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DE60306436T2 - Gleichlaufdrehgelenkkupplung - Google Patents

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DE60306436T2
DE60306436T2 DE60306436T DE60306436T DE60306436T2 DE 60306436 T2 DE60306436 T2 DE 60306436T2 DE 60306436 T DE60306436 T DE 60306436T DE 60306436 T DE60306436 T DE 60306436T DE 60306436 T2 DE60306436 T2 DE 60306436T2
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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung bezieht sich auf Gleichlaufgelenkkupplungen.
  • 2. Verwandte Technik
  • Gleichlaufgelenke werden verwendet, um ein Drehmoment über einen Winkel zu übertragen, während das Gleichlaufverhältnis zwischen einem antreibenden und angetriebenen Wellenelement des Gelenks unter allen Winkeln beibehalten wird. Ein typisches Gleichlaufgelenk umfasst ein äußeres Gelenkelement, das mit einer zum Teil sphärischen Innenfläche und einer Reihe von Kugelrillen ausgebildet ist, ein inneres Gelenkelement, das mit einer zum Teil sphärischen Außenfläche und einer Reihe komplementärer Kugelrillen ausgebildet ist, die mit den Rillen des äußeren Gelenkelements ausgerichtet sind, mehrere Drehmomente übertragende Kugeln, die in den ausgerichteten Rillen aufgenommen sind, und einen Kugelkäfig, der zwischen dem inneren und äußeren Gelenkelement angeordnet ist und zum Teil sphärische Oberflächen in Kontakt mit jenen der inneren und äußeren Gelenkelemente für eine Gelenkverbindung und Fassung der Kugel innerhalb der Rillen aufweist.
  • Die Baugruppengröße eines Gleichlaufgelenks hängt zum Teil von dem Winkel ab, der in den Stapelabmessungen der Komponententeile, nämlich des inneren Gelenkteils, des äußeren Gelenkteils und des dazwischen liegenden Kugelkäfigs, erreicht werden soll. Das Reduzieren der Dicke irgendeiner oder mehrerer dieser Komponenten kann die Festigkeit oder In tegrität des Gelenks beeinträchtigen, und folglich gibt es eine Grenze diesbezüglich, wie klein das herkömmliche Gleichlaufgelenk ausgebildet werden kann, ohne dessen Festigkeit zu beeinträchtigen oder Umfang einer Gelenkbewegung zu reduzieren.
  • Die US-Patente Nr. 5,201,107 und 5,230,659 offenbaren Gleichlaufgelenke, bei denen der herkömmliche Käfig eliminiert wurde und die Kugeln durch einen Halter innerhalb des äußeren Gelenkelements in den Rillen gehalten werden. Beide Gelenke haben einen ziemlich komplexen Aufbau, der eine spezielle maschinelle Bearbeitung und spezielle Komponententeile sowie spezielle Einbautechniken erfordert, um die Teile zusammenzubauen. Der Kugelhalter des US-Patents Nr. 5,201,107 wird vom äußeren Gelenkelement entlang der Krümmungslinie schwenkbar abgestützt, die derjenigen der Kontaktflächen zwischen dem inneren und äußeren Gelenkelement entspricht, was zu einem ziemlich großen Baugruppenformat in sowohl der radialen als auch axialen Richtung führt.
  • Andere Referenzen nach dem Stand der Technik, die dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechen, sind US-A-1985278, US-A-4459122, FR-A-773714 und US-A-4950206.
  • Eine Gleichlaufgelenkanordnung gemäß der Erfindung umfasst:
    ein äußeres Gelenkelement;
    ein inneres Gelenkelement, das zumindest teilweise innerhalb des äußeren Gelenkelements angeordnet ist;
    wobei das äußere und innere Gelenkelement aneinander stoßende Kontaktflächen aufweisen, die das innere und äußere Gelenkelement für eine relative Schwenkbewegung um einen festen Mittelpunkt des inneren und äußeren Gelenkelements abstützen;
    wobei das äußere und innere Gelenkelement mehrere, in Umfangsrichtung beabstandete Kugelrillen aufweisen, die in den Kontaktflächen ausgebildet sind;
    mehrere Drehmomente übertragende Kugeln, die in den Kugelrillen angeordnet sind; und
    einen Kugelhalter, der innerhalb des äußeren Gelenkelements angeordnet ist, wobei der Kugelhalter einen inneren Sitzabschnitt und einen an einer Kugel angreifenden Abschnitt aufweist, der an den Kugeln angreift, wobei das innere Gelenkelement einen Endabschnitt aufweist, der an dem inneren Sitzabschnitt des Kugelhalters angreift und den Kugelhalter für eine relative Schwenkbewegung um einen mit dem festen Mittelpunkt gemeinsamen Schwenkungspunkt abstützt;
    wobei der Kugelhalter auch eine äußere konvexe Oberfläche mit einer Krümmungsmitte aufweist, die mit dem festen Mittelpunkt zusammenfällt;
    und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelrillen in Richtung auf ein Ende des äußeren Gelenkelements divergieren und die äußere konvexe Oberfläche näher zum festen Mittelpunkt als die Kontaktflächen des äußeren und inneren Gelenkelements beabstandet ist.
  • Die Erfindung hat den Vorteil, dass sie den Aufbau und Zusammenbau von Gleichlaufgelenken mit festem Mittelpunkt vereinfacht. Der Kugelhalter ist auf solch eine Weise konstruiert und abgestützt, dass er verglichen mit Gleichlaufgelenken nach dem Stand der Technik mit und ohne den gewöhnlichen Kugelkäfig ein in Länge und Durchmesser insgesamt kompaktes Gleichlaufgelenk liefert.
  • Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass sie ein inneres Gelenkelement vorsieht, welches in der Umgebung der Mitte des Gelenks durchweg massiv ist und den Kugelhalter während einer Schwenkbewegung direkt abstützt, was dem Gelenk unter Last Festigkeit und Integrität verleiht.
  • Die Zeichnungen
  • Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leichter eingesehen, wenn sie in Verbindung mit der folgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen betrachtet wird, wobei
  • 1 eine fragmentarische Schnittansicht einer gemäß einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung konstruierten Gelenkanordnung ist;
  • 2 eine Ansicht wie 1 ist, die aber das Gelenk unter einem Winkel zeigt;
  • 3 eine vergrößerte fragmentarische Schnittansicht des Gelenks von 1 ist;
  • 4 eine Querschnittansicht ist, die im Wesentlichen entlang Linien 4-4 von 1 gelegt ist; und
  • 5 eine Ansicht wie in 4, aber von einer alternativen Gelenkkonstruktion ist.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Eine gemäß einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung konstruierte Gleichlaufgelenkanordnung ist in 1 und 2 als Gan zes mit 10 dargestellt und umfasst ein äußeres Gelenkelement 12, ein inneres Gelenkelement 14, mehrere Drehmomente übertragende Kugeln 16 und einen Kugelhalter 18.
  • Das äußere Gelenkelement 12 umfasst ein äußeres Gelenkgehäuse 20, das im Wesentlichen becherförmig ist, mit einem offenen Ende 22 und einem axial gegenüberliegenden geschlossenen Ende 24. Eine Welle 26 geht vom geschlossenen Ende 24 entlang einer Achse 28 des äußeren Gelenkelements 12 aus. Das Gehäuse kann eine separate Struktur von der Welle 26 aufweisen, die z.B. durch Verschweißen, Verschrauben, Schraubgewinde, Nageln etc. damit verbunden ist, um einen Einbau des inneren Gelenkelements 14 innerhalb des äußeren Gelenkelements 12 zu erleichtern.
  • Das innere Gelenkelement 14 ist zumindest teilweise innerhalb des äußeren Gelenkelements 12 angeordnet. Das innere Gelenkelement 14 umfasst einen vergrößerten bzw. erweiterten Gelenkkopf oder Gelenkabschnitt 30, der an einem Ende einer Welle 32 des inneren Gelenkelements 14 getragen wird, die sich entlang einer Achse 34 des inneren Gelenkelements 14 erstreckt. Der Gelenkkopf 30 ist innerhalb des äußeren Gelenkgehäuses 20 aufgenommen. Das äußere Gelenkgehäuse 20 und der Gelenkkopf 30 bieten gegenseitige Kontaktflächen 36, 38 dar, die so ausgebildet sind, dass sie direkt aneinander angreifen bzw. anliegen und das äußere und innere Gelenkelement 12, 14 für eine Gelenk- oder Schwenkbewegung um einen festen Mittelpunkt 40 der Gelenkanordnung 10 abstützen, was ermöglicht, dass die Gelenkelemente 12, 14 in alle Richtungen um den Mittelpunkt 40 schwenken bzw. drehen. Die Kontaktflächen 36, 38 sind vorzugsweise, nicht aber notwendigerweise, teilweise sphärisch. Wie in 1 und 2 am besten dargestellt ist, ist die Kontaktfläche 36 des äußeren Gelenkelements 12 dem offenen Ende 22 benachbart teilweise sphärisch und geht dem geschlossenen Ende 24 benachbart an einem Punkt in einer zur Achse 78 senkrechten und durch die Gelenkmitte 40 durchgehenden Ebene P über in eine lineare Sektion 42, die zur Achse 28 des äußeren Gelenkelements 12 parallel ist.
  • Die Kontaktfläche 38 auf dem inneren Gelenkelement 14 ist vorzugsweise zum Teil sphärisch und hat einen geringfügig kleineren Durchmesser als der Durchmesser der linearen Sektion 42. Die Kontaktfläche 36, die dem offenen Ende 22 benachbart ist, endet am offenen Ende 22 in einem Durchmesser, der geringfügig kleiner als der Durchmesser der Kontaktfläche 38 ist, um so das innere Gelenkelement 14 gegen Entnahme aus dem äußeren Gelenkelement 12 axial weg vom geschlossenen Ende 24 zu sichern.
  • Das äußere und innere Gelenkelement 12, 14 sind mit mehreren, in Umfangrichtung beabstandeten Kugelrillen 44 ausgebildet, die in die Kontaktflächen 36, 38 verlaufen und in Richtung auf das geschlossene Ende 24 des äußeren Gelenkelements 12 divergieren. Die Kugelrillen 44 sind jeweils durch gegenüberliegende Kugelrillenflächen ausgebildet, die in dem äußeren und inneren Gelenkelement 12, 14 ausgebildet sind. Wie in 1 am besten dargestellt ist, hat die Kugelrillenfläche 46 des äußeren Gelenkelements 12 eine Krümmungsmitte B, die gegen den Mittelpunkt 40 der Gelenkanordnung 10 um eine feste axiale Distanz entlang der Achse 28 axial versetzt ist. Die Kugelrillenfläche 48 des inneren Gelenkelements 14 ist von der äußeren Kugelgelenkfläche 46 radial einwärts beabstandet und hat eine Krümmungsmitte A, die vom Mittelpunkt 40 um eine Distanz gleich dem Abstand des Mittelpunkts B, aber in der axial gegenüberliegenden Seite des Mittelpunkts 40 entlang der Achse 34 axial beabstandet ist. Diese Versetzung der inneren und äußeren Kugelrillenmitten in Bezug auf den Mittelpunkt 40 und einwärts gerichtete Divergenz der Kugelrillenflächen 46, 48 drückt die Kugeln 16 eher in Richtung auf das geschlosse ne Ende 24 des äußeren Gelenkelements 12. Die Kugeln 16 werden durch den Kugelhalter 18, der die Kugeln 16 in einer gemeinsamen Kugelebene C abstützt, die unter allen Gelenkwinkeln durch den Mittelpunkt 40 durchgeht, wie in 1 und 2 veranschaulicht ist, in den Kugelrillen 44 an Ort und Stelle gehalten.
  • Der Kugelhalter 18 weist einen zentralen Rumpfabschnitt 50 mit einem inneren Sitzabschnitt 52 auf, der an einem Endabschnitt 54 des inneren Gelenkelements 14 anliegt, um den Kugelhalter 18 für eine Schwenkbewegung in Bezug auf das äußere und innere Gelenkelement 12, 14 um einen mit dem Mittelpunkt 40 der Gelenkanordnung 10 gemeinsamen Schwenkungspunkt abzustützen. Der innere Sitzabschnitt 52 hat eine konkave Krümmung und eine Krümmungsmitte beim Mittelpunkt 40. Der Endabschnitt 54 hat vorzugsweise die Form eines teilweise sphärischen Vorsprungs, der über Kugelrillenflächen 48 axial hinaus verläuft, und hat eine Krümmungsmitte beim Mittelpunkt 40. Wie in 1 und 2 am besten dargestellt ist, ist aus Gründen der Festigkeit und Haltbarkeit das innere Gelenkelement 14 in der Sektion beim Mittelpunkt 40 und durch den Endabschnitt 54 massiv.
  • Der zentrale Rumpf 50 des Kugelhalters 18 hat eine äußere konvexe Oberfläche 56 mit einer Krümmungsmitte beim Mittelpunkt 40, ist aber vom Mittelpunkt 40 weiter beabstandet wie diejenige des inneren Sitzabschnitts 52. Die äußere konvexe Oberfläche 56 liegt an einem konkaven Haltersitz 58 an, der durch das äußere Gelenkelement 12 abgestützt wird. Der konkave Haltersitz 58 hat vorzugsweise eine mit dem Mittelpunkt 40 des Gelenks 10 gemeinsame Krümmungsmitte. Der konkave Haltersitz 58 ist in Bezug auf das äußere Gelenkelement 12 entlang der Achse 28 axial bewegbar. Der konkave Haltersitz 58 ist auf dem Ende eines Plungerkolbens 60 ausgebildet, der in einer axialen Bohrung 62 des äußeren Ge lenkelements 12 entlang der Achse 28 aufgenommen ist. Eine Feder 64 ist in der Bohrung 62 angeordnet und wirkt auf den Plungerkolben 60 ein, um den Plungerkolben 60 entlang der Achse 28 ständig in Richtung auf den Mittelpunkt 40 zu drängen. Eine solche konstante Kraft wirkt dahingehend, den konkaven Haltersitz 58 beständig gegen die äußere konvexe Oberfläche 56 des Kugelhalters 18 vorzuspannen und ferner den inneren Sitzabschnitt 52 beständig gegen den Endabschnitt 54 des inneren Gelenkelements 14 unter allen Gelenkwinkeln vorzuspannen.
  • Der Kugelhalter 18 weist mehrere Finger auf, die vom zentralen Rumpfabschnitt 58 radial nach außen verlaufen und mit den Kugelrillen 44 radial ausgerichtet sind. Die Anzahl der Finger 66 entspricht der Anzahl von Kugelrillen 44. Die Finger 66 verlaufen nach oben in jede Kugelrille 44 und enden an Enden 68, die die Kugeln 16 berühren. Die Finger 66 sind ständig axial in Richtung auf das äußere Ende 22 des äußeren Gelenkelements 12 vorgespannt und drängen folglich ständig die Kugeln 16 axial in Richtung auf das offene Ende 22, wodurch die Kugeln 16 bei allen Winkeln des Gelenks innerhalb ihrer jeweiligen Kugelrillen 44 gehalten werden. Die Finger 66 sind als ein Stück mit dem zentralen Rumpf 50 ausgebildet und elastisch nachgiebig, um die konstante Vorspannkraft auf die Kugeln 16 aufrechtzuerhalten. Der zentrale Rumpf 50 und die Finger 66 können aus Metall oder Kunststoffmaterial geschaffen sein, wie z.B. einer Metallpressteil mit mehreren radialen Federarmen, die als die Finger 66 dienen. Der Plungerkolben 60 kann gleichermaßen aus Metall oder Kunststoffmaterial gefertigt sein.
  • Die Welle 32 des inneren Gelenkelements 14 hat eine Oberfläche mit einem Außendurchmesser, die einem erweiterten Gelenkabschnitt des inneren Gelenkelements 14 benachbart ist, worin die Kugelrillenflächen 48 ausgebildet sind. Die Kugelrillenflächen 48 verlaufen einwärts des erwei terten Gelenkabschnitts 30 über die Oberfläche des äußeren Durchmessers der Welle 32 hinaus.
  • Über den Mittelpunkt 40 erstreckt sich axial außerhalb des äußeren Gelenkelements 12 kein Teil des Kugelhalters 18.
  • 4 ist eine Querschnittansicht des Gelenks der 1 und 2, die entlang der Kugelmittelebene C gelegt wurde. Man erkennt, dass es eine gerade Anzahl von Kugeln, nämlich sechs dargestellte, gibt. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform der Gelenkanordnung, in der eine ungerade Anzahl von Kugeln 16 und Kugelrillen 44', nämlich drei dargestellte, vorliegen. Die gleichen Bezugsziffern werden in 5 verwendet, um gleiche Merkmale zu bezeichnen, sind aber apostrophiert. Die Erfindung berücksichtigt folglich eine ungerade und gerade Anzahl von Kugeln eines beliebigen Vielfachen, wobei mindestens drei Kugeln erforderlich sind und das Maximum durch den verfügbaren Raum und die erforderliche Festigkeit des Gelenks bestimmt sind. Bevorzugt wird ein Bereich von 3–8 Kugeln.

Claims (12)

  1. Gleichlaufgelenkanordnung (10), mit: einem äußeren Gelenkelement (12); einem inneren Gelenkelement (14), das zumindest teilweise innerhalb des äußeren Gelenkelements (12) angeordnet ist; wobei das äußere und innere Gelenkelement (12, 14) aneinander stoßende Kontaktflächen (36, 38) aufweisen, die das innere und äußere Gelenkelement (12, 14) für eine relative Schwenkbewegung um einen festen Mittelpunkt (40) des inneren und äußeren Gelenkelements (12, 14) abstützen; wobei das äußere und innere Gelenkelement (12, 14) mehrere, in Umfangsrichtung beabstandete Kugelrillen (44) aufweisen, die in den Kontaktflächen ausgebildet sind; mehreren Drehmomente übertragenden Kugeln (16), die in den Kugelrillen (44) angeordnet sind; und einem Kugelhalter (18), der innerhalb des äußeren Gelenkelements (12) angeordnet ist, wobei der Kugelhalter (18) einen inneren Sitzabschnitt (52) und einen an Kugeln angreifenden Abschnitt aufweist, der an den Kugeln (16) angreift, wobei das innere Gelenkelement (14) einen Endabschnitt aufweist, der am inneren Sitzabschnitt (52) des Kugelhalters (18) angreift und den Kugelhalter (18) für eine relative Schwenkbewegung um einen mit dem festen Mittelpunkt (40) gemeinsamen Schwenkungspunkt abstützt; wobei der Kugelhalter (18) auch eine äußere konvexe Oberfläche (56) mit einer Krümmungsmitte aufweist, die mit dem festen Mittelpunkt (40) zusammenfällt; dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelrillen (44) in Richtung auf ein Ende des äußeren Gelenkelements (12) divergieren und die äußere konvexe Oberfläche (56) näher zum festen Mittelpunkt (40) als die Kontaktflächen (36, 38) des äußeren und inneren Gelenkelements (12, 14) beabstandet ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, mit einem konkaven Haltersitz (58), der durch das äußere Gelenkelement (12) abgestützt wird und an der äußeren konvexen Oberfläche (56) des Kugelhalters (18) angreift.
  3. Anordnung nach Anspruch 2, wobei der konkave Haltersitz (58) eine Krümmungsmitte aufweist, die mit dem festen Mittelpunkt (40) zusammenfällt.
  4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der konkave Haltersitz (58) in Bezug auf das äußere Gelenkelement (12) axial bewegbar ist.
  5. Anordnung nach Anspruch 4, mit einer Feder (64), die den konkaven Haltersitz (58) vom äußeren Gelenkelement (12) weg axial vorspannt.
  6. Anordnung nach Anspruch 5, wobei das äußere Gelenkelement eine axiale Bohrung (62) enthält, in der die Feder (64) angeordnet ist, und der konkave Haltersitz an einem äußeren freien Ende eines in der Bohrung (62) angeordneten Plungerkolbens (60) ausgebildet ist.
  7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der innere Sitzabschnitt (52) und der an Kugeln angreifende Abschnitt des Kugelhalters (18) aus einem einzigen Materialstück hergestellt sind.
  8. Anordnung nach Anspruch 7, wobei der Kugelhalter (18) einen zentralen Körper (50) aufweist, der mit dem inneren Sitzabschnitt (52) ausgebildet ist, und der an Kugeln angreifende Abschnitt mehrere Finger (66) aufweist, die vom zentralen Körper (60) in die Kugelrillen (44) laufen.
  9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der innere Sitzabschnitt (52) eine zum Teil sphärische Ausnehmung in dem Kugelhalter (18) aufweist.
  10. Anordnung nach Anspruch 9, wobei der Endabschnitt des inneren Gelenkelements (14) eine zum Teil sphärische Form hat.
  11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das innere Gelenkelement (14) eine Welle (26) und einen vergrößerten Gelenkabschnitt (30) auf einem Ende der Welle (26) aufweist, der mit einem Abschnitt der Kugelrillen (44) ausgebildet ist, die radial einwärts von einer Aussendurchmesserfläche der Welle (26) dem vergrößerten Endabschnitt (30) benachbart verlaufen.
  12. Anordnung nach Anspruch 11, wobei der vergrößerte Gelenkabschnitt des inneren Gelenkelements (14) über die Kugelrillen (44) des inneren Gelenkelements (14) hinaus axial vorsteht.
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