindungsgemäß weisen die Kugellaufbahnen wenigstens einer Gruppe einen gekrümmten Verlauf mit einem Wendepunkt 1. Ordnung auf. Das bedeutet, dass die Kugellaufbahnen mit dem gekrümmten Verlauf zwischen zwei Endpunkten mindestens einen Richtungswechsel durchlaufen. Beispielsweise ergibt sich ein S- förmiger oder ein entsprechend gespiegelter Verlauf der Kugellaufbahn einer Gruppe. Bevorzugt sind ausschließlich die Kugellaufbahnen der ersten Gruppe gekrümmt aber untereinander deckungsgleich ausgebildet. Das heißt, dass die Kugellaufbahnen mit größerem Schrägungswinkel gerade verlaufen und die Kugellaufbahnen mit dem kleineren Schrägungswinkel α einen gekrümmten Verlauf aufweisen. Wobei der Schrägungswinkel bei der erfindungsgemäß gekrümmten Bahn mittels einer Linie definiert wird, die die beiden Endpunkte der Kugellaufbahnen direkt verbindet. Der Winkel unter dem die senkrechte Projektion dieser Linie in eine die Drehachse beinhaltende Ebene die Drehachse schneidet wird hierfür als Schrägungswinkel angesehen. Erfindungsgemäß schneiden die Kugellaufbahnen mit dem gekrümmten Verlauf die Linie zwischen den beiden Endpunkten.
Gemäß einer bevorzugten Variante ist der gekrümmte Verlauf punktsymmetrisch zum Wendepunkt 1. Ordnung.
Sowohl die Kugellaufbahnen des Gelenkaußenteils als auch die Kugellaufbahnen des Gelenkinnenteils liegen einander paarweise gegenüber und weisen jeweils entgegengesetzte Schrägungswinkel auf. Durch die geschrägten Kugellaufbahnen wird eine bessere Laufruhe und höhere Verschleißfestigkeit des Kugelverschiebe- gelenks bewirkt. Jedes derart ausgebildete Kugellaufbahnpaar weist erfindungsgemäß eine zugehörige Kugel auf. Bevorzugt beträgt die Anzahl der Kugeln und entsprechend die Anzahl der Kugellaufbahnpaare wenigsten drei, besonders bevorzugt handelt es sich um eine gerade Anzahl von Kugeln, bevorzugt 6 oder 8 Kugeln. Weiter umfasst das Kugelverschiebegelenk einen Käfig, der zwischen dem Gelenkaußenteil und dem Gelenkinnenteil angeordnet ist. Der Käfig weist Fenster auf, die zur Aufnahme der Kugeln dienen. Erfindungsgemäß weisen das Gelenkaußenteil und das Gelenkinnenteil jeweils mindestens zwei Gruppen von geschrägten Kugellaufbahnen auf, die sich in Bezug auf den Betrag des Schrägungswinkels zu der jeweiligen Drehachse unterscheiden . Die erste Gruppe von Kugellaufbahnen schließt einen Schrägungswin- kel α (alpha) mit der jeweiligen Drehachse ein und eine zweite Gruppe von Kugellaufbahnen schließt einen Schrägungswinkel ß (beta) mit der jeweiligen Drehachse ein, so dass sich die Kugellaufbahnen der beiden Gruppen von Kugellaufbahnen kreuzen . Die Kugellaufbahnen einer Gruppe sind zueinander parallel angeordnet. Der Verlauf der Kugellaufbahn ergibt sich durch die Konstruktionslinie, die die Scheitelpunkte also die bezogen auf das jeweilige Gelenkteil tiefsten
Punkte der Kugellaufbahnen beschreiben und damit die Bewegung der in den Kugellaufbahn jeweils abrollenden Kugel vorgeben .
Für die Beträge der Schrägungswinkel der Kugellaufbahnen des Gelenkaußenteils und des Gelenkinnenteils gilt erfindungsgemäß, dass der Schrägungswinkel α der ersten Gruppe vom Betrag geringer ausfällt als der Betrag des Schrägungswinkels ß der zweiten Gruppe. Bevorzugt gilt für die Beträge 1 > α/ß > 0,075. Noch bevorzugter gilt 1 > a/ß > 0, 1.
Bevorzugt ist der Schrägungswinkel ß (Beta) so gewählt, dass er wenigstens einem halben Beugewinkel entspricht, um den das Gelenkaußenteil zu dem Ge- lenkinnenteil gelenkig verschwenkbar ist. Wobei der Beugewinkel im Sinne der Erfindung der Anwinkelung des Gelenkinnenteils aus der gestreckten bzw. koaxialen Lage der Drehachsen entspricht. Besonders bevorzugt ist der kleinere Schrägungswinkel α (alpha) so gewählt, dass er wenigstens dem halben Beugewinkel entspricht. Hierdurch wird gewährleistet, dass die sich gekreuzt gegen- über liegenden Laufbahnen, von Gelenkinnenteil und Gelenkaußenteil, nicht die 0°-Lage durchlaufen . Die Wahl des jeweiligen Schrägungswinkel ergibt sich dabei aus dem maximalen Beugewinkel, den das Gelenkinnenteil relativ zu der Drehachse einnehmen kann .
Die Kugellaufbahnen, d . h . deren Konstruktionslinien, der ersten und der zweiten Gruppe sind erfindungsgemäß auf Tangentialebenen eines gedachten, koaxial um die jeweilige Drehachse angeordneten Zylinders, liegend angeordnet, d .h . die Kugellaufbahnen sind nicht auf einer die jeweilige Drehachse umgebenden Zylin- derfläche liegend angeordnet, sondern weisen lediglich einen Berührpunkt mit einer durch den minimalen Radialabstand definierten Zylinderfläche auf. Der Begriff minimale Radialabstand ist so zu verstehen, dass der jeweilige sich durch den Verlauf der Kugellaufbahnen ergebender minimale Abstand zwischen der be- treffenden Drehachse entscheidend ist. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass die betreffenden Kugellaufbahnen wenigstens einer oder aller Gruppen, d .h. deren Konstruktionslinien, jeweils in einer Tangentialebene einer Zylinderfläche mit dem minimalen Radialabstand um die Drehachse liegend angeordnet sind .
Bevorzugt ist der gekrümmte Verlauf abschnittsweise, bevorzugt über wenigs- tens ein Viertel, noch bevorzugter über wenigstens ein Drittel seines Gesamtverlaufs durch einen konstanten Krümmungsradius definiert. Noch bevorzugter liegt das Verhältnis aus dem ersten Schrägungswinkel α (alpha) und dem Krümmungsradius in einem Bereich zwischen 0,0001 und 1.
Bevorzugt ist die Anzahl der Kugellaufbahnen der ersten Gruppe gleich der An- zahl der Kugellaufbahnen der zweiten Gruppe.
Bevorzugt sind die Kugellaufbahnen derart angeordnet, dass sich benachbarte Kugellaufbahnen in einem theoretischen, d .h. imaginären, Punkt kreuzen. Mit benachbarten Kugellaufbahnen im Sinne der Erfindung sind Kugellaufbahnen gemeint, die in Umfangsrichtung des Gelenkinnenteils, beziehungsweise des Ge- lenkaußenteils unmittelbar nebeneinander liegen . Das bedeutet benachbarte Kugellaufbahnen sind um unterschiedliche Winkel relativ zu ihrer achsparallelen Lage verdreht. Beispielsweise sind benachbarte Kugellaufbahnen um unterschiedliche Winkel im Uhrzeigersinn zu ihrer achsparallelen Lage verdreht. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wechselt in Umfangsrichtung das Vorzeichen des Schrägungswinkels von Kugellaufbahn zu Kugellaufbahn. Bevorzugt haben die Schrägungswinkel α einer ersten Gruppe und ß einer zweiten Gruppe unterschiedliche Vorzeichen und es wechseln sich die Kugellaufbahnen der ersten und zweiten Gruppe in Umfangsrichtung ab.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Kugelverschiebegelenks weisen die Ku- gellaufbahnen wenigstens einer Gruppe einen geradlinigen Verlauf auf. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weisen ausschließlich die Kugellaufbahnen der zweiten Gruppe einen geradlinigen Verlauf auf.
Bevorzugt weist die Kugellaufbahnen einen zu ihrer Verlaufsrichtung senkrechten Querschnitt in Parabelform auf. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels der Erfindung, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert wird . In dieser Zeichnung zeigen schematisch :
Fig. 1 : eine Gesamtansicht eins erfindungsgemäßen Kugelverschiebege- lenks,
Fig. 2 : ein Gelenkinnenteil eines erfindungsgemäßen Kugelverschiebegelenks,
Fig. 3 : Aufsicht und Projektion von benachbarten Kugellaufbahnen einer ersten und zweiten Gruppe mit Schrägungswinkeln α und ß eines Gelenkinnenteils,
Fig. 4: eine Aufsicht auf drei Kugellaufbahnen, wobei die in dieser Abbildung außen liegenden Kugellaufbahnen einen geradlinigen Verlauf aufweisen und die zwischen diesen beiden liegende Kugellaufbahn (mittlere Kugellaufbahn) einen gekrümmten Verlauf aufweist. In den unterschiedlichen Figuren sind hinsichtlich ihrer Funktion gleichwertige Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
Fig. 1 zeigt eine Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Kugelverschiebegelenks 1 mit geschrägten Kugellaufbahnen 15. Das Kugelverschiebegelenk 1 um- fasst ein Gelenkaußenteil 10, einen Käfig 30 mit Kugeln, hier nicht zu sehen, und ein Gelenkinnenteil 20, und es ist an einem Ende einer Seitenwelle 11 angeordnet.
Das Gelenkaußenteil 10 ist im Wesentlichen ein kreisförmiger Hohlzylinder mit einem Innenumfang 12, in dessen Innenfläche 13 acht geschrägte Kugellaufbah- nen 15 ausgebildet sind . Die Kugellaufbahnen 15 erstrecken sich als Einkerbungen in der Innenfläche 13, entlang der langen Achse des kreisförmigen Hohlzylinders, um eine Drehachse 25 des Gelenkaußenteils 10. Die Kugellaufbahnen 15, d .h. deren Konstruktionslinien, der ersten 15a und der zweiten Gruppe 15ß sind dabei erfindungsgemäß auf Tangentialebene eines gedachten Zylinders um die Drehachse 25 angeordnet, d.h. die Kugellaufbahnen 15 sind nicht auf einer die jeweilige Drehachse 25 umgebenden Zylinderfläche liegend angeordnet, sondern weisen lediglich einen Berührpunkt mit einer durch den minimalen Radialabstand definierten Zylinderfläche auf.
Das Gelenkinnenteil 20 ist innerhalb des Gelenkaußenteils 10 angeordnet und ist im Wesentlichen ein kreisförmiger Hohlzylinder mit einem Außenumfang 18, der eine Außenfläche 19 definiert, in der acht geschrägte Kugellaufbahnen 15 ausgebildet sind. Die Kugellaufbahnen 15 erstrecken sich als Einkerbungen in der Außenfläche 19, entlang der langen Achse des kreisförmigen Hohlzylinders, um eine Drehachse 25 des Gelenkinnenteils 20. In der Darstellung des Kugelverschiebegelenks 1 fallen die Drehachsen 25 des Gelenkaußenteils 10 und des Gelenkinnenteils 20 zusammen.
Zwischen dem Gelenkaußenteil 10 und dem Gelenkinnenteil 20 ist der Käfig 30 angeordnet. Der Käfig 30 ist ringförmig ausgebildet und weist acht Fenster mit je einer darin angeordneten Kugel auf. Die Kugellaufbahnen 15 des Gelenkaußenteils 10 und des Gelenkinnenteils 20 liegen einander paarweise gegenüber und bilden je ein Kugellaufbahnpaar, in dem je eine Kugel geführt wird.
Das Gelenkaußenteil 10 und das Gelenkinnenteil 20 weisen je zwei Gruppen von Kugellaufbahnen 15 auf, die alternierend angeordnet sind . Eine erste Gruppe von Kugellaufbahnen 15α mit einem Schrägungswinkel α und eine zweite Gruppe von Kugellaufbahnen 15ß mit einem Schrägungswinkel ß. Der Schrägungswinkel ist der Winkel, den eine Kugellaufbahn 15 mit der jeweiligen Drehachse 25 einschließt. Zur Verdeutlichung der Anordnung der Kugellaufbahnen 15a, 15ß ist in Fig. 2 nochmal ein Gelenkinnenteil 20 eines erfindungsgemäßen Kugelverschiebegelenks 1 gezeigt. Wie oben beschrieben umfasst das Gelenkinnenteil 20 acht Kugellaufbahnen 15, wobei sich vier Kugellaufbahnen 15a einer ersten Gruppe und vier Kugellaufbahnen 15ß einer zweiten Gruppe jeweils abwechseln. Die Kugel- laufbahnen 15a, 15ß der ersten und der zweiten Gruppe unterscheiden sich durch ihren Schrägungswinkel α und ß, die sie mit der Drehachse 25 einschließen.
Es gilt erfindungsgemäß für die Beträge der Schrägungswinkel : a < ß und 1 > a/ß > 0,075.
Zur weiteren Veranschaulichung der Ausgestaltung der Erfindung, insbesondere von Merkmalen der Kugellaufbahnen 15 zeigen die Figuren 3-4 Projektionen auf Kugellaufbahnen 15 eines (stilisierten) Gelenkinnenteils 20. Sämtliche Merkmale der beschriebenen Kugellaufbahnen 15 beziehen sich in äquivalenter weise auf die entsprechenden Kugellaufbahnen 15 eines Gelenkaußenteils 10, welche mit den beschriebenen Kugellaufbahnen 15 des Gelenkinnenteils 20 Kugellaufbahn- paare (s.o.) bilden.
Fig. 3 zeigt eine Aufsicht und Projektion benachbarter Kugellaufbahnen 15a, bzw. 15ß eines Gelenkinnenteils 20. Die Kugellaufbahnen 15a, 15ß sind auf eine Fläche 26 um die Drehachse 25 projiziert. Auch Projektionen der jeweiligen Drehachse 25 auf die Fläche 26 sind gezeigt. Die beiden Kugellaufbahnen 15a, 15ß unter- scheiden sich in Bezug auf das Vorzeichen und den Betrag des Schrägungswin- kels α und ß zur Projektion der jeweiligen Drehachse 25. Zur Verdeutlichung der jeweiligen Schrägungswinkel ist in Fig . 3 eine Achse y-y eingezeichnet, die entlang der Kugellaufbahn 15a verläuft und den Schrägungswinkel α mit der Drehachse 25 einschließt. Entsprechend ist eine Achse x-x eingezeichnet, die entlang der Kugellaufbahn 15ß verläuft und den Schrägungswinkel ß mit der Drehachse 25 einschließt. Die Achsen x-x und y-y verlaufen dabei entlang der Konstrukti- onslinie der jeweiligen Kugellaufbahn 15. Tatsächlich weisen die Kugellaufbahnen 15a erfindungsgemäß einen gekrümmten Verlauf 37 auf, wie er in Fig. 4 gezeigt ist. Die Darstellung in Fig. 3 dient insbesondere zunächst dazu die Schrägungs- winkel zu verdeutlichen. Fig. 4 zeigt eine Projektion von drei Kugellaufbahnen 15, welche erfindungsgemäß auf Tangentialebene des Zylinders angeordnet sind, die beiden äußeren Kugellaufbahnen 15ß weisen einen gradlinigen Verlauf 38, die zwischen den beiden liegende Kugellaufbahn 15a (mittlere Kugellaufbahn) weist einen gekrümmten, S- förmigen Verlauf 37 auf. Der S-förmige Verlauf ist durch einen Wendepunkt 1. Ordnung 35 gekennzeichnet. Der gekrümmte, S-förmige Verlauf 37 der Kugellaufbahnen 15a ist ausschließlich in der ersten Gruppe, mit dem Schrägungswin- kel α ausgebildet, wohingegen der gradlinige Verlauf 38 ausschließlich in der zweiten Gruppe ausgebildet ist. Der Schrägungswinkel der Kugellaufbahn 15a mit dem gekrümmten Verlauf 37 wird durch eine Linie (gepunktet dargestellt) defi- niert, die die beiden Endpunkte 39 der Kugellaufbahn 15a verbindet, wobei diese Linie von dem gekrümmten Verlauf 37 der Kugellaufbahn 15a geschnitten wird. Der Winkel unter dem die senkrechte Projektion dieser Linie in eine die Drehachse 25 beinhaltende Ebene die Drehachse 25 schneidet, wird dann als Schrägungswinkel α angesehen. Der S-förmige Verlauf ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Drittel des Gesamtverlaufs durch einen konstanten Krümmungsradius 36 definiert ist, wobei das Verhältnis zwischen dem Schrägungswinkel α (alpha) und dem Krümmungsradius in einem Bereich zwischen 0,0001 und 1 liegt. Der Krümmungsradius 36 ist in Fig .4 schematisch durch einen Pfeil KR dargestellt, wobei der gestri- chelte Teil des Pfeiles andeuten soll, dass der Krümmungsradius 36 eigentlich größer als eingezeichnet ist. Bezugszeichenliste
1 Kugelverschiebegelenk
10 Gelenkaußenteil
11 Seitenwelle
12 Innenumfang
13 Innenfläche
15 Kugellaufbahn
18 Außenumfang
19 Außenfläche
20 Gelenkinnenteil
25 Drehachse
26 Zylinderfläche
30 Käfig
35 Wendepunkt 1. Ordnung 36 Krümmungsradius Kr
37 Kugellaufbahnen mit gekrümmtem S-förmigem Verlauf
38 Kugellaufbahnen mit geradem Verlauf
39 Endpunkt

Claims

Patentansprüche
1. Kugelverschiebegelenk (1), umfassend : ein Gelenkaußenteil (10) mit an einem Innenumfang (12) ausgebildeten geschrägten Kugellaufbahnen (15), welche um eine Drehachse (25) des Gelenkaußenteils (10) angeordnet sind, ein Gelenkinnenteil (20) mit an einem Außenumfang (18) ausgebildeten geschrägten Kugellaufbahnen (15), welche um eine Drehachse (25) des Gelenkinnenteils (20) angeordnet sind, wobei Kugellaufbahnen (15) des Gelenkaußenteils (10) und des Gelenkinnenteils (20) einander paarweise gegenüberliegen und jeweils entgegengesetzte Schrägungswin- kel aufweisen, jeweils eine Kugel je Kugellaufbahnpaar, und einen Käfig (30), der zwischen dem Gelenkaußenteil (10) und dem Gelenkinnenteil (20) angeordnet ist und Fenster aufweist, in denen die Kugeln aufgenommen sind, wobei das Gelenkaußenteil (10) und das Gelenkinnenteil (20) jeweils mindestens zwei Gruppen von geschrägten Kugellaufbahnen (15) aufweisen, die sich in Bezug auf den Betrag des Schrägungswinkels zu der jeweiligen Drehachse (25) unterscheiden, wobei eine erste Gruppe von Kugellaufbahnen (15a) einen Schrägungswinkel α (alpha) mit der jeweiligen Drehachse (25) einschließen, sowie eine zweite Gruppe von Kugellaufbahnen (15ß) einen Schrägungswinkel ß (beta) mit der jeweiligen Drehachse (25) einschließen, wobei für die Beträge gilt α < ß (alpha kleiner beta), wobei die Kugellaufbahnen (15) wenigstens einer Gruppe einen gekrümmten Verlauf (37) mit einem Wendepunkt 1. Ordnung (35) aufweisen.
2. Kugelverschiebegelenk (1) nach Anspruch 1, wobei ferner für die Beträge gilt: 1 > α / ß > 0,075 bevorzugt gilt: 1 > α / β >. 0,1 .
3. Kugelverschiebegelenk (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der gekrümmte Verlauf punktsymmetrisch zum Wendepunkt 1. Ordnung (35) ist.
4. Kugelverschiebegelenk (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der gekrümmte Verlauf (37) abschnittsweise, bevorzugt über wenigstens ein Viertel, noch bevorzugter über wenigstens ein Drittel seines Gesamtverlaufs durch einen konstanten Krümmungsradius (36) definiert ist.
5. Kugelverschiebegelenk (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Verhältnis aus dem Schrägungswinkel α (alpha) und dem Krümmungsradius (36) in einem Bereich zwischen 0,0001 und 1 liegt.
6. Kugelverschiebegelenk (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kugellaufbahnen (15) der ersten und zweiten Gruppe auf einer Tangentialebene einer Zylinderfläche um die jeweilige Drehachse (25) angeordnet sind .
7. Kugelverschiebegelenk (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schrägungswinkel ß (beta) so gewählt ist, dass er wenigstens einem halben maximalen Beugewinkel entspricht, um den das Gelenkaußenteil (10) zu dem Gelenkinnenteil (20) gelenkig verschwenkbar ist.
8. Kugelverschiebegelenk (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schrägungswinkel α (alpha) so gewählt ist, dass er wenigstens einem halben maximalen Beugewinkel entspricht, um den das Gelenkaußenteil (10) zu dem Gelenkinnenteil (20) gelenkig verschwenkbar ist.
9. Kugelverschiebegelenk (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens die Anzahl der Kugellaufbahnen (15a) der ersten Gruppe gleich der Anzahl der Kugellaufbahnen (15ß) der zweiten Gruppe ist.
10. Kugelverschiebegelenk (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Umfangsrichtung das Vorzeichen des Schrägungswinkels von Kugellaufbahn (15) zu Kugellaufbahn (15) wechselt.
11. Kugelverschiebegelenk (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kugellaufbahnen (15) wenigstens einer Gruppe einen geradlinigen Verlauf (38) aufweisen.
12. Kugelverschiebegelenk (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ausschließlich die Kugellaufbahnen (15) der zweiten Gruppe einen geradlinigen Verlauf (38) aufweisen.
13. Kugelverschiebegelenk (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kugellaufbahnen einen zu ihrer Verlaufsrichtung senkrechten Querschnitt in Parabelform aufweisen.
14. Kugelverschiebegelenk (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anzahl der Kugeln drei oder mehr, bevorzugt 6 oder 8 beträgt.
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