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Die
Erfindung betrifft ein Gleichlaufgelenk umfassend ein Gelenkaußenteil
mit umfangsverteilten längsverlaufenden äußeren Kugelbahnen,
ein Gelenkinnenteil mit umfangsverteilten längsverlaufenden inneren Kugelbahnen,
drehmomentübertragende
Kugeln, die in Bahnpaaren aus einander zugeordneten äußeren und
inneren Kugelbahnen einsitzen, sowie ein einen ringförmigen Kugelkäfig der
zwischen Gelenkaußenteil
und Gelenkinnenteil einsitzt und umfangsverteilte Käfigfenster
aufweist, in denen die drehmomentübertragenden Kugeln in einer
gemeinsamen Ebene gehalten werden, wobei sich die Bahnpaare zumindest
zu einem Teil bei gestrecktem Gelenk in einer übereinstimenden axialen Richtung erweitern,
der Kugelkäfig
sich axial im Gelenkaußenteil
abstützt,
und das Gelenkinnenteil axiales Spiel gegenüber dem Kugelkäfig hat
und wobei Mittel zur federnden Abstützung des Gelenkinnenteils
gegenüber
dem Gelenkaußenteil
vorgesehen sind, die auf das Gelenkinnenteil im Verhältnis zum
Gelenkaußenteil
in derselben Richtung einwirken, in der sich die Bahnpaare erweitern.
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Gleichlaufgelenke
der obengenannten Art werden als Rzeppa-Festgelenke bezeichnet.
Je nach Ausführung
der äußeren und
inneren Kugelbahnen schließen
diese Gelenke UF-Gelenke (undercut free) mit axial betrachtet hinterschnittfreien
Kugelbahnen und AC-Gelenke (angular contact) mit kreisbogenförmigen axial
gegeneinander versetzten Kugelbahnen ein. Daneben sind auch andere
Bahnverläufe
bekannt. Den genannten Rzeppa-Gelenken gemeinsam ist das Merkmal,
daß sich
die Bahnpaare aus äußeren und
inneren Kugelbahnen bei gestrecktem Gelenk zumindest in der Gelenkmittelebene
in einer übereinstimmenden
axialen Richtung erweitern, wobei mitunter der Begriff ,keilförmig erweiternd' verwendet wird.
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Hiermit
entsteht bei Drehmomentbelastung des Gleichlaufdrehgelenks eine
relative Axialkraft zwischen Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil,
die sich somit axial relativ zueinander abstützen müssen, damit das Gelenk nicht
demontiert. Es werden hierzu in der Regel sphärische Flächenpaarungen zwischen dem
Gelenkaußenteil
und dem Kugelkäfig
auf dessen Außenseite
und zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Kugelkäfig auf dessen Innenseite verwendet.
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Aus
der
DE 31 14 290 C2 ist
es bekannt, auf die relative Abstützung zwischen Kugelkäfig und
Gelenkinnenteil und damit auf eine Feinbearbeitung der entsprechenden
Flächen
zu verzichten und stattdessen eine axiale Abstützung zwischen dem Gelenkinnenteil
und einer innenkugeligen Abstützfläche im Gelenkaußenteil
vorzusehen. Eine mit dem Gelenkinnenteil verbundene Stützfläche wird
hierbei an einem Zapfenteil ausgebildet, das axial auf das Gelenkinnenteil
aufgesetzt ist. Hierbei ist unter anderem auch eine federnde Abstützung des
Zapfenteils gegenüber
dem Gelenkinnenteil vorgesehen.
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Bei
einem gebeugt umlaufenden Gleichlaufdrehgelenk der genannten Art
treten innere Reibungskräfte
auf, die zum einen durch die mit Umlauffrequenz in den Bahnpaaren
hin- und herlaufenden Kugeln erzeugt werden, zum anderen durch Reibungskräfte zwischen
dem Gelenkaußenteil
bzw. dem Gelenkinnenteil und dem jeweils relativ zu diesen betrachtet
sich mit Umlauffrequenz taumelnd bewegenden Kugelkäfig.
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Bei
dem vorstehend genannten Gleichlaufdrehgelenk wird zwar Reibung
zwischen dem Kugelkäfig
und dem Gelenkinnenteil vermieden, dafür entsteht jedoch ein Reibungsmoment
durch die gleitende Bewegung zwischen dem genannten Zapfen und in
der innenkugeligen Abstützfläche im Gelenkaußenteil,
die sich bezüglich
letzterem als Kreisbewegung darstellt, die von einer Drehbewegung überlagert
ist. Die Summe der von diesen Reibungskräften erzeugten Momente wird
als Schleppmoment des Gelenks bezeichnet, das also aufzubringen
ist, um das gebeugt eingestellte Gelenk ohne Gegenmoment auf der
Abtriebsseite anzutreiben bzw. durchzudrehen.
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Bei
dem obengenannten Gleichlaufdrehgelenk ist das von der Reibung des
genannten Abstützzapfens
genannte Reibungsmoment erheblich und erhöht somit das Schleppmoment
in nachteiliger Weise. Es wird nachfolgend auch als Abstützschleppmoment
bezeichnet.
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Hiervon
ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein spielfreies
Gleichlaufdrehgelenk der genannten Art so weiterzubilden, daß es ein reduziertes
Schleppmoment aufweist. Gleichlaufdrehgelenke der hiermit genannten
Art sind insbesondere als Lenkungsgelenk, d.h. also im Einsatz in der
Lenksäule
eines Kraftfahrzeuges besonders geeignet, bei dem Spielfreiheit
und geringes Schleppmoment gleichermaßen bedeutsam sind.
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Besonders
vorteilhaft ist an der gewählten Ausführung, daß die Grundkonstruktion
des Gelenks im wesentlichen unverändert bleibt, und die zur federnden
axialen Abstützung
eingesetzten Elemente nach Ausführen
entsprechender Bohrungen im Gelenkaußenteil und/oder im Gelenkinnenteil
bzw. in einer in dieses eingesteckten Antriebswelle ergänzt werden
können,
ohne daß die
Gelenkfunktionen beeinträchtigt
werden.
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Nach
einer ersten Lösungsform
ist vorgesehen, daß das
Gelenkaußenteil
einen Boden oder Deckel umfaßt,
in dem ein federnd abgestützter
Zapfen koaxial geführt
ist, und daß am
Gelenkinnenteil eine stirnseitige ballige Stützfläche ausgebildet ist, an der der
Zapfen mit Vorspannung anliegt.
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Hierbei
wird vorgeschlagen, daß die
Stützfläche an einem
Stützkörper ausgebildet
ist, der mit dem Gelenkinnenteil fest verbunden ist.
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Dabei
ist insbesondere vorgesehen, daß die Stützfläche an einem
Stützkörper ausgebildet
ist, der in eine in das Gelenkinnenteil eingesteckte Antriebswelle
eingesetzt ist.
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Eine
alternative Lösungsform
geht dahin, daß das
Gelenkaußenteil
einen Boden oder Deckel umfaßt,
in dem ein koaxial geführter
Zapfen federnd abgestützt
ist, und daß am
Gelenkinnenteil eine axial innerhalb der inneren Kugelbahnen liegende
Stützfläche ausgebildet
ist, an der der Zapfen mit Vorspannung anliegt. Die Stützfläche kann
in großer
Nähe zum
Gelenkmittelpunkt angeordnet werden. Hierbei kann die Stützfläche in einer
ersten Ausführung
ballig sein, wobei ihr Scheitelpunkt im Gelenkmittelpunkt liegt,
während
die Stützfläche nach
einer zweiten Ausführung
kalottenförmig
sein kann, wobei ihr Krümmungsmittelpunkt
im Gelenkmittelpunkt liegt.
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Zur
konstruktiven Vereinfachung kann hierbei vorgesehen werden, daß die vorgenannte
Stützfläche unmittelbar
an einer in das Gelenkinnenteil eingesteckten Antriebswelle ausgebildet
ist.
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Um
große
Winkelbewegungen zuzulassen, ist vorgesehen, daß sich die Antriebswelle und
gegebenenfalls das Gelenkinnenteil von der Stützfläche zum Zapfen hin axial innenkegelig
erweitern.
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Eine
weitere Lösungsform
geht dahin, daß das
Gelenkaußenteil
einen Boden oder Deckel umfaßt,
in dem ein koaxialer Zapfen fest eingesetzt ist, und daß am Gelenkinnenteil
ein federnd abgestützter Stützkörper koaxial
geführt
ist, der mit einer Stützfläche mit
Vorspannung am Zapfen anliegt.
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Hierzu
wird vorgeschlagen, daß das
Stützteil unmittelbar
in einer in das Gelenkinnenteil eingesetzten Antriebswelle geführt ist
und sich federnd, insbesondere über
eine Schraubendruckfeder in der Antriebswelle abstützt.
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Auch
hierzu wird vorgeschlagen, daß sich die
Antriebswelle und gegebenenfalls das Gelenkinnenteil vom Stützkörper zum
Zapfen hin innenkonisch erweitern. Konstruktiv günstig ist es hierbei wiederum,
daß der
Zapfen und der Stützkörper jeweils ballige,
insbesondere außensphärische Kontakt- bzw.
Stützflächen aufweisen.
Ebenso ist es möglich, daß der Zapfen
eine ballige, insbesondere außensphärische Kontaktfläche und
der Stützkörper eine ebene
radiale Stützfläche hat.
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Nach
einer günstigen
Ausführungsform
ist vorgesehen, daß der
Abstand x eines Kontaktbereiches T der gegenseitigen Abstützung von
Gelenkinnenteil und Gelenkaußenteil
vom Gelenkmittelpunkt M kleiner gleich dem halben Außendurchmesser
D/2 des Kugelkäfigs
ist. Mit den hiermit angegebenen Mitteln wird das Reibungsmoment
der axialen Abstützung
reduziert, indem der Hebelarm R, mit dem die Reibungskraft F bei
Drehung des Gelenks angreift, wesentlich reduziert wird.
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In
bevorzugter Ausführungsform
ist vorgesehen, daß der
Abstand x kleiner gleich dem halben Innendurchmesser d/2 des Kugelkäfigs in
der Gelenkmittelebene E ist, insbesondere daß der Abstand x kleiner gleich
dem halben Außendurchmesser
Di/2 des Gelenkinnenteils ist. Hiermit wird das genannte Abstützschleppmoment
in zunehmendem Ausmaß reduziert.
Das genannte Abstützschleppmoment kann
praktisch vernachlässigt
werden, wenn in einer besonderen Ausführungsform der Abstand x zu
Null gesetzt wird.
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Während es
grundsätzlich
verstanden werden soll, daß der
Abstand x von der Gelenkmitte zum Boden bzw. Deckel des Gelenkaußenteils
hin angetragen wird, jedoch in jedem Fall kleiner als bei bekannten
Gelenken gewählt
wird, ist es in einer abgewandelten Ausführungsform auch möglich, daß der Abstand
vom Gelenkmittelpunkt in Richtung zur Öffnungsseite des Gelenkaußenteil
angetragen wird.
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Nach
einer ersten Ausführungsform
können die
im Kontaktbereich T gegenseitig in Anlage befindlichen Flächen der
Abstützelemente
wie bei dem obengenannten Gelenk einerseits als ballige Fläche, insbesondere
als Außensphäre, andererseits
als Hohlfläche,
insbesondere als Innensphäre
ausgebildet sein. Nach einer zweiten Ausführungsform ist es auch möglich, daß beide
genannten Flächen
als ballige, insbesondere als außensphärische Flächen ausgeführt werden. Hiermit ist anstelle
eines Flächenkontakts
quasi ein Punktkontakt möglich,
mit dem der Reibungsanteil der Relativdrehung reduziert werden kann.
Nach einer dritten Ausführungsform
ist es schließlich
möglich,
eine der genannten Flächen ballig,
insbesondere außensphärisch, und
die andere radial eben auszubilden. Auch hierbei ergibt sich quasi
ein Punktkontakt.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend
beschrieben.
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Gleichlaufdrehgelenk
in einer ersten Ausführung
- a) im Längsschnitt
in gestreckter Stellung
- b) im Längsschnitt
in abgewinkelter Stellung
- c) in der vergrößerten Einzelheit
X nach Darstellung b;
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2 zeigt
ein erfindungsgemäßes Gleichlaufdrehgelenk
in einer zweiten Ausführung
- a) im Längsschnitt
in gestreckter Stellung
- b) im Längsschnitt
in abgewinkelter Stellung
- c) in der vergrößerten Einzelheit
X nach Darstellung b;
- d) in der vergrößerten Einzelheit
Y nach Darstellung c;
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3 zeigt
ein erfindungsgemäßes Gleichlaufdrehgelenk
in einer dritten Ausführung
- a) im Längsschnitt
in gestreckter Stellung
- b) im Längsschnitt
in abgewinkelter Stellung
- c) in der vergrößerten Einzelheit
X nach Darstellung b;
- d) in der vergrößerten Einzelheit
Y nach Darstellung c;
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4 zeigt
ein erfindungsgemäßes Gleichlaufdrehgelenk
in einer vierten Ausführung
- a) im Längsschnitt
in gestreckter Stellung
- b) in der vergrößerten Einzelheit
X nach Darstellung a;
- c) in der vergrößerten Einzelheit
Y nach Darstellung b;
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Die
einzelnen Darstellungen der 1 werden
nachstehend gemeinsam beschrieben, sofern nicht auf einzelne Darstellungen
besonders verwiesen wird.
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Die
Figur zeigt ein Gleichlaufdrehgelenk 11 in sogenannter
Monoblockbauweise, bei dem an einem Gelenkaußenteil 12 ein Boden 13 und
ein Wellenzapfen 14 einstückig angeformt sind. Der Boden oder
ein Deckel könnte
auch als separates Teil angesetzt und mit dem Gelenkaußenteil
verschweißt
oder verschraubt sein. Im Gelenkaußenteil 12 sind längsverlaufende
umfangsverteilte äußere Kugelbahnen 15 ausgeformt,
deren Krümmungsmittelpunkt
von einer Gelenkmittelebene E aus axial zur Öffnung 16 des Gelenkaußenteils 12 hin
versetzt ist. Das Gelenk umfaßt
weiterhin ein Gelenkinnenteil 17, in das eine Antriebswelle 18 eingesteckt
ist, wobei die Teile (17, 18) über Wellenverzahnungen drehfest
miteinander verbunden sind und darüber hinaus axial gegeneinander
gesichert sind. Am Gelenkinnenteil 17 sind längsverlaufende
umfangsverteilte innere Kugelbahnen 19 ausgeformt, deren
Krümmungsmittelpunkt gegenüber der
Gelenkmittelebene E in Richtung zum Boden 13 des Gelenkaußenteils 12 hin
versetzt ist.
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Einander
zugeordnete äußere Kugelbahnen 15 und
innere Kugelbahnen 19 bilden Bahnpaare und erweitern sich
hiernach in Richtung vom Boden 13 zur Öffnung 16 des Gelenkaußenteils.
Jeweils Bahnpaare aus äußeren Kugelbahnen 15 und
inneren Kugelbahnen 19 nehmen eine drehmomentübertragende
Kugel 31 auf. Die Kugeln werden von einem ringförmigen Kugelkäfig 22,
der zwischen Gelenkaußenteil 12 und
Gelenkinnenteil 17 einsitzt, mit ihren Kugelmittelpunkten
K in der Gelenkmittelebene E gehalten und bei Beugung des Gelenks
auf die winkelhalbierende Ebene geführt. Die Kugeln 31 sind
hierbei in umfangsverteilten Käfigfenstern 23 im
Kugelkäfig 22 aufgenommen.
Der Kugelkäfig 22 hat
eine kugelige Außenfläche 24,
die im wesentlichen spielfrei in einer innenkugeligen Führungsfläche 20 des
Gelenkaußenteils 12 geführt wird.
Die Innenfläche 25 des
Kugelkäfigs 22 weist
dagegen Spiel gegenüber
einer Außenfläche 21 des
Gelenkinnenteils 17 auf. Die äußeren und inneren Kugelbahnen
werden jeweils durch eine Kreisbogenform beschrieben, so daß das Gelenk
ein Rzeppa-Gelenk der Bauart AC (angular contact) ist.
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In
den Boden 13 des Gelenkaußenteils 12 ist ein
koaxial zur Längsachse
A12 geführter
Zapfen 36 eingesetzt, der in einer Bohrung 37 geführt ist,
die bis in den Wellenzapfen 14 reicht. Der Zapfen 36 stützt sich über eine
Schraubendruckfeder 38 im Wellenzapfen 14 und
damit gegenüber
dem Gelenkaußenteil 12 ab.
Der Zapfen 36 hat eine halbkugelige Kontaktfläche 39.
Dem Zapfen 36 gegenüberliegend
befindet sich am Gelenkinnenteil 17 ein Stützkörper 41, der
sich mit einer Anlagefläche 42 an
einer Stirnfläche 26 des
Gelenkinnenteils 17 abstützt. Der Stützkörper 41 ist mit einem
Ansatz 44 in eine innenzylindrische Bohrung 27 der
Antriebswelle 18 eingesetzt. Der Stützkörper 41 bildet eine
außenkugelige
Abstützfläche 43,
auf die der Zapfen 36 mittels der Kontaktfläche 39 mit
der Kraft F unter Vorspannung einwirkt. Wie in Darstellung b zu
erkennen ist, liegt ein Kontaktbereich T zwischen dem Zapfen 36 und
dem Stützkörper 41 aufgrund
der koaxialen Anordnung des Zapfens im Gelenkaußenteil immer nahe der Längsachse
A12 des Gelenkaußenteils,
wandert jedoch bei Abwinklung der Längsachse A18 des Gelenkinnenteils
um einen Gelenkbeugewinkel β um den
gleichen Winkel β von
der Längsachse
L18 auf der Kugeloberfläche
der Abstützfläche 43 des
Stützkörpers 41.
Der erfindungsgemäße Abstand
x des Kontaktbereiches T vom Gelenkmittelpunkt M ist bei kugeliger
Form der Abstützfläche 43 gleichbleibend und
in jedem Fall kleiner als der Radius D/2 der kugeligen Außenfläche 24 des
Kugelkäfigs,
vorzugsweise kleiner als der Rollkreisradius DK/2
der Kugeln und insbesondere kleiner als der Radius d/2 der Innenfläche 25 des
Kugelkäfigs.
Der Hebelarm R, der mit der Kraft F in die Berechnung eines Abstützschleppmomentes
gegen die freie Drehung des Gelenkes in gebeugter Stellung eingeht,
nimmt mit dem Gelenkbeugewinkel β zu.
Wenn die Abstützfläche 43 abweichend
gestaltet ist, beispielsweise als Ellipsoid, ändert sich bei Abwinkelung
aufgrund der veränderlichen
Einfederung der Schraubendruckfeder 38 die Kraft F ebenso
wie die Abhängigkeit
des Hebelarms R vom Winkel β,
da der Hebelarm R dann keine reine Sinusfunktion mehr von β ist.
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In
dem hier dargestellten Normalfall ist jedoch die Abstützfläche 43 kugelig,
so daß x
ebenso konstant bleibt wie F. Die vorgespannte Schraubendruckfeder 38 und
damit der Zapfen 36 verschiebt das Gelenkinnenteil 17 mittelbar über den
Stützkörper 41 zur Öffnung 16 des
Gelenkaußenteils 12 hin, wodurch
die inneren Kugelbahnen 19 ebenfalls zur Öffnung hin
auf die Kugeln 31 einwirken. Die Kugeln 31 stützen sich
hierbei in den Käfigfenstern 23 ebenfalls
zur Öffnung
hin ab, wodurch sich der Kugelkäfig 22 seinerseits
mit seiner sphärischen
Außenfläche 24 in
der innenkugeligen Innenfläche 20 des
Gelenkaußenteils
axial abstützt.
Auf diese Weise ist das Gelenk spielfrei. Gegenüber bekannten Gelenken ist der
axiale Abstand x des Kontaktpunktes T vom Gelenkmittelpunkt M deutlich
verkürzt,
so daß bei
gebeugtem Gelenk der Hebelarm R, der in das Abstützschleppmoment gegen freie
Drehung eingeht, ebenfalls klein ist.
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Die
einzelnen Darstellungen der 2 werden
nachstehend gemeinsam beschrieben, sofern nicht auf einzelne Darstellungen
besonders verwiesen wird.
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Die
Figur zeigt ein Gleichlaufdrehgelenk 11 in sogenannter
Monoblockbauweise, bei dem an einem Gelenkaußenteil 12 ein Boden 13 und
ein Wellenzapfen 14 einstückig angeformt sind. Der Boden oder
ein Deckel könnte
auch als separates Teil angesetzt und mit dem Gelenkaußenteil
verschweißt
oder verschraubt sein. Im Gelenkaußenteil 12 sind längsverlaufende
umfangsverteilte äußere Kugelbahnen 15 ausgeformt,
deren Krümmungsmittelpunkt
von einer Gelenkmittelebene E aus axial zur Öffnung 16 des Gelenkaußenteils 12 hin
versetzt ist. Das Gelenk umfaßt
weiterhin ein Gelenkinnenteil 17, in das eine Antriebswelle 18 eingesteckt
ist, wobei die Teile (17, 18) über Wellenverzahnungen drehfest
miteinander verbunden sind und darüberhinaus axial gegeneinander
gesichert sind. Am Gelenkinnenteil 17 sind längsverlaufende
umfangsverteilte innere Kugelbahnen 19 ausgeformt, deren
Krümmungsmittelpunkt gegenüber der
Gelenkmittelebene E in Richtung zum Boden 13 des Gelenkaußenteils 12 hin
versetzt ist.
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Einander
zugeordnete äußere Kugelbahnen 15 und
innere Kugelbahnen 19 bilden Bahnpaare und erweitern sich
hiernach in Richtung vom Boden 13 zur Öffnung 16 des Gelenkaußenteils.
Jeweils Bahnpaare aus äußeren Kugelbahnen 15 und
inneren Kugelbahnen 19 nehmen eine drehmomentübertragende
Kugel 31 auf. Die Kugeln werden von einem ringförmigen Kugelkäfig 22,
der zwischen Gelenkaußenteil 12 und
Gelenkinnenteil 17 einsitzt, mit ihren Kugelmittelpunkten
K in der Gelenkmittelebene E gehalten und bei Beugung des Gelenks
auf die winkelhalbierende Ebene geführt. Die Kugeln 31 sind
hierbei in umfangsverteilten Käfigfenstern 23 im
Kugelkäfig 22 aufgenommen.
Der Kugelkäfig 22 hat
eine kugelige Außenfläche 24,
die im wesentlichen spielfrei in einer innenkugeligen Führungsfläche 20 des
Gelenkaußenteils 12 geführt wird.
Die Innenfläche 25 des
Kugelkäfigs 22 weist
dagegen Spiel gegenüber
einer Außenfläche 21 des
Gelenkinnenteils 17 auf. Die äußeren und inneren Kugelbahnen
werden jeweils durch eine Kreisbogenform beschrieben, so daß das Gelenk
ein Rzeppa-Gelenk der Bauart AC (angular contact) ist.
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In
den Boden 13 des Gelenkaußenteils 12 ist ein
koaxial zur Längsachse
A12 geführter
Zapfen 362 eingesetzt, der in einer
Bohrung 37 geführt
ist, die bis in den Wellenzapfen 14 reicht. Der Zapfen 36 stützt sich über eine
Schraubendruckfeder 38 im Wellenzapfen 14 und
damit gegenüber
dem Gelenkaußenteil 12 ab.
Der Zapfen 36 hat eine halbkugelige Kontaktfläche 392 . Dem Zapfen 362 gegenüberliegend befindet
sich am Gelenkinnenteil 17 und der in dieses eingesteckten
Antriebswelle 18 eine innenkonische Erweiterung 28.
Am Grund der Erweiterung 28 ist eine außenkugelige Abstützfläche 432 mit geringem Radius ausgebildet, auf
die der Zapfen 362 mittels der Kontaktfläche 392 mit der Kraft F unter Vorspannung einwirkt.
Wie in Darstellung d zu erkennen ist, liegt ein Kontaktbereich T
zwischen dem Zapfen 362 und der
Abstützfläche 432 aufgrund der koaxialen Anordnung des
Zapfens im Gelenkaußenteil
immer nahe der Längsachse
A12 des Gelenkaußenteils,
wandert jedoch bei Abwinklung der Längsachse A18 des Gelenkinnenteils
um einen Gelenkbeugewinkel β um den
gleichen Winkel β von
der Längsachse
A18 auf der kugeligen Abstützfläche 432 . Der erfindungsgemäße Abstand x des Kontaktbereich
T vom Gelenkmittelpunkt M ist in diesem Fall gleich null. Der Hebelarm
R, der mit der Kraft F in die Berechnung eines Abstützschleppmomentes
gegen die freie Drehung des Gelenkes in gebeugter Stellung eingeht,
ist damit zu vernachlässigen.
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Die
vorgespannte Druckfeder 38 und damit der Zapfen 362 verschiebt das Gelenkinnenteil 17 mittelbar über die
Antriebswelle 18 zur Öffnung 16 des
Gelenkaußenteils 12 hin,
wodurch die inneren Kugelbahnen 19 ebenfalls zur Öffnung hin
auf die Kugeln 31 einwirken. Die Kugeln 31 stützen sich
hierbei in den Käfigfenstern 23 ebenfalls
zur Öffnung
hin ab, wodurch sich der Kugelkäfig 22 seinerseits
mit seiner sphärischen
Außenfläche 24 in
der innenkugeligen Innenfläche 20 des
Gelenkaußenteils
axial abstützt. Auf
diese Weise ist das Gelenk spielfrei. Wie ausgeführt, ist der axiale Abstand
x des Kontaktpunktes T vom Gelenkmittelpunkt M gleich null, so daß bei gebeugtem
Gelenk der Hebelarm R, der in das Abstützschleppmoment gegen freie Drehung
eingeht, zu vernachlässigen
ist.
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Die
einzelnen Darstellungen der 3 werden
nachstehend gemeinsam beschrieben, sofern nicht auf einzelne Darstellungen
besonders verwiesen wird.
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Die
Figur zeigt ein Gleichlaufdrehgelenk 11 in sogenannter
Monoblockbauweise, bei dem an einem Gelenkaußenteil 12 ein Boden 13 und
ein Wellenzapfen 14 einstückig angeformt sind. Der Boden oder
ein Deckel könnte
auch als separates Teil angesetzt und mit dem Gelenkaußenteil
verschweißt
oder verschraubt sein. Im Gelenkaußenteil 12 sind längsverlaufende
umfangsverteilte äußere Kugelbahnen 15 ausgeformt,
deren Krümmungsmittelpunkt
von einer Gelenkmittelebene E aus axial zur Öffnung 16 des Gelenkaußenteils 12 hin
versetzt ist. Das Gelenk umfaßt
weiterhin ein Gelenkinnenteil 17, in das eine Antriebswelle 18 eingesteckt
ist, wobei die Teile (17, 18) über Wellenverzahnungen drehfest
miteinander verbunden sind und darüberhinaus axial gegeneinander
gesichert sind. Am Gelenkinnenteil 17 sind längsverlaufende
umfangsverteilte innere Kugelbahnen 19 ausgeformt, deren
Krümmungsmittelpunkt gegenüber der
Gelenkmittelebene E in Richtung zum Boden 13 des Gelenkaußenteils 12 hin
versetzt ist.
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Einander
zugeordnete äußere Kugelbahnen 15 und
innere Kugelbahnen 19 bilden Bahnpaare und erweitern sich
hiernach in Richtung vom Boden 13 zur Öffnung 16 des Gelenkaußenteils.
Jeweils Bahnpaare aus äußeren Kugelbahnen 15 und
inneren Kugelbahnen 19 nehmen eine drehmomentübertragende
Kugel 31 auf. Die Kugeln werden von einem ringförmigen Kugelkäfig 22,
der zwischen Gelenkaußenteil 12 und
Gelenkinnenteil 17 einsitzt, mit ihren Kugelmittelpunkten
K in der Gelenkmittelebene E gehalten und bei Beugung des Gelenks
auf die winkelhalbierende Ebene geführt. Die Kugeln 31 sind
hierbei in umfangsverteilten Käfigfenstern 23 im
Kugelkäfig 22 aufgenommen.
Der Kugelkäfig
hat eine kugelige Außenfläche 24,
die im wesentlichen spielfrei in einer innenkugeligen Führungsfläche 20 des
Gelenkaußenteils 12 geführt wird.
Die Innenfläche 25 des
Kugelkäfigs 22 weist
dagegen Spiel gegenüber
einer Außenfläche 21 des
Gelenkinnenteils 17 auf. Die äußeren und inneren Kugelbahnen
werden jeweils durch eine Kreisbogenform beschrieben, so daß das Gelenk
ein Rzeppa-Gelenk der Bauart AC (angular contact) ist.
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In
den Boden 13 des Gelenkaußenteils 12 ist ein
koaxial zur Längsachse
A12 geführter
Zapfen 363 eingesetzt, der in einer
Bohrung 37 geführt
ist, die bis in den Wellenzapfen 14 reicht. Der Zapfen 363 stützt sich über eine
Schraubendruckfeder 38 im Wellenzapfen 14 und
damit gegenüber
dem Gelenkaußenteil 12 ab.
Der Zapfen 36 hat eine halbkugelige Kontaktfläche 393 . Dem Zapfen 363 gegenüberliegend befindet
sich am Gelenkinnenteil und der in dieses eingesteckten Antriebswelle 18 eine
konische Erweiterung 28. Am Grund der Erweiterung befindet
sich eine innenkugelige kalottenförmige Abstützfläche 433 ,
auf die der Zapfen 363 mittels
der Kontaktfläche 393 mit der Kraft F unter Vorspannung
einwirkt. Wie in Darstellung d zu erkennen ist, liegt ein Kontaktbereich
T zwischen dem Zapfen 363 und der
Abstützfläche 433 aufgrund der koaxialen Anordnung des
Zapfens im Gelenkaußenteil
immer nahe der Längsachse
A12 des Gelenkaußenteils,
wandert jedoch bei Abwinklung der Längsachse A18 des Gelenkinnenteils
um einen Gelenkbeugewinkel β,
um den gleichen Winkel β von
der Längsachse
A18 auf der Kugeloberfläche 43 des
Stopfens 41. Der erfindungsgemäße Abstand x des Kontaktbereiches
T vom Gelenkmittelpunkt M ist in diesem Fall zur Öffnung 16 des
Gelenkaußenteils
hin angetragen. Der Hebelarm R, der mit der Kraft F in die Berechnung
eines Abstützschleppmomentes
gegen die freie Drehung des Gelenkes in gebeugter Stellung eingeht,
ist hierbei sehr klein.
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Die
vorgespannte Druckfeder 38 und damit der Zapfen 363 verschiebt das Gelenkinnenteil 17 mittelbar über die
Antriebswelle 18 zur Öffnung 16 des
Gelenkaußenteils 12 hin,
wodurch die inneren Kugelbahnen 19 ebenfalls zur Öffnung hin
auf die Kugeln 31 einwirken. Die Kugeln stützen sich
hierbei in den Käfigfenstern 23 ebenfalls
zur Öffnung
hin ab, wodurch sich der Kugelkäfig 22 seinerseits
mit seiner sphärischen
Außenfläche 24 in
der innenkugeligen Innenfläche 20 des
Gelenkaußenteils
axial abstützt. Auf
diese Weise ist das Gelenk spielfrei. Gegenüber bekannten Gelenken ist
der axiale Abstand x des Kontaktpunktes T vom Gelenkmittelpunkt
M deutlich verkürzt,
so daß bei
gebeugtem Gelenk der Hebelarm R, der in das Abstützschleppmoment gegen freie Drehung
eingeht, ebenfalls klein ist.
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Die
einzelnen Darstellungen der 4 werden
nachstehend gemeinsam beschrieben, sofern nicht auf einzelne Darstellungen
besonders verwiesen wird.
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Die
Figur zeigt ein Gleichlaufdrehgelenk 11 in sogenannter
Monoblockbauweise, bei dem an einem Gelenkaußenteil 12 ein Boden 13 und
ein Wellenzapfen 14 einstückig angeformt sind. Der Boden oder
ein Deckel könnte
auch als separates Teil angesetzt und mit dem Gelenkaußenteil
verschweißt
oder verschraubt sein. Im Gelenkaußenteil 12 sind längsverlaufende
umfangsverteilte äußere Kugelbahnen 15 ausgeformt,
deren Krümmungsmittelpunkt
von einer Gelenkmittelebene E aus axial zur Öffnung 16 des Gelenkaußenteils 12 hin
versetzt ist. Das Gelenk umfaßt
weiterhin ein Gelenkinnenteil 17, in das eine Antriebswelle 18 eingesteckt
ist, wobei die Teile (17, 18) über Wellenverzahnungen drehfest
miteinander verbunden sind und darüberhinaus axial gegeneinander
gesichert sind. Am Gelenkinnenteil 17 sind längsverlaufende
umfangsverteilte innere Kugelbahnen 19 ausgeformt, deren
Krümmungsmittelpunkt gegenüber der
Gelenkmittelebene E in Richtung zum Boden 13 des Gelenkaußenteils 12 hin
versetzt ist.
-
Einander
zugeordnete äußere Kugelbahnen 15 und
innere Kugelbahnen 19 bilden Bahnpaare und erweitern sich
hiernach in Richtung vom Boden 13 zur Öffnung 16 des Gelenkaußenteils.
Jeweils Bahnpaare aus äußeren Kugelbahnen 15 und
inneren Kugelbahnen 19 nehmen eine drehmomentübertragende
Kugel 31 auf. Die Kugeln werden von einem ringförmigen Kugelkäfig 22,
der zwischen Gelenkaußenteil 12 und
Gelenkinnenteil 17 einsitzt, mit ihren Kugelmittelpunkten
K in der Gelenkmittelebene E gehalten und bei Beugung des Gelenks
auf die winkelhalbierende Ebene geführt. Die Kugeln 31 sind
hierbei in umfangsverteilten Käfigfenstern 23 im
Kugelkäfig 22 aufgenommen.
Der Kugelkäfig
hat eine kugelige Außenfläche 24,
die im wesentlichen spielfrei in einer innenkugeligen Führungsfläche 20 des
Gelenkaußenteils 12 geführt wird.
Die Innenfläche 25 des
Kugelkäfigs 22 weist
dagegen Spiel gegenüber
einer Außenfläche 21 des
Gelenkinnenteils 17 auf. Die äußeren und inneren Kugelbahnen
werden jeweils durch eine Kreisbogenform beschrieben, so daß das Gelenk
ein Rzeppa-Gelenk der Bauart AC (angular contact) ist.
-
In
den Boden 13 des Gelenkaußenteils 12 ist ein
koaxial zur Längsachse
A12 angeordneter Zapfen 364 fest
eingesetzt. Der Zapfen 364 hat
eine halbkugelige Kontaktfläche 394 . Dem Zapfen 364 gegenüberliegend
befindet sich am Gelenkinnenteil ein Stützkörper 414 ,
der in einer Bohrung 29 geführt ist und sich über eine
Schrauben druckfeder 30 in der Antriebswelle 18 und
damit gegenüber
dem Gelenkinnenteil 17 abstützt. Der Stützkörper 41a bildet eine außenkugelige
Abstützfläche 43a,
die auf den Zapfen 36a über
die Kontaktfläche 39a mit
der Kraft F unter Vorspannung einwirkt. Wie in Darstellung b zu
erkennen ist, liegt ein Kontaktbereich T zwischen dem Zapfen 36a und
dem Stützkörper 41a in
der Gelenkmittelebene E. Während
in den Darstellungen a und b die Abstützfläche 43a ebenso wie
die Kontaktfläche 39a ballig
ist, ist in der Einzelheit Y nach Darstellung c eine radial ebene
Abstützfläche 434' gezeigt,
die mit einer balligen Kontaktfläche 39a zusammenwirkt. Der
erfindungsgemäße Abstand
x des Kontaktbereiches T vom Gelenkmittelpunkt M ist somit wieder gleich
null. Der Hebelarm R, der mit der Kraft F in die Berechnung eines
Abstützschleppmomentes
gegen die freie Drehung des Gelenkes in gebeugter Stellung eingeht,
ist damit zu vernachlässigen.
-
Die
vorgespannte Schraubendruckfeder 30 verschiebt das Gelenkinnenteil 17 mittelbar über die Antriebswelle 18 zur Öffnung 16 des
Gelenkaußenteils 12 hin,
wodurch die inneren Kugelbahnen 19 ebenfalls zur Öffnung hin
auf die Kugeln 31 einwirken. Die Kugeln stützen sich
hierbei in den Käfigfenstern 23 ebenfalls
zur Öffnung
hin ab, wodurch sich der Kugelkäfig 22 seinerseits
mit seiner sphärischen Außenfläche 24 in
der innenkugeligen Innenfläche 20 des
Gelenkaußenteils 12 axial
abstützt.
Auf diese Weise ist das Gelenk spielfrei. Wie ausgeführt, ist
der axiale Abstand x des Kontaktpunktes T vom Gelenkmittelpunkt
M gleich null, so daß bei
gebeugtem Gelenk der Hebelarm R, der in das Abstützschleppmoment gegen freie
Drehung eingeht, zu vernachlässigen
ist.
-
In
allen Ausführungsbeispielen
sollen die Kugeln vorzugsweise pressungsfrei in den Käfigfenstern
verbaut sein.
-
- 11
- Gleichlaufdrehgelenk
- 12
- Gelenkaußenteil
- 13
- Boden
- 14
- Wellenzapfen
- 15
- äußere Kugelbahn
- 16
- Öffnung (12)
- 17
- Gelenkinnenteil
- 18
- Antriebswelle
- 19
- innere
Kugelbahn
- 20
- kugelige
Innenfläche
(12)
- 21
- Außenfläche (17)
- 22
- Kugelkäfig
- 23
- Käfigfenster
- 24
- kugelige
Außenfläche (22)
- 25
- Innenfläche (22)
- 26
- Stirnfläche
- 27
- Bohrung
- 28
- Erweiterung
- 29
- Bohrung
- 30
- Schraubendruckfeder
- 31
- Kugel
- 36
- Zapfen
- 37
- Bohrung
- 38
- Schraubendruckfeder
- 39
- Kontaktfläche
- 41
- Stützkörper
- 42
- Anlagefläche
- 43
- Abstützfläche
- 44
- Ansatz
- x
- Abstand
- R
- Hebelarm
- F
- Kraft
- T
- Kontaktbereich
- A12
- Längsachse
(12)
- A18
- Längsachse
(18)
- A22
- Längsachse
(22)
- M
- Gelenkmittelpunkt
- K
- Kugelmittelpunkt
- E
- Gelenkmittelebene