DE112004002352B4

DE112004002352B4 - Gleichlaufverschiebegelenk für eine auf Energieaufnahme abgestimmte Antriebswelle

Info

Publication number: DE112004002352B4
Application number: DE112004002352.1T
Authority: DE
Inventors: Ramon Kuczera; Michael Miller; Donald Dine; James Lyon
Original assignee: GKN Driveline North America Inc
Current assignee: GKN Driveline North America Inc
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2004-12-02
Publication date: 2017-12-07
Anticipated expiration: 2024-12-03
Also published as: JP4664925B2; DE112004002352T5; WO2005057035A1; JP2007513305A

Abstract

Energieaufnehmendes Gleichlaufverschiebegelenk (11, 111, 211, 311) mit: einem Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) und einem verlängerten äußeren Axialbereich (E); einem in dem genannten Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) angeordneten Gelenkinnenteil (52, 152, 252, 352); einer Vielzahl von drehmomentübertragenden Elementen (58, 156, 256, 356), die zwischen dem genannten Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) und dem genannten Gelenkinnenteil (52, 152, 252, 352) innerhalb eines normalen Axialbereichs (N) geführt werden; und einer oder mehreren energieaufnehmenden Flächen (70, 73, 87, 81), die von dem normalen Axialbereich (N) entfernt und in dem verlängerten Axialbereich (E) an dem genannten Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) angeordnet sind, wobei die energieaufnehmende Fläche (70, 73, 87, 81) an dem Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) mit dem genannten Gelenkinnenteil (52, 152, 252, 352) oder mit wenigstens einem der genannten Vielzahl von drehmomentübertragenden Elemente (58, 156, 256, 356) störend zusammenwirkt, wenn das Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) jenseits des normalen Axialbereichs (N) betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine der energieaufnehmenden Flächen (70, 73, 87, 81) eine Bodenfläche (88) auf einer in Längsrichtung sich erstreckenden Bahn des Gelenkaußenteils (50, 150, 250, 350) ist, wobei die Bodenfläche (88) aus dem gleichen Materialstück wie das Gelenkaußenteil hergestellt ist und eine oder mehrere Neigungen, eine gestufte Neigung oder eine variable Neigung aufweist.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein Kraftfahrzeuggelenkwellen, insbesondere ein Gleichlaufgelenk mit einem verbesserten Crash-Verhalten und energieaufnehmenden Eigenschaften in der Antriebswelle eines Kraftfahrzeuges.
Hintergrund der Erfindung
Aus der DE 102 40 192 A1 ist eine Längswellenanordnung mit einem Gleichlaufdrehgelenk mit einer Hohlwelle und einer Verbindungswelle bekannt. In der Hohlwelle ist ein Anschlag in Form einer eingesetzten Platte vorgesehen. Dieser Anschlag verhindert, dass das Gleichlaufgelenk vor einem Zusammenstoß auseinanderfällt. Weiterhin schafft der Anschlag eine Barriere, die es erforderlich macht, dass eine minimale axiale Druckkraft auf die Längswelle ausgeübt wird, damit ein Zusammenfahren der Wellen einsetzen kann.
Aus der DE 196 52 100 C1 ist ein VL-Gleichlaufdrehgelenk zur Aufnahme axialer Verschiebungen in einer Längsantriebswelle bekannt. Es sind verschiedene Ausführungsformen offenbart. In einer Ausführungsform ist zwischen dem Gelenkaußenteil und einem hieran angeschlossenen Ringflansch ein Kunststoffring eingespannt, der ein Anschlagmittel bildet und als Verliersicherung für das Gelenk vor der Montage und als Sollverformungselement im eingebauten Zustand dient.
Aus der US 2003/0008716 A1 ist ein crash-optimiertes Gleichlaufverschiebegelenk bekannt. Dieses weist ein Gleichlaufverschiebegelenk auf, dessen Gelenkaußenteil mit einem Wellenrohr verbunden ist. In dem Wellenrohr sitzt, axial benachbart zum Gelenkaußenteil, ein Deckel ein, der im Crashfall von dem Gelenkinnenteil in das Wellenrohr hineingeschoben wird.
Aus der JP 2003312284 A und der US 2003/0196846 A1 sind ähnliche Gleichlaufverschiebegelenke mit einem in einer Hohlwelle einsitzendem Deckel bekannt, der im Crashfall in das Wellenrohr eingeschoben wird.
Gleichlaufgelenke werden allgemein in Kraftfahrzeugen verwendet. In einem typischen Fall werden Gleichlaufgelenke dort eingesetzt, wo die Übertragung einer Drehbewegung mit einer konstanten Geschwindigkeit erwünscht oder erforderlich ist. Gängige Ausführungsformen von Gleichlaufgelenken umfassen Konstruktionen mit einer begrenzten Beweglichkeit oder Verschiebekonstruktionen und nicht-verschiebbare Konstruktionen. Von besonderem Interesse sind Gleichlaufgelenke des Typs mit einer begrenzten Beweglichkeit oder Verschiebe-Typs; hierzu gehören Tripodegelenke, DO-(Double Offset)Gelenke, Gelenke mit gekreuzten Bahnen und Hybridgelenke mit gekreuzten Bahnen. Unter diesen Verschiebegelenken umfassen die Gleichlaufgelenke des Tripodetyps Rollen als drehmomentübertragende Teile, während die anderen Verschiebegelenke Kugeln als drehmomentübertragende Elemente aufweisen. In typischen Ausführungsformen werden diese Gelenke innenliegend (in Richtung auf die Mittel des Fahrzeugs) an vorderen Seitenwellen und auf der innenliegenden oder außenliegenden Seite von Seitenwellen im Fahrzeugheck sowie für Längsantriebswellen von Fahrzeugen mit Hinterradantrieb, Allradantrieb und Vierradantrieb verwendet.
Antriebswellen werden allgemein in Kraftfahrzeugen verwendet, um Drehmoment und Drehbewegungen von dem Vorderteil des Fahrzeugs auf ein Hinterachsdifferential zu übertragen, wie es in Fahrzeugen mit Hinterradantrieb und Allradantrieb der Fall ist. Antriebswellen werden auch verwendet, um Drehmomente und Drehbewegungen auf das Vorderachsdifferential eines Fahrzeuges mit Vierradantrieb zu übertragen. Insbesondere kommen häufig zweiteilige Antriebswellen zur Anwendung, wenn größere Entfernungen zwischen dem Vorderradantrieb und dem Hinterradantrieb bestehen. In ähnlicher Weise werden auch Seitenwellen gewöhnlich in Kraftfahrzeugen benutzt, um Drehmoment von dem Differential auf die Räder zu übertragen. Die Antriebswelle und Seitenwellen werden mit ihren entsprechenden Antriebs- und Abriebsteilen durch ein Gelenk oder eine Reihe von Gelenken verbunden. Zu den verwendeten Gelenktypen für die Verbindung von Antriebswelle und Seitenwellen gehören Kardan-, Rzeppa- und Tripodegelenke sowie verschiedene Kugelgelenke.
Zusätzlich zu der Übertragung von Drehmoment und Drehbewegungen, ermöglichen Antriebswellen und Seitenwellen auch eine Axialbewegung in vielen Fahrzeuganwendungen. Insbesondere ist die Axialbewegung in zweiteiligen Antriebswellen durch Verwendung eines Gleichlaufgelenks mit begrenzter Beweglichkeit oder Verschiebegelenk einkonstruiert.
Abgesehen davon, daß Gleichlaufverschiebegelenke mechanische Energie übertragen und axiale Bewegungen aufnehmen, ist es wünschenswert, daß sie ein ausreichendes Crash-Verhalten aufweisen. Insbesondere ist es wünschenswert, daß die Gleichlaufgelenke axial verkürzt werden, um zu verhindern, daß die Antriebswelle oder Seitenwelle einknickt und in das Fahrgastabteil eindringt oder andere Fahrzeugteile in der Nähe der Antriebswelle oder der Seitenwelle beschädigt. In vielen Crash-Situationen verkürzt und verformt sich der Fahrzeugaufbau, indem er Energie absorbiert, die die Beschleunigung reduziert, und außerdem schützt er die Fahrzeuginsassen. Infolgedessen ist es wünschenswert, daß die Gelenkwellenlänge während des Zusammenstoßes gekürzt werden kann und daß das Gleichlaufgelenk sich jenseits seiner Betriebslänge bewegen kann. Es ist außerdem wünschenswert, daß das Gleichlaufgelenk in der Antriebswelle einen erheblichen Anteil der Verformungsenergie während des Zusammenstoßes aufnehmen kann. Eine Verkürzung der Gelenkwellenlänge während eines Zusammenstoßes wird oft dadurch erreicht, daß die Antriebswelle teleskopisch zusammenfährt und anschließend Energie aufnimmt.
Bei teleskopischen Gelenkwellenanordnungen muß sich das Gelenk jenseits der Gleichlaufgelenkgrenzen bewegen, bevor der teleskopische Charakter der Gelenkwelle wirksam wird. Bei manchen Konstruktionen muß die Antriebswelle Drehmomente übertragen und gleichzeitig sich teleskopisch verhalten können. Bei anderen Konstruktionen tritt der teleskopische Charakter des Gelenks erst nach der Zerstörung des Gelenks, des Gelenkkäfigs oder einer Art von Sicherungsring auf. Bei wiederum einer anderen Konstruktion muß das Gelenk erst die Kugeln aus dem Bahnbereich herausbewegen, ehe die teleskopische Eigenschaft für eine axiale Gelenkverschiebung verwendet werden kann. Die Grenze der teleskopischen Eigenschaft besteht darin, daß das Gleichlaufgelenk beeinträchtigt werden muß, ehe die Axialverschiebung in einer Crash-Situation eintreten kann. Es ist daher wünschenswert, ein Gleichlaufgelenk bereitzustellen, das die Axialverschiebung während eines Crashs aufnehmen kann.
Weiterhin tritt die Energieaufnahme erst ein, nachdem die Funktionsgrenze des Gleichlaufgelenks überschritten ist. Dies verursacht eine zeitliche Verschiebung der Energieaufnahme durch die Gelenkwelle. Dann, und erst dann, wird die Energieaufnahme erreicht und hat in einer typischen Anwendungsform den Charakter einer Kraftstufe oder Impulsenergieaufnahme. Nach der anfänglichen Energieaufnahme findet in einem typischen Fall keine Energieaufnahme mehr in der Antriebswelle statt. In anderen Situationen tritt eine weitere Energieaufnahme ein, aber erst, nachdem die Gelenkkugeln erfolgreich aus dem Gelenkbahnbereich in die Gelenkwelle bewegt wurden. Es besteht daher der Wunsch, ein Gleichlaufgelenk bereitzustellen, das ein gesteuertes oder einkonstruiertes Energieaufnahmeprofil über einen axialen Bewegungsbereich des Gelenks aufweist, insbesondere dann, wenn der normale Betriebsbereich des Gelenks überschritten ist.
Es wäre vorteilhaft, wenn die oben aufgeführten Eigenschaften in einem Tripodegelenk vorliegen würden. Unter Kraftfahrzeugherstellern und -lieferanten ist das Tripodegleichlaufgelenk normalerweise als GI-Gelenk bekannt. Die vorliegende Erfindung betrifft einen solchen Gelenktyp. Ein Tripodegelenk wird zur Aufnahme von Winkel- und Axialbewegungen in einer Antriebswelle verwendet, während es gleichzeitig Drehbewegungen und Drehmomente überträgt. Antriebswellen und Seitenwellen wiederum werden verwendet, um eine Antriebseinheit, z. B. ein Schaltgetriebe, mit einem Hinterachsgetriebe oder -differential zu verbinden. Das Tripodegelenk umfaßt ein Gelenkaußenteil, in dessen Innenraum eine Vielzahl von äußeren Bohrungsabschnitten umfangsverteilt zwischen einer Vielzahl von in Längsrichtung sich erstreckenden Bahnen angeordnet ist. Jede Bahn weist einen Boden zwischen zwei einander gegenüberliegenden, in Längsrichtung sich erstreckenden Seitenbahnen auf. Ein Gelenkinnenteil ist in dem genannten Gelenkaußenteil angeordnet und umfaßt eine Vielzahl von Nabenseitenflächen, die umfangsverteilt zwischen einer Vielzahl von Zapfen angeordnet sind. Jeder Zapfen weist eine Oberseite und eine innere Laufbahn auf, wo eine Vielzahl von Rollen mit einer Innenbohrung auf der genannten inneren Laufbahn eines jeden Zapfens montiert ist. Es treten Winkel- und Axialverschiebungen zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkaußenteil auf.
Es wäre außerdem vorteilhaft, wenn sich die oben erwähnten Eigenschaften in einem Gelenk mit gekreuzten Bahnen befinden würden. Das Gelenk mit gekreuzten Bahnen ist im allgemeinen unter Fahrzeugherstellern und -lieferanten als VL-Gelenk bekannt, und die vorliegende Erfindung betrifft einen solchen Gelenktyp. Ein VL-Gelenk wird verwendet, um Winkel- und Axialbewegungen in der Gelenkwelle eines Kraftfahrzeuges aufzunehmen und um eine Antriebseinheit mit einem Hinterachsgetriebe zu verbinden, wobei mindestens zwei gelenkig miteinander verbundene Wellenabschnitte vorgehen sind. Das Gelenk umfaßt ein Gelenkaußenteil mit äußeren Kugelbahnen, ein Gelenkinnenteil mit inneren Kugelbahnen, eine Vielzahl von drehmomentübertragenden Kugeln, die jeweils in einander zugeordneten Außen- und Innenbahnen geführt werden. Die genannten Außen- und Innenbahnen bilden Schnittwinkel mit der Gelenklängsachse, die gleich groß sind, aber in entgegensetzte Richtungen sich erstrecken. Die Kugeln werden in einer Gleichlaufebene gehalten, wenn das Gelenk durch den Kugelkäfig axial verschoben oder gebeugt wird; der Kugelkäfig weist eine Vielzahl von Käfigfenstern auf, die jeweils eine Kugel aufnehmen. Das Gelenkaußenteil ist mit einer Hohlwelle verbunden, und das Gelenkinnenteil ist mit einer Verbindungswelle verbunden, die Axialverschiebungen zuläßt.
Es wäre vorteilhaft, wenn die oben erwähnten Eigenschaften auch in einem Hybridgelenk mit gekreuzten Bahnen vorliegen würden. Das Hybridgelenk mit gekreuzten Bahnen ist im allgemeinen bei Fahrzeugherstellern und -lieferanten als SX- oder XL-Gelenk bekannt, und die vorliegende Erfindung betrifft diesen Gelenktyp. Ein SX-Gelenk wird verwendet, um Winkel- und Axialbewegungen in einer Antriebswelle aufnehmen zu können.
Antriebswellen wiederum werden verwendet, um eine Antriebseinheit, wie z. B. ein Schaltgetriebe, mit einem Hinterachsgetriebe zu verbinden, wobei wenigstens zwei gelenkig miteinander verbundene Wellenabschnitte vorgesehen sind. Das Gelenk umfaßt ein Gelenkaußenteil mit äußeren Kugelbahnen, ein Gelenkinnenteil mit inneren Kugelbahnen, eine Vielzahl von drehmomentübertragenden Kugeln, die jeweils in einander zugeordneten äußeren und inneren Kugelbahnen geführt werden. Die genannten Außen- und Innenbahnen bilden Schnittwinkel mit der Gelenklängsachse, die gleich groß sind, aber in entgegensetzte Richtungen sich erstrecken. Die genannten äußeren und inneren Kugelbahnen wechseln sich mit entsprechenden Paaren der inneren Kugelbahnen und äußeren Kugelbahnen ab, die gegenüber der Achse axial gradlinig verlaufen. Die Kugeln werden in einer Gleichlaufebene gehalten, wenn das Gelenk durch einen Kugelkäfig axial verschoben oder gebeugt wird, der mit einer Vielzahl von Käfigfenstern versehen ist, die jeweils eine der Kugeln aufnehmen. Das Gelenkaußenteil ist mit einer Hohlwelle verbunden, und das Gelenkinnenteil ist mit einer Verbindungswelle verbunden, die Axialverschiebungen zuläßt.
Auch wäre es vorteilhaft, wenn die oben erwähnten Eigenschaften auch in einem Double-Offset-Gelenk vorliegen würden. Das Double-Offset-gelenk ist im allgemeinen bei Fahrzeugherstellern und -lieferanten als DO-Gelenk bekannt, und die vorliegende Erfindung betrifft diesen Gelenktyp. Ein DO-Gelenk wird verwendet, um Winkel- und Axialbewegungen in einer Antriebswelle aufnehmen zu können. Gelenkwellen wiederum werden verwendet, um eine Antriebseinheit, wie z. B. ein Schaltgetriebe, mit einem Hinterachsdifferential zu verbinden. Das Gelenk weist ein Gelenkaußenteil auf, in dem eine Vielzahl von linearen Kugelbahnen axial auf einer zylindrischen Innenfläche derselben ausgebildet ist. In dem genannten Gelenkaußenteil ist ein Gelenkinnenteil aufgenommen, in dem eine Vielzahl von linearen Kugelbahnen axial auf einer kugeligen Außenfläche derselben ausgebildet ist, wobei die gleiche Anzahl von drehmomentübertragenden Kugeln in Käfigfenstern eines Kugelkäfigs gehalten und in einem Paar von äußeren und inneren Kugelbahnen positioniert ist. Da der kugelige Mittelpunkt der kugeligen Außenfläche des Käfigs und der kugelige Mittelpunkt der konkaven Innenfläche desselben nach der entgegensetzten Seite hin in axialer Richtung von dem Mittelpunkt der Käfigfenster aus versetzt sind, werden diese Gelenke Double-Offset-Gelenke (Gelenke mit Doppelversatz) genannt. Wenn dieser Gelenktyp bei Gelenkbeugung Drehmomente überträgt, dreht sich der Käfig in die Position der drehmomentübertragenden Kugeln, die sich in den Kugelbahnen als Reaktion auf die Neigung des Gelenkinnenteils bewegen, um die drehmomentübertragenden Kugeln auf der den Betriebswinkel halbierenden Gleichlaufebene zu halten. Da außerdem das Gelenkaußenteil und das Gelenkinnenteil sich relativ zueinander in axialer Richtung verschieben, entsteht eine Gleitbewegung zwischen der kugeligen Außenfläche der Kugel und der zylindrischen Fläche des Gelenkaußenteils, um eine weiche Axialverschiebung zu gewährleisten.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein in dem Antriebsstrang eines Fahrzeugs zu verwendendes Gleichlaufgelenk mit mindestens einem energieaufnehmenden Element, um ein verbessertes Crash-Verhalten und eine verbesserte Energieaufnahme zu gewährleisten. Insbesondere ist wenigstens ein energieaufnehmendes Element des hier beschriebenen Gleichlaufgelenks ausgelegt, um die Energieaufnahme des Gelenks zwecks einer Axialverschiebung über den normalen Bewegungsbereich des Gelenks hinaus zu steuern.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein energieaufnehmendes Gleichlaufverschiebegelenk zur Erzielung eines verbesserten Crash-Verhaltens bereit. Insbesondere umfaßt das Gleichlaufgelenk ein Gelenkaußenteil mit einem in seinem Innenbereich normalen axialen Bewegungsbereich, einem verlängerten Axialbereich und einer Vielzahl von äußeren Bohrungsabschnitten, die umfangsverteilt zwischen einer Vielzahl von in Längsrichtung sich erstreckenden Bahnen angeordnet ist. Jede Bahn weist einen Boden zwischen zwei einander gegenüber liegenden Seitenbahnen auf. Zusätzlich ist ein Gelenkinnenteil in dem genannten Gelenkaußenteil angeordnet und umfaßt eine Vielzahl von Nabenseitenflächen, die umfangsverteilt zwischen einer Vielzahl von Zapfen angeordnet sind. Jeder Zapfen weist ein äußeres Ende und eine innere Laufbahn auf, und weiterhin ist eine Vielzahl von Rollen mit einer Innenbohrung auf der genannten inneren Laufbahn eines jeden Zapfens montiert. Winkel- und Axialbewegungen treten zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkaußenteil auf. Wenigstens eine energieaufnehmende Fläche ist in dem verlängerten Axialbereich des Gelenkaußenteils angeordnet. Wirkt die energieaufnehmende Fläche mit dem Gelenkinnenteil zusammen, wenn das Gelenk jenseits seines normalen Axialbereichs arbeitet, dann absorbiert das Gelenk den Energiestoß. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht eine energieaufnehmendes Verschiebegelenk vor, um ein verbessertes Crash-Verhalten zu erzielen. Insbesondere weist ein Gleichlaufgelenk ein Gelenkaußenteil, ein Gelenkinnenteil, eine Vielzahl von drehmomentübertragenden Kugeln und einen Kugelkäfig mit Käfigfenstern vor, um die drehmomentübertragenden Kugeln in den äußeren und inneren Kugelbahnen des Gelenkaußen- und innenteils zu halten. Die drehmomentübertragenden Kugeln werden durch den Kugelkäfig in einer Gleichlaufebene gehalten und von entsprechenden Paaren von äußeren und inneren Kugelbahnen geführt. Die äußeren und inneren Kugelbahnen bilden Schnittwinkel mit einer Achse, wobei die Winkel gleich groß sind, sich aber in entgegengesetzte Richtungen relativ zueinander erstrecken. Das Gelenkaußenteil und das Gelenkinnenteil arbeiten bei der Übertragung von Drehmomenten in einer Antriebswelle in dem normalen Axialbereich. Es besteht ein innerer verlängerter Axialbereich und ein äußerer verlängerter Axialbereich, die Axialbewegungen aufnehmen können, wenn das Gelenkinnenteil und das Gelenkaußenteil jenseits des normalen Axialbereichs gedrängt werden. Wenigstens eine energieaufnehmende Fläche ist in dem äußeren verlängerten Axialbereich oder in dem inneren verlängerten Axialbereich angeordnet. Die energieaufnehmende Fläche wirkt mit wenigstens einer der drehmomentübertragenden Kugeln zusammen, wenn da Gelenk jenseits des normal Axialbereichs arbeit und ermöglicht es so dem Gelenk, einen Energiestoß aufzunehmen.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schlägt ein energieaufnehmendes Gleichlaufgelenk zur Erzielung eines verbesserten Crash-Verhaltens vor. Insbesondere weist ein Gleichlaufgelenk ein Gelenkaußenteil, ein Gelenkinnenteil, eine Vielzahl von drehmomentübertragenden Kugeln und einen Kugelkäfig mit Käfigfenstern auf, um die drehmomentübertragenden Kugeln in den äußeren und inneren Kugelbahnen des Gelenkaußen- und Innenteils zu halten. Die drehmomentübertragenden Kugeln werden von dem Kugelkäfig in einer Gleichlaufebene gehalten und von entsprechenden Paaren von äußeren und inneren Kugelbahnen geführt. Die äußeren und inneren Kugelbahnen bilden Schnittwinkel mit einer Achse, wobei die Winkel gleich groß sind, sich aber in entgegengesetzte Richtungen relativ zueinander erstrecken. Die einander entsprechenden Paare von äußeren und inneren Kugelbahnen wechseln sich mit anderen einander entsprechenden Paaren von inneren Kugelbahnen und äußeren Kugelbahnen ab, die axial gradlinig gegenüber der Achse verlaufen. Das Gelenkaußenteil und das Gelenkinnenteil arbeiten bei der Übertragung von Drehmomenten in einer Antriebswelle in dem normalen Axialbereich. Es besteht ein innerer verlängerter Axialbereich und ein äußerer verlängerter Axialbereich, die Axialbewegungen aufnehmen können, wenn das Gelenkinnenteil und das Gelenkaußenteil jenseits des normalen Axialbereichs gedrängt werden. Wenigstens eine energieaufnehmende Fläche ist in dem äußeren verlängerten Axialbereich oder in dem inneren verlängerten Axialbereich angeordnet. Die energieaufnehmende Fläche wirkt mit wenigstens einer der drehmomentübertragenden Kugeln zusammen, wenn das Gelenk jenseits des normalen Axialbereichs arbeit und ermöglicht es so dem Gelenk, einen Energiestoß aufzunehmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Gleichlaufverschiebegelenk zur Erzielung eines verbesserten Crash-Verhaltens vorgesehen. Insbesondere weist ein Gleichlaufgelenk ein Gelenkaußenteil, ein Gelenkinnenteil, eine Vielzahl von drehmomentübertragenden Kugeln und einen Kugelkäfig mit Käfigfenstern vor, um die drehmomentübertragenden Kugeln in den äußeren und inneren Kugelbahnen des Gelenkaußen- und innenteils zu halten. Die drehmomentübertragenden Kugeln werden von dem Kugelkäfig in einer Gleichlaufebene gehalten und von entsprechenden Paaren von äußeren und inneren Kugelbahnen geführt. Der Kugelkäfig umfaßt eine kugelige Außenfläche, die in Kontakt mit und von einer Innenbohrung des Gelenkaußenteils geführt wird, sowie eine konkave Innenfläche, die in Kontakt mit und von einer konvexen Fläche des Gelenkinnenteils drehbar geführt wird. Das Gelenkaußenteil weist einen normalen Axialbereich, einen verlängerten Axialbereich und wenigstens eine energieaufnehmende Fläche in dem verlängerten Axialbereich auf. Die energieaufnehmende Fläche wirkt mit wenigstens einem der drehmomentaufnehmenden Kugeln zusammen, wenn das Gelenk jenseits des normalen Axialbereichs arbeitet, so daß es dem Gelenk ermöglicht wird, einen Energiestoß aufzunehmen.
Eine Eigenschaft der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Gleichlaufgelenk Energie innerhalb eines verlängerten Axialbereichs aufnimmt, wenn das Gelenk jenseits seines normalen Axialbereichs gedrängt wird. Die vorliegende Erfindung selbst sowie weitere Aufgaben und beabsichtige Vorteile sind am besten unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen verständlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Um die Erfindung vollständig verstehen zu können, sollte nun auf die in detaillierterer Form in den beigefügten Zeichnungen dargestellten und unten im Zusammenhang mit Erfindungsbeispielen aufgeführten Ausführungsformen Bezug genommen werden.
1 zeigt eine Draufsicht auf den Antriebstrang eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb, in dem die vorliegende Erfindung vorteilhaft zur Anwendung kommen.
2 ist ein Halbschnitt durch eine Gelenkwellenanordnung eines Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Halbschnitt durch ein Gleichlaufgelenk gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Gelenkwellenanordnung.
4 ist eine Teilansicht eines Gleichlaufgelenks gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine Teilansicht eines Gleichlaufgelenks gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt einen Schnitt durch ein Gelenkaußenteil eines Gleichlaufgelenks nach der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine Endansicht eines Gelenkaußenteils eines Gleichlaufgelenks nach der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Draufsicht auf ein Gelenkinnenteil eines Gleichlaufgelenks nach der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt einen Längsschnitt durch ein Gelenkinnenteil nach 8.
10 ist ein Halbschnitt durch ein Gleichlaufgelenk gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Gelenkwellenanordnung.
11 ist eine Teilansicht eines Gleichlaufgelenks gemäß Alternativausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine Teilansicht eines Gleichlaufgelenks gemäß Alternativausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine Ansicht einer äußeren Kugelbahn nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Ansicht einer inneren Kugelbahn nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15 ist ein Halbschnitt durch ein Gleichlaufgelenk nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Gelenkwellenanordnung.
16 ist eine Teilansicht eines Gleichlaufgelenks nach Alternativausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
17 ist eine Teilansicht eines Gleichlaufgelenks nach Alternativausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
18 ist eine Ansicht einer äußeren Kugelbahn nach Alternativausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
19 ist eine Ansicht einer inneren Kugelbahn nach Alternativausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
20 ist ein Halbschnitt durch ein Gleichlaufgelenk nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Gelenkwellenanordnung.
21 zeigt eine Teilansicht eines Gleichlaufgelenks gemäß Alternativausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
22 ist eine Teilansicht eines Gleichlaufgelenks gemäß Alternativausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
23 ist eine Ansicht einer äußeren Kugelbahn nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Betriebsparameter und Bauteile für eine Ausführungskonstruktion angegeben. Diese spezifischen Parameter und Bauteile werden nur beispielsweise aufgeführt und sollen keine einschränkende Wirkung haben.
Während die Erfindung in Bezug auf eine Vorrichtung mit verbessertem Crash-Verhalten in der Gelenkwelle eines Fahrzeugs beschrieben wird, kann die folgende Vorrichtung an verschiedene Anwendungsformen angepaßt werden; hierzu gehören Kraftfahrzeugantriebsachsen und andere Fahrzeuge und Nicht-Automobilanwendungen, für die teleskopische Gelenkwellenanordnungen erforderlich sind.
1 ist eine Draufsicht auf den Antriebstrang 10 eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb, bei dem das erfindungsgemäße Gleichlaufgelenk 11 vorteilhaft zur Anwendung kommen kann. Der in 1 dargestellte Antriebstrang ist typisch für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb, es sollte jedoch beachtet werden, daß das Gleichlaufgelenk gemäß der vorliegenden Erfindung auch in Fahrzeugen mit nur einem Hinterradantrieb, mit nur einem Vorderradantrieb, mit Allradantrieb und mit Vierradantrieb verwendet werden kann. Der Fahrzeugantriebsstrang 10 umfaßt einen Motor 14, der mit einem Schaltgetriebe 16 und einer Antriebswelleneinheit wie z. B. einem Verteilergetriebe 18 verbunden ist. Das Vorderachsdifferential 20 weist eine rechte Seitenwelle 22 und eine linke Seitenwelle 24 auf, die jeweils mit einem Rad verbunden sind und Drehmoment auf die Räder übertragen. An beiden Enden der rechten Seitenwelle 22 und an beiden Enden der linken Seitenwelle 24 sind Gleichlaufgelenke 12 vorgesehen. Eine vordere Gelenkwelle 25 verbindet das Vorderachsdifferential 20 mit dem Verteilergetriebe 18. Eine Gelenkwelle 26 verbindet das Verteilergetriebe 20 mit dem Hinterachsdifferential 28, wobei das Hinterachsdifferential 28 mit einer hinteren rechten Seitenwelle 30 und einer linken Seitenwelle 32 verbunden ist, die jeweils mit einem entsprechenden Rad verbunden sind. Gleichlaufgelenke 12 sind an beiden Enden der Seitenwellen 30, 32 angebracht, die die Hinterränder mit dem Hinterachsdifferential 28 verbinden. Bei der in 1 dargestellten Gelenkwelle 26 handelt es sich um eine zweiteilige Gelenkwelle. An jedem Ende ist ein Drehgelenk 34 vorgesehen, bei dem es sich um ein Kardangelenk oder um irgendeinen anderen Gleichlauf- oder Nicht-Gleichlaufgelenktyp handeln kann. Zwischen den zwei Teilen der Gelenkwelle 26 ist ein Hochgeschwindigkeits-Gleichlaufgelenk 11 nach der vorliegenden Erfindung sowie eine Lagerung 36 in Form eines Zwischenwellenlagers vorgesehen. Die Gleichlaufgelenke 11, 12, 34 übertragen Kraft auf die Räder über die Gelenkwelle 26, die vordere Gelenkwelle 25 und die Seitenwellen 22, 24, 30, 32, selbst wenn die Räder oder die Wellen 25, 26 wechselnde Winkel aufgrund von Lenkbewegungen oder der Auszieh- oder Einfahrbewegung der Fahrzeugfederung aufweisen. Bei den Gleichlaufgelenken 11, 12, 34 kann es sich um irgendwelche bekannte, in vorteilhafter Weise verwendete Standardausführungen, wie z. B. ein Tripodeverschiebegelenk, ein Gelenk mit gekreuzten Bahnen, ein Hybridgelenk mit gekreuzten Bahnen oder ein DO-Gelenk oder um irgendwelche andere Gleichlaufgelenkart handeln.
2 zeigt einen Halbschnitt einer Anordnung einer Fahrzeuggelenkwelle 26 mit einem oder mehreren Gleichlaufgelenken 11, 34 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Gelenkwelle 26 kann eine, zwei oder eine Kombination von Gleichlaufgelenken 11, 34 aufweisen. Das Gleichlaufgelenk kann ein Monobloc-Gelenk, ein Scheibengelenk, ein Flanschgelenk oder ein anderer dem Fachmann bekannter Gelenktyp sein. Die Gelenkwellenanordnung überträgt Drehmomente von dem Schaltgetriebe 16 auf das Hinterachsdifferential 28 über die Gelenkwelle 26. Die Gleichlaufgelenke 11, 34 sind axial verschiebbar. Die Gleichlaufgelenke 11, 34 weisen ein Gelenkinnenteil 38 und ein Gelenkaußenteil 40 auf. Das Gelenkaußenteil 40 des Gleichlaufgelenks 11 ist mit einem Ende einer Hohlwelle 42, z. B. über eine Reibschweißnaht, verbunden. Die Hohlwelle 42 umfaßt einen zylindrischen Mantel, dessen Innendurchmesser kleiner ist als dessen Außendurchmesser, und zwei offene Enden. Das andere Ende der Hohlwelle 42 ist mit einem Drehgelenk 35 verbunden, das, je nach der Orientierung der Gelenkwelle 26, mit einem Hinterachsdifferential 28 oder einem Schaltgetriebe 16 verbindbar ist. In das Gelenkinnenteil 38 ist eine Verbindungswelle 44 eingesteckt, die in einem bestimmten Abstand von dem Gelenk 11 durch ein Wellenlager 36 gelagert ist.
In ähnlicher Weise, kombiniert hiermit oder als Alternative, ist das Gelenkaußenteil 40 des Gleichlaufgelenks 34 mit einem Ende der Hohlwelle 43 verbunden, z. B. über eine nicht dargestellte Schraubverbindung. Das andere Ende der Hohlwelle 43 ist mit einem Wellenlager 36 auf der entgegengesetzten Seite der Verbindungswelle 44 verbunden. In das Gelenkinnenteil 38 ist eine Verbindungswelle 45 eingeteilt, die je, nach der Orientierung der Gelenkwelle 26, mit einem Schaltgetriebe 16 oder einem Hinterachsdifferential 28 verbindbar ist. Die Anordnung der Gelenkwelle 26 überträgt Drehmomente von dem Schaltgetriebe 16 auf das Hinterachsdifferential 28 über die Gelenkwelle 26.
Zusätzlich zu der Drehmomentübertragung kann die Gelenkwelle 26 Axial- und- Winkelbewegungen in den Gleichlaufgelenken 11, 34 aufnehmen. Während Axial- und Beugebewegungen der Hohlwellen 42, 43 gegenüber den Verbindungswellen 44, 45 stattfinden, findet die reine Axialbewegung relativ zu den Wellenmittellinien statt. In bestimmten Crash-Situationen werden die Verbindungswellen 44, 45 jedoch in Richtung auf die Wellen 42, 43 jenseits des normalen Betriebsbereichs des Gelenks gedrängt, während sie in eine darauf abgestimmte Energieaufnahmefläche eingreifen. Die genannte Energieaufnahmefläche erstreckt sich über einen verlängerten Axialbereich des Gleichlaufgelenks 11, 34. Energie kann aufgenommen werden, bis der verlängerte Axialbereich überschritten ist, und die Gelenkteile werden freigesetzt, um in die Hohlwellen 42, 43 einzudringen, oder sie werden von den Hohlwellen 42, 43 daran gehindert. Der erforderliche Druck für eine Axialbewegung kann herauf- oder herabgesetzt werden durch Erhöhung oder Reduzierung der durch die Energieaufnahmefläche verursachte Einwirkung.
Zur Verdeutlichung der folgenden Offenlegung ist das Gelenkinnenteil 52 in Form eines Zylinders in einem Halbschnitt in den 3, 4 und 5 gezeigt, wobei diese Ansicht eine der Rollen 58 in einer Bahn 60 zeigt. Es wird bei der Beschreibung der 3, 4 oder 5 auch auf die 6, 7, 8 Bezug genommen.
3 zeigt einen Halbschnitt durch ein Gleichlaufgelenk 11 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Gelenkwellenanordnung. Bei dem Gelenk 11 handelt es sich um ein axial verschiebbares Gleichlaufgelenk des Tripodetyps; es weist ein Gelenkaußenteil 50, ein Gelenkinnenteil 52 und eine Vielzahl von Rollen 58 auf. Das Gelenkaußenteil 50 weist in seinem inneren Bereich einen normalen Axialbereich N, einen verlängerten Axialbereich E und eine Vielzahl von Außenbohrungsabschnitten 74 auf, die umfangsverteilt zwischen einer Vielzahl von in Längsrichtung sich erstreckenden Bahnen 60 angeordnet sind, wobei jede Bahn 60 einen zwischen zwei einander gegenüber liegenden Seitenbahnen 80 liegenden Boden 86 aufweist.
Das Gelenkinnenteil 52 ist in dem genannten Gelenkaußenteil 50 angeordnet und weist eine Vielzahl von Nabenseiten 54 auf, die umfangsverteilt zwischen einer Vielzahl von Zapfen 53 angeordnet sind. Jeder der Zapfen 53 umfaßt eine Oberseite 55 und eine innere Laufbahn 56. Die Rollen 58 sind mit einer Innenbohrung 59 versehen. Die Rollen 58 sind jeweils auf der inneren Laufbahn 56 eines Zapfens 53 angeordnet. Infolgedessen sind das Gelenkaußenteil 50 und das Gelenkinnenteil 52 antriebsmäßig miteinander verbunden, und zwar über die Rollen 58, die in den sich in Längsrichtung erstreckenden Bahnen 60 angeordnet sind und eine Winkelbewegung und Axialverschiebung zwischen dem Gelenkinnenteil 52 und dem Gelenkaußenteil 50 zulassen.
Das Gelenkaußenteil 50 ist mit einer Hohlwelle 42 verbunden, die an dem Gelenkaußenteil, z. B. über eine Reibschweißnaht, befestigt ist. Die Hohlwelle 42 kann angeflanscht sein und mit dem Gelenkaußenteil z. B. über Schrauben verbunden sein.
In das Gelenkinnenteil 52 ist eine Verbindungswelle 44 eingesteckt. Eine Blechkappe 46 ist an dem Gelenkaußenteil 50 befestigt. Ein Faltenbalg 47 dichtet die Blechkappe 46 gegenüber der Verbindungswelle 44 ab. Das andere Ende des Gelenks 11 an dem zylindrischen offenen Ende 66, d. h. in Richtung auf die Hohlwelle 42, wird von einem Schmiermitteldeckel 48 abgedichtet. Zusätzlich kann der Schmiermitteldeckel 48 eine gewisse Energie aufnehmen, sollte die Verbindungswelle 44 jenseits des verlängerten Axialbereichs E des Gleichlaufgelenks 11 geschoben werden. Das Gleichlaufgelenk 11 ist so ausgelegt, daß es innerhalb seines normalen Axialbereichs N arbeitet, bis als Folge eines durch einen Zusammenstoß verursachten Drucks oder einer unbeabsichtigten Schubwirkung das Gelenkinnenteil 52 und die Rollen 58 in oder durch den verlängerten Axialbereich E geschoben werden.
Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Gelenk eine einkonstruierte energieaufnehmende Fläche 70 auf, bei der es sich um einen Sicherungsring 71 handelt. Der Sicherungsring 71 ist in Umfangsrichtung in dem verlängerten Axialbereich E angeordnet und mit der Innenfläche 51 des Gelenkaußenteils 50 verbunden. In dieser Ausführungsform ist der Sicherungsring 71 ein Ring, der aus einem verformbaren Material, vorzugsweise Metall oder Plastik hergestellt ist und so in dem Gelenkaußenteil 50 angeordnet ist, daß er sich in den sich in Längsrichtung erstreckenden Bahnen 50 befindet. Wenn die Verbindungswelle 44 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 52 und den Rollen 58 als Folge einer unbeabsichtigten Kraft, z. B. eines Zusammenstoßes jenseits des normalen Axialbereichs N und in den verlängerten Axialbereich E des Gelenkes 11 geschoben werden, werden die Rollen 58, die Oberseiten 55 oder die Nabenseiten 54 des Gelenkinnenteils 52 mit dem Sicherungsring 71 zusammenwirken oder sie werden durch diesen behindert werden. Die Behinderung durch den Sicherungsring 71 erhöht die für eine Axialbewegung erforderliche Schubwirkung, wodurch von dem Gleichlaufgelenk 11 und der Gelenkwelle 26 Energie absorbiert werden kann. Während der Sicherungsring 71 die Bewegung der Bauteile des Gelenks 11 behindert, kann er verlagert, verformt oder zerstört werden. Der Sicherungsring 71 kann so ausgelegt werden, daß er unterschiedliche Kräfteniveaus erreicht, so daß ein kontrolliertes Energieaufnahmeprofil in dem Gleichlaufgelenk 11 bereitgestellt werden kann. Diese Konstruktion kann durch Änderung der Größe, der Form, des Materials oder der Positionierung des Sicherungsrings 71 erreicht werden. Es kann mehr als ein Sicherungsring 71 – obgleich dies nicht gezeigt ist – in dem verlängerten Axialbereich E des Gleichlaufgelenks 11 vorgesehen sein.
Unter normalen Betriebsbedingungen arbeiten also das Gelenkinnenteil 52 und die Rollen 58 in dem normalen Axialbereich N des Gleichlaufgelenks 11. In bestimmten Crash-Situationen jedoch werden die Verbindungswelle 44 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 52 und den Rollen 58 in Richtung auf die Hohlwelle 42 geschoben und lassen auf diese Weise zu, daß die Bahn und die Bohrung entlang des verlängerten Axialbereichs E aufgrund der Behinderung durch den Sicherungsring 71 auf der inneren Fläche 51 des Gelenkaußenteils Energie absorbieren. Es versteht sich, daß der Sicherungsring 71 ein auf dem verlängerten Axialbereich E sich befindender, plastische Energie aufnehmender separater Körper sein kann.
4 ist eine Teilansicht eines Gleichlaufgelenks nach einer Alternativausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der das Gelenk eine energieaufnehmende Fläche 73 aufweist, bei der es sich um eine Bohrungsfläche 75 handelt. Die Bohrungsfläche 75 ist in Umfangsrichtung in dem verlängerten Axialbereich E angeordnet, weist eine Neigung θ auf und ist mit den Außenbohrungsabschnitten 74 des Gelenkaußenteils zwischen jeweils zwei in Längsrichtung sich erstreckenden Bahnen 60 verbunden. Zusätzlich hierzu oder als Alternative kann die Bohrungsfläche 75 mehrere Neigungen, eine gestufte Neigung oder eine variable Neigung aufweisen. Die Bohrungsfläche kann an irgendeiner oder zwischen mehreren in Längsrichtung sich erstreckenden Bahnen 60 angeordnet sein oder auf den gesamten Außenbohrungsabschnitten 74 des verlängerten Axialbereichs E. Die Bohrungsfläche 75 kann hergestellt werden, indem Material auf die Außenbohrungsabschnitte 74 geschichtet, d. h. geschweißt wird oder durch Hinterschneiden der Außenbohrungsfläche 74 während der mechanischen Bearbeitung. Eine Ausführungsform sieht vor, daß die Bohrungsfläche 75 aus dem gleichen Material wie das Gelenkaußenteil 50 hergestellt wird, indem der Durchmesser der Außenbohrung 74 reduziert wird und eine Neigung θ in dem verlängerten Axialbereich E während der mechanischen Bearbeitung ausgebildet wird. Der Fachmann würde jedoch wissen, daß die Bohrungsfläche 75 u. a. hergestellt werden kann, indem ein Material auf die Außenbohrung 74 geheftet, gebördelt oder genietet wird (siehe 7). Wenn daher die Verbindungswelle 44 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 52 und den Rollen 58 aufgrund einer unbeabsichtigten Kraft, wie z. B. eines Zusammenstoßes, jenseits des normalen Axialbereichs N und in den verlängerten Axialbereich E des Gelenks 11 gedrängt wird, wirken die Nabenseiten 54 des Gelenkinnenteils 52 auf die Bohrungsflächen 75 ein, oder diese werden durch die Bohrungsflächen 75 behindert. Die Behinderung durch die Bohrungsflächen 75 verursacht eine Erhöhung der für die Axialbewegung erforderlichen Schubwirkung und gestattet eine Energieaufnahme seitens des Gleichlaufgelenks 11 und der Gelenkwelle 26. Die Bohrungsflächen 75 können so ausgelegt sein, daß sie unterschiedliche Kräfteniveaus erreichen, so daß ein kontrolliertes Energieaufnahmeprofil in dem Gleichlaufgelenk 11 bereitgestellt werden kann. Diese Konstruktion kann durch Änderung der Größe, der Form, des Materials oder der Positionierung der Bohrungsflächen 75 erreicht werden. Eine beliebige Anzahl von Bohrungsflächen 75 kann mit einer beliebigen Anzahl von Sicherungsringen 71 (wie in 3) in dem verlängerten Axialbereich E des Gleichlaufgelenks 11 kombiniert werden, um eine einkonstruierte und kontrollierte Energieaufnahme zu erreichen.
Unter normalen Betriebsbedingungen arbeiten also das Gelenkinnenteil 52 und die Rollen 58 in dem normalen Axialbereich N des Gleichlaufgelenks 11. In bestimmten Crash-Situationen jedoch werden die Verdingungswelle 44 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 52 und den Rollen 58 in Richtung auf die Hohlwelle 42 geschoben und lassen auf diese Weise zu, daß die Bohrung Energie entlang des verlängerten Axialbereichs E aufgrund der Behinderung durch die Bohrungsfläche 75 des Gelenkaußenteils 50 absorbiert werden kann.
Zusätzlich wird in 4 eine Alternativausführung des Gelenks mit einer energieaufnehmenden Fläche 87, bei der es sich um eine Bodenfläche 88 handelt, gezeigt. Die Bodenfläche 88 ist in dem verlängerten Axialbereich E angeordnet, weist eine Neigung θ auf und ist mit dem Boden 86 des Gelenkaußenteils zwischen zwei einander gegenüber angeordneten Seitenbahnen 80 der in Längsrichtung sich erstreckenden Bahnen 60 verbunden. Zusätzlich hierzu oder als Alternative kann die Bodenfläche 88 mehrere Neigungen, eine gestufte Neigung oder eine variable Neigung aufweisen. Drei Neigungen sind in 4 für die Bodenfläche 88 dieser Ausführungsform dargestellt. Die Bodenfläche 88 kann an einer oder zwischen der einen oder mehreren der in Längsrichtung sich erstreckenden Bahnen 60 in dem verlängerten Axialbereich E angeordnet sein. Die Bodenfläche 88 kann hergestellt werden, indem Material auf den Boden 86 geschichtet, d. h. geschweißt wird oder durch Hinterschneiden der Bodenfläche 88 während der Schneidbearbeitung. Eine Ausführungsform sieht vor, daß die Bodenfläche 88 aus dem gleichen Material wie das Gelenkaußenteil 50 hergestellt wird, indem der Durchmesser der Bodenfläche 88 reduziert und eine Neigung θ in dem verlängerten Axialbereich E während der mechanischen Bearbeitung ausgebildet wird. Der Fachmann würde jedoch wissen, daß die Bohrungsfläche 88 u. a. hergestellt werden kann, indem Material auf den Boden 86 geheftet, gebördelt oder genietet wird (siehe 7). Wenn daher die Verbindungswelle 44 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 52 und den Rollen 58 aufgrund einer unbeabsichtigten Kraft, wie z. B. eines Zusammenstoßes, jenseits des normalen Axialbereichs N und in den verlängerten Axialbereich E des Gelenks 11 geschoben wird, wirken die Oberseiten 55 des Gelenkinnenteils 52 auf die Bodenfläche 88 ein oder sie werden durch die Bodenfläche 88 behindert. Die Behinderung durch die Bodenfläche 88 verursacht eine Erhöhung der für die Axialbewegung erforderlichen Schubwirkung und gestattet eine Energieaufnahme seitens des Gleichlaufgelenks 11 und der Gelenkwelle 26. Die Bodenfläche 88 kann so ausgelegt sein, daß sie unterschiedliche Kräfteniveaus erreichen, so daß ein kontrolliertes Energieaufnahmeprofil in dem Gleichlaufgelenk 11 bereitgestellt werden kann. Diese Konstruktion kann durch Änderung der Größe, der Form, des Materials oder der Positionierung der Bohrungsflächen 75 erreicht werden. Eine beliebige Anzahl von Bodenflächen 88 kann mit einer beliebigen Anzahl von Sicherungsringen 71 (wie in 3) in dem verlängerten Axialbereich E des Gleichlaufgelenks 11 kombiniert werden, um eine einkonstruierte und kontrollierte Energieaufnahme zu erreichen.
Unter normalen Betriebsbedingungen arbeiten also das Gelenkinnenteil 52 und die Rollen 58 in dem normalen Axialbereich N des Gleichlaufgelenks 11. In bestimmten Crash-Situationen jedoch werden die Verbindungswelle 44 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 52 und den Rollen 58 in Richtung auf die Hohlwelle 42 beaufschlagt und lassen auf diese Weise zu, daß vom Boden aufgrund der Behinderung durch die Bodenfläche 88 des Gelenkaußenteils 50 entlang dem verlängerten Axialbereich E Energie aufgenommen werden kann.
5 zeigt eine Teilansicht eines Gleichlaufgelenks nach einer Alternativausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform weist das Gelenk eine energieaufnehmende Fläche 81 auf, bei der es sich um eine Bahnfläche 82 handelt. Die Bahnfläche 82 umfaßt eine Verjüngung 84 und ist auf einer Seitenbahn 80 in dem verlängerten Axialbereich E der sich in Längsrichtung erstreckenden Bahn 60 des Gelenkaußenteils 50 angeordnet. Es können eine oder mehrere Bahnflächen 82 auf irgendeiner der Seitenbahnen 80 vorgesehen sein. Die Verjüngung 82 kann sich linear über den verlängerten Axialbereich E erstrecken, wie dargestellt. Als Alternative (nicht dargestellt) kann die Bahnfläche eine variable Verjüngung oder eine gestufte Verjüngung mit zunehmender oder abnehmender Größe aufweisen. Die Bahnfläche 82 kann hergestellt werden, indem Material auf die Seitenbahn 80 geschichtet, d. h. geschweißt wird oder durch Hinterschneiden der Bahnfläche 82 während der Schneidbearbeitung. Gemäß einer Ausführungsform soll die Bahnfläche 82 aus dem gleichen Material wie das Gelenkaußenteil 50 hergestellt werden, indem die Verjüngung der Bahnfläche 82 in dem verlängerten Axialbereich E während der mechanischen Bearbeitung reduziert wird. Der Fachmann würde jedoch wissen, daß die Bahnfläche 82 u. a. hergestellt werden kann, indem ein Werkstoff auf den Boden 86 geheftet, gebördelt oder genietet wird (siehe 7). Wenn daher die Verbindungswelle 44 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 52 und den Rollen 58 aufgrund einer unbeabsichtigten Kraft, wie z. B. eines Zusammenstoßes, jenseits des normalen Axialbereichs N und in den verlängerten Axialbereich E des Gelenks 11 geschoben wird, wirken die Rollen 58 auf die Bahnfläche 82 ein oder sie werden durch die Bahnfläche 82 behindert. Die Behinderung durch die Bahnfläche 82 verursacht eine Erhöhung der für die Axialbewegung erforderlichen Schubwirkung und gestattet eine Energieaufnahme seitens des Gleichlaufgelenks 11 und der Gelenkwelle 26. Die Bahnfläche 82 kann so ausgelegt sein, daß sie unterschiedliche Kräfteniveaus erreicht, so daß ein kontrolliertes Energieaufnahmeprofil in dem Gleichlaufgelenk 11 bereitgestellt werden kann. Diese Konstruktion kann durch Änderung der Größe, der Form, des Materials oder der Positionierung der Bahnfläche 82 erreicht werden.
Unter normalen Betriebsbedingungen arbeiten also das Gelenkinnenteil 52 und die Rollen 58 in dem normalen Axialbereich N des Gleichlaufgelenks 11. In bestimmten Crash-Situationen jedoch werden die Verdingungswelle 44 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 52 und den Rollen 58 in Richtung auf die Hohlwelle 42 geschoben und lassen auf diese Weise zu, daß aufgrund der Behinderung durch die Rollen 58 des Gelenkinnenteils 52 auf der Bahnfläche 82 des Gelenkaußenteils 50 Energie entlang dem verlängerten Axialbereich E aufgenommen werden kann.
6 zeigt einen Schnitt durch das Gelenkaußenteil eines Gleichlaufgelenks nach der vorliegenden Erfindung. Das Gelenkaußenteil 50 weist sichtbar eine Außenbohrung 74 und eine sich in Längsrichtung erstreckende Bahn 60 auf. Die in Längsrichtung sich erstreckende Bahn 60 umfaßt einen Boden 86, der zwischen zwei gegenüber von einander angeordneten, in Längsrichtung sich erstreckenden Seitenbahnen 80 positioniert ist. In dem verlängerten Axialbereich sind energieaufnehmende Flächen 73, 81, 87 vorgesehen, bei denen es sich um eine Bohrungsfläche 75, eine Bahnfläche 82 und eine Bodenfläche 88 handelt. Die Bohrungsfläche 75 ist in der Außenbohrung 74, die Bahnfläche 82 auf der Seitenbahn 80 und die Bodenfläche 88 auf dem Boden 86 angeordnet; alle befinden sich in dem verlängerten Axialbereich des Gelenkaußenteils 50.
Die eine oder mehrere Bahnflächen 82, die eine oder mehrere Sicherungsringe 71, die eine oder mehrere Bodenflächen 88 und die eine oder mehrere Bohrungsflächen 75 können miteinander kombiniert werden, um eine kontrollierte und einkonstruierte Energieaufnahme zu erreichen, wenn das Gleichlaufgelenk 11 jenseits seines normalen Axialbereichs N arbeitet.
10 ist ein Halbschnitt durch ein Gleichlaufgelenk 111 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Gelenkwellenanordnung. Das Gelenk 111 ist ein axial verschiebbares Gleichlaufgelenk des Typs mit gekreuzten Kugelbahnen. Das Gleichlaufgelenk 111 weist ein Gelenkaußenteil 150, ein Gelenkinnenteil 152, einen Kugelkäfig 154 und mehr als eine drehmomentübertragende, in Käfigfenstern 158 gehaltene Kugel 156 auf. Das Gelenkaußenteil 150 umfaßt ein zylindrisches, in der Nähe der Hohlwelle 142 angeordnetes offenes Ende 166 und äußere Kugelbahnen 160, die sich in Längsrichtung entlang der Länge des Gelenkaußenteils 150 erstrecken, und weist einen normalen Axialbereich N und einen äußeren verlängerten Axialbereich E auf. Das Gelenkinnenteil 152 umfaßt innere Kugelbahnen 161, die sich in Längsrichtung entlang der Länge des Gelenkinnenteils 152 erstrecken, und umfaßt einen normalen Axialbereich N und einen inneren verlängerten Axialbereich IE. Der verlängerte innere Axialbereich IE des Gelenkinnenteils 152 ist entsprechend dem äußeren verlängerten Axialbereich E des Gelenkaußenteils 150 um den normalen Axialbereich N herum in entgegengesetzter Richtung angeordnet. Jede innere Kugelbahn 161 ist einer entsprechenden äußeren Kugelbahn 160 zugeordnet, wobei Schnittwinkel mit einer Achse gebildet werden. Die Winkel sind gleich groß, aber erstrecken sich in entgegengesetzte Richtungen und entsprechen den inneren Kugelbahnen 161 und den äußeren Kugelbahnen 160. Die Länge einer jeden inneren Kugelbahn 161 entspricht der Länge einer jeden äußeren Kugelbahn 160, obgleich zur Klarstellung der erfinderischen Aspekte unterschiedliche Längen in der Zeichnung dargestellt sind. Alternativ versteht es sich, daß die Längen der innere Kugelbahnen 61 und der äußeren Kugelbahnen 160 variieren können, wobei die kürzere den Schnittwinkeln der längeren der beiden entspricht. Das Gelenkaußenteil 150 und das Gelenkinnenteil 152 sind antriebsmäßig über die in den Kugelbahnen 160, 161 angeordneten drehmomentübertragenden Kugeln 156 verbunden, wobei eine drehmomentübertragende Kugel für jedes entsprechende Paar von Kugelbahnen 160, 161 vorgesehen ist. Die drehmomentübertragenden Kugeln 156 werden durch den Kugelkäfig 154 in einer Gleichlaufebene positioniert und gehalten, wobei der Kugelkäfig 154 zwischen den beiden Gelenkteilen 150, 152 angeordnet ist. Das Gleichlaufgelenk 111 gestattet eine Axialbewegung, da der Kugelkäfig 154 lagemäßig nicht in das Gelenkinnenteil 152 und das Gelenkaußenteil eingreift.
Das Gelenkaußenteil 150 ist mit einer Hohlwelle 142 verbunden, die an dem Gelenkaußenteil z. B. durch eine Reibschweißnaht befestigt ist. Die Hohlwelle 142 kann auch an das Gelenkaußenteil angeflanscht und mit diesem durch Schrauben zum Beispiel verbunden werden.
In das Gelenkinnenteil 152 ist eine Verbindungswelle 144 eingesteckt. Eine Blechkappe 146 ist an dem Gelenkaußenteil 150 befestigt. Ein Faltenbalg 147 dichtet die Blechkappe 146 gegenüber der Verbindungswelle 144 ab. Das andere Ende des Gelenks 111 an dem zylindrischen offenen Ende 166, d. h. in Richtung auf die Hohlwelle 142, wird von einem Schmiermitteldeckel 148 abgedichtet. Zusätzlich kann der Schmiermitteldeckel 148 eine gewisse Energie absorbieren, sollte die Verbindungswelle 144 jenseits des verlängerten Axialbereichs E des Gleichlaufgelenks 111 gedrängt werden. Das Gleichlaufgelenk 111 ist so ausgelegt, daß es innerhalb seines normalen Axialbereichs N arbeitet, bis als Folge eines durch einen Zusammenstoß verursachten Drucks oder einer unbeabsichtigten Schubwirkung das Gelenkinnenteil 52 und die Rollen 58 in oder durch die verlängerten Axialbereiche E, IE beider Gelenkteile geschoben werden.
Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Gelenk eine energieaufnehmende Fläche 174 auf, bei der es sich um einen Sicherungsring 176 handelt. Der Sicherungsring 176 ist in Umfangsrichtung in dem verlängerten Axialbereich E angeordnet und mit dem Gelenkaußenteil 150 verbunden. In dieser Ausführungsform ist der Sicherungsring 176 ein Ring, der aus einem verformbaren Material, vorzugsweise Metall oder Plastik hergestellt und so in dem Gelenkaußenteil 150 angeordnet ist, daß er sich in den in Längsrichtung sich erstreckenden Bahnen 160 befindet. Wenn die Verbindungswelle 144 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 152, den drehmomentübertragenden Kugeln 156 und dem Kugelkäfig 154 als Folge einer unbeabsichtigten Kraft, z. B. eines Zusammenstoßes, jenseits des normalen Axialbereichs N und in den verlängerten Axialbereich E des Gelenkes 111 geschoben werden, wirken die drehmomentübertragenden Kugeln 156 mit dem Sicherungsring 176 zusammen, oder sie werden durch diesen behindert werden. Die Behinderung durch den Sicherungsring 176 erhöht die für eine Axialbewegung erforderliche Schubwirkung, wodurch von dem Gleichlaufgelenk 111 und der Gelenkwelle 126 Energie absorbiert werden kann. Der Sicherungsring 176 kann so eingestellt werden, daß unterschiedliche Kräfteniveaus erzielt werden, wodurch ein kontrolliertes Energieaufnahmeprofil in dem Gleichlaufgelenk 111 erreicht wird. Diese Konstruktion kann durch Änderung der Größe, der Form, des Materials oder der Positionierung des Sicherungsrings 176 erreicht werden. Es kann mehr als ein Sicherungsring 176 in dem verlängerten Axialbereich E des Gleichlaufgelenks 111 vorgesehen sein.
Zusätzlich oder als Alternative kann der Sicherungsring 176 in Umfangsrichtung in dem inneren verlängerten Axialbereich IE angeordnet und mit dem Gelenkinnenteil 152 verbunden sein (nicht in 3 dargestellt). Wenn die Verbindungswelle 144 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 152, den drehmomentübertragenden Kugeln 156 und dem Kugelkäfig 154 als Folge einer unbeabsichtigten Kraft, wie z. B. eines Zusammenstoßes, jenseits des normalen Axialbereichs N und in den verlängerten inneren Axialbereich IE des Gelenkes 111 geschoben werden, wirken die drehmomentübertragenden Kugeln 156 mit dem Sicherungsring 176 zusammen, oder sie werden durch diesen behindert. Die Behinderung durch den Sicherungsring 176 verursacht eine Erhöhung in der für eine Axialbewegung erforderlichen Schubwirkung, wodurch eine Energieaufnahme seitens des Gleichlaufgelenks 111 und der Gelenkwelle 126 ermöglicht wird.
Unter normalen Betriebsbedingungen arbeiten also die drehmomentübertragenden Kugeln 156 in dem normalen Axialbereich N des Gleichlaufgelenks 111. In bestimmten Crash-Situationen jedoch werden die Verbindungswelle 144 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 152, dem Kugelkäfig 154 und den drehmomentübertragenden Kugeln 156 in Richtung auf die Hohlwelle 142 geschoben und lassen auf diese Weise zu, daß Bahn- und Bohrungsenergie entlang des äußeren verlängerten Axialbereichs E oder des inneren verlängerten Axialbereichs IE aufgrund der Behinderung durch den Sicherungsring 176 auf dem Gelenkaußenteil 150 bzw. dem Gelenkinnenteil 152 absorbiert werden. Wenn das Gelenk in dem verlängerten äußeren Axialbereich E positioniert ist, ist es entsprechend in dem verlängerten inneren Axialbereich IE positioniert. Es versteht sich, daß der Sicherungsring ein separater Körper sein kann, der die gleiche energieaufnehmende Wirkung hat wie der in dieser Ausführungsform vorgesehene Ring und auf dem äußeren verlängerten Axialbereich E oder dem inneren verlängerten Axialbereich IE angeordnet ist und plastische Energie aufnimmt.
11 ist eine Teilansicht eines Gleichlaufgelenks nach Alternativausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist eine einkonstruierte energieaufnehmende Fläche 180 vorgesehen, bei der es sich um eine Bohrungsfläche 182 handelt. Die Bohrungsfläche 182 ist in Umfangsrichtung in dem verlängerten Axialbereich E angeordnet, weist eine Neigung θ auf und ist mit der Innenbohrung 64 des Gelenkaußenteils 150 zwischen jeweils zwei äußeren Kugelbahnen 160 verbunden. Zusätzlich oder als Alternative kann die Bohrungsfläche 182 mehrere Neigungen, eine gestufte Neigung oder eine variable Neigung aufweisen. Die Bohrungsfläche 182 kann zwischen irgendeinem Satz von einem oder mehreren Kugelbahnen 160 oder auf der gesamten inneren Bohrungsfläche 164 in dem äußeren verlängerten Axialbereich E angeordnet sein. Die Bohrungsfläche 182 kann hergestellt werden, indem Material auf die innere Bohrungsfläche 164 des Gelenkaußenteils 150 geschichtet, d. h. geschweißt wird oder durch Hinterschneiden der inneren Bohrungsfläche 164 während der mechanischen Bearbeitung. Eine Ausführungsform sieht vor, daß die Bohrungsfläche 182 aus dem gleichen Material wie das Gelenkaußenteil 150 hergestellt wird, indem der Durchmesser der Innenbohrung 164 reduziert wird und eine Neigung θ in dem verlängerten Axialbereich E während der mechanischen Bearbeitung ausgebildet wird. Der Fachmann würde jedoch wissen, daß die Bohrungsfläche 182 u. a. hergestellt werden kann, indem ein Werkstoff auf die Innenbohrung 164 geheftet, gebördelt oder genietet wird (siehe 7). Wenn daher die Verbindungswelle 144 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 152, den drehmomentübertragenden Kugeln 156 und dem Kugelkäfig 154 aufgrund einer unbeabsichtigten Kraft, wie z. B. eines Zusammenstoßes, jenseits des normalen Axialbereichs N und in den äußeren verlängerten Axialbereich E des Gelenks 111 geschoben wird, wirkt der Kugelkäfig 154 auf die Bohrungsflächen 182 ein, oder er wird durch diese behindert. Die Behinderung durch die Bohrungsflächen 182 verursacht eine Erhöhung der für die Axialbewegung erforderlichen Schubwirkung und gestattet eine Energieaufnahme seitens des Gleichlaufgelenks 111 und der Gelenkwelle 126. Die Bohrungsflächen 182 können so ausgelegt sein, daß sie unterschiedliche Kräfteniveaus erreichen, so daß ein kontrolliertes Energieaufnahmeprofil in dem Gleichlaufgelenk 111 bereitgestellt werden kann. Diese Konstruktion kann durch Änderung der Größe, der Form, des Materials oder der Positionierung der Bohrungsflächen 182 erreicht werden.
Zusätzlich oder als Alternative kann die energieaufnehmende Fläche 180 eine innere energieaufnehmende Fläche 181 sein, die in dem inneren verlängerten Axialbereich IE auf der Außenfläche 162 des Gelenkinnenteils 152 angeordnet ist. Wenn die Verbindungswelle 144 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 152, den drehmomentübertragenden Kugeln 156 und dem Kugelkäfig 154 als Folge einer unbeabsichtigten Kraft, wie z. B. eines Zusammenstoßes, jenseits des normalen Axialbereichs N und in den inneren verlängerten Axialbereich IE des Gelenkes 111 geschoben werden, wirkt der Kugelkäfig 154 auf die inneren energieaufnehmenden Flächen 181 ein, oder er wird durch diese behindert. Die Behinderung durch die inneren energieaufnehmenden Flächen 181 verursacht eine Erhöhung in der für eine Axialbewegung erforderlichen Schubwirkung, wodurch eine Energieaufnahme seitens des Gleichlaufgelenks 111 und der Gelenkwelle 126 zugelassen wird.
Unter normalen Betriebsbedingungen arbeitet also der Kugelkäfig 154 in dem normalen Axialbereich N des Gleichlaufgelenks 111. In bestimmten Crash-Situationen jedoch werden die Verbindungswelle 144 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 152, dem Kugelkäfig 154 und den drehmomentübertragenden Kugeln 156 in Richtung auf die Hohlwelle 142 geschoben und ermöglichen auf diese Weise, daß die Bohrung entlang des äußeren verlängerten Axialbereichs E bzw. des inneren verlängerten Axialbereichs IE aufgrund der Behinderung durch die energieaufnehmende Fläche 180 auf dem Gelenkaußenteil 150 bzw. dem Gelenkinnenteil 152 Energie absorbiert.
Jede beliebige Anzahl von energieaufnehmenden Flächen 181 oder Bohrungsflächen 182 kann mit jeder beliebigen Anzahl von Sicherungsringen 176, wie in 10 dargestellt, in dem äußeren verlängerten Axialbereich E oder in dem inneren verlängerten Axialbereich IE des Gleichlaufgelenks 11 kombiniert werden, um einkonstruierte und kontrollierte energieaufnehmende Eigenschaften zu erzielen.
12 ist eine Teilansicht eines Gleichlaufgelenks nach einer Alternativausführung der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist eine energieaufnehmende Fläche 186 vorgesehen, bei der es sich um eine Bahnfläche 188 handelt. Die Bahnfläche 188 weist eine Verjüngung 190 auf und ist in Längsrichtung in dem äußeren verlängerten Axialbereich E einer äußeren Kugelbahn 160 des Gelenkaußenteils 150 angeordnet. Es können eine oder mehrere Bahnflächen 188 auf irgendeiner der anderen äußeren Kugelbahnen 160 vorgesehen sein. Die Verjüngung 190 kann sich linear über den äußeren verlängerten Axialbereich E erstrecken, wie in der Übersichtszeichnung der 13 dargestellt. Als Alternative kann die Bahnfläche eine variable Verjüngung oder eine gestufte Verjüngung mit zunehmender oder abnehmender Größe aufweisen. Wenn somit die Verbindungswelle 144 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 152, den drehmomentübertragenden Kugeln 156 und dem Kugelkäfig 164 als Folge einer unbeabsichtigten Kraft, wie z. B. eines Zusammenstoßes, jenseits des normalen Axialbereichs N oder in den äußeren verlängerten Axialbereich E des Gelenkes 111 geschoben wird, wirken die drehmomentübertragenden Kugeln 156 auf die Bahnfläche 188 ein, oder sie werden durch die Bahnfläche 188 behindert. Die Behinderung durch die Bahnfläche 188 verursacht eine Erhöhung der für eine Axialbewegung erforderliche Schubwirkung und gestattet eine Energieaufnahme seitens des Gleichlaufgelenks 111 und der Gelenkwelle 26. Die Bahnfläche 188 kann so ausgelegt sein, daß unterschiedliche Kräfteniveaus erreicht werden, so daß ein kontrolliertes Energieaufnahmeprofil in dem Gleichlauf-gelenk 111 erreicht wird. Diese Konstruktion kann durch Änderung der Größe, der Form, des Materials und der Positionierung der Bahnfläche 188 ermöglicht werden. Der Sicherungsring 176 ist mit der Bahnfläche 188 kombiniert, wie es in 12 dargestellt ist; dies kann wahlweise geschehen und ist nicht erforderlich.
Zusätzlich hierzu oder als Alternative ist die Bahnfläche 189 mit einer Verjüngung 191 in dem inneren verlängerten Axialbereich IE einer inneren Kugelbahn 161 des Gelenkinnenteils 152 angeordnet. Es können eine oder mehrere Bahnflächen 189 auf irgendeiner der anderen inneren Kugelbahnen 161 vorgesehen sein. Die Verjüngung 191 kann sich linear über den inneren verlängerten Axialbereich IE erstrecken, wie dies in der Übersichtszeichnung der 14 dargestellt ist. Alternativ kann die Bahnfläche eine variable Verjüngung oder eine gestufte Verjüngung mit zunehmender oder abnehmender Größe aufweisen. Wenn somit die Verbindungswelle 144 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 152, den drehmomentübertragenden Kugeln 156 und dem Kugelkäfig 154 als Folge einer unbeabsichtigten Kraft, wie z. B. eines Zusammenstoßes, jenseits des normalen Axialbereichs N und in den inneren verlängerten Axialbereich IE des Gelenkes 111 geschoben werden, wirken die drehmomentübertragenden Kugeln 156 auf die Bahnfläche 189 ein, oder sie werden durch die Bahnfläche 189 behindert. Die Behinderung durch die Bahnflächen 189 verursacht eine Erhöhung der für eine Axialbewegung erforderlichen Schubwirkung und gestattet eine Energieaufnahme seitens der Gleichlaufgelenks 111 und der Gelenkwelle 26.
Unter normalen Betriebsbedingungen arbeiten also die drehmomentübertragenden Kugeln 156 in dem normalen Axialbereich N des Gleichlaufgelenks 111. In bestimmten Crash-Situationen jedoch werden die Verbindungswelle 144 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 152, dem Kugelkäfig 154 und den drehmomentübertragenden Kugeln 156 in Richtung auf die Hohlwelle 142 geschoben und lassen auf diese Weise zu, daß die Bahnen entlang des äußeren verlängerten Axialbereichs E und/oder des inneren verlängerten Axialbereichs IE aufgrund der Behinderung durch die energieaufnehmenden Bahnflächen 188, 189 auf dem Gelenkaußenteil 150 bzw. dem Gelenkinnenteil 152 Energie absorbieren.
Eine oder mehrere Bahnflächen 188, 189, ein oder mehrere Sicherungsringe 176, eine oder mehrere energieaufnehmende Flächen 181 und eine oder mehrere Bohrungsflächen 182 können miteinander kombiniert werden, um eine kontrollierte und einkonstruierte Energieaufnahme zu erzielen, wenn das Gleichlaufgelenk 111 jenseits des normalen Axialbereichs N arbeitet.
13 ist eine Übersichtszeichnung der äußeren Kugelbahn 160 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Übersichtszeichnung zeigt eine äußere Kugelbahn 160 mit einer Bahnfläche 188 mit einer Verjüngung 190, die in dem verlängerten Axialbereich E des Gleichlaufgelenks 111 angeordnet ist. 14 ist eine Übersichtszeichnung einer inneren Kugelbahn 161 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Übersichtszeichnung zeigt eine innere Kugelbahn 161 mit einer Bahnfläche 189 mit einer Verjüngung 191, die in dem inneren verlängerten Axialbereich IE des Gleichlaufgelenks 111 angeordnet ist.
15 ist ein Halbschnitt durch ein Gleichlaufgelenk nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Gelenkwellenanordnung. Das Gelenk 211 ist ein axial verschiebbares Gleichlaufgelenk des Hybridtyps mit gekreuzten Kugelbahnen. Das Gleichlaufgelenk 211 weist ein Gelenkaußenteil 250, ein Gelenkinnenteil 252, einen Kugelkäfig 254 und mehr als eine drehmomentübertragende Kugel 256 auf, die jeweils in einem Käfigfenster 258 gehalten werden. Das Gelenkaußenteil 250 umfaßt ein in der Nähe der Hohlwelle angeordnetes zylindrisches offenes Ende 266, äußere Kugelbahnen 260, die sich in Längsrichtung über die Länge des Gelenkaußenteils 250 erstrecken und weist einen normalen Axialbereich N und einen äußeren verlängerten Axialbereich E auf. Das Gelenkinnenteil 252 umfaßt innere Kugelbahnen 261, die sich in Längsrichtung über die Länge des Gelenkinnenteils 252 erstrecken sowie einen normalen Axialbereich N und einen inneren verlängerten Axialbereich IE. Der innere verlängerte Axialbereich IE des Gelenkinnenteils 252 ist dem äußeren verlängerten Axialbereich E des Gelenkaußenteils 250 entsprechend, um den normalen Axialbereich N herum in entgegengesetzter Richtung angeordnet. Jeder inneren Kugelbahn 261 ist eine entsprechende äußere Kugelbahn 260 zugeordnet. Sich entsprechende Sätze von äußeren Kugelbahnen 260 und inneren Kugelbahnen 261 wechseln sich mit Bahnen ab, die axial gradlinig gegenüber der Achse verlaufen sowie Bahnen, die mit der Achse Schnittwinkel bilden. Die Schnittwinkel sind gleich groß, aber erstrecken sich in entgegengesetzte Richtungen und entsprechen den inneren Kugelbahnen 261 und den äußeren Kugelbahnen 260. Die Länge einer jeden inneren Kugelbahn 261 entspricht der Länge einer jeden äußeren Kugelbahn. Alternativ versteht es sich, daß die inneren Kugelbahnen 261 und die äußeren Kugelbahnen 260 unterschiedliche Längen aufweisen können, von denen die kürzere den Schnittwinkeln der längeren der beiden entspricht. Das Gelenkaußenteil 250 und das Gelenkinnenteil 252 sind somit antriebsmäßig über die drehmomentübertragenden Kugeln 256 miteinander verbunden, die in den Kugelbahnen 260, 261 angeordnet sind, wobei jeweils eine drehmomentübertragende Kugel 256 für jedes Paar von sich abwechselnden Kugelbahnen 260, 261 vorgesehen ist. Die drehmomentübertragenden Kugeln 256 werden von dem Kugelkäfig 254 in einer Gleichlaufebene positioniert und gehalten, wobei der Kugelkäfig 254 zwischen den beiden Gelenkteilen 250, 252 angeordnet ist. Das Gleichlaufgelenk 211 läßt eine Axialbewegung zu, da der Kugelkäfig positionsmäßig nicht in das Gelenkinnenteil 252 und Gelenkaußenteil 250 eingreift.
Das Gelenkaußenteil 250 ist mit einer Hohlwelle 242 verbunden, die an dem Gelenkaußenteil z. B. durch eine Reibschweißverbindung befestigt ist. Die Hohlwelle 242 kann auch an das Gelenkaußenteil angeflanscht und zum Beispiel mittels Schrauben mit diesem verbunden sein.
In das Gelenkinnenteil 252 ist eine Verbindungswelle 244 eingesetzt. Eine Blechkappe 246 ist an dem Gelenkaußenteil 250 befestigt. Ein Faltenbalg 247 dichtet die Blechkappe 246 gegenüber der Verbindungswelle 244 ab. Das andere Ende des Gelenks 211 an dem zylindrischen offenen Ende 266, d. h. in Richtung auf die Hohlwelle 242, wird von einem Schmiermitteldeckel 248 abgedichtet. Zusätzlich kann der Schmiermitteldeckel 248 eine gewisse Energie absorbieren, sollte die Verbindungswelle 244 jenseits des verlängerten Axialbereichs E des Gleichlaufgelenks 211 geschoben werden. Das Gleichlaufgelenk 211 ist so ausgelegt, daß es innerhalb seines normalen Axialbereichs N arbeitet, bis als Folge eines durch einen Zusammenstoß verursachten Drucks oder einer unbeabsichtigten Schubwirkung das Gelenkinnenteil 252, der Kugelkäfig 254 und die drehmomentübertragenden Kugeln 256 in oder durch die verlängerten Axialbereiche E, IE beider Gelenkteile geschoben werden.
Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Gelenk eine energieaufnehmende Fläche 274 auf, bei der es sich um einen Sicherungsring 276 handelt. Der Sicherungsring 276 ist in Umfangsrichtung in dem verlängerten Axialbereich E angeordnet und mit dem Gelenkaußenteil 250 verbunden. In dieser Ausführungsform ist der Sicherungsring 276 ein Ring, der aus einem verformbaren Material, vorzugsweise Metall oder Plastik hergestellt und so in dem Gelenkaußenteil 250 angeordnet ist, daß er sich in den Bahnen 260 befindet. Wenn die Verbindungswelle 244 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 252, den drehmomentübertragenden Kugeln 256 und dem Kugelkäfig 254 als Folge einer unbeabsichtigten Kraft, wie z. B. eines Zusammenstoßes, jenseits des normalen Axialbereichs N und in den verlängerten Axialbereich E des Gelenkes 211 geschoben werden, wirken die drehmomentübertragenden Kugeln 256 auf den Sicherungsring 276 ein oder sie werden durch diesen behindert. Die Behinderung durch den Sicherungsring 276 erhöht die für eine Axialbewegung erforderliche Schubwirkung, wodurch von dem Gleichlaufgelenk 211 und der Gelenkwelle 226 Energie absorbiert werden kann. Der Sicherungsring 276 kann so eingestellt werden, daß unterschiedliche Kräfteniveaus erzielt werden, wodurch ein kontrolliertes Energieaufnahmeprofil in dem Gleichlaufgelenk 211 erreicht wird. Diese Konstruktion kann durch Änderung der Größe, der Form, des Materials oder der Positionierung des Sicherungsrings 276 erreicht werden. Es kann mehr als ein Sicherungsring 276 in dem verlängerten Axialbereich E des Gleichlaufgelenks 111 vorgesehen sein. Zusätzlich oder als Alternative kann der Sicherungsring 276 in Umfangsrichtung in dem inneren verlängerten Axialbereich IE angeordnet und mit dem Gelenkinnenteil 252 verbunden sein (nicht in 15 dargestellt).
Unter normalen Betriebsbedingungen arbeiten also die drehmomentübertragenden Kugeln 256 in dem normalen Axialbereich N des Gleichlaufgelenks 211. In bestimmten Crash-Situationen jedoch werden die Verbindungswelle 244 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 252, dem Kugelkäfig 254 und den drehmomentübertragenden Kugeln 256 in Richtung auf die Hohlwelle 242 geschoben und lassen auf diese Weise zu, daß die Bahnen und die Bohrung entlang des äußeren verlängerten Axialbereichs E oder des inneren verlängerten Axialbereichs IE aufgrund der Behinderung durch den Sicherungsring 276 auf dem Gelenkaußenteil 250 bzw. dem Gelenkinnenteil 252 Energie absorbieren. Wenn das Gelenk in dem äußeren verlängerten Axialbereich E positioniert ist, ist es entsprechend in dem inneren verlängerten Axialbereich IE positioniert. Es versteht sich, daß der Sicherungsring 276 ein separater Körper sein kann, der die gleiche energieaufnehmende Wirkung hat wie der in dieser Ausführungsform vorgesehene Ring und auf dem äußeren verlängerten Axialbereich E oder dem inneren verlängerten Axialbereich IE angeordnet ist und plastische Energie aufnimmt.
16 ist eine Teilansicht eines Gleichlaufgelenks nach Alternativausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist eine einkonstruierte energieaufnehmende Fläche 280 vorgesehen, bei der es sich um eine Bohrungsfläche 282 handelt. Die Bohrungsfläche 282 ist in Umfangsrichtung in dem verlängerten Axialbereich E angeordnet, weist eine Neigung θ auf und schließt an die Innenbohrung 264 des Gelenkaußenteils 150 zwischen jeweils zwei äußeren Kugelbahnen 260 an. Zusätzlich oder als Alternative kann die Bohrungsfläche 282 mehrere Neigungen, eine gestufte Neigung oder eine variable Neigung aufweisen. Die Bohrungsfläche 282 kann zwischen einem Satz oder mehreren Sätzen von Kugelbahnen 260 oder auf der gesamten inneren Bohrungsfläche 264 in dem äußeren verlängerten Axialbereich E angeordnet sein. Die Bohrungsfläche 282 kann hergestellt werden, indem Material auf die innere Bohrungsfläche 264 des Gelenkaußenteils geschichtet, d. h. geschweißt wird oder durch Hinterschneiden der inneren Bohrungsfläche 264 während der mechanischem Bearbeitung. Eine Ausführungsform sieht vor, daß die Bohrungsfläche 282 aus dem gleichen Material wie das Gelenkaußenteil 150 hergestellt wird, indem der Durchmesser der Innenbohrung 264 reduziert wird und eine Neigung θ in dem verlängerten Axialbereich E während der mechanischen Bearbeitung ausgebildet wird. Der Fachmann würde jedoch wissen, daß die Bohrungsfläche 282 u. a. hergestellt werden kann, indem ein Werkstoff auf die Innenbohrung 164 geheftet, gebördelt oder genietet wird. Wenn daher die Verbindungswelle 244 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 252, den drehmomentübertragenden Kugeln 256 und dem Kugelkäfig 254 aufgrund einer unbeabsichtigten Kraft, wie z. B. eines Zusammenstoßes, jenseits des normalen Axialbereichs N und in den äußeren verlängerten Axialbereich E des Gelenks 211 geschoben werden, wirkt der Kugelkäfig 254 mit den Bohrungsflächen 282 zusammen oder wird von diesen behindert. Die Behinderung durch die Bohrungsflächen 282 verursacht eine Erhöhung der für die Axialbewegung erforderlichen Schubwirkung und gestattet eine Energieaufnahme seitens des Gleichlaufgelenks 211 und der Gelenkwelle 226. Die Bohrungsflächen 282 können so ausgelegt sein, daß sie unterschiedliche Kräfteniveaus erreichen, so daß ein kontrolliertes Energieaufnahmeprofil in dem Gleichlaufgelenk 11 bereitgestellt werden kann. Diese Konstruktion kann durch Änderung der Größe, der Form, des Materials oder der Positionierung der Bohrungsflächen 282 erreicht werden.
Zusätzlich oder als Alternative kann die energieaufnehmende Fläche 280 eine innere energieaufnehmende Fläche 281 sein, die in dem inneren verlängerten Axialbereich IE auf der Außenfläche 262 des Gelenkinnenteils 252 angeordnet ist. Wenn die Verbindungswelle 244 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 252, den drehmomentübertragenden Kugeln 256 und dem Kugelkäfig 254 als Folge einer unbeabsichtigten Kraft, wie z. B. eines Zusammenstoßes, jenseits des normalen Axialbereichs N und in den inneren verlängerten Axialbereich IE des Gelenkes 211 geschoben werden, wirkt der Kugelkäfig 254 auf die inneren energieaufnehmenden Flächen 281 ein, oder er wird durch diese behindert. Die Behinderung durch die inneren energieaufnehmenden Flächen 281 verursacht eine Erhöhung der für eine Axialbewegung erforderlichen Schubwirkung, wodurch eine Energieaufnahme seitens des Gleichlaufgelenks 211 und der Gelenkwelle 226 zugelassen wird.
Unter normalen Betriebsbedingungen arbeitet also der Kugelkäfig 254 in dem normalen Axialbereich N des Gleichlaufgelenks 211. In bestimmten Crash-Situationen jedoch werden die Verbindungswelle 244 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 252, dem Kugelkäfig 254 und den drehmomentübertragenden Kugeln 256 in Richtung Hohlwelle 242 geschoben und lassen auf diese Weise zu, daß Bohrungsenergie entlang des äußeren verlängerten Axialbereichs E oder des inneren verlängerten Axialbereichs IE aufgrund der Behinderung durch die energieaufnehmende Fläche 280 auf dem Gelenkaußenteil 250 bzw. dem Gelenkinnenteil 252 absorbiert wird.
Jede beliebige Anzahl von energieaufnehmenden Flächen 281 oder Bohrungsflächen 282 kann mit jeder beliebigen Anzahl von Sicherungsringen 276, wie in 15 dargestellt, in dem äußeren verlängerten Axialbereich E oder in dem inneren verlängerten Axialbereich IE des Gleichlaufgelenks 11 kombiniert werden, um einkonstruierte und kontrollierte energieaufnehmende Eigenschaften zu erzielen.
17 ist eine Teilansicht eines Gleichlaufgelenks nach einer Alternativausführung der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist eine energieaufnehmende Fläche 286 vorgesehen, bei der es sich um eine Bahnfläche 288 handelt. Die Bahnfläche 288 umfaßt eine Verjüngung 290 und ist in Längsrichtung in dem äußeren verlängerten Axialbereich E einer äußeren Kugelbahn 260 des Gelenkaußenteils 250 angeordnet. Es können eine oder mehrere Bahnflächen 288 an irgendeiner der Kugelbahnen 260 vorgesehen sein. Die Verjüngung 290 kann sich linear über den äußeren verlängerten Axialbereich E erstrecken, wie dies in der Übersichtszeichnung der 18 dargestellt ist. Als Alternative kann die Bahnfläche eine variable Verjüngung oder eine gestufte Verjüngung mit zunehmender oder abnehmender Größe aufweisen. Wenn daher die Verbindungswelle 244 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 252, den drehmomentübertragenden Kugeln 256 und dem Kugelkäfig 254 aufgrund einer unbeabsichtigten Kraft, wie z. B. eines Zusammenstoßes, jenseits des normalen Axialbereichs N und in den verlängerten äußeren Axialbereich E des Gelenks 211 geschoben werden, wirken die drehmomentübertragenden Kugeln 256 auf die Bahnfläche 288 ein oder sie werden durch diese behindert. Die Behinderung durch die Bahnfläche 288 verursacht eine Erhöhung der für die Axialbewegung erforderlichen Schubwirkung und gestattet eine Energieaufnahme seitens des Gleichlaufgelenks 211 und der Gelenkwelle 26. Die Bahnfläche 288 kann so ausgelegt sein, daß sie unterschiedliche Kräfteniveaus erreicht, so daß ein kontrolliertes Energieaufnahmeprofil in dem Gleichlaufgelenk 211 bereitgestellt werden kann. Diese Konstruktion kann durch Änderung der Größe, der Form, des Materials oder der Positionierung der Bahnfläche 288 erreicht werden. Der Sicherungsring 276 kombiniert mit der Bahnfläche 288, so wie es in 17 dargestellt ist, kann wahlweise verwendet werden, ist aber nicht erforderlich.
Zusätzlich oder als Alternative weist die einkonstruierte energieaufnehmende Fläche 286, bei der es sich um eine Bahnfläche 289 handelt, eine Verjüngung 291 auf, die in Längsrichtung in dem inneren verlängerten Axialbereich IE einer inneren Kugelbahn 261 des Gelenkinnenteils 252 angeordnet ist. Es können eine oder mehr Bahnflächen 289 vorgesehen werden, die in irgendeinem der anderen inneren Kugelbahnen 261 angeordnet sind. Die Verjüngung 291 kann sich linear über den inneren verlängerten Axialbereich IE erstrecken, wie dies in der Übersichtszeichnung der 19 dargestellt ist. Alternativ kann die Bahnfläche eine variable Verjüngung oder eine gestufte Verjüngung mit zunehmender oder abnehmender Größe aufweisen. Wenn somit die Verbindungswelle 244 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 252, den drehmomentübertragenden Kugeln 256 und dem Kugelkäfig 254 als Folge einer unbeabsichtigten Kraft, z. B. eines Zusammenstoßes, jenseits des normalen Axialbereichs N und in den inneren verlängerten Axialbereich IE des Gelenkes 211 geschoben wird, wirken die drehmomentübertragenden Kugeln 256 auf die Bahnfläche 289 ein oder werden von dieser behindert. Die Behinderung durch die Bahnfläche 289 verursacht eine Erhöhung der für die Axialbewegung erforderliche Schubwirkung, so daß Energie von dem Gleichlaufgelenk 211 und der Gelenkwelle 26 aufgenommen werden kann.
Unter normalen Betriebsbedingungen arbeiten also die drehmomentübertragenden Kugeln 256 in dem normalen Axialbereich N des Gleichlaufgelenks 211. In bestimmten Crash-Situationen jedoch werden die Verbindungswelle 244 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 252, dem Kugelkäfig 254 und den drehmomentübertragenden Kugeln 256 in Richtung auf die Hohlwelle 242 geschoben und lassen auf diese Weise zu, daß Bahnenergie entlang des äußeren verlängerten Axialbereichs E oder des inneren verlängerten Axialbereichs IE aufgrund der Behinderung durch die Bahnflächen 288, 289 auf dem Gelenkaußenteil 250 bzw. dem Gelenkinnenteil 252 absorbiert wird.
Die eine oder mehrer Bahnflächen 288, 289, der eine oder mehrere Sicherungsringe 276, die eine oder mehrere Bohrungsflächen 282 können miteinander kombiniert werden, um eine kontrollierte und einkonstruierte Energieaufnahme erzielen, wenn das Gleichlaufgelenk 211 jenseits des normalen Axialbereichs N arbeitet.
18 ist eine Übersichtszeichnung einer äußeren Kugelbahn nach Alternativausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die Übersichtszeichnung zeigt das Gelenkaußenteil 250 in einer um seine Achse abgewickelten Form mit einer Vielzahl von sich abwechselnden äußeren Kugelbahnen 260, die sich in axialer Richtung über einen normalen Axialbereich N und einen verlängerten Axialbereich E erstrecken. Die energieaufnehmenden Flächen 286, 280, 274 liegen alle innerhalb des verlängerten Axialbereichs E des Gelenkaußenteils 250. Eine Ausführungsform der energie-aufnehmenden Fläche 86, bei der es sich um die Bahnfläche 288 handelt, weist eine Verjüngung 290 auf. Eine weitere Alternativausführung entsteht dadurch, daß ein Material auf die äußere Kugelbahn 260 geschweißt, geheftet oder genietet wird, um eine energieaufnehmende Fläche 286 auszubilden, bei der es sich um eine Bahnfläche 292 handelt. Alternativ wird eine energieaufnehmende Fläche 280 auf dem Gelenkaußenteil 250 dadurch gebildet, daß eine Schweißraupe 283 auf die Innenbohrung 264 aufgetragen oder ein Material 284 auf die Innenbohrung genietet wird.
19 ist eine Übersichtszeichnung einer inneren Kugelbahn nach Alternativausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die Übersichtszeichnung zeigt das Gelenkinnenteil 252 in einer um seine Achse abgewickelten Form mit einer Vielzahl von sich abwechselnden inneren Kugelbahnen 261, die sich in axialer Richtung über einen normalen Axialbereich N und einen inneren verlängerten Axialbereich IE erstrecken. Die energieaufnehmenden Flächen 286, 280, 274 liegen alle innerhalb des inneren verlängerten Axialbereichs IE des Gelenkinnenteils 252. Eine Ausführungsform der energieaufnehmenden Fläche 286, bei der es sich um die Bahnfläche 289 handelt, weist eine Verjüngung 291 auf. Eine weitere Alternativausführung entsteht dadurch, daß ein Material auf die äußere Kugelbahn 261 geschweißt, geheftet oder genietet wird, um eine energieaufnehmende Fläche 286 auszubilden, bei der es sich um eine Bahnfläche 293 handelt. Alternativ wird eine energieaufnehmende Fläche 280 auf dem Gelenkaußenteil 250 dadurch gebildet, daß eine Schweißraupe 283 auf die Innenbohrung 264 aufgetragen wird.
Zusätzlich zeigen die 18 und 19 die Positionierung der drehmomentübertragenden Kugeln 256 für einen bestimmten Beugewinkel und eine bestimmte Axialverschiebung des Gelenkes 211.
20 ist ein Halbschnitt eines Gleichlaufgelenks 311 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Gelenkwellenanordnung. Das Gelenk 311 ist ein axial verschiebbares Gleichlaufgelenk des Double-Offset-Typs. Das Gleichlaufgelenk 311 weist ein Gelenkaußenteil 350, ein Gelenkinnenteil 352, einen Kugelkäfig 354 und mehr als eine drehmomentübertragende Kugel 356 auf, die jeweils in einem Kugelfenster 358 gehalten sind. Das Gelenkaußenteil 350 umfaßt eine Innenbohrung 364, ein an dem Ende der Innenbohrung 364 und in der Nähe der Hohlwelle 342 angeordnetes zylindrisches offenes Ende 366, mehr als eine äußere Kugelbahn 360, die sich in Längsrichtung über die Länge des Gelenkaußenteils 350 erstrecken, einen normalen Axialbereich N und einen verlängerten Axialbereich E. Das Gelenkinnenteil 352 umfaßt eine konvexe Führungsfläche 370 und mehr als eine innere Kugelbahn 361, die sich in Längsrichtung über die Länge des Gelenkinnenteils 352 erstrecken. Jeder inneren Kugelbahn 361 ist eine entsprechende äußere Kugelbahn 360 zugeordnet. Das Gelenkaußenteil 350 und das Gelenkinnenteil 352 sind über die drehmomentübertragenden Kugeln 356 antriebsmäßig miteinander verbunden, die in axial geraden Kugelbahnen 360, 361 angeordnet sind, wobei eine drehmomentübertragende Kugel 356 für jedes Paar von Kugelbahnen 360, 361 vorgesehen ist. Die drehmomentüber-tragenden Kugeln sind durch den Kugelkäfig 354 in einer Gleichlaufebene positioniert und gehalten. Der Kugelkäfig 354 ist zwischen den beiden Gelenkteilen 350, 352 angeordnet und weist eine axial versetzte äußere Kugelfläche 362 und eine innere konkave Führungsfläche 363 auf, die eine Gleichlaufebene definiert. Das Gleichlaufgelenk 311 läßt eine Axialbewegung zu, da die konvexe Führungsfläche 370 des Gelenkinnenteils lagemäßig in die innere konkave Führungsfläche 363 des Kugelkäfigs eingreift und die Innenbohrung 364 des Gelenkaußenteils 350 die äußere Kugelfläche 362 des Kugelkäfigs 354 führt.
Das Gelenkaußenteil 350 ist mit einer Hohlwelle 342 verbunden, die an dem Gelenkaußenteil z. B. durch eine Reibschweißverbindung befestigt ist. Die Hohlwelle 242 kann auch an das Gelenkaußenteil angeflanscht und zum Beispiel mittels Schrauben mit diesem verbunden sein.
In das Gelenkinnenteil 352 ist eine Verbindungswelle 344 eingesetzt. Eine Blechkappe 346 ist an dem Gelenkaußenteil 350 befestigt. Ein Faltenbalg 347 dichtet die Blechkappe 346 gegenüber der Verbindungswelle 344 ab. Das andere Ende des Gelenks 311 an dem zylindrischen offenen Ende 366, d. h. in Richtung auf die Hohlwelle 342, wird von einem Schmiermitteldeckel 348 abgedichtet. Zusätzlich kann der Schmiermitteldeckel 348 eine gewisse Energie absorbieren, sollte die Verbindungswelle 344 jenseits des verlängerten Axialbereichs E des Gleichlaufgelenks 311 geschoben werden. Das Gleichlaufgelenk 311 ist so ausgelegt, daß es innerhalb seines normalen Axialbereichs N arbeitet, bis als Folge eines durch einen Zusammenstoß verursachten Drucks oder einer unbeabsichtigten Schubwirkung das Gelenkinnenteil 352, der Kugelkäfig 354 und die drehmomentübertragenden Kugeln 356 in oder durch den verlängerten Axialbereich E geschoben werden.
Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Gelenk eine energieaufnehmende Fläche 374 auf, bei der es sich um einen Sicherungsring 376 handelt. Der Sicherungsring 376 ist in Umfangsrichtung in dem verlängerten Axialbereich E angeordnet und mit dem Gelenkaußenteil 350 verbunden. In dieser Ausführungsform ist der Sicherungsring 376 ein Ring, der aus einem verformbaren Material, vorzugsweise Metall oder Plastik hergestellt und so in dem Gelenkaußenteil 350 angeordnet ist, daß er sich in den Bahnen 360 befindet. Wenn die Verbindungswelle 344 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 352, den drehmomentübertragenden Kugeln 356 und dem Kugelkäfig 354 als Folge einer unbeabsichtigten Kraft, wie z. B. eines Zusammenstoßes, jenseits des normalen Axialbereichs N und in den verlängerten Axialbereich E des Gelenkes 311 geschoben werden, wirken die drehmomentübertragenden Kugeln 356 auf den Sicherungsring 376 ein, oder sie werden durch diesen behindert. Die Behinderung durch den Sicherungsring 376 erhöht die für eine Axialbewegung erforderliche Schubwirkung, wodurch von dem Gleichlaufgelenk 311 und der Gelenkwelle 326 Energie absorbiert werden kann. Der Sicherungsring 376 kann so eingestellt werden, daß unterschiedliche Kräfteniveaus erzielt werden, wodurch ein kontrolliertes Energieaufnahmeprofil in dem Gleichlaufgelenk 311 erreicht wird. Diese Konstruktion kann durch Änderung der Größe, der Form, des Materials oder der Positionierung des Sicherungsrings 376 erreicht werden. Es kann mehr als ein Sicherungsring 376 in dem verlängerten Axialbereich E des Gleichlaufgelenks 311 vorgesehen sein, obwohl dies nicht dargestellt ist.
Unter normalen Betriebsbedingungen arbeiten also die drehmomentübertragenden Kugeln 356 in dem normalen Axialbereich N des Gleichlaufgelenks 311. In bestimmten Crash-Situationen jedoch werden die Verbindungswelle 344 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 352, dem Kugelkäfig 354 und den drehmomentübertragenden Kugeln 356 in Richtung zur Hohlwelle 342 geschoben und lassen auf diese Weise zu, daß die Bahnen und Bohrungen entlang des verlängerten Axialbereichs E aufgrund der Behinderung durch den Sicherungsring 376 auf der Innenfläche 351 des Gelenkaußenteils 350 Energie absorbieren. Es versteht sich, daß der Sicherungsring 276 ein Fremdkörper sein kann, der auf dem verlängerten Axialbereich E angeordnet ist und plastische Energie aufnimmt.
21 ist eine Teilansicht eines Gleichlaufgelenks nach Alternativausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist eine einkonstruierte energieaufnehmende Fläche 380 vorgesehen, bei der es sich um eine Bohrungsfläche 382 handelt. Die Bohrungsfläche 382 ist in Umfangsrichtung in dem verlängerten Axialbereich E angeordnet, weist eine Neigung θ auf und ist mit der Innenbohrung 364 des Gelenkaußenteils 350 zwischen jeweils zwei benachbarten äußeren Kugelbahnen 360 verbunden. Zusätzlich oder als Alternative kann die Bohrungsfläche 382 mehrere Neigungen, eine gestufte Neigung oder eine variable Neigung aufweisen. Die Bohrungsfläche 382 kann zwischen einem Satz oder mehreren Sätzen von Kugelbahnen 360 oder auf der gesamten inneren Bohrungsfläche 364 in dem verlängerten Axialbereich E angeordnet sein. Die Bohrungsfläche 382 kann hergestellt werden, indem Material auf die innere Bohrungsfläche 364 geschichtet, d. h. geschweißt wird oder durch Hinterschneiden der inneren Bohrungsfläche 364 während der mechanischem Bearbeitung. Eine Ausführungsform sieht vor, daß die Bohrungsfläche 382 aus dem gleichen Material wie das Gelenkaußenteil 350 hergestellt wird, indem der Durchmesser der Innenbohrung 364 reduziert wird und eine Neigung θ in dem verlängerten Axialbereich E während der mechanischen Bearbeitung ausgebildet wird. Der Fachmann würde jedoch wissen, daß die Bohrungsfläche 382 u. a. hergestellt werden kann, indem ein Werkstoff auf die Innenbohrung 364 geheftet, gebördelt oder genietet wird. Wenn daher die Verbindungswelle 344 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 352, den drehomentübertragenden Kugeln 356 und dem Kugelkäfig 354 aufgrund einer unbeabsichtigten Kraft, wie z. B. eines Zusammenstoßes, jenseits des normalen Axialbereichs N und in den verlängerten Axialbereich E des Gelenks 311 geschoben wird, wirkt der Kugelkäfig 354 auf die Bohrungsflächen 382 ein, oder er wird von diesen behindert. Die Behinderung durch die Bohrungsflächen 382 verursacht eine Erhöhung der für die Axialbewegung erforderlichen Schubwirkung und gestattet eine Energieaufnahme seitens des Gleichlaufgelenks 311 und der Gelenkwelle 326. Die Bohrungsflächen 382 können so ausgelegt sein, daß sie unterschiedliche Kräfteniveaus erreichen, so daß ein kontrolliertes Energieaufnahmeprofil in dem Gleichlaufgelenk 311 bereitgestellt werden kann. Diese Konstruktion kann durch Änderung der Größe, der Form, des Materials oder der Positionierung der Bohrungsflächen 82 erreicht werden. Jede beliebige Anzahl an Bohrungsflächen 382 kann mit jeder beliebigen Anzahl an Sicherungsringen, wie in 20 dargestellt, in dem verlängerten Axialbereich E des Gleichlaufgelenks 311 kombiniert werden, um eine einkonstruierte und kontrollierbare Energieaufnahme zu erreichen.
Unter normalen Betriebsbedingungen arbeitet also der Kugelkäfig 354 in dem normalen Axialbereich N des Gleichlaufgelenks 311. In bestimmten Crash-Situationen jedoch werden die Verbindungswelle 344 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 352, dem Kugelkäfig 354 und den drehmomentübertragenden Kugeln 356 in Richtung auf die Hohlwelle 342 geschoben und lassen auf diese Weise zu, daß Bohrungsenergie entlang des verlängerten Axialbereichs E aufgrund der Behinderung durch die Bohrungsfläche 382 auf der Innenfläche 351 des Gelenkaußenteils 350 absorbiert wird.
22 ist eine Teilansicht eines Gleichlaufgelenks nach Alternativausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist eine einkonstruierte energieaufnehmende Fläche 386 vorgesehen, bei der es sich um eine Bahnfläche 388 handelt. Die Bahnfläche 388 weist eine Verjüngung 390 auf und ist in Längsrichtung in dem verlängerten Axialbereich E einer äußeren Kugelbahn 360 des Gelenkaußenteils 350 angeordnet. Es können eine oder mehrere Bahnflächen 388 auf irgendeinem der anderen äußeren Kugelbahnen 360 vorgesehen sein. Die Verjüngung 390 kann sich linear über den verlängerten Axialbereich E erstrecken, wie es in der Übersichtszeichnung 23 dargestellt ist. Als Alternative (nicht dargestellt) kann die Bahnfläche eine variable Verjüngung oder eine gestufte Verjüngung mit zunehmender oder abnehmender Größe aufweisen. Wenn so die Verbindungswelle 344 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 352, den drehmomentübertragenden Kugeln 356 und dem Kugelkäfig 354 als Folge einer unbeabsichtigten Kraft, wie z. B. eines Zusammenstoßes, jenseits des normalen Axialbereichs N und in die verlängerten Axialbereich E des Gelenkes 311 geschoben werden, wirken die drehmomentübertragenden Kugeln 356 mit der Bahnfläche 388 zusammen, oder sie werden von dieser behindert. Die Behinderung durch die Bahnfläche 388 verursacht eine Erhöhung der für die Axialbewegung erforderlichen Schubwirkung und gestattet so, daß Energie von dem Gleichlaufgelenk 311 und der Gelenkwelle 26 absorbiert wird. Die Bahnfläche 388 kann so konstruiert sein, daß sie verschiedene Kräfteniveaus erzielt und so eine kontrollierte Energieaufnahme in dem Gleichlaufgelenk 311 erzielt. Diese Konstruktion kann durch Änderung der Größe, der Form, das Materials oder der Positionierung der Bahnfläche 388 ermöglicht werden. Der Sicherungsring 376 ist mit der Bahnfläche 388 kombiniert, wie in 22 dargestellt, dies ist aber nicht erforderlich.
Unter normalen Betriebsbedingungen arbeiten also die drehmomentübertragenden Kugeln 356 in dem normalen Axialbereich N des Gleichlaufgelenks 311. In bestimmten Crash-Situationen jedoch werden die Verbindungswelle 344 zusammen mit dem Gelenkinnenteil 352, dem Kugelkäfig 354 und den drehmomentübertragenden Kugeln 356 in Richtung auf die Hohlwelle 342 geschoben und lassen auf diese Weise zu, daß die Bahnen entlang des verlängerten Axialbereichs E aufgrund der Behinderung durch die Bahnfläche 388 auf der Innenfläche 351 des Gelenkaußenteils 350 Energie absorbieren.
Die eine oder mehrere Bahnflächen 388, die eine oder mehrere Sichtungsringe 376 und die eine oder mehrere Bohrungsflächen 382 können miteinander kombiniert werden, um eine kontrollierte und einkonstruierte Energieaufnahme zu erzielen, wenn das Gleichlaufgelenk 311 jenseits seines normalen Axialbereichs N arbeitet.
Die 23 zeigt eine Übersichtszeichnung einer äußeren Kugelbahn 360 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Übersichtszeichnung zeigt eine äußere Kugelbahn 360 mit einer Bahnfläche 388 mit einer Verjüngung 390 in dem verlängerten Axialbereich E eines Gleichlaufgelenks 311.
Aus den obigen Ausführungen ist ersichtlich, daß ein neues Gleichlaufgelenk mit verbesserten Crash-Eigenschaften in die Technik eingeführt wurde. Obgleich die Erfindung anhand von einem oder mehreren Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, versteht es sich, daß die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen begrenzt ist. Im Gegenteil, die Erfindung deckt alle Alternativen, Modifikationen und Äquivalente ab, die innerhalb des Erfindungsgedankens oder des Umfangs der beigefügten Patentansprüche liegen könnten.

Claims

Energieaufnehmendes Gleichlaufverschiebegelenk (11, 111, 211, 311) mit: einem Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) und einem verlängerten äußeren Axialbereich (E); einem in dem genannten Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) angeordneten Gelenkinnenteil (52, 152, 252, 352); einer Vielzahl von drehmomentübertragenden Elementen (58, 156, 256, 356), die zwischen dem genannten Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) und dem genannten Gelenkinnenteil (52, 152, 252, 352) innerhalb eines normalen Axialbereichs (N) geführt werden; und einer oder mehreren energieaufnehmenden Flächen (70, 73, 87, 81), die von dem normalen Axialbereich (N) entfernt und in dem verlängerten Axialbereich (E) an dem genannten Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) angeordnet sind, wobei die energieaufnehmende Fläche (70, 73, 87, 81) an dem Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) mit dem genannten Gelenkinnenteil (52, 152, 252, 352) oder mit wenigstens einem der genannten Vielzahl von drehmomentübertragenden Elemente (58, 156, 256, 356) störend zusammenwirkt, wenn das Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) jenseits des normalen Axialbereichs (N) betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine der energieaufnehmenden Flächen (70, 73, 87, 81) eine Bodenfläche (88) auf einer in Längsrichtung sich erstreckenden Bahn des Gelenkaußenteils (50, 150, 250, 350) ist, wobei die Bodenfläche (88) aus dem gleichen Materialstück wie das Gelenkaußenteil hergestellt ist und eine oder mehrere Neigungen, eine gestufte Neigung oder eine variable Neigung aufweist.
Energieaufnehmendes Gleichlaufverschiebegelenk (11, 111, 211, 311) mit: einem Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) und einem verlängerten äußeren Axialbereich (E); einem in dem genannten Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) angeordneten Gelenkinnenteil (52, 152, 252, 352); einer Vielzahl von drehmomentübertragenden Elementen (58, 156, 256, 356), die zwischen dem genannten Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) und dem genannten Gelenkinnenteil (52, 152, 252, 352) innerhalb eines normalen Axialbereichs (N) geführt werden; und einer oder mehreren energieaufnehmenden Flächen (70, 73, 87, 81), die von dem normalen Axialbereich (N) entfernt und in dem verlängerten Axialbereich (E) an dem genannten Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) angeordnet sind, wobei die energieaufnehmende Fläche (70, 73, 87, 81) an dem Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) mit dem genannten Gelenkinnenteil (52, 152, 252, 352) oder mit wenigstens einem der genannten Vielzahl von drehmomentübertragenden Elemente (58, 156, 256, 356) störend zusammenwirkt, wenn das Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) jenseits des normalen Axialbereichs (N) betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine der energieaufnehmenden Flächen (70, 73, 87, 81) eine Bohrungsfläche (75, 182, 282, 382) ist, wobei die Bohrungsfläche (75, 182, 282, 382) aus dem gleichen Materialstück wie das Gelenkaußenteil hergestellt ist und eine oder mehrere Neigungen, eine gestufte Neigung oder eine variable Neigung aufweist.
Energieaufnehmendes Gleichlaufverschiebegelenk (11, 111, 211, 311) mit: einem Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) und einem verlängerten äußeren Axialbereich (E); einem in dem genannten Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) angeordneten Gelenkinnenteil (52, 152, 252, 352); einer Vielzahl von drehmomentübertragenden Elementen (58, 156, 256, 356), die zwischen dem genannten Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) und dem genannten Gelenkinnenteil (52, 152, 252, 352) innerhalb eines normalen Axialbereichs (N) geführt werden; und einer oder mehreren energieaufnehmenden Flächen (70, 73, 87, 81), die von dem normalen Axialbereich (N) entfernt und in dem verlängerten Axialbereich (E) an dem genannten Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) angeordnet sind, wobei die energieaufnehmende Fläche (70, 73, 87, 81) an dem Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) mit dem genannten Gelenkinnenteil (52, 152, 252, 352) oder mit wenigstens einem der genannten Vielzahl von drehmomentübertragenden Elemente (58, 156, 256, 356) störend zusammenwirkt, wenn das Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) jenseits des normalen Axialbereichs (N) betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine der energieaufnehmenden Flächen (70, 73, 87, 81) eine Bahnfläche (82, 188, 288) ist, wobei die Bahnfläche (82, 188, 288) aus dem gleichen Materialstück wie das Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) hergestellt ist und eine oder mehrere Verjüngungen (84, 190, 290) oder eine gestufte Verjüngung aufweist.
Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) weiterhin ein offenes zylindrisches Ende, das benachbart zu dem verlängerten Axialbereich (E) und entfernt von dem normalen Axialbereich (N) des Gelenkaußenteils (50, 150, 250, 350) angeordnet ist, sowie einen abdichtend an dem offenen zylindrischen Ende angebrachten Schmiermitteldeckel (48, 148, 248, 348) aufweist.
Gelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmiermitteldeckel (48, 148, 248, 348) verschiebbar ist, wenn das Gelenk jenseits des verlängerten Axialbereichs (E) axial ineinander bewegt wird.
Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der energieaufnehmenden Flächen (70, 73, 87, 81) in den verlängerten Axialbereich (E) des Gelenkaußenteils (50, 150, 250, 350) mechanisch eingearbeitet, geschmiedet oder eingeformt werden.
Gelenkwellenanordnung für ein Fahrzeug mit einem energieaufnehmenden Gleichlaufverschiebegelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit: einer mit dem Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) verbundenen Hohlwelle (42, 242, 242, 342); und einer mit dem Gelenkinnenteil (52, 152, 252, 352) verbundenen Verbindungswelle (44, 144, 244, 344), wobei die Hohlwelle (42, 242, 242, 342) die Verbindungswelle (44, 144, 244, 344), das Gelenkinnenteil (52, 152, 252, 352) und die Rollen aufnimmt, wenn das Gelenk jenseits der verlängerten Axialbereichs (E) betrieben wird.
Gelenkwellenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenkaußenteil (50, 150, 250, 350) weiterhin ein offenes zylindrisches Ende, das benachbart zum verlängerten Axialbereich (E) und entfernt von dem normalen Axialbereich (N) des Gelenkaußenteils (50, 150, 250, 350) angeordnet ist, sowie einen abdichtend an dem offenen zylindrischen Ende angebrachten Schmiermitteldeckel (48, 148, 248, 348) aufweist, wobei der Schmiermitteldeckel (48, 148, 248, 348) verschiebbar ist, wenn das Gelenk jenseits des verlängerten Axialbereichs (E) axial ineinander bewegt wird.