DE10337612B4

DE10337612B4 - Gegenbahngelenk mit Steuerwinkelumkehr

Info

Publication number: DE10337612B4
Application number: DE10337612A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Weckerling (Fh)
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2003-08-16
Publication date: 2009-11-05
Anticipated expiration: 2023-08-17
Also published as: CN1508453A; DE10337612A1; US20040137991A1; US7112140B2; FR2847316A1; FR2847316B1; JP2004169915A; CN1318771C; JP4401745B2

Abstract

Gleichlaufgelenk in Form eines Gegenbahngelenkes mit den Merkmalen:
ein Gelenkaußenteil (12), welches eine erste Längsachse (La) und axial zueinander entgegengesetzt liegend eine Anschlußseite und eine Öffnungsseite hat und das erste äußere Kugelbahnen (22) und zweite äußere Kugelbahnen (24) aufweist,
ein Gelenkinnenteil, welches eine zweite Längsachse (Li) und Anschlußmittel für eine zur Öffnungsseite des Gelenkaußenteils (12) weisende Welle hat und das erste innere Kugelbahnen (23) und zweite innere Kugelbahnen (25) aufweist,
die ersten äußeren Kugelbahnen (22) und die ersten inneren Kugelbahnen (23) bilden erste Bahnpaare miteinander,
die zweiten äußeren Kugelbahnen (24) und die zweiten inneren Kugelbahnen (25) bilden zweite Bahnpaare miteinander,
die Bahnpaare nehmen jeweils eine drehmomentübertragende Kugel (14) auf,
ein Kugelkäfig (15) sitzt zwischen Gelenkaußenteil (12) und Gelenkinnenteil (13) und weist umfangsverteilte Käfigfenster (18) auf, die jeweils zumindest eine der drehmomentübertragenden Kugeln (14) aufnehmen,
die Mittelpunkte (K) der Kugeln (14) werden vom...

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgleichlaufdrehgelenk in Form eines Gegenbahngelenks. Gegenbahngelenke sind beispielsweise in der DE 100 60 119 A1 beschrieben. Sie weisen im einzelnen folgende Merkmale auf:
ein Gelenkaußenteil, welches eine erste Längsachse und axial zueinander entgegengesetzt liegend eine Anschlußseite und eine Öffnungsseite hat und das erste äußere Kugelbahnen und zweite äußere Kugelbahnen aufweist,
ein Gelenkinnenteil, welches eine zweite Längsachse und Anschlußmittel für eine zur Öffnungsseite des Gelenkaußenteils weisende Welle hat und das erste innere Kugelbahnen und zweite innere Kugelbahnen aufweist,
die ersten äußeren Kugelbahnen und die ersten inneren Kugelbahnen bilden erste Bahnpaare miteinander,
die zweiten äußeren Kugelbahnen und die zweiten inneren Kugelbahnen bilden zweite Bahnpaare miteinander,
die Bahnpaare nehmen jeweils eine drehmomentübertragende Kugel auf,
ein Kugelkäfig sitzt zwischen Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil und weist umfangsverteilte Käfigfenster auf, die jeweils zumindest eine der drehmomentübertragenden Kugeln aufnehmen,
die Mittelpunkte der Kugeln werden vom Käfig in einer Kugelmittenebene gehalten,
der Weg der Mittelpunkte der Kugeln in den Kugelbahnen ist jeweils als Mittellinie der entsprechenden Kugelbahnen definiert,
die Tangenten an die Kugeln in den Berührpunkten mit den Kugelbahnen bilden im Längsschnitt in den Bahnpaaren jeweils Öffnungswinkel miteinander,
der Öffnungswinkel α der ersten Bahnpaare öffnet sich bei gestrecktem Gelenk von der Öffnungsseite zur Anschlußseite hin,
der Öffnungswinkel β der zweiten Bahnpaare öffnet sich bei gestrecktem Gelenk von der Anschlußseite zur Öffnungsseite hin.
Unter Vernachlässigung eines erforderlichen Spiels für die Kugeln sind die Mittellinien der ersten und zweiten Bahnpaare im wesentlichen bei gestrecktem Gelenk spiegelsymmetrisch zueinander in Bezug auf die Mittelebene des Gelenks und bei Gelenkbeugung spiegelsymmetrisch zueinander in Bezug auf die Winkelhalbierende Ebene. Als ”Öffnungswinkel” werden die Winkel zwischen Tangenten an eine Kugel in ihren Berührpunkten mit den Bahngrundlinien bzw. zwischen Tangenten an die Bahngrundlinien in Punkten ihrer größten Nähe zu einer Kugel bezeichnet. Als ”Steuerwinkel” werden die räumlichen Winkel zwischen Tangentialebenen an eine Kugel in ihren Berührpunkten mit den Bahnflanken unter Drehmoment bezeichnet. Beide Winkel können sich bei Beugung des Gelenks verändern und nehmen hierbei qualitativ den gleichen Verlauf. Die Winkelhalbierende dieser Winkel bestimmt die Richtung der von einem Bahnpaar auf eine Kugel einwirkenden Kräfte.
Mit den Begriffen ”Öffnungsseite” und ”Anschlußseite” ist nicht ausgeschlossen, daß das Gegenbahngelenk als Scheibengelenk ausgeführt ist und auch eine Öffnung auf der Anschlußseite aufweist. In jedem Fall ist die Öffnungsseite die für den Eintritt der Welle zum Gelenkinnenteil weisende Seite. Zur Kennzeichnung der axialen Richtungen werden die Begriffe ”Anschlußseite” und ”Öffnungsseite” auch in Bezug auf das Gelenkinnenteil unverändert verwendet.
Bei Gegenbahngelenken, wie sie aus der DE 100 60 119 A1 bekannt sind, weisen die auf die Kugeln einwirkenden Kräfte in den ersten und zweiten Bahnpaaren in axial entgegengesetzte Richtungen. Diese Kräfte werden vom Käfig abgestützt, auf den somit eine zu Null werdende resultierende Axialkraft einwirkt. Der Käfig ist damit im wesentlichen axialkraftfrei im Gelenkaußenteil abgestützt, so daß das Gelenk sich durch Reibungsarmut und damit durch Leichtgängigkeit und hohen Wirkungsgrad auszeichnet.
Aus der DE 100 60 220 A1 sind Gegenbahngelenke bekannt, bei denen die ersten Bahnpaare, deren Steuerwinkel sich von der Öffnungsseite zur Anschlußseite hin öffnen, an der Öffnungsseite in S-förmigem Verlauf erweitert sind. Dies heißt, daß die Bahnmittellinien der ersten äußeren Kugelbahnen der ersten Bahnpaare sich zur Öffnungsseite hin nach außen krümmen und daß die Bahnmittellinien der ersten inneren Kugelbahnen sich zur Anschlußseite hin nach außen krümmen. Dieser S-förmige Verlauf der Kugelbahnen ermöglicht eine erhöhte Gelenkbeugung, da die sich bei Gelenkbeugung zur Gelenköffnung hin bewegenden Kugeln über einen größeren Beugebereich noch in den Kugelbahnen geführt werden und zur Drehmomentübertragung beitragen können.
In der vorgenannten Veröffentlichung ist bereits erwähnt, daß die zweiten Bahnpaare von Gegenbahngelenken dieser Art eine Gestaltung haben können, wie sie bei UF-Gelenken oder Rzeppa-Gelenken üblich ist, d. h. daß die Mittellinien der äußeren Kugelbahnen und der inneren Kugelbahnen aus Kreisbahnen bestehen können, deren Mittelpunkte axial gegeneinander zur Mittelebene des Gelenks versetzt sind, oder die sich aus derartigen Kreisbögen mit sich daran entgegengesetzt anschließenden tangentialen Geraden zusammensetzen.
Aus der DE 197 06 864 C1 ist es bekannt, auch bei echten UF-Gelenken oder Rzeppa-Gelenken, die ausschließlich Bahnpaare dieser zuletzt genannten Art haben, zur Vergrößerung des möglichen Beugewinkels die Kugelbahnen an der Öffnungsseite im Gelenkaußenteil zu erweitern, wobei auch hier ein entsprechender Gewinn an Führung der Kugeln und Drehmomentübertragung durch die Kugeln bei Gelenkbeugung an den sich im Gelenkaußenteil zur Öffnung bewegenden Kugeln zu erreichen ist.
Die JP 11 236 926 A zeigt ein Gegenbahngelenk, bei dem die inneren und die äußeren Kugelbahnen jeweils durch Radien gebildet werden, deren Mittelpunkte bei gestrecktem Gelenk auf der Gelenklängsachse liegen. Die Mittelpunkte der ersten Kugelbahnen, die sich zum Gelenkboden hin öffnen, sind zu den Mittelpunkten der zweiten Kugelbahnen, die sich zur Gelenköffnung hin öffnen, axial versetzt.
Die DE 697 03 632 T2 beschreibt ein von einem Rzeppa-Gelenk abgeleitetes Kugelgelenk mit Bahnpaaren, deren Öffnungswinkel sich von der Anschlußseite zur Öffnungsseite hin öffnen und bei dem der Verlauf der Mittelpunkte der Kugeln von der Mittelebene in Richtung der Öffnungsseite von einem Bogen in eine Gerade übergeht. Infolgedessen wird ein größeres Anschlußmaß in dem Gelenkinnenteil erreicht.
Die DE 44 40 285 C1 zeigt ein Kugelgleichlaufdrehgelenk, das als Gegenbahngelenk gestaltet ist, bei dem jede Kugelbahn durch jeweils einen Bogen gebildet wird. Der Steuerwinkel an den Kugeln weist bei Abwinklung des Gelenks über den Beugewinkel immer in dieselbe Richtung.
Der Nachteil bei Gegenbahngelenken, insbesondere solchen, bei denen die Bahnmittellinien der ersten Bahnpaare S-förmig sind, besteht darin, daß es bei großen Beugewinkeln zu Stellungen kommt, in denen der Käfig nicht mehr im Momentengleichgewicht um die Beugeachse ist. Dies führt zu einer verschlechterten Käfigsteuerung und kann ein Klemmen im Gelenk zur Folge haben.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gegenbahngelenk zu konstruieren, das bei großen Beugewinkeln eine verbesserte Käfigsteuerung gewährleistet. Die Lösung hierfür liegt darin, daß die ersten Bahnpaare so gestaltet sind, daß der Öffnungswinkel der ersten Bahnpaare bei Gelenkbeugung an einer über die Mittelebene in das Gelenkaußenteil eintretenden Kugeln zunächst zu Null wird und sich dann zur Öffnungsseite hin öffnet.
Hierbei ist insbesondere vorgesehen, daß die ersten Bahnpaare so gestaltet sind, daß der Öffnungswinkel der ersten Bahnpaare bei Gelenkbeugung sich an einer in das Gelenkaußenteil über die Mittelebene eintretenden Kugel jeweils stetig ändert und im Bereich eines Beugewinkels zwischen 11 und 16°, insbesondere bei etwa 13°, zu Null wird.
Die hiermit beschriebene Bahnform kann als spiralförmig oder schneckenartig bezeichnet werden, d. h. die Krümmungslinie der ersten äußeren Kugelbahnen der ersten Bahnpaare im Gelenkaußenteil ziehen sich zur Anschlußseite hin spiralförmig zu und die Bahnmittellinien der ersten inneren Kugelbahnen im Gelenkinnenteil ziehen sich zur Öffnungsseite schneckenartig zu. Bei großen Beugewinkeln verhalten sich somit auch die Öffnungswinkel der ersten Bahnpaare wie die Öffnungswinkel der zweiten Bahnpaare über den gesamten Beugebereich, d. h. wie in RF- oder UF-Gelenkbahnen. Hiermit ist der Käfig bei großen Beugewinkeln im wesentlichen aufgrund der gleichgerichteten Kugelkräfte im Momentengleichgewicht im Verhältnis zur Beugeachse.
Eine andere Lösung geht dahin, daß die Bahnmittellinien der ersten äußeren Kugelbahnen der ersten Bahnpaare zentral einen Bogen mit dem Radius R2 haben, dessen Mittelpunkt um einen ersten axialen Offset O1 von der Mittelebene des Gelenks zur Anschlußseite hin versetzt liegt, und daß sie anschließend an diesen Bogen zur Anschlußseite hin von diesem Radius R2 zunehmend nach radial innen abweichen, und daß die Bahnmittellinien der ersten inneren Kugelbahnen der ersten Bahnpaare zentral einen Bogen mit dem Radius R2' haben, dessen Mittelpunkt um einen zweiten axialen Offset O2 von der Mittelebene des Gelenks zur Öffnungsseite hin versetzt liegt, und daß sie anschließend an diesen Bogen zur Öffnungsseite von diesem Radius R2' zunehmend nach radial innen abweichen. Insbesondere ist vorgesehen, daß die Bahnmittellinien der ersten äußeren Kugelbahnen im Anschluß an den Bogen mit dem Radius R2 zur Anschlußseite einen Bogen mit einem kleineren Radius R3 haben, der sich stetig an ersteren anschließt, und daß die Bahnmittellinien der ersten inneren Kugelbahnen im Anschluß an den Bogen mit dem Radius R2' zur Öffnungsseite einen Bogen mit einem kleineren Radius R3' haben, der sich stetig an ersteren anschließt.
In bevorzugter Ausgestaltung haben die ersten Bahnpaare des erfindungsgemäßen Gegenbahngelenkes Bahnmittellinien mit S-förmigem Verlauf, um den Beugewinkel zu vergrößern und bei großem Beugewinkel die Drehmomentübertragung sicherzustellen. Dies bedeutet insbesondere, daß die Bahnmittellinien der ersten äußeren Kugelbahnen der ersten Bahnpaare sich im Anschluß an den Bogen mit dem Radius R2 zur Öffnungsseite hin von diesem Radius R2 zunehmend nach radial außen abweichen und daß die Bahnmittellinien der ersten inneren Kugelbahnen sich im Anschluß an den Bogen mit dem Radius R2' zur Anschlußseite hin von diesem Radius R2' zunehmend nach radial außen abweichen. Insbesondere ist vorgesehen, daß die Bahnmittellinien der ersten äußeren Kugelbahnen im Anschluß an den Bogen mit dem Radius R2 zur Öffnungsseite einen Bogen mit dem Radius R1 haben, der sich stetig an ersteren anschließt und dessen Mittelpunkt außerhalb des Radius R2 liegt und daß die Bahnmittellinien der ersten inneren Kugelbahnen im Anschluß an den Bogen mit dem Radius R2' zur Anschlußseite hin einen Radius R1' haben, der sich stetig an ersteren anschließt und dessen Mittelpunkt außerhalb des Radius R2' liegt.
Zur Gestaltung der zweiten Bahnpaare sind oben bereits verschiedene Möglichkeiten angesprochen worden. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, daß die Bahnmittellinien der zweiten äußeren Kugelbahnen der zweiten Bahnpaare zentral einen Bogen mit dem Radius R5 haben, dessen Mittelpunkt um einen ersten axialen Offset O3 von der Mittelebene EM des Gelenks zur Öffnungsseite hin versetzt liegt, und daß sie anschließend an diesen Bogen zur Öffnungsseite zunehmend von diesem Radius R5 nach radial außen abweichen, und daß die Bahnmittellinien der zweiten äußeren Kugelbahnen der zweiten Bahnpaare zentral einen Bogen mit dem Radius R5' haben, dessen Mittelpunkt um einen zweiten axialen Offset O4 von der Mittelebene EM des Gelenks zur Anschlußseite hin versetzt liegt, und daß sie sich anschließend an diesen Bogen zur Anschlußseite hin von diesem Radius R5' zunehmend nach radial außen abweichen. Insbesondere wird vorgeschlagen, daß die Bahnmittellinien der zweiten äußeren Kugelbahnen im Anschluß an den Bogen mit dem Radius R5 zur Öffnungsseite hin einen Bogen mit dem Radius R4 haben, der sich stetig an ersteren anschließt und dessen Mittelpunkt außerhalb des Radius R5 liegt, und daß die Bahnmittellinien der zweiten inneren Kugelbahnen im Anschluß an den Bogen mit dem Radius R5' zur Anschlußseite einen Bogen mit dem Radius R4' haben, der sich stetig an ersteren anschließt und dessen Mittelpunkt außerhalb des Radius R5' liegt.
Alternativ hierzu ist es möglich, daß die Bahnmittellinien der zweiten äußeren Kugelbahnen im Anschluß an den Bogen mit dem Radius R5 zur Öffnungsseite hin eine Gerade aufweisen, die sich tangential an ersteren anschließt, und daß die Bahnmittellinien der zweiten inneren Kugelbahnen im Anschluß an den Bogen mit dem Radius R5' zur Anschlußseite hin eine Gerade umfassen, die sich tangential an ersteren anschließt.
Die Bahnpaare werden bevorzugt in Mittelebenen liegen, die die Längsachsen von Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil enthalten. Dies gilt insbesondere für Gelenke mit sechs Bahnpaaren und acht Bahnpaaren, die jeweils über dem Umfang abwechselnd verteilt sind.
Die wesentlichen Vorteile werden nachstehend nochmals zusammengefaßt. Durch das Gegenbahnprinzip des erfindungsgemäßen Gelenks wird eine hohe Lebensdauer erreicht, auch bei großen Dauerbeugewinkeln innerhalb des Betriebsbeugebereiches. Hierbei ist ein guter Wirkungsgrad gewährleistet. Die erfindungsgemäße Bahnform erlaubt eine gute Gelenksteuerung und hohe Drehmomentkapazität bei sehr großen Beugewinkeln. In den bevorzugten Ausführungsformen mit S-förmigen Kugelbahnen sowohl der Gegenbahnen (erste Bahnpaare) als auch gegebenenfalls der Standardbahnen (zweite Bahnpaare), können vergrößerte maximale Beugewinkel bis 50° erreicht werden.
Die Erfindung wird anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert, die nachstehend beschrieben sind.
Es zeigt
1 ein erfindungsgemäßes Gegenbahngelenk in gestrecktem Zustand im Längsschnitt;
2 ein erfindungsgemäßes Gelenk nach 1 in extrem in einem ersten Sinn gebeugtem Zustand;
3 ein erfindungsgemäßes Gelenk in extrem in zu 2 entgegengesetztem Sinn gebeugtem Zustand im Längsschnitt;
4 ein erfindungsgemäßes Gelenk nach 2 in extrem im genannten ersten Sinn gebeugtem Zustand;
5 das Gelenkaußenteil eines erfindungsgemäßen Gelenks im Längsschnitt mit Einzelheiten zu den ersten äußeren Bahnen;
6 ein Gelenkaußenteil eines erfindungsgemäßen Gelenks im Längsschnitt mit Einzelheiten zu den zweiten äußeren Bahnen;
7 ein erfindungsgemäßes Gelenk nach den vorangegangenen Figuren mit sechs Kugeln

a) in Achsansicht
b) im Längsschnitt A-A;

8 ein erfindungsgemäßes Gelenk mit sechs Kugeln in abgewandelter Ausführung

a) in Axialansicht
b) im Längsschnitt durch die Kugelbahnen;

9 ein erfindungsgemäßes Gelenk ähnlich 7 mit acht Kugeln

a) in Axialansicht
b) im Schnitt A-A durch zwei erste Bahnpaare
c) im Schnitt B-B durch zwei zweite Bahnpaare;

10 ein erfindungsgemäßes Gelenk nach 9 in abgewandelter Form

11 ein erfindungsgemäßes Gelenk in der Darstellung nach 2 unter Weglassung des Gelenkinnenteils;
12 ein Gegenbahngelenk nach dem Stand der Technik in mit 11 vergleichbarer Darstellung.
Die 1 bis 4 werden nachstehend zunächst gemeinsam beschrieben. Sie zeigen jeweils ein erfindungsgemäßes Gelenk 11 im Längsschnitt, das im wesentlichen ein Gelenkaußenteil 12, ein Gelenkinnenteil 13, drehmomentübertragende Kugeln 14 und einen Kugelkäfig 15 umfaßt. Der Kugelkäfig 15 ist mit einer sphärischen Außenfläche 16 konzentrisch im Gelenkaußenteil 12 gehalten, während er mit seiner Innenfläche 17 vorzugsweise Spiel gegenüber dem Gelenkinnenteil 13 hat. Die Kugeln 14 sind in umfangsverteilten Käfigfenstern 18 im Kugelkäfig 15 in einer gemeinsamen Kugelmittenebene EK gehalten. Am Gelenkaußenteil 12 ist eine Längsachse La bezeichnet, am Gelenkinnenteil 13 eine Längsachse Li. Das Gelenkaußenteil 12 weist einen Anschlußzapfen 19 und eine Öffnung 20 auf. Die Lage des Anschlußzapfens 19 bezeichnet die axiale Richtung der ”Anschlußseite”, die Lage der Öffnung 20 bezeichnet die axiale Richtung der ”Öffnungsseite”. Diese Begriffe werden auch in Bezug auf das Gelenkinnenteil 13 verwendet, obwohl dieses eine Öffnung 21 zum Einstecken einer Anschlußwelle von der ”Öffnungsseite” her aufweist.
Am Gelenk ist der Gelenkmittelpunkt M, vier Offsetpunkte O1, O2, O3, O4 und die Mittelebene EM des Gelenks bezeichnet.
In der oberen Bildhälfte ist ein erstes Bahnpaar mit einer ersten äußeren Kugelbahn 22 und einer ersten inneren Kugelbahn 23 im Schnitt dargestellt. Die Mittellinie M22 der ersten äußeren Kugelbahn 22 bezeichnet den Weg des Kugelmittelpunktes der Kugel 14₁ in Bezug auf die erste äußere Kugelbahn 22 und die Mittellinie M23 der ersten inneren Kugelbahn 23 bezeichnet den Weg des Kugelmittelpunktes der Kugel 14₁ in Bezug auf die erste innere Kugelbahn 23. Die beiden Mittellinien M22, M23 sind zueinander spiegelsymmetrisch in Bezug auf die Kugelmittenebene EK.
In der unteren Bildhälfte ist ein erstes Bahnpaar mit einer zweiten äußeren Kugelbahn 24 und einer zweiten inneren Kugelbahn 25 im Schnitt dargestellt. Die Mittellinie M24 der zweiten äußeren Kugelbahn 24 bezeichnet den Weg des Kugelmittelpunktes der Kugel 14₂ in Bezug auf die zweite äußere Kugelbahn 24 und die Mittellinie M25 der zweiten inneren Kugelbahn 25 bezeichnet den Weg des Kugelmittelpunktes der Kugel 14₂ in Bezug auf die zweite innere Kugelbahn 25. Die beiden Mittellinien M24, M25 sind zueinander spiegelsymmetrisch in Bezug auf die Kugelmittenebene EK.
Die weitgehende Symmetrie der Mittellinien M22, M23 sowie M24, M25 zueinander in Bezug auf die Kugelmittenebene entspricht allgemeinen Gesetzmäßigkeiten bei Gleichlaufgelenken der genannten Art. Der nicht näher bezeichnete Bahngrund der Kugelbahnen hat in den Darstellungen Kontakt zu den Kugeln, obwohl dies bei ausgeführten Gelenken nicht notwendig gegeben sein muß. Vereinfachend ist hier angenommen, daß der Kontakt der Kugeln mit den Kugelbahnen im Bahngrund stattfindet. Die Bahngrundlinien der Kugelbahnen verlaufen äquidistant zu ihren Mittellinien. Bei Drehmomentübertragung am Gleichlaufgelenk verlagert sich der Kontakt der Kugeln mit den Kugelbahnen notwendigerweise in Flankenbereiche der Kugelbahnen.
Nachfolgend wird auf die Unterschiede der 1 bis 4 eingegangen.
In 1 ist das erfindungsgemäße Gelenk in gestrecktem Zustand gezeigt. Hierbei fallen die Längsachsen La und Li zusammen, ebenso die Offset-Punkte O1 und O4 sowie O2 und O3. Das erste Bahnpaar 22, 23 ist dadurch gekennzeichnet, daß es sich in der Mittelebene EM zur Anschlußseite hin öffnet, d. h. Tangenten an die Kugelkontaktpunkte in den Kugelbahnen bilden einen Öffnungswinkel α, der sich zur Anschlußseite hin öffnet. Hierdurch erfährt die Kugel 14₁ unter Drehmoment eine resultierende Kraft F1, die zur Anschlußseite weist.
Das zweite Bahnpaar 24, 25 ist dadurch gekennzeichnet, daß sie sich in der Mittelebene EM zur Öffnungsseite hin öffnen, d. h. Tangenten an die Kugelkontaktpunkte in den Kugelbahnen bilden einen Öffnungswinkel β, der sich zur Öffnungsseite hin öffnet. Hierdurch erfährt die Kugel unter Drehmoment eine resultierende Kraft F4, die zur Öffnungsseite weist.
Da die Resultierende der Kräfte auf die Kugeln in den ersten Bahnpaaren und in den zweiten Bahnpaaren, die abwechselnd über dem Umfang verteilt sind, gleich Null ist, ist der Käfig weitgehend axialkraftfrei und läuft das Gelenk im Betriebswinkelbereich reibungsarm.
In 2 ist das Gelenk um einen Beugewinkel γ1 gebeugt, der in der Zeichnungsebene liegt, wobei der Beugewinkel γ1 zwischen den Längsachsen La und Li aufgespannt ist. Die Kugelmittenebene EK, die mit der winkelhalbierenden Ebene EW übereinstimmt, ist hierbei gegenüber der Mittelebene EM um den halben Beugewinkel (γ1/2), der nicht bezeichnet ist, verdreht, wobei durch eine Rechtsdrehung im mathematischen Sinne die Kugel 14₁ im ersten Bahnpaar 22, 23 sich zur Anschlußseite verlagert hat und die Kugel 14₂ im zweiten Bahnpaar sich zur Öffnungsseite verlagert hat. Durch die erfindungsgemäße Bahnform der ersten Bahnpaare, auf die noch näher eingegangen wird, hat sich nunmehr der Öffnungswinkel α zwischen den Tangenten an die Kugel 14₁ in dem ersten Bahnpaar so verändert, daß er sich zur Anschlußseite öffnet. Unter Drehmoment bewirkt das erste Bahnpaar 22, 23 nunmehr eine resultierende Kraft F1 auf die Kugel 14₁ , die zur Öffnungsseite weist.
Die Tangenten an die Kugel 14₂ im zweiten Bahnpaar 24, 25 spannen einen Öffnungswinkel β auf, der sich gegenüber dem ursprünglichen Öffnungswinkel vergrößert hat, jedoch weiterhin zur Öffnungsseite weist. Unter Drehmoment bewirkt das zweite Bahnpaar 24, 25 nunmehr eine resultierende Kraft F4 auf die Kugel 14₂ , die ebenfalls zur Öffnungsseite zeigt.
Die Resultierende der Kräfte auf die Kugeln in allen Bahnpaaren ist ungleich Null, so daß sich der Käfig am Gelenkaußenteil abstützen muß. Dafür ist der Käfig in der Beugeebene aber frei von Drehmoment um die Beugeachse, so daß der Käfig leicht zurückzuführen ist und das Gelenk gut steuerbar bleibt.
In 3 ist das Gelenk um einen zweiten Beugewinkel γ2, der genau so groß ist, wie der Beugewinkel γ1, jedoch hier jedoch durch eine Linksdrehung im mathematischen Sinne erzeugt ist, in der Zeichnungsebene gebeugt. Die Mittellinien La, Li spannen den genannten Beugewinkel γ2 auf. Die Kugelmittenebene EK, die mit der winkelhalbierenden Ebene EW übereinstimmt, ist gegenüber der Mittelebene EM des Gelenks um den halben Beugewinkel (β2/2), der hier nicht bezeichnet ist, geneigt. Auf die Darstellung der Öffnungswinkel wurde hier verzichtet. Obwohl im Bereich der Kugel 14₁ die Kugelmittelebene EK die erste äußere Kugelbahn 22 bereits verlassen hat, stellt die gewählte Bahnform sicher, daß ein Kugelkontaktpunkt C22 noch um einen Abstand S1 vom Ende der Kugelbahn 22 entfernt liegt. Ein Kugelkontaktpunkt C23 liegt ebenfalls um einen nicht bezeichneten Abstand vom Ende der Kugelbahn 23 entfernt. Die Kugel 14₁ hat somit noch sicheren Kontakt innerhalb der Kugelbahnen 22, 23 und kann damit zur Drehmomentübertragung beitragen. Die dem zugrundeliegende Gestaltung der ersten Kugelbahnen 22, 23 auf der Öffnungsseite ist im einzelnen in der DE 100 60 220 A1 beschrieben, auf die hier inhaltlich Bezug genommen wird.
In 4 ist das Gelenk wie in 2 gezeigt, wobei der Beugewinkel γ1 in der Zeichnungsebene zwischen der ersten Längsachse La und der zweiten Längsachse Li aufgespannt ist. Auf die Darstellung der Öffnungswinkel ist hierbei verzichtet. Hier ist im Bereich der Kugel 14₂ im zweiten Bahnpaar 24, 25 dargestellt, daß die Kugelmittenebene EK, die mit der winkelhalbierenden Ebene EW übereinstimmt und gegenüber der Mittelebene EM des Gelenks um den halben Beugewinkel (γ1/2) geneigt ist, bei diesem Beugewinkel bereits aus dem Bereich der äußeren Kugelbahn 24 ausgetreten ist. Durch die an den zweiten Bahnpaaren gewählte Bahnform ist jedoch sichergestellt, daß gleichwohl der Kugelkontaktpunkt C24 der Kugel 14₂ mit der äußeren Bahn 24 noch um den Abstand S2 innerhalb der Bahn liegt. Ein Kugelkontaktpunkt C25 liegt ebenfalls um einen nicht bezeichneten Abstand vom Ende der Kugelbahn 25 entfernt. Die Kugel 14₂ kann damit noch Drehmoment übertragen. Die Gestaltung dieser Bahn ist grundsätzlich in der DE 197 06 864 C1 beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen wird.
In den 5 und 6 ist das Gelenkaußenteil 12 als Einzelheit im Längsschnitt gezeigt. Hierbei sind die Bahnmittellinie M22 der ersten äußeren Kugelbahn 22 und der Bahnmittellinie M24 der zweiten äußeren Kugelbahn 24 eingezeichnet.
In 5 ist der Bahnverlauf der ersten äußeren Kugelbahn 22 anhand ihrer Mittellinie M22 näher dargestellt. Diese hat zentral einen Bogenverlauf um den Mittelpunkt O1 mit dem Radius R2. Der Radius R2 erstreckt sich zur Anschlußseite hin bis in eine Ebene S, die senkrecht zur Längsachse La liegt. An den Radius R2 schließt sich ein kleinerer Kreisbogen mit dem Radius R3 stetig an, dessen Mittelpunkt OS auf der genannten Ebene S liegt. Hiermit wird die erfindungsgemäße Umkehr des Öffnungswinkels α an den Kugeln in den ersten Bahnpaaren bei Gelenkbeugung bewirkt.
Zur Öffnungsseite hin schließt sich an den Kreisbogen mit dem Radius R2 um den Mittelpunkt O1 ein entgegengesetzt gekrümmter Kreisbogen mit dem Radius R1 an, dessen Mittelpunkt OE außerhalb des Kreises mit dem Radius R2 liegt. Der Anschluß ist ebenfalls stetig. Gemäß den bekannten Gesetzmäßigkeiten verläuft die Mittellinie (M23) der ersten inneren Kugelbahn (23), die hier nicht dargestellt ist, bei übereinstimmender Lage der Längsachsen La, Li symmetrisch zur Mittellinie M22 in Bezug auf die Mittelebene EM, wobei sie in allen gebeugten Positionen des Gelenkes zur Mittellinie M22 jeweils symmetrisch in Bezug auf die Kugelmittelebene EK bleibt, die einer winkelhalbierenden Ebene EW zwischen den Längsachsen La, Li entspricht.
In 6 ist der Bahnverlauf der zweiten äußeren Kugelbahn 24 anhand ihrer Mittellinie M24 dargestellt. Diese umfaßt zentral einen Kreisbogen mit dem Radius R5 um einen Mittelpunkt O3, wobei sich dieser Kreisbogen zur Anschlußseite hin bis zum Ende der Kugelbahn erstreckt. Zur Öffnungsseite schließt sich an den genannten Kreisbogen ein Kreisbogen mit umgekehrter Krümmung mit dem Radius R4 an, dessen Mittelpunkt OA sich außerhalb des Kreises mit dem Radius R5 befindet. Die zugehörige Mittellinie (M25) der zweiten inneren Kugelbahn (25), die hier nicht dargestellt ist, ist symmetrisch zur gezeigten Mittellinie M24 in Bezug auf die Mittelebene EM des Gelenks bei Zusammenfallen der Längsachsen, bzw. in Bezug auf die Kugelmittenebene EK bei gebeugtem Gelenk in allen Positionen, die einer winkelhalbierende Ebene EW zwischen den Längsachsen La, Li entspricht.
In 7 ist ein Gelenk nach den vorhergehenden Zeichnung vollständig gezeigt, wobei übereinstimmende Teile mit übereinstimmenden Bezugsziffern belegt sind. Auf die vorangehende Beschreibung wird insoweit Bezug genommen. Das Gelenk ist als Sechskugelgelenk ausgeführt, so daß über dem Umfang abwechselnd drei erste Bahnpaare 22, 23 vorgesehen sind, von denen eines im Schnitt A-A in der oberen Bildhälfte gezeigt ist und drei zweite Bahnpaare 24, 25, von denen eines im Schnitt A-A in der unteren Bildhälfte gezeigt ist.
In 8 ist ein Gelenk ähnlich wie in 7 dargestellt, wobei gleiche Einzelheiten mit gleichen Bezugsziffern belegt sind. Auf die vorangehende Beschreibung wird insoweit Bezug genommen. Die zweiten Bahnpaare 24, 25 sind jedoch dahin abgewandelt, daß ihre Mittellinien jeweils im Anschluß an einen ersten Kreisbogen (mit dem Radius R5) eine tangential anschließende Gerade anstelle eines entgegengesetzt gekrümmten Kreisbogens aufweisen. Die hiermit gezeigt Bahnform entspricht somit der Bahnform üblicher UF-Gelenke.
In 9 ist ein Gelenk ähnlich dem Gelenk in 7 gezeigt, jedoch sind acht Bahnpaare und acht Kugeln vorgesehen, wobei erste und zweite Bahnpaare über dem Umfangs abwechselnd verteilt sind. Hiernach sind im Schnitt A-A zwei erste Bahnpaare 22, 23 und im Schnitt B-B zwei zweite Bahnpaare 24, 25 jeweils in der Schnittebene erkennbar.
In 10 ist ein Gelenk mit im wesentlichen den gleichen Einzelheiten wie das Gelenk in 9 gezeigt. Auf die vorangehende Beschreibung wird insoweit Bezug genommen. Die zweiten Bahnpaare 24, 25 weichen jedoch dadurch davon ab, daß im Anschluß an die Kreisabschnitte ihrer Mittellinien (mit dem Radius R5) anstelle eines entgegengesetzt gekrümmten Kreisbogens sich tangentiale Geraden sich anschließen. Die Bahnform entspricht somit der von bekannten UF-Gelenken.
In den 11 und 12 sind in einem Halbschnitt für ein Sechskugelgelenk die von den Bahnen auf die Kugeln ausgeübten Kräfte dargestellt.
In 11 ist ein erfindungsgemäßes Gelenk gezeigt, an dem durch den erfindungsgemäßen Verlauf der ersten Kugelbahnen 22 eine Umkehr der auf die Kugel einwirkenden Kraft F1 in der Beugeebene erfolgt, so daß auf den Käfig unter Berücksichtigung der Tatsache, daß zu den Kräften F2 und F3 an den nicht dargestellten Kugeln gleichgerichtete Kräfte (F5) und (F6) angreifen, eine resultierende Kraft in Richtung zur Anschlußseite ausgeübt wird, jedoch kein Drehmoment um die Beugeachse des Gelenks. Hierdurch stützt sich der Käfig am Gelenkaußenteil ab, so daß Reibungskräfte entstehen. Das Gelenk ist jedoch leichtgängig aus der gebeugten Stellung zu kleineren Beugewinkeln zurückzuführen.
In 12 ist dargestellt, wie bei einem konventionellen Gegenbahngelenk bei extremer Beugung alle auf den Käfig einwirkenden Kugelkräfte in Bezug auf die Gelenkbeugeachse in gleichem Drehsinn auf den Käfig einwirken. Auf den Käfig wird ein starkes Moment ausgeübt, wie durch den eingezeichneten Drehpfeil erkennbar wird. Das Gelenk neigt zum Klemmen; ein Zurückführen des Gelenks zu kleineren Beugewinkeln ist erschwert oder unmöglich.

11: Gegenbahngelenk
12: Gelenkaußenteil
13: Gelenkinnenteil
14: Kugel
15: Käfig
16: Käfigaußenfläche
17: Käfiginnenfläche
18: Fenster
19: Anschlußzapfen
20: Gelenköffnung
21: Einstecköffnung
22: erste äußere Kugelbahn
23: erste innere Kugelbahn
24: zweite äußere Kugelbahn
25: zweite innere Kugelbahn
α: Öffnungswinkel
β: Öffnungswinkel
γ1: Beugewinkel
γ2: Beugewinkel
EK: Kugelmittenebene
EM: Gelenkmittelebene
EW: winkelhalbierende Ebene
La: Längsachse Außenteil
Li: Längsachse Innenteil
M22: Mittellinie Bahn 22
M23: Mittellinie Bahn 23
M24: Mittellinie Bahn 24
M25: Mittellinie Bahn 25

Claims

Gleichlaufgelenk in Form eines Gegenbahngelenkes mit den Merkmalen: ein Gelenkaußenteil (12), welches eine erste Längsachse (La) und axial zueinander entgegengesetzt liegend eine Anschlußseite und eine Öffnungsseite hat und das erste äußere Kugelbahnen (22) und zweite äußere Kugelbahnen (24) aufweist, ein Gelenkinnenteil, welches eine zweite Längsachse (Li) und Anschlußmittel für eine zur Öffnungsseite des Gelenkaußenteils (12) weisende Welle hat und das erste innere Kugelbahnen (23) und zweite innere Kugelbahnen (25) aufweist, die ersten äußeren Kugelbahnen (22) und die ersten inneren Kugelbahnen (23) bilden erste Bahnpaare miteinander, die zweiten äußeren Kugelbahnen (24) und die zweiten inneren Kugelbahnen (25) bilden zweite Bahnpaare miteinander, die Bahnpaare nehmen jeweils eine drehmomentübertragende Kugel (14) auf, ein Kugelkäfig (15) sitzt zwischen Gelenkaußenteil (12) und Gelenkinnenteil (13) und weist umfangsverteilte Käfigfenster (18) auf, die jeweils zumindest eine der drehmomentübertragenden Kugeln (14) aufnehmen, die Mittelpunkte (K) der Kugeln (14) werden vom Käfig (15) in einer Kugelmittenebene (EK) gehalten, der Weg der Mittelpunkte (K) der Kugeln (14) in den Kugelbahnen ist jeweils als Mittellinie (M) der entsprechenden Kugelbahnen definiert, der Öffnungswinkel (α) der ersten Bahnpaare (22, 23) öffnet sich bei gestrecktem Gelenk von der Öffnungsseite zur Anschlußseite hin, der Öffnungswinkel (β) der zweiten Bahnpaare (24, 25) öffnet sich bei gestrecktem Gelenk von der Anschlußseite zur Öffnungsseite hin, die ersten Bahnpaare (22, 23) sind so gestaltet, daß der Öffnungswinkel (α) der ersten Bahnpaare (22, 23) bei Gelenkbeugung an einer über die Mittelebene (EM) in das Gelenkaußenteil (12) eintretenden Kugel (14) zunächst zu Null wird und sich dann zur Öffnungsseite hin öffnet.
Gleichlaufgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Bahnpaare (22, 23) so gestaltet sind, daß der Öffnungswinkel (α) der ersten Bahnpaare bei Gelenkbeugung sich an einer in das Gelenkaußenteil (12) über die Mittelebene (EM) eintretenden Kugel (14) jeweils stetig ändert.
Gleichlaufgelenk in Form eines Gegenbahngelenkes mit den Merkmalen ein Gelenkaußenteil (12), welches eine erste Längsachse (La) und axial zueinander entgegengesetzt liegend eine Anschlußseite und eine Öffnungsseite hat und das erste äußere Kugelbahnen (22) und zweite äußere Kugelbahnen (24) aufweist, ein Gelenkinnenteil, welches eine zweite Längsachse (Li) und Anschlußmittel für eine zur Öffnungsseite des Gelenkaußenteils (12) weisende Welle hat und das erste innere Kugelbahnen (23) und zweite innere Kugelbahnen (25) aufweist, die ersten äußeren Kugelbahnen (22) und die ersten inneren Kugelbahnen (23) bilden erste Bahnpaare miteinander, die zweiten äußeren Kugelbahnen (24) und die zweiten inneren Kugelbahnen (25) bilden zweite Bahnpaare miteinander, die Bahnpaare nehmen jeweils eine drehmomentübertragende Kugel (14) auf, ein Kugelkäfig (15) sitzt zwischen Gelenkaußenteil (12) und Gelenkinnenteil (13) und weist umfangsverteilte Käfigfenster (18) auf, die jeweils zumindest eine der drehmomentübertragenden Kugeln (14) aufnehmen, die Mittelpunkte (K) der Kugeln (14) werden vom Käfig (15) in einer Kugelmittenebene (EK) gehalten, der Weg der Mittelpunkte (K) der Kugeln (14) in den Kugelbahnen ist jeweils als Mittellinie (M) der entsprechenden Kugelbahnen definiert, der Öffnungswinkel (α) der ersten Bahnpaare (22, 23) öffnet sich bei gestrecktem Gelenk von der Öffnungsseite zur Anschlußseite hin, der Öffnungswinkel (β) der zweiten Bahnpaare (24, 25) öffnet sich bei gestrecktem Gelenk von der Anschlußseite zur Öffnungsseite hin, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnmittellinien (M22) der ersten äußeren Kugelbahnen (22) der ersten Bahnpaare zentral einen Bogen mit dem Radius (R2) haben, dessen Mittelpunkt um einen ersten axialen Offset (O1) von der Mittelebene (EM) des Gelenks zur Anschlußseite hin versetzt liegt, und daß sie anschließend an diesen Bogen zur Anschlußseite hin von diesem Radius (R2) zunehmend nach radial innen abweichen und daß die Bahnmittellinien (M23) der ersten inneren Kugelbahnen (23) der ersten Bahnpaare zentral einen Bogen mit dem Radius (R2') haben, dessen Mittelpunkt um einen zweiten axialen Offset (O2) von der Mittelebene (EM) des Gelenks zur Öffnungsseite hin versetzt liegt, und daß sie anschließend an diesen Bogen zur Öffnungsseite hin von diesem Radius (R2') zunehmend nach radial innen abweichen.
Gleichlaufgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnmittellinien (M22) der ersten äußeren Kugelbahnen (22) im Anschluß an den Bogen mit dem Radius (R2) zur Anschlußseite einen Bogen mit einem kleineren Radius (R3) haben, der sich stetig an ersteren anschließt und daß die Bahnmittellinien (M23) der ersten inneren Kugelbahnen im Anschluß an den Bogen mit dem Radius (R2') zur Öffnungsseite hin einen Bogen mit einem kleineren Radius (R3') haben, der sich stetig an ersteren anschließt.
Gleichlaufgelenk nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnmittellinien (M22) der ersten äußeren Kugelbahnen (22) der ersten Bahnpaare sich im Anschluß an den Bogen mit dem Radius (R2) zur Öffnungsseite hin von diesem Radius (R2) zunehmend nach radial außen abweichen und daß die Bahnmittellinien (M23) der ersten inneren Kugelbahnen (23) sich im Anschluß an den Bogen mit dem Radius (R2') zur Anschlußseite hin von diesem Radius (R2') zunehmend nach außen abweichen.
Gleichlaufgelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnmittellinien (M22) der ersten äußeren Kugelbahnen (22) im Anschluß an den Bogen mit dem Radius (R2) zur Öffnungsseite einen Bogen mit dem Radius (R1) haben, der sich an ersteren stetig anschließt und dessen Mittelpunkt außerhalb des Radius (R2) liegt und daß die Bahnmittellinien (M23) der ersten inneren Kugelbahnen (23) im Anschluß an den Bogen mit dem Radius (R2') zur Anschlußseite hin einen Radius (R1') haben, der sich stetig an ersteren anschließt und dessen Mittelpunkt außerhalb des Radius (R2') liegt.
Gleichlaufgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnmittellinien (M24) der zweiten äußeren Kugelbahnen (24) der zweiten Bahnpaare zentral einen Bogen mit dem Radius (R5) haben, dessen Mittelpunkt um einen ersten axialen Offset (O3) von der Mittelebene (EM) des Gelenks zur Öffnungsseite hin versetzt liegt, und daß sie anschließend an diesen Bogen zur Öffnungsseite zunehmend von diesem Radius (R5) nach radial außen abweichen und daß die Bahnmittellinien (M25) der zweiten äußeren Kugelbahnen (25) der zweiten Bahnpaare zentral einen Bogen mit dem Radius (R5') haben, dessen Mittelpunkt um einen zweiten axialen Offset (O4) von der Mittelebene (EM) des Gelenks zur Anschlußseite hin versetzt liegt, und daß sie anschließend an diesen Bogen zur Anschlußseite hin von diesem Radius (R5') zunehmend nach radial außen abweichen.
Gegenbahngelenk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnmittellinien (M24) der zweiten äußeren Kugelbahnen (24) im Anschluß an den Bogen mit dem Radius (R5) zur Öffnungsseite hin einen Bogen mit einem Radius (R4) haben, der sich stetig an ersteren anschließt und dessen Mittelpunkt außerhalb des Radius (R5) liegt, und daß die Bahnmittellinien (M25) der zweiten inneren Kugelbahnen (25) im Anschluß an den Bogen mit dem Radius (R5') zur Anschlußseite hin einen Bogen mit dem Radius (R4') haben, der sich stetig an ersteren anschließt und dessen Mittelpunkt außerhalb des Radius (R5') liegt.
Gegenbahngelenk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnmittellinien (M24) der zweiten äußeren Kugelbahnen (24) im Anschluß an den Bogen mit dem Radius (R5) zur Öffnungsseite hin eine Gerade aufweisen, die sich stetig anschließt, und daß die Bahnmittellinien (M25) der zweiten inneren Kugelbahnen (25) im Anschluß an den Bogen mit dem Radius (R5') zur Anschlußseite hin eine Gerade umfassen, die sich stetig anschließt.
Gegenbahngelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnmittellinien der Kugelbahnen in Mittelebenen liegen, die die Längsachsen (La, Li) enthalten.
Gegenbahngelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit drei ersten Bahnpaaren (22, 23) und drei zweiten Bahnpaaren (24, 25), die über dem Umfang abwechselnd angeordnet sind.
Gegenbahngelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das vier erste Bahnpaare (22, 23) und vier zweite Bahnpaare (24, 25) umfaßt, die über dem Umfang abwechselnd angeordnet sind.