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Technischer
Bereich
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein Kraftfahrzeuggelenkwellen,
insbesondere ein Gleichlaufgelenk mit einem verbesserten Crash-Verhalten
und energieaufnehmenden Eigenschaften in der Antriebswelle eines
Kraftfahrzeuges.
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Hintergrund
der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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, in dem 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 li nearen
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.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 aufzu nehmen.
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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.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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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.
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1 zeigt
eine Draufsicht auf den Antriebstrang eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb,
in dem die vorliegende Erfindung vorteilhaft zur Anwendung kommen.
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2 ist
ein Halbschnitt durch eine Gelenkwellenanordnung eines Kraftfahrzeugs
gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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3 ist
ein Halbschnitt durch ein Gleichlaufgelenk gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in einer Gelenkwellenanordnung.
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4 ist
eine Teilansicht eines Gleichlaufgelenks gemäß einer alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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5 ist
eine Teilansicht eines Gleichlaufgelenks gemäß ei ner alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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6 zeigt
einen Schnitt durch ein Gelenkaußenteil eines Gleichlaufgelenks
nach der vorliegenden Erfindung.
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7 zeigt
eine Endansicht eines Gelenkaußenteils
eines Gleichlaufgelenks nach der vorliegenden Erfindung.
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8 ist
eine Draufsicht auf ein Gelenkinnenteil eines Gleichlaufgelenks
nach der vorliegenden Erfindung.
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9 zeigt
einen Längsschnitt
durch ein Gelenkinnenteil nach 8.
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10 ist
ein Halbschnitt durch ein Gleichlaufgelenk gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in einer Gelenkwellenanordnung.
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11 ist
eine Teilansicht eines Gleichlaufgelenks gemäß Alternativausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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12 ist
eine Teilansicht eines Gleichlaufgelenks gemäß Alternativausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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13 ist
eine Ansicht einer äußeren Kugelbahn
nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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14 ist
eine Ansicht einer inneren Kugelbahn nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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15 ist
ein Halbschnitt durch ein Gleichlaufgelenk nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in einer Gelenkwellenanordnung.
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16 ist
eine Teilansicht eines Gleichlaufgelenks nach Alternativausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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17 ist
eine Teilansicht eines Gleichlaufgelenks nach Alternativausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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18 ist
eine Ansicht einer äußeren Kugelbahn
nach Alternativausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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19 ist
eine Ansicht einer inneren Kugelbahn nach Alternativausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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20 ist
ein Halbschnitt durch ein Gleichlaufgelenk nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in einer Gelenkwellenanordnung.
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21 zeigt
eine Teilansicht eines Gleichlaufgelenks gemäß Alternativausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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22 ist
eine Teilansicht eines Gleichlaufgelenks gemäß Alternativausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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23 ist
eine Ansicht einer äußeren Kugelbahn
nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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 En den. 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 antriebs mäßig 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.
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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.
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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.
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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
Materi al, 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.
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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.
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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 8 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.
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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.
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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 be liebige 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.
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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.
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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.
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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 Verdindungswelle 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.
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6 zeigt
einen Schnitt durch das Gelenkaußenteil eines Gleichlaufgelenks
nach der vorliegenden Erfindung. Das Gelenk außenteil 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.
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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.
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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
Ge lenkinnenteils 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 drehmomentübertra genden
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.
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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 8 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 äu ßeren 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 zuge ordnet. 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 Ge lenks 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).
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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.
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16 ist
eine Teilansicht eines Gleichlaufgelenks nach Alternativausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist eine einkonstruierte
energieaufnehmen de 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.
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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.
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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.
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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 erstrekken, 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.
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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.
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Unter
normalen Betriebsbedingungen arbeiten also die drehmo mentübertragenden
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.
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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.
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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 Gelenkau ßenteil 250 dadurch gebildet,
daß eine
Schweißraupe 283 auf
die Innenbohrung 264 aufgetragen oder ein Material 284 auf die
Innenbohrung genietet wird.
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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.
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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.
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In
das Gelenkinnenteil 352 ist eine Verbindungswelle 344 ein gesetzt.
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.
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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.
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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 8 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
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20 dargestellt,
in dem verlängerten
Axialbereich E des Gleichlaufgelenks 311 kombiniert werden,
um eine einkonstruierte und kontrollierbare Energieaufnahme zu erreichen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die 23 zeigt
eine Übersichtszeichnung einer äußeren Kugelbahn 360 nach
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfin dung. Die Übersichtszeichnung
zeigt eine äußere Kugelbahn 360 mit
einer Bahnfläche 388 mit
einer Verjüngung 390 in dem
verlängerten
Axialbereich E eines Gleichlaufgelenks 311.
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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.
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Zusammenfassung
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Ein
energieaufnehmendes Gleichlaufverschiebegelenk weist ein Gelenkaußenteil
und einen verlängerten äußeren Axialbereich
auf. Das Gelenk weist außerdem
ein in dem genannten Gelenkaußenteil
angeordnetes Gelenkinnenteil auf und eine Vielzahl von drehmomentübertragenden
Elementen, die zwischen dem Gelenkaußenteil und dem Gelenkinnenteil
innerhalb des normalen Axialbereichs geführt werden. Weiterhin umfaßt das Gelenk
eine oder mehrere energieaufnehmende Flächen, die von dem normalen
Axialbereich entfernt und in dem verlängerten Axialbereich an dem
genannten Gelenkaußenteil angeordnet
sind. Die energieaufnehmende Fläche an
dem Gelenkaußenteil
wirkt mit dem Gelenkinnenteil oder wenigstens mit einem der Vielzahl
von drehmomentübertragenden
Elementen störend
zusammen, wenn das Gelenkaußenteil
jenseits des normalen Axialbereichs betrieben wird.