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Die vorliegende Erfindung ist auf ein Kugelgleichlaufverschiebegelenk, sowie auf eine Anordnung mit einem Kugelgleichlaufverschiebegelenk gerichtet. Das vorliegende Kugelgleichlaufverschiebegelenk (im Folgenden auch als Gelenk bezeichnet) wird insbesondere in einer Längswellenanordnung bei einem Kraftfahrzeug eingesetzt. Es ist darüber hinaus in sämtlichen weiteren Anwendungsfällen einsetzbar, in denen bisher Kugelgleichlaufverschiebegelenke zum Einsatz gekommen sind.
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Kugelgleichlaufverschiebegelenke kommen insbesondere bei PKW im Bereich von Längswellenanordnungen zum Einsatz. Diese Längswellen dienen der Übertragung der Antriebskraft von einem Getriebe hin zu einer Achse. Insbesondere ist dabei das Getriebe im vorderen Bereich eines Kraftfahrzeugs angeordnet und die Längswellenanordnung dient der Übertragung der Antriebskräfte von diesem Getriebe hin zu einer Hinterachse. Bei derartigen Einsatzfällen muss das Kugelgleichlaufverschiebegelenk gleichermaßen kompakt und leicht ausgeführt sein und andererseits eine hohe Dauerfestigkeit aufweisen.
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Kugelgleichlaufverschiebegelenke sind unter anderem aus der
WO 2005/057035 A1 bekannt. Dort sind auch weitere Einsatzmöglichkeiten und allgemeine Anforderungen an diese Gelenke beschrieben, die hier gleichermaßen Anwendung finden.
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Die vorliegende Erfindung befasst sich insbesondere mit der Montierbarkeit des Kugelgleichlaufverschiebegelenks in übergeordneten Baugruppen. Um derartige Längswellenanordnungen, in denen das Kugelgleichlaufverschiebegelenk zum Einsatz kommen kann, zu verbauen, werden diese zeitweise (nämlich für den Montagevorgang) in einer axialen Richtung verkürzt. Durch diese Verkürzung kann die Längswellenanordnung zwischen entsprechenden Anschlussbauteilen angeordnet zu werden. Nach der Anordnung der Längswellenanordnung zwischen den Anschlussbauteilen erfolgt insbesondere wieder ein Strecken der Längswellenanordnung in axialer Richtung, so dass die Längswellenanordnung mit ihrem jeweiligen Ende an den Anschlussbauteilen befestigt werden kann. Nach Fixierung der Längswellenanordnung an den Anschlussbauteilen ist eine endgültige Einbaulage festgelegt.
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Gerade im Bereich der Großserienfertigung z. B. von Kraftfahrzeugen sind die Anforderungen an alle Komponenten hinsichtlich Gewicht und Kosten gestiegen. Gleichzeitig muss eine sichere und einfache Montierbarkeit, sowie eine hohe Dauerfestigkeit des Gelenks und der Anordnung im Einsatz gewährleistet werden.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten Probleme wenigstens teilweise zu lösen. Es soll insbesondere ein besonders kostengünstiges, montagefreundliches und/oder gewichtsreduziertes Kugelgleichlaufverschiebegelenk sowie eine entsprechende Anordnung mit einer Längswellenanordnung bereitgestellt werden, die ein entsprechendes Kugelgleichlaufverschiebegelenk umfasst. Gleichzeitig soll die Leistungsfähigkeit dieses Kugelgleichlaufverschiebegelenks bzw. der Anordnung im Betrieb gewährleistet sein.
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Dies wird erreicht mit einem Kugelgleichlaufverschiebegelenk gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Das Kugelgleichlaufverschiebegelenk weist zumindest ein Gelenkaußenteil mit einer Mittelachse und mit äußeren Kugelbahnen sowie ein Gelenkinnenteil mit inneren Kugelbahnen auf. Das Kugelgleichlaufverschiebegelenk umfasst weiter eine Vielzahl von Drehmoment übertragenden Kugeln, die jeweils in einander zugeordneten äußeren und inneren Kugelbahnen geführt werden, und einen Käfig, der mit einer Vielzahl von Käfigfenstern versehen ist, die jeweils eine oder mehrere der Kugeln aufnehmen. Zumindest das Gelenkaußenteil weist zumindest einen Betriebsbereich und einen Montagebereich auf, die entlang der Mittelachse (in einer axialen Richtung) hintereinander angeordnet sind, wobei das Gelenkaußenteil im Betriebsbereich ein erstes Querschnittsprofil und im Montagebereich ein zweites Querschnittsprofil aufweist. Im Montagebereich ist ein zweiter Abstand von der Mittelachse hin zu dem zweiten Querschnittsprofil im Mittel größer als im Betriebsbereich ein erster Abstand von der Mittelachse hin zu dem ersten Querschnittsprofil.
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Die drehmomentübertragenden Kugeln werden insbesondere von dem Kugelkäfig in einer Gleichlaufebene gehalten und von entsprechenden Paaren von äußeren und inneren Kugelbahnen geführt. Insbesondere verlaufen die Kugelbahnen im Montagebereich und Betriebsbereich entlang der Mittelachse des Gelenks und weisen einen konstanten Abstand (in einer radialen Richtung) zur Mittelachse auf. Insbesondere sind eine oder auch zwei Kugeln in jedem Käfigfenster angeordnet. Das Kugelgleichverschiebegelenk weist mindestens 6 oder 6 + 2n (n = 1, 2, 3, ...) Kugeln auf.
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Insbesondere verlaufen zumindest einzelne der äußeren und/oder inneren Kugelbahnen geneigt, oder unter einem Bahnschrägungswinkel, gegenüber der Mittelachse. Das bedeutet, die Kugeln bewegen sich entlang der Kugelbahnen nicht nur in der axialen Richtung sondern auch in der Umfangsrichtung.
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Das Kugelgleichlaufverschiebegelenk ist insbesondere so gestaltet, dass im Betrieb des Kugelgleichlaufverschiebegelenks alle Kugeln im Betriebsbereich angeordnet sind. Während der Montage dieses Kugelgleichlaufverschiebegelenks wird das Kugelgleichlaufverschiebegelenk insbesondere in einer axialen Richtung so zusammengeschoben, dass zumindest ein Teil der Kugeln (z. B. 1, 2, 3, 4, 5, usw.) im Montagebereich angeordnet sind. Nach erfolgter Montage des Kugelgleichlaufverschiebegelenks wird dieses üblicherweise in der axialen Richtung erneut gestreckt, so dass die Kugeln aus dem Montagebereich wieder in den Betriebsbereich wandern. Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, dass lediglich ein Montagebereich sich an den Betriebsbereich in der axialen Richtung anschließt. Es können auch mehrere Montagebereiche, insbesondere in beiden axialen Richtungen ausgehend vom Betriebsbereich, vorgesehen sein. Dies kann insbesondere auch für solche Fälle vorgesehen sein, bei denen das Kugelgleichlaufverschiebegelenk zur Montage des Gelenks in einer axialen Richtung auseinandergezogen werden muss, bevor es in einer endgültigen Position fixiert wird.
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Der Montagebereich zeichnet sich nun gegenüber dem Betriebsbereich insbesondere dadurch aus, dass die Übertragung von Drehmomenten durch die Kugeln höchstens für kurze Zeit und nur in geringerem Maße erfolgen soll. Die Kugeln sollen sich insbesondere lediglich während der Montage und/oder vor dem endgültigen Verbau eines Gelenks im Montagebereich befinden. In diesem Zustand des Gelenks müssen regelmäßig keine hohen Drehmomente (weniger als 10 % des zulässigen maximalen Drehmoments im Betriebsbereich) übertragen werden. Erst nach dem endgültigen Verbau des Gelenks oder der Anordnung werden (im Betrieb) die durch den jeweiligen Einsatzfall vorgegebenen Drehmomente, ggf. auch bei Abbeugung des Gelenkes, übertragen. Während dieses Betriebs des Gelenks sind die Kugeln insbesondere immer im Betriebsbereich des Gelenkes angeordnet.
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Es wird daher vorgeschlagen, dass das zweite Querschnittsprofil des Gelenkaußenteils im Montagebereich geringer ausgeprägt ist, als das erste Querschnittsprofil im Betriebsbereich. Als Querschnittsprofil wird hier insbesondere der Verlauf der Innenumfangsfläche des Gelenkaußenteils in Umfangsrichtung bezeichnet, der das Profil in einem vorgegebenen Querschnitt des Außenteils ausformt. In Umfangsrichtung sind an der Innenumfangsfläche des Gelenkaußenteils abwechselnd äußere Kugelbahnen und Stege zwischen äußeren Kugelbahnen angeordnet, wobei an den Stegen insbesondere (seitliche) Kugelführungsflächen angeordnet sind, die zur Führung der Kugeln und zur Übertragung von Drehmomenten dienen. Ausgehend von einem Kugelbahngrund (tiefster Punkt des Profils) nähert sich das Querschnittsprofil des Gelenkaußenteils im Bereich der Stege zwischen den Kugelbahnen der Mittelachse des Gelenkaußenteils an. Die Distanz der Innenumfangsfläche zur Mittelachse in der radialen Richtung wird als erster bzw. zweiter Abstand bezeichnet.
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Die Innenumfangsfläche bezeichnet die innere Oberfläche des Gelenkaußenteils im Betriebsbereich und im Montagebereich. Die Innenumfangsfläche wird insbesondere gebildet durch die Kugelbahnen und Stege, die an der dem Käfig und dem Gelenkinnenteil zugewandten Innenseite des Gelenkaußenteils angeordnet sind.
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Insbesondere kann der Unterschied zwischen dem ersten Querschnittsprofil im Betriebsbereich zu dem zweiten Querschnittsprofil im Montagebereich dadurch gegeben sein, dass ein zweiter Abstand von der Mittelachse hin zu dem zweiten Querschnittsprofil im Mittel größer ist als ein erster Abstand von der Mittelachse zu dem ersten Querschnittsprofil im Betriebsbereich. Dabei wird der Verlauf des jeweiligen Querschnittsprofils in Umfangsrichtung wie oben beschrieben betrachtet. „Im Mittel“ bedeutet insbesondere, dass der an allen Punkten des zweiten Querschnittsprofils gemessene zweite Abstand zur Mittelachse aufaddiert größer ist als der an korrespondierenden Punkten des ersten Querschnittsprofils gemessene erste Abstand zur Mittelachse.
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Insbesondere sind das erste Querschnittsprofil und das zweite Querschnittsprofil im Bereich des Kugelbahngrunds weitgehend identisch. Insbesondere bedeutet das, dass sich der Kugelbahngrund mit unverändertem Abstand zur Mittelachse in der axialen Richtung aus dem Betriebsbereich in den Montagebereich hinein fortsetzt. Insbesondere sind also der erste Abstand und der zweite Abstand im Bereich des Kugelbahngrunds im Betriebsbereich und im Montagebereich im Wesentlichen gleich. Es ist aber auch möglich, dass auch hier der zweite Abstand im Montagebereich größer ist als der erste Abstand. Das Gelenk ist also insbesondere nicht darauf beschränkt, dass der Kugelbahngrund aus dem Betriebsbereich in dem Montagebereich unverändert fortgesetzt wird, sondern der Kugelbahngrund im Montagebereich kann auch weiter vertieft sein. Damit kann eine weitere Materialreduzierung im Montagebereich des Gelenkaußenteils erfolgen.
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Der Unterschied zwischen dem ersten Querschnittsprofil und dem zweiten Querschnittsprofil zeigt sich insbesondere im Bereich der Stege, die im Betriebsbereich dazu dienen, die einzelnen Kugelbahnen gegeneinander abzugrenzen und die (maximale) Drehmomentübertragung in Umfangsrichtung zu ermöglichen. Insbesondere sind im Montagebereich die Stege in ihrer Höhe ausgehend vom Kugelbahngrund zumindest teilweise reduziert, weil hier eine Übertragung von (hohen) Drehmomenten (zum Antrieb der Achsen) nicht erforderlich ist. Auch eine Führung der Kugeln in Umfangsrichtung durch das Gelenkaußenteil ist nicht zwingend erforderlich, so dass zumindest auf einzelne Stege im Montagebereich des Gelenkaußenteil zumindest teilweise oder auch vollständig verzichtet werden kann.
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Die Reduzierung des zweiten Querschnittsprofils im Montagebereich des Gelenkaußenteils führt insbesondere dazu, dass Material eingespart werden kann, so dass das Gelenkaußenteil leichter und kostengünstiger herzustellen ist.
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Insbesondere sind die Kugeln aus dem Betriebsbereich in den Montagebereich frei verschiebbar in den Kugelbahnen angeordnet. Es sind insbesondere keine Anschläge/ Widerstände/ Stopps oder ähnliches in dem Kugelbahnverlauf angeordnet, die den Übertritt der Kugel aus dem Betriebsbereich in den Montagebereich erschweren könnten. Die Verschiebung des Gelenkinnnenteils gegenüber dem Gelenkaußenteil in der axialen Richtung, und damit der Kugeln von dem Betriebsbereich in den Montagebereich (und insbesondere umgekehrt) ist reversibel möglich.
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Insbesondere wird so ein einfaches Verkürzen oder Verlängern des Gelenks (auch reversibel) ermöglicht. Das Gelenk bzw. eine Anordnung mit einem solchen Gelenk ist entsprechend geeignet für eine sichere und einfache Montage, wobei Herstellungs- und Materialkosten eingespart werden können ohne die Betriebsfestigkeit des Gelenks zu reduzieren.
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Insbesondere kann auf die Ausbildung von äußeren Kugelbahnen im Montagebereich zumindest teilweise verzichtet werden, indem zum einen die Stege und die entsprechenden Kugelführungsflächen zumindest in geringerem Maße ausgearbeitet sind. Das heißt insbesondere, dass die Kugelführungsflächen im Montagebereich kleiner sind als im Betriebsbereich.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Kugelgleichlaufverschiebegelenks sind am Gelenkaußenteil äußere Kugelbahnen und Stege in einer Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet und eine zweite Höhe zumindest eines Stegs im Montagebereich ist um mindestens 20 % geringer als eine erste Höhe eines Stegs im Betriebsbereich. Die erste Höhe und die zweite Höhe erstrecken sich insbesondere jeweils bis zu dem Punkt des Stegs, der in einer radialen Richtung der Mittelachse am nächsten kommt. Die Höhe des Stegs wird ausgehend von dem Kugelbahngrund oder auch ausgehend von einem gemeinsamen Durchmesser am Gelenkaußenteil (z. B. der Außenumfangsfläche des Gelenkaußenteils) ermittelt. Durch die Verringerung der zweiten Höhe zumindest eines Stegs im Montagebereich wird insbesondere die entsprechende Kugelführungsfläche an dem Steg verringert und Material eingespart. Insbesondere sind die Höhen der Stege ausgehend vom Kugelbahngrund im Montagebereich geringer als im Betriebsbereich, insbesondere um mindestens 20 %, bevorzugt um mindestens 30 % und besonders bevorzugt um mindestens 40 %.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind mehrere, in einer Umfangsrichtung zueinander benachbart angeordnete, äußere Kugelbahnen im Betriebsbereich zu einer gemeinsamen äußeren Kugelbahn im Montagebereich zusammengeführt. Insbesondere wird diese gemeinsame äußere Kugelbahn im Montagebereich durch zwei Stege in Umfangsrichtung begrenzt. Zwischen diesen Stegen weist diese gemeinsame äußere Kugelbahn insbesondere eine ebene oder profillose Innenumfangsfläche auf. „Eben“ oder „profillos“ bedeutet hier insbesondere, dass der im Betriebsbereich zwischen den entsprechenden zwei äußeren Kugelbahnen vorliegende Steg in der gemeinsamen äußeren Kugelbahn im Montagebereich nun vollständig fehlt und durch ein in Umfangsrichtung verlängerten Kugelbahngrund ersetzt ist. „Eben“ oder „profillos“ kann insoweit auch als glatt angesehen werden. Entsprechend kann insbesondere auf das im Betriebsbereich als Steg vorliegende Material des Gelenkaußenteils verzichtet werden, so dass hierdurch eine deutliche Gewichtsreduktion ermöglicht wird. Das zweite Querschnittsprofil weist in diesem Fall insbesondere eine Kreisform auf.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung liegt in dem Montagebereich eine in einer Umfangsrichtung durchgehend ebene (glatte) oder profillose Innenumfangsfläche vor. Das bedeutet insbesondere, dass im Montagebereich vollständig auf Stege und entsprechende Kugelführungsflächen verzichtet wird. Somit ist ein deutlicher Kosten- und Gewichtsvorteil erreichbar.
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Insbesondere erfolgte eine Führung der Kugeln in Umfangsrichtung durch das Zusammenwirken von Gelenkinnenteil und Käfig. Am Gelenkinnenteil sind innere Kugelbahnen ausgeführt, in denen die Kugeln in ihrer Position in Umfangsrichtung festgelegt sind. Da die Kugeln in den Käfigfenstern des Käfigs angeordnet sind, ist auch der Käfig relativ zum Gelenkinnenteil in Umfangsrichtung in seiner Position festgelegt.
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Insbesondere wird vorgeschlagen, dass, wenn sich zumindest eine Kugel im Montagebereich des Gelenks befindet, das Gelenkinnenteil und/oder der Käfig in der Umfangsrichtung gegenüber dem Gelenkaußenteil geführt ist/sind. Insbesondere kann dann auf eine Führung der Kugeln in einer Umfangsrichtung im Montagebereich des Gelenkaußenteil verzichtet werden (z. B. dadurch, dass auf einzelne oder alle Stege verzichtet wird).
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Zumindest während sich die Kugeln im Montagebereich befinden, werden diese insbesondere durch den Käfig und/oder durch das Gelenkinnenteil in der axialen Richtung geführt. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass zwischen Gelenkinnenteil und Käfig ein zweiter Anschlag ausgebildet ist, so dass bei einer axialen Verschiebung des Gelenkinnenteils gegenüber dem Gelenkaußenteil ggf. auch der Käfig axial verschoben wird.
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Der zweite Anschlag ermöglicht insbesondere auch eine manuelle Verschiebung der Kugeln in der axialen Richtung. Durch die relative Verschiebung des Gelenkinnenteils und des Käfigs gegenüber dem Gelenkaußenteil in der axialen Richtung werden auch die in den Käfigfenstern angeordneten Kugeln in der axialen Richtung mitbewegt.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Kugelgleichlaufverschiebegelenks ist das Gelenkaußenteil zumindest zweiteilig ausgeführt, wobei der Betriebsbereich in einem ersten Teil und der Montagebereich in einem zweiten Teil angeordnet ist. Somit lassen sich die Teile separat herstellen und dann zueinander ausrichten sowie miteinander verbinden.
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Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass das Gelenkaußenteil einteilig ausgeführt ist. Dann sind der Betriebsbereich und der Montagebereich in einem gemeinsamen Bauteil (ohne Materialgrenze/Verbindungsnaht) verwirklicht.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Kugelgleichlaufverschiebegelenks weist zumindest ein Teil der äußeren Kugelbahnen und zumindest ein Teil der inneren Kugelbahnen zumindest im Betriebsbereich einen Bahnschrägungswinkel gegenüber der Mittelachse auf. Ein solcher Bahnschrägungswinkel unterstützt die Steuerungseigenschaften des Gelenks gegenüber den Kugeln, so dass deren Position in der axialen Richtung zu allen Zeitpunkten im Betrieb des Kugelgleichlaufverschiebegelenks festgelegt ist. Auf diese Steuereigenschaften kann verzichtet werden, wenn sich die Kugeln im Bereich des Montagebereichs aufhalten.
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Infolge des Bahnschrägungswinkels bewegen sich die Kugeln nicht nur entlang der Kugelbahnen in der axialen Richtung sondern zusätzlich in der Umfangsrichtung.
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Insbesondere kann der Bahnschrägungswinkel auch im Montagebereich beibehalten werden. In besonders vorteilhafter Weise kann jedoch im Montagebereich auf einen entsprechenden Bahnschrägungswinkel verzichtet werden, so dass auf eine aufwendige Bearbeitung des Kugelgleichlaufverschiebegelenks im Montagebereich des Gelenks verzichtet werden kann. In diesem Fall verlaufen die äußeren Kugelbahnen zumindest im Montagebereich koaxial zu der Mittelachse.
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Insbesondere ist in axialer Richtung zwischen Montagebereich und Betriebsbereich ein Übergangsbereich angeordnet, in dem eine stetige Angleichung zwischen erstem und zweitem Querschnittsprofil erfolgt. Insbesondere ist auch ein nichtstetiger Übergangsbereich möglich, in dem Montagebereich und Betriebsbereich mit erstem und zweitem Querschnittsprofil unmittelbar aneinandergrenzen.
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Insbesondere umfasst der Betriebsbereich mindestens eine Länge, die 50 %, insbesondere 100 %, bevorzugt 150 % des Kugeldurchmessers der im Gelenk zum Einsatz kommenden Kugeln entspricht. Gleiches gilt insbesondere für den Montagebereich.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Kugelgleichlaufverschiebegelenks ist mindestens ein Anschlag (siehe insbesondere nachfolgende Beschreibung zum „vierten Anschlag“) vorgesehen, der eine Verdrehung zumindest des Gelenkinnenteils gegenüber dem Gelenkaußenteil in einer Umfangsrichtung zumindest dann verhindert, wenn mindestens eine Kugel im Montagebereich des Kugelgleichlaufverschiebegelenks angeordnet ist.
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Dieser (vierte) Anschlag verhindert insbesondere, dass eine Verdrehung um die Mittelachse von Gelenkaußenteil gegenüber Gelenkinnenteil erfolgen kann, wenn im Montagebereich des Gelenkaußenteils zumindest teilweise auf Stege zwischen den äußeren Kugelbahnen verzichtet wird. Sollten diese Stege im Montagebereich des Gelenkaußenteils auch zumindest teilweise fehlen, bzw. die an den Stegen angeordneten Kugelführungsflächen eine Führung der Kugeln nicht ermöglichen, kann es zu einer Verdrehung des Gelenkaußenteils gegenüber dem Gelenkinnenteil kommen. Eine derartige Verdrehung kann zur Folge haben, dass die Kugeln aus dem Montagebereich des Gelenks nicht ohne weiteres in die äußeren Kugelbahnen des Gelenkaußenteils im Betriebsbereich zurückfinden. In diesem Fall wären ein Verkürzen/ Verlängern des Kugelgleichlaufverschiebegelenks und ein nachfolgendes Verschieben der Kugeln in der axialen Richtung vom Montagebereich zurück in den Betriebsbereich nicht möglich. Aus diesem Grund ist insbesondere zumindest ein (vierter) Anschlag vorgesehen, der eine entsprechende Verdrehung in Umfangsrichtung von Gelenkaußenteil gegenüber Gelenkinnenteil oder auch von Gelenkaußenteil gegenüber dem Käfig verhindert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Kugelgleichlaufverschiebegelenks unterscheidet sich das Gelenkaußenteil im Montagebereich zumindest durch eine der folgenden Eigenschaften von dem Gelenkaußenteil im Betriebsbereich: chemische Zusammensetzung des Grundmaterials, Oberflächenausprägung ((einsatz-)gehärtete Oberfläche, auflegierte Oberfläche, Oberflächenbeschichtung oder ähnliches), Festigkeit, Oberflächengenauigkeit (Bahngenauigkeit, Bahnschrägungswinkeltoleranz, Parallelität der Oberflächen, oder ähnliches), Oberflächenrauheit (mittlere Rauheit Ra, gemittelte Rautiefe Rz).
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Insbesondere können Fertigungskosten für das Gelenkaußenteil dadurch eingespart werden, dass die Anforderungen an den Montagebereich deutlich herabgesetzt werden gegenüber den Anforderungen, die an den Betriebsbereich des Gelenkaußenteils gestellt werden. Diesbezüglich ist besonders vorteilhaft, wenn das Gelenkaußenteil mehrteilig ausgeführt ist, so dass ein erster Teil des Gelenkaußenteils, der den Betriebsbereich umfasst, unabhängig von einem zweiten Teil des Gelenkaußenteils hergestellt werden kann, der den Montagebereich umfasst. Diese Gelenkaußenteile können später durch Verbindungsmittel zu einem einzigen Gelenkaußenteil zusammengebaut werden. Hierfür bieten sich insbesondere stoffschlüssige aber auch kraftschlüssige Verbindungstechniken an. Als stoffschlüssige Verbindungstechniken sind z. B. Schweißen, Löten oder Kleben zu nennen, wobei als kraftschlüssige Verbindungen Schraubverbindungen oder ähnliches anzuführen sind.
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Insbesondere weist das Gelenkinnenteil lediglich einen Betriebsbereich auf, das heißt am Gelenkinnenteil ist kein Montagebereich mit reduziertem Querschnittsprofil ausgebildet (außer dem für die Kugelbahngeometrie vorgesehenen Kugelbahnprofil).
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Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Anordnung mit einem erfindungsgemäßen Kugelgleichlaufverschiebegelenk gerichtet. Die Anordnung weist zumindest eine erste Welle auf, die in Drehmoment übertragender Weise mit dem Gelenkinnenteil verbunden ist, und eine zweite Welle, die in Drehmoment übertragender Weise mit dem Gelenkaußenteil verbunden ist.
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Das Kugelgleichlaufverschiebegelenk dient in einer solchen Anordnung insbesondere dazu, einen axialen Versatz zwischen einer ersten Welle und einer zweiten Welle auszugleichen und dabei Drehmomente von einer ersten Welle hin zu einer zweiten Welle oder umgekehrt zu übertragen. Das Kugelgleichlaufverschiebegelenk ist daher hin zu einer Seite mit der ersten Welle und hin zur gegenüberliegenden zweiten Seite mit der zweiten Welle verbunden. Weiterhin kann insbesondere die erste Welle gegenüber der zweiten Welle abgewinkelt werden, so dass hier ein Abbeugungswinkel zwischen den Mittelachsen des Gelenkaußenteils und des Gelenkinnenteils erzeugt wird.
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Zur Montage einer solchen Anordnung, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, werden erste Welle und zweite Welle in einer axialen Richtung insbesondere zueinander verschoben, so dass die Kugeln in dem erfindungsgemäßen Kugelgleichlaufverschiebegelenk aus dem Betriebsbereich in den Montagebereich verlagert werden. Während dieser Montage und zur Befestigung der Anordnung an weitere Bauteile erfolgt erneut die Streckung der Anordnung, das heißt die erneute Verschiebung der ersten Welle gegenüber der zweiten Welle in einer axialen Richtung. Entsprechend werden die Kugeln vom Montagebereich erneut in den Betriebsbereich überführt. In der endgültigen Einbaulage der Anordnung befinden sich die Kugeln insbesondere im Betriebsbereich des Gelenks.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung ist eine Führung vorgesehen zur Begrenzung des Abbeugungswinkels des Kugelgleichlaufverschiebegelenks. Insbesondere greift die erste Welle zumindest teilweise erst dann in die Führung ein, wenn mindestens eine Kugel im Montagebereich angeordnet ist. Insbesondere ist die erste Welle mit der Führung nicht im Eingriff, wenn sich alle Kugeln im Betriebsbereich des Gelenks befinden.
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Insbesondere wird eine solche Führung durch eine Hülse gebildet, in die die erste Welle sich in einer axialen Richtung hinein erstreckt bzw. in die sie eingeschoben werden kann. Durch diese Führung wird insbesondere der Abbeugungswinkel zwischen erster Welle und zweiter Welle begrenzt. Damit kann die Führung insbesondere als Montagehilfe dienen, da die Auslenkung der ersten Welle gegenüber der zweiten Welle während der Handhabung der Anordnung durch die Führung begrenzt ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist zumindest ein vierter Anschlag vorgesehen, der eine Verdrehung zumindest des Gelenkinnenteils gegenüber dem Gelenkaußenteil in einer Umfangsrichtung zumindest dann verhindert, wenn mindestens eine Kugel im Montagebereich des Kugelgleichlaufverschiebegelenks angeordnet ist. Der vierte Anschlag ist insbesondere zwischen der Führung und der ersten Welle ausgebildet.
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Die Funktion des vierten Anschlags wurde bereits oben im Zusammenhang mit dem Kugelgleichlaufverschiebegelenk beschrieben. Die dortigen Ausführungen gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Anordnung. Insbesondere kann der Anschlag z. B. durch mindestens einen Vorsprung gebildet werden, der an der Führung oder an der ersten Welle ausgebildet ist und der entsprechend in ein Gegenstück an der Führung bzw. an der ersten Welle eingreift, z. B. in eine Nut oder eine Aussparung.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung verhindert die Führung eine Verschiebung der ersten Welle relativ zur zweiten Welle entlang der Mittelachse (in einer axialen Richtung) und entsprechend eine Verschiebung mindestens einer Kugel aus dem Betriebsbereich in den Montagebereich, wenn sich das Kugelgleichlaufverschiebegelenk im abgebeugten Zustand befindet. Insbesondere wird so eine Verschiebung verhindert, wenn ausgehend von einer koaxialen Anordnung der ersten und zweiten Welle ein vorbestimmter Abbeugungswinkel erreicht ist. Dafür ist ein erster Anschlag vorgesehen, der eine Verschiebung der ersten Welle gegenüber der zweiten Welle in der axialen Richtung verhindert. Dieser erste Anschlag ist insbesondere zwischen erster Welle und Führung ausgebildet.
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Insbesondere dient die Führung im Betrieb der Anordnung dazu, dass eine Verkürzung der Anordnung während des Betriebs nicht erfolgen kann. Insbesondere ist die Anordnung im Betrieb im abgebeugten Zustand verbaut, so dass die erste Welle außerhalb der Führung angeordnet ist und ein Ineinanderschieben von erster Welle und Führung infolge der Abbeugung und infolge des ersten Anschlags nicht möglich ist. Durch die Maßnahme wird insbesondere verhindert, dass im Betrieb die Kugeln aus dem Betriebsbereich in den Montagebereich gelangen, so dass zu allen Zeitpunkten gewährleistet ist, dass Drehmomente durch das Gelenk übertragen werden können.
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Es wird weiterhin ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das zumindest ein erfindungsgemäßes Kugelgleichlaufverschiebegelenk und/oder eine erfindungsgemäße Anordnung aufweist.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch dargestellt sind. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Gegenstände. Es zeigen:
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1: ein Kugelgleichlaufverschiebegelenk im Längsschnitt,
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2: das Kugelgleichlaufverschiebegelenk aus 1 im Querschnitt,
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3: einen Betriebsbereich eines Gelenkaußenteils im Querschnitt,
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4: das Gelenkaußenteil gemäß 3 im Längsschnitt,
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5: einen Montagebereich eines Gelenkaußenteils im Querschnitt,
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6: das Gelenkaußenteil gemäß 5 im Längsschnitt,
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7: ein Kugelgleichlaufverschiebegelenk mit Kugeln angeordnet im Betriebsbereich,
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8: ein Kugelgleichlaufverschiebegelenk mit Kugeln angeordnet im Übergangsbereich,
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9: ein Kugelgleichlaufverschiebegelenk mit Kugeln angeordnet im Montagebereich,
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10: ein Kugelgleichlaufverschiebegelenk im maximal verkürzten Zustand,
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11: ein Kraftfahrzeug mit einer Anordnung,
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12: eine Anordnung mit Kugelgleichlaufverschiebegelenk,
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13: einen Ausschnitt I aus 12, und
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14: eine Anordnung im verkürzten Zustand.
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In den Figuren werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen verwendet. Daher sind die Erläuterungen zu einem Element zu einer Figur auch auf andere Figuren übertragbar. Zudem sei darauf hingewiesen, dass die gezeigten Merkmalskombinationen in den Figuren nicht zwingend zusammengehörig sind, sondern vielmehr ohne expliziten Hinweis hier und/oder durch technische Offensichtlichkeit vorgegeben, auch Merkmale untereinander austauschbar bzw. ergänzbar sind.
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1 zeigt ein Kugelgleichlaufverschiebegelenk 1 mit Gelenkaußenteil 2 und Gelenkinnenteil 4. Zwischen Gelenkaußenteil 2 und Gelenkinnenteil 4 ist ein Käfig 7 mit Kugeln 6 angeordnet. Die Kugeln 6 sind in Käfigfenstern 8 des Käfigs 7 angeordnet. Die Kugeln 6 bewegen sich im Gelenkaußenteil 2 entlang der äußeren Kugelbahn 3 und auf dem Gelenkinnenteil 4 entlang der inneren Kugelbahnen 5. Das Gelenkaußenteil 2 weist einen Betriebsbereich 9 und einen Montagebereich 10 auf. Diese sind in einer axialen Richtung 32 entlang der Mittelachse 11 des Kugelgleichlaufverschiebegelenks 1 hintereinander angeordnet. Der Betriebsbereich 9 und der Montagebereich 10 weisen jeweils eine (ggf. unterschiedliche) Länge 35 in der axialen Richtung 32 auf. Insbesondere umfasst diese Länge mindestens ein Viertel des Durchmessers 36 der Kugeln 6. Zwischen dem Betriebsbereich 9 und dem Montagebereich 10 kann ein Übergangsbereich 37 angeordnet sein, der einen stetigen Übergang vom ersten Querschnittsprofil 12 des Betriebsbereichs 9 zum zweiten Querschnittsprofil 13 des Montagebereichs 10 gewährleistet. Insbesondere kann auf diesen Übergangsbereich 37 auch verzichtet werden, so dass das erste Querschnittsprofil 12 unmittelbar an das zweite Querschnittsprofil 13 in der axialen Richtung 32 anschließt.
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2 zeigt das Kugelgleichlaufverschiebegelenk 1 gemäß 1 im Querschnitt. Das Gelenkaußenteil 2 weist entlang einer Umfangsrichtung 17 abwechselnd Stege 27 und äußere Kugelbahnen 3 auf. In diesen äußeren Kugelbahnen 3 sind Kugeln 6 geführt. Die Kugeln 6 werden weiterhin am Gelenkinnenteil 4 durch innere Kugelbahnen 5 geführt und sind in Käfigfenstern 8 des Käfigs 7 angeordnet. Die Kugeln 6 werden in Umfangsrichtung 17 (und ggf. in der axialen Richtung 32) durch Kugelführungsflächen 14 an den Stegen 27 geführt.
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3 zeigt ein Gelenkaußenteil 2 des Kugelgleichlaufverschiebegelenks 1, wobei hier der Betriebsbereich 9 des Gelenkaußenteils 2 im Querschnitt dargestellt ist. In dem Betriebsbereich 9 sind entlang der Umfangsrichtung 17 abwechselnd Stege 27 und äußere Kugelbahnen 3 angeordnet, die ein erstes Querschnittsprofil 12 an der Innenumfangsfläche 18 des Gelenkaußenteils 2 bilden. An den Stegen 27 sind Kugelführungsflächen 14 ausgebildet, durch die die Kugeln (hier nicht dargestellt) eine Führung zumindest in Umfangsrichtung 17 erfahren. Die Stege 27 erstrecken sich ausgehend von einem Kugelbahngrund 33 in einer radialen Richtung 34 hin zur Mittelachse 11 und weisen in dieser radialen Richtung 34 eine erste Höhe 15 auf. Das Gelenkaußenteil 2 liegt hier als ein erstes Teil 19 vor, das von einem Gelenkaußenteil 2, das einen Montagebereich 10 (hier nicht gezeigt) umfasst, getrennt vorliegt.
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Jeder Punkt des ersten Querschnittsprofils 12 weist einen ersten Abstand 28 zur Mittelachse 11 auf. Über alle erste Abstände 28 gemittelt ist insbesondere der erste Abstand 28 kleiner als der gemittelte zweite Abstand 29 im Montagebereich (hier nicht gezeigt).
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4 zeigt das Gelenkaußenteil 2 gemäß 3 im Längsschnitt. Das Gelenkaußenteil 2 weist an seiner Innenumfangsfläche 18 ein erstes Querschnittsprofil 12 auf, das in Umfangsrichtung 17 durch Stege 27 und äußere Kugelbahnen 3 gebildet wird.
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5 zeigt ein Gelenkaußenteil 2 mit einem Montagebereich 10 im Querschnitt. Dieses Gelenkaußenteil 2 ist als zweites Teil 20 ausgeführt, das getrennt von einem Gelenkaußenteil 2 mit einem Betriebsbereich 9 (hier nicht gezeigt) vorliegt. Das Gelenkaußenteil 2 weist ein gegenüber dem ersten Querschnittsprofil 12 (hier nicht gezeigt) reduziertes zweites Querschnittsprofil 13 an der Innenumfangsfläche 18 auf, bei dem auf einzelne Stege 27 zwischen äußeren Kugelbahnen 3 verzichtet wurde und bei denen die Stege 27 niedriger ausgeführt sind als im Betriebsbereich 9 (vergleiche 3). Entsprechend wurden hier äußere Kugelbahnen 3 zu einer gemeinsamen äußeren Kugelbahn 3 zusammengefasst. An den Stegen 27 sind wie im Betriebsbereich 9 auch hier im Montagebereich 10 Kugelführungsflächen 14 ausgebildet. Die Stege 27 erstrecken sich ausgehend von einem Kugelbahngrund 33 in der radialen Richtung 34 hin zur Mittelachse 11 über eine zweite Höhe 16. Die zweite Höhe 16 ist insbesondere kleiner als die erste Höhe 15, so dass entsprechend auch reduzierte Kugelführungsflächen 14 vorliegen. Im Montagebereich 10 werden insbesondere geringere Drehmomente in Umfangsrichtung 17 übertragen als im Betriebsbereich 9.
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Jeder Punkt des zweiten Querschnittsprofils 13 weist einen zweiten Abstand 29 zur Mittelachse 11 auf. Über alle zweite Abstände 29 gemittelt ist der zweite Abstand 29 größer als der gemittelte erste Abstand 28.
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6 zeigt das Gelenkaußenteil 2 gemäß 5 im Längsschnitt. Das Gelenkaußenteil 2 weist eine Innenumfangsfläche 18 auf, die in Umfangsrichtung 17 abwechselnd Stege 27 und äußere Kugelbahnen 3 aufweist. Das zweite Querschnittsprofil 13 ist gegenüber dem ersten Querschnittsprofil 12 reduziert ausgeführt, so dass insbesondere Material am Gelenkaußenteil 2 mit dem Montagebereich 10 eingespart werden kann gegenüber dem Gelenkaußenteil 2 mit Betriebsbereich 9.
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7 zeigt ein Kugelgleichlaufverschiebegelenk 1, wobei sich die Kugeln 6 im Betriebsbereich 9 des Gelenkaußenteils 2 befinden. Das Gelenkaußenteil 2 weist einen ersten Teil 19 mit einem Betriebsbereich 9 und einen zweiten Teil 20 mit einem Montagebereich 10 auf. Im Gelenkaußenteil 2 werden die Kugeln 6 in äußeren Kugelbahnen 3 geführt. Zwischen Gelenkaußenteil 2 und Gelenkinnenteil 4 sind Kugeln 6 in Käfigfenstern 8 eines Käfigs 7 angeordnet. Gelenkaußenteil 2 und Gelenkinnenteil 4 sind koaxial zueinander angeordnet, so dass sie eine gemeinsame Mittelachse 11 aufweisen.
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8 zeigt ein Kugelgleichlaufverschiebegelenk 1, bei dem die Kugeln 6 sich in einem Übergangsbereich 37 zwischen Montagebereich 10 und Betriebsbereich 9 befinden. Dieser Übergangsbereich 37 ist insbesondere ein nicht stetiger Übergang, so dass sich in der axialen Richtung 32 der Betriebsbereich 9 und der Montagebereich 10 unmittelbar aneinander anschließen. Der Käfig 7 wird, wie hier dargestellt, durch das Gelenkinnenteil 4 in der axialen Richtung 32 geführt, so dass durch Bewegung des Gelenkinnenteils 4 in der axialen Richtung 32 die Kugeln 6 mit dem Käfig 7 gegenüber dem Gelenkaußenteil 2 verschoben werden.
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Das Gelenkinnenteil 4 ist auf einer ersten Welle 24 angeordnet, die in einer Umfangsrichtung 17 um die Mittelachse 11 drehbar ist. Das Gelenkaußenteil 2 ist mit einer zweiten Welle 25 verbunden.
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Weiterhin ist eine Führung 26 vorgesehen, die mit dem Gelenkaußenteil 2 bzw. mit der zweiten Welle 25 verbunden ist.
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In gestrichelter Darstellung ist die Abbeugung der ersten Welle 24 gegenüber der zweiten Welle 25 um einen Abbeugungswinkel 30 angedeutet. Ein Ineinanderschieben der ersten Welle 24 in die Führung 26 ist wie dargestellt nur bei koaxialer Anordnung von erster Welle 24 und zweiter Welle 25 entlang der Mittelachse 11 möglich. Bei der dargestellten Abbeugung der ersten Welle 24 gegenüber der zweiten Welle 25 bildet die Führung 26 einen ersten Anschlag 22, durch den ein Verschieben der ersten Welle 24 gegenüber der zweiten Welle 25 in axialer Richtung 32 verhindert wird. Entsprechend ist im abgebeugten Zustand ein Verlagern der Kugeln 6 aus dem Betriebsbereich 9 in den Montagebereich 10 nicht möglich.
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9 zeigt ein Kugelgleichlaufverschiebegelenk 1, wobei die Kugeln 6 nun im Montagebereich 10 des Gelenkaußenteils 2 angeordnet sind. Die erste Welle 24 ist in die Führung 26 teilweise eingeschoben. In diesem Zustand ist eine Abbeugung der ersten Welle 24 gegenüber der zweiten Welle 25 nicht möglich.
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Im Betriebsbereich 9 des Gelenkaußenteils 2 ist erkennbar, dass die äußeren Kugelbahnen 3 einen Bahnschrägungswinkel 21 gegenüber der Mittelachse 11 aufweisen. Dieser Bahnschrägungswinkel 21 dient dazu, dass die Kugeln 6 durch die äußeren Kugelbahnen 3 bzw. auch durch die inneren Kugelbahnen 5 eine Führung in der axialen Richtung 32 erfahren, so dass die Lage der Kugeln 6 bei Abbeugung des Kugelgleichlaufverschiebegelenks 1 bestimmt ist.
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10 zeigt ein Kugelgleichlaufverschiebegelenk 1, bei dem die erste Welle 24 vollständig in die Führung 26 eingeschoben ist, so dass das Kugelgleichlaufverschiebegelenk 1 maximal verkürzt ist. Es ist erkennbar, dass die Kugeln 6 in der axialen Richtung 32 an einem Ende des Montagebereichs 10 angeordnet sind. Insbesondere durch einen zweiten Anschlag 38, z. B. zwischen Käfig 7 und Gelenkinnenteil 4, wird bei einem Einschieben des Gelenkinnenteils 4 in das Gelenkaußenteil 2 der Käfig 7 und damit die Kugeln 6 mitbewegt. Die maximale Verschiebung der ersten Welle 24 gegenüber der zweiten Welle 25 wird dadurch begrenzt, dass die Kugeln 6 am weiteren Verschieben in der axialen Richtung 32 ihrerseits durch einen dritten Anschlag 39 gehindert werden. Andererseits kann diese maximale Verkürzung auch oder zusätzlich durch die Führung 26 begrenzt werden, die entsprechend einen Endanschlag 40 gegenüber der ersten Welle 24 bildet.
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11 zeigt ein Kraftfahrzeug 31 mit einer Anordnung 23. Die Anordnung 23 weist eine erste Welle 24 und eine zweite Welle 25 auf sowie ein Kugelgleichlaufverschiebegelenk 1. Das Kugelgleichlaufverschiebegelenk 1 umfasst ein Gelenkaußenteil 2 mit einem Montagebereich 10 und einem Betriebsbereich 9.
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12 zeigt eine Anordnung 23 mit zweiter Welle 25, erster Welle 24 und einem Kugelgleichlaufverschiebegelenk 1 mit Gelenkaußenteil 2 und Montagebereich 10 sowie Betriebsbereich 9. Eine Führung 26 ist vorgesehen, in die die erste Welle 24 bei koaxialer Anordnung zwischen erster Welle 24 und zweiter Welle 25 eingeschoben werden kann. Hier ist ein Ausschnitt I gekennzeichnet, der in 13 näher beschrieben wird.
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13 zeigt einen Ausschnitt I aus 12, wobei hier das Kugelgleichlaufverschiebegelenk 1 mit erster Welle 24 und zweiter Welle 25 vergrößert dargestellt ist. Die Kugeln 6 (hier nicht sichtbar) befinden sich im Montagebereich 10 des Gelenkaußenteils 2. Die erste Welle 24 ist teilweise in die Führung 26 eingeschoben. Zwischen Führung 26 und erster Welle 24 ist ein in Umfangsrichtung 17 wirkender vierter Anschlag 41 ausgebildet, so dass eine Verdrehung der ersten Welle 24 und des Gelenkinnenteils 4 und damit auch der Kugeln 6 und des Käfigs 7 gegenüber dem Gelenkaußenteil 2 und der zweiten Welle 25 um die Mittelachse 11 verhindert wird.
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14 zeigt die Anordnung 23 in der maximal verkürzten Position. Das heißt hier, dass die erste Welle 24 gegenüber der zweiten Welle 25 in der axialen Richtung 32 maximal verschoben ist. Die erste Welle 24 erstreckt sich in die Führung 26. Die Kugeln 6 sind nun im Montagebereich 10 des Gelenkaußenteils 2 angeordnet. Eine Abbeugung der ersten Welle 24 gegenüber der zweiten Welle 25 ist in diesem Zustand durch die Führung 26 zumindest eingeschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kugelgleichlaufverschiebegelenk
- 2
- Gelenkaußenteil
- 3
- äußere Kugelbahn
- 4
- Gelenkinnenteil
- 5
- innere Kugelbahn
- 6
- Kugel
- 7
- Käfig
- 8
- Käfigfenster
- 9
- Betriebsbereich
- 10
- Montagebereich
- 11
- Mittelachse
- 12
- erstes Querschnittsprofil
- 13
- zweites Querschnittsprofil
- 14
- Kugelführungsfläche
- 15
- erste Höhe
- 16
- zweite Höhe
- 17
- Umfangsrichtung
- 18
- Innenumfangsfläche
- 19
- erster Teil
- 20
- zweiter Teil
- 21
- Bahnschrägungswinkel
- 22
- Erster Anschlag
- 23
- Anordnung
- 24
- erste Welle
- 25
- zweite Welle
- 26
- Führung
- 27
- Steg
- 28
- Erster Abstand
- 29
- Zweiter Abstand
- 30
- Abbeugungswinkel
- 31
- Kraftfahrzeug
- 32
- Axiale Richtung
- 33
- Kugelbahngrund
- 34
- Radiale Richtung
- 35
- Länge
- 36
- Durchmesser
- 37
- Übergangsbereich
- 38
- Zweiter Anschlag
- 39
- Dritter Anschlag
- 40
- Endanschlag
- 41
- Vierter Anschlag