DE10220711A1

DE10220711A1 - Gegenbahngelenk mit gleicher Orientierung von gegenüberliegenden Bahnpaaren

Info

Publication number: DE10220711A1
Application number: DE10220711A
Authority: DE
Inventors: Thomas Weckerling; Stephan Maucher; Herbert Taureg; Anna Gremmelmaier
Original assignee: GKN Automotive GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2003-11-27
Anticipated expiration: 2022-05-11
Also published as: FR2841616A1; JP2003329052A; DE20221828U1; US6848999B2; JP2011064335A; DE10220711B4; FR2841616B1; JP5328759B2; DE20221829U1; US20040033837A1; DE20221826U1; DE20221827U1

Abstract

Kugelgleichlauffestgelenk in Form eines Gegenbahngelenkes, umfassend DOLLAR A ein Gelenkaußenteil 11 mit Außenbahnen, DOLLAR A ein Gelenkinnenteil mit Innenbahnen, DOLLAR A drehmomentübertragende Kugeln 36, die in Bahnpaaren aus Außenbahnen und Innenbahnen aufgenommen sind, und einen Kugelkäfig 31 mit Käfigfenstern, in denen die Kugeln in einer gemeinsamen Ebene gehalten sind und bei Gelenkbeugung auf die winkelhalbierende Ebene geführt werden, DOLLAR A erste Außenbahnen bilden mit ersten Innenbahnen erste Bahnpaare, deren Bahnen sich in einer ersten axialen Richtung zur Anschlußseite des Gelenkinnenteils voneinander entfernen und in denen erste Kugeln gehalten sind, DOLLAR A zweite Außenbahnen bilden mit zweiten Innenbahnen zweite Bahnpaare, deren Bahnen sich in einer zweiten axialen Richtung zur Anschlußseite des Gelenkaußenteils 11 voneinander entfernen und in denen zweite Kugeln gehalten sind, DOLLAR A erste Bahnpaare liegen jeweils ersten Bahnpaaren radial gegenüber und zweite Bahnpaare liegen jeweils zweiten Bahnpaaren radial gegenüber.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgleichlauffestgelenk in Form eines Gegenbahngelenkes, umfassend ein Gelenkaußenteil mit Außenbahnen, ein Gelenkinnenteil mit Innenbahnen, drehmomentübertragende Kugeln, die in Bahnpaaren aus Außenbahnen und Innenbahnen aufgenommen sind, und einen Kugelkäfig mit Käfigfenstern, in denen die Kugeln in einer gemeinsamen Ebene gehalten sind und bei Gelenkbeugung auf die winkelhalbierende Ebene geführt werden, erste Außenbahnen bilden mit ersten Innenbahnen erste Bahnpaare, deren Bahnen sich in einer ersten axialen Richtung zur Anschlußseite des Gelenkinnenteils voneinander entfernen und in denen erste Kugeln gehalten sind, zweite Außenbahnen bilden mit zweiten Innenbahnen zweite Bahnpaare, deren Bahnen sich in einer zweiten axialen Richtung zur Anschlußseite des Gelenkaußenteils voneinander entfernen und in denen zweite Kugeln gehalten sind.

Gegenbahngelenke der vorstehend genannten Art haben den Vorteil, daß auf die über dem Umfang abwechseln in ersten Bahnpaaren und zweiten Bahnpaaren angeordneten Kugeln von den Bahnen jeweils abwechseln in eine erste Richtung und in eine zweite Richtung weisende Kräfte ausgeübt werden. Diese Kräfte werden von Gegenkräften des Kugelkäfigs aufgefangen, die als innere Kräfte im Gleichgewicht sind, so daß auf den Käfig keine äußeren Axialkräfte ausgeübt werden. Der Käfig läuft damit relativ reibungsfrei gegenüber dem Gelenkaußenteil. Bisher ist es aus Fertigungs- und Montagegründen und in Bezug auf die bevorzugten Kugelgrößen bei Gelenken nach dem Stand der Technik üblich, daß jeweils einem ersten sich in einer ersten Richtung öffnendem Bahnenpaar ein zweites sich in einer zweiten Richtung öffnendes Bahnenpaar radial gegenüberliegt. Dies hat schwerwiegende Nachteile für die Gelenksteuerung, nämlich die Steuerungskraftverhältnisse am Käfig. Eine einwandfreie Steuerung des Käfigs ist jedoch erforderlich, um jederzeit bei Gelenkbeugung die Gesamtheit der Kugeln mit ausreichenden Steuerungskräften auf die winkelhalbierende Ebene zu führen, die den Winkel zwischen den Achsen von Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil symmetrisch teilt. Die Gründe für diese nachteilige Steuerung bei Gelenken nach dem Stand der Technik werden anhand der Zeichnungen später näher erläutert.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gegenbahngelenk mit verbesserten Steuereigenschaften bereitzustellen. Die Lösung hierfür besteht darin, daß erste Bahnpaare jeweils ersten Bahnpaaren radial gegenüberliegen und zweite Bahnpaare jeweils zweiten Bahnpaaren radial gegenüberliegen. Hierbei wird insbesondere vorgeschlagen, daß erste Bahnpaare und zweite Bahnpaare über dem Umfang abwechselnd angeordnet sind. Vorzugsweise wird ein Gelenk mit acht gleichmäßig umfangsverteilten Bahnpaaren vorgeschlagen. Andere Möglichkeiten liegen in der Auswahl von zwölf oder sechszehn Bahnpaaren. Ein erfindungsgemäßes Gelenk zeichnet sich durch dauernd von null verschiedene resultierende Steuerungskräfte, die von Bahnpaaren auf jeweils sich gegenüberliegende Kugelpaare ausgeübt werden, aus, so daß insgesamt die Käfigsteuerung wesentlich verbessert wird. Die Begründung für diese verbesserte Steuerungskraftverhältnisse werden anhand der Zeichnungen erläutert.

Ein erfindungsgemäßes Gelenk im Vergleich mit einem Gelenk nach dem Stand der Technik ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Gegenbahngelenk nach dem Stand der Technik

a) in axialer Ansicht auf die Gelenköffnung,
b) in einem Längsschnitt gemäß der Schnittebene A-A,
c) in einem Längsschnitt gemäß der Schnittebene B-B;

Fig. 2 zeigt ein Gelenk nach Fig. 1 unter Darstellung der axialen Kugelkräfte

a) im Längsschnitt,
b) in Abwicklung des Käfigs;

Fig. 3 zeigt ein gebeugt umlaufendes Gelenk nach Fig. 1

a) in axialer Ansicht,
b) im Längsschnitt,
c) in einer Einzelheit mit Käfig und Kugeln,
d) in einer Darstellung des Steuerwinkels für zwei gegenüberliegende Kugeln;

Fig. 4 zeigt ein Gegenbahngelenk gemäß der Erfindung

Fig. 5 zeigt ein Gelenk nach Fig. 4 unter Darstellung der axialen Kugelkräfte

a) im Längsschnitt,
b) in Abwicklung des Käfigs;

Fig. 6 zeigt ein gebeugt umlaufendes Gelenk nach Fig. 4

a) in axialer Ansicht,
b) im Längsschnitt,
c) in einer Einzelheit mit Käfig und Kugeln,
d) in einer Darstellung des Steuerwinkels für zwei gegenüberliegende Kugeln.

Die Darstellungen der Fig. 1 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Ein Gelenkaußenteil 11 umfaßt einen Innenraum 12 mit einer Öffnung 13 und einem gegenüberliegenden Boden 14. An dem Boden 14 ist ein Anschlußzapfen 15 angeformt. Im Innenraum 12 sitzt ein Gelenkinnenteil 21 mit einer Innenöffnung 22 zum Einstecken eines Wellenzapfens. Zwischen Gelenkaußenteil 11 und Gelenkinnenteil 21 sitzt ein Kugelkäfig 31. Das Gelenk umfaßt erste Außenbahnen 16 ₁ und erste Innenbahnen 26 ₁, die sich in einer ersten Richtung R₁ voneinander entfernen, die von der Gelenkmitte zur Öffnungsseite des Gelenkaußenteils weist. Das Gelenk umfaßt weiterhin zweite Außenbahnen 16 ₂ und zweite Innenbahnen 26 ₂, die sich in einer zweiten Richtung R₂ voneinander entfernen, die von der Gelenkmitte ausgesehen zur Zapfenseite des Gelenkaußenteils weist. Erste Außenbahnen 16 ₁ und erste Innenbahnen 26 ₁ bilden erste Bahnpaare miteinander; zweite Außenbahnen 16 ₂ und zweite Innenbahnen 26 ₂ bildet zweite Bahnpaare miteinander. In den aus Innenbahnen und Außenbahnen gebildeten Bahnpaaren sitzen drehmomentübertragende Kugeln 36 ₁, 36 ₂. Der Kugelkäfig 31 hat eine sphärische Außenfläche 32, die in einer sphärischen Innenfläche 18 des Gelenkaußenteils gehalten ist. Die Kugeln sind in Fenstern 34 des Käfigs 31 gehalten. In jedem radialen Schnitt durch Kugelbahnen durch das ganze Gelenk liegen sich jeweils erste Bahnpaare 16 ₁, 26 ₁ und zweite Bahnpaare 16 ₂, 26 ₂ gegenüber, wie es sowohl aus dem Schnitt A-A als auch aus dem Schnitt B-B ersichtlich ist. Auf die Kugeln 36 ₁ in den ersten Bahnpaaren werden von den Bahnen Kräfte ausgeübt, die in die erste Richtung R₁ weisen. Auf die Kugeln 36 ₂ in den zweiten Bahnpaaren werden von den Bahnen Kräfte ausgeübt, die in die zweite R₂ weisen. Dies gilt jeweils für den Fall der Drehmomentübertragung und führt zu einer inneren Belastung des Käfigs. Da sich die Kräfte jedoch paarweise ausgleichen, ist der Käfig insgesamt axial kraftfrei im Gelenkaußenteil gehalten. Hierdurch sind die Reibungskräfte zwischen Käfig und Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil bei gebautem umlaufenden Gelenk gering.
In Fig. 2 sind die von den Bahnpaaren 16 ₁, 26 ₁, 16 ₂, 26 ₂ auf die Kugeln 36 ₁, 36 ₂ ausgeübten Kräfte nochmals für vier Kugeln dargestellt sowie in der Abwicklung des Käfigs 34 die jeweiligen Gegenkräfte auf die Kugeln, die vom Käfig aufzubringen sind. Bei insgesamt sechs Kräften, die jeweils abwechselnd in entgegengesetzte Richtung wirken, ist der Käfig 34 nach außen gegenüber dem Gelenkaußenteil 11 und dem Gelenkinnenteil 21 kräftefrei.
Die einzelnen Darstellungen der Fig. 3 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Ein Gelenk nach Fig. 1 ist in abgewinkeltem Zustand dargestellt, wobei zwischen der Achse A₁₁ des Gelenkaußenteils 11 und der Achse A₂₁ des Gelenkinnenteils 21 ein Beugewinkel β eingestellt ist. Der Winkel zwischen den Achsen A₁₁, A₂₁ wird durch die winkelhalbierende Ebene E symmetrisch geteilt. Die Darstellung b) zeigt einen Längsschnitt in der durch die Achsen A₁₁, A₂₁ aufgespannten sogenannten Beugeebene. Die Kugeln sind umlaufend von 1 bis 6 numeriert, wobei die Kugeln 1 und 4 in der Beugeebene liegen. In den Berührpunkten der Kugeln 1 und 4 mit den Kugelbahnen sind jeweils Tangenten an die Kugeln angelegt. Die Tangenten an die Kugel 1 schließen einen Steuerwinkel α₄ ein, die Tangenten an die Kugel 4 einen Steuerwinkel α₄, der aus Symmetriegründen gleichgroß ist. Von null verschiedene Steuerwinkel sind erforderlich, um bei Abwinklung der Achsen A₁₁, A₂₁ durch die Kugelbahnen Kräfte auf die Kugeln auszuüben, damit diese den Käfig auf die winkelhalbierende Ebene E steuern können. Hierbei ist es zulässig, daß an einzelnen Kugeln die Steuerkräfte zu Null werden, wenn an anderen Kugeln große Steuerkräfte vorliegen. In der Darstellung d) sind für die Kugeln 1 und 4 die genannten Steuerwinkel α₁, α₄ quantitativ über eine Gelenkumdrehung bei relativ zueinander feststehenden Achsen A₁₁, A₂₁ dargestellt. Aus der Darstellung wird ersichtlich, daß zweimal über dem Umfang, insbesondere bei einem Drehwinkel von 210° und von 330° der Steuerwinkel der Kugeln 1 und 4 gleichzeitig zu Null wird. Damit werden gemäß Darstellung c) auch die Kräfte F₁ und F₄, die außerhalb dieser Winkelstellungen ein Kräftepaar bilden, das ein Kippmoment erzeugt, zu null. Selbst unter Berücksichtigung der Tatsache, daß zwei weitere Kugelpaare phasenversetzt mit von null verschiedenen Kräftepaaren wirksam sind, ist die Käfigsteuerung hierbei relativ schlecht.
Die Darstellungen der Fig. 4 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Ein Gelenkaußenteil 11 umfaßt einen Innenraum 12 mit einer Öffnung 13 und einem gegenüberliegenden Boden 14. An dem Boden 14 ist ein Anschlußzapfen 15 angeformt. Im Innenraum 12 sitzt ein Gelenkinnenteil 21 mit einer Innenöffnung 22 zum Einstecken eines Wellenzapfens. Zwischen Gelenkaußenteil 11 und Gelenkinnenteil 21 sitzt ein Kugelkäfig 31. Das Gelenk umfaßt erste Außenbahnen 16 ₁ und erste Innenbahnen 26 ₁, die sich in einer ersten Richtung R₁ voneinander entfernen, die von der Gelenkmitte zur Öffnungsseite des Gelenkaußenteils weist. Das Gelenk umfaßt weiterhin zweite Außenbahnen 16 ₂ und zweite Innenbahnen 26 ₂, die sich in einer zweiten Richtung R₂ voneinander entfernen, die von der Gelenkmitte ausgesehen zur Zapfenseite des Gelenkaußenteils weist. Erste Außenbahnen 16 ₁ und erste Innenbahnen 26 ₁ bilden erste Bahnpaare miteinander; zweite Außenbahnen 16 ₂ und zweite Innenbahnen 26 ₂ bildet zweite Bahnpaare miteinander. In den aus Innenbahnen und Außenbahnen gebildeten Bahnpaaren sitzen drehmomentübertragende Kugeln 36 ₁, 36 ₂. Der Kugelkäfig 31 hat eine sphärische Außenfläche 32, die in einer sphärischen Innenfläche 18 des Gelenkaußenteils gehalten ist. Die Kugeln sind in Fenstern 34 des Käfigs 31 gehalten. In radialen Schnitten durch Kugelbahnen durch das ganze Gelenk liegen jeweils erste Bahnpaare ersten Bahnpaaren gegenüber, wie es aus dem Schnitt B-B ersichtlich ist, oder es liegen jeweils zweite Bahnpaare zweiten Bahnpaaren gegenüber, wie es aus dem Schnitt A-A ersichtlich ist. Auf die Kugeln 36 ₁ in den ersten Bahnpaaren 16 ₁, 26 ₁ werden von den Bahnen Kräfte ausgeübt, die in die erste Richtung R₁ weisen. Auf die Kugeln 36 ₂ in den zweiten Bahnpaaren 16 ₂, 26 ₂ werden von den Bahnen Kräfte ausgeübt, die in die zweite R₂ weisen. Dies gilt für den Fall der Drehmomentübertragung bei gestrecktem Gelenk und führt zu einer inneren Belastung des Käfigs. Da sich die Kräfte jedoch paarweise ausgleichen, ist der Käfig insgesamt axial kraftfrei im Gelenkaußenteil gehalten. Hierdurch sind die Reibungskräfte zwischen Käfig und Gelenkaußenteil bei gebautem umlaufenden Gelenk gering.
In Fig. 5 sind die von den Bahnen auf die Kugeln ausgeübten Kräfte im Schnitt nochmals für vier Kugeln dargestellt sowie in der Abwicklung des Käfigs die jeweiligen Gegenkräfte auf die Kugeln, die vom Käfig aufzubringen sind. Bei insgesamt sechs Kräften, die jeweils abwechselnd in entgegengesetzte Richtung wirken, ist der Käfig nach außen kräftefrei.
Die einzelnen Darstellungen der Fig. 6 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Ein Gelenk nach Fig. 4 ist in abgewinkeltem Zustand dargestellt, wobei zwischen der Achse A₁₁ des Gelenkaußenteils 11 und der Achse A₂₁ des Gelenkinnenteils 21 ein Beugewinkel β eingestellt ist. Der Winkel zwischen den Achsen A₁₁, A₂₁ wird durch die winkelhalbierende Ebene symmetrisch geteilt. Die Darstellung b) zeigt einen Längsschnitt in der durch die Achsen aufgespannten sogenannten Beugeebene. Die Kugeln sind umlaufend von 1 bis 8 numeriert, wobei die Kugeln 1 und 5 in der Beugeebene liegen. In den Berührpunkten der Kugeln 1 und 5 mit den Kugelbahnen sind jeweils Tangenten an die Kugeln angelegt. Die Tangenten an die Kugel 1 schließen einen Steuerwinkel α₁ ein, die Tangenten an die Kugel 5 einen Steuerwinkel α₅, der aus Symmetriegründen gleichgroß ist. Von null verschiedene Steuerwinkel sind erforderlich, um bei Abwinklung der Achsen A₁₁, A₂₁ durch die Kugelbahnen Kräfte auf die Kugeln auszuüben, damit diese den Käfig auf die winkelhalbierende Ebene E steuern können. Hierbei ist es zulässig, daß an einzelnen Kugeln die Steuerkräfte zu Null werden, wenn an anderen Kugeln große Steuerkräfte vorliegen. In der Darstellung d) sind für die Kugeln 1 und 5 die genannten Steuerwinkel α₁, α₅ quantitativ über eine Gelenkumdrehung bei relativ zueinander feststehenden Achsen A₁₁, A₂₁ dargestellt. Aus der Darstellung wird ersichtlich, daß für jede der Kugeln 1 und 5 zweimal über dem Umfang, nämlich bei einem Drehwinkel von 30° und von 150° der Steuerwinkel α₁ für die Kugel 1 und bei einem Drehwinkel von 210° und 330° der Steuerwinkel _α5 für die Kugel 5 zu null wird. Dabei ist jedoch immer der Steuerwinkel der jeweils radial gegenüberliegenden Kugel von null verschieden. Damit bleibt auch das Kräftepaar aus den Kräften F₁ und F₄, das ein Kippmoment erzeugt, ständig von null verschieden. Bei allen Drehwinkeln ist die Käfigsteuerung hierdurch außerordentlich gut.

Claims

1. Kugelgleichlauffestgelenk in Form eines Gegenbahngelenkes, umfassend
ein Gelenkaußenteil (11) mit Außenbahnen (16),
ein Gelenkinnenteil (21) mit Innenbahnen (26),
drehmomentübertragende Kugeln (36), die in Bahnpaaren aus Außenbahnen und Innenbahnen aufgenommen sind, und
einen Kugelkäfig (31) mit Käfigfenstern (34), in denen die Kugeln in einer gemeinsamen Ebene gehalten sind und bei Gelenkbeugung auf die winkelhalbierende Ebene geführt werden,
erste Außenbahnen (16 ₁) bilden mit ersten Innenbahnen (26 ₁) erste Bahnpaare, deren Bahnen sich in einer ersten axialen Richtung (R₁) zur Anschlußseite des Gelenkinnenteils (21) voneinander entfernen und in denen erste Kugeln (36 ₁) gehalten sind,
zweite Außenbahnen (16 ₂) bilden mit zweiten Innenbahnen (26 ₂) zweite Bahnpaare, deren Bahnen sich in einer zweiten axialen Richtung (R₂) zur Anschlußseite des Gelenkaußenteils (11) voneinander entfernen und in denen zweite Kugeln (36 ₂) gehalten sind,
erste Bahnpaare (16 ₁, 26 ₁) liegen jeweils ersten Bahnpaaren (16 ₁, 26 ₁) radial gegenüber und zweite Bahnpaare (16 ₂, 26 ₂) liegen jeweils zweiten Bahnpaaren (16 ₂, 26 ₂) radial gegenüber.

2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erste Bahnpaare (16 ₁, 26 ₁) und zweite Bahnpaare (16 ₂, 26 ₂) über dem Umfang abwechselnd angeordnet sind.

3. Gelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß acht Bahnpaare (16 ₁, 26 ₁; 16 ₂, 26 ₂) vorgesehen sind.

4. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenkaußenteil (11) auf der Anschlußseite des Gelenkaußenteils einen einstückig angeformten Gelenkboden (14) hat.