DE3626998A1

DE3626998A1 - Gleichlaufdrehgelenk

Info

Publication number: DE3626998A1
Application number: DE19863626998
Authority: DE
Inventors: Hans-Heinrich Dipl In Welschof; Herbert Dipl Ing Schneider
Original assignee: Loehr and Bromkamp GmbH
Current assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Priority date: 1986-08-08
Filing date: 1986-08-08
Publication date: 1988-02-18
Also published as: JPS63101522A

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleichlaufdrehgelenk, im wesent lichen bestehend aus einem Gelenkinnenteil mit außenlie genden Kugelbahnen, einem Kugelkäfig zur Aufnahme und Führung drehmomentübertragender Kugeln und einem äußeren Gelenkkörper mit innenliegenden Kugelbahnen, die insbe sondere in einer innenzylindrischen Ausnehmung des äußeren Gelenkkörpers hinterschnittfrei ausgebildet sind.

Derartige Gelenke benötigen in der Ausbildung als Festge lenke notwendigerweise Anschlagflächen, insbesondere als kugelige Ringflächen am äußeren Gelenkkörper für einen der Gelenkinnenkörper, d. h. entweder den inneren Gelenkkörper oder den Kugelkäfig. Als Schiebegelenke ausgebildete Ge lenke dieser Art weisen vorzugsweise derartige Anschlag flächen auf, um den Arbeitsbereich zu begrenzen und ein Auseinandergleiten der Gelenkteile bei übermäßigem Schiebe weg zu verhindern.

Aus der US 36 64 152 ist ein Festgelenk der genannten Art bekannt, bei dem Anschlagflächen für den Kugelkäfig in Form von kugeligen Gleitflächen an zwei Buchsenteilen ausgebildet sind, die mit äußeren Zylinderflächen in dem gerade aufgebohrten und mit Absätzen versehenen Gelenk außenteil sitzen. In diesen Buchsenteilen sind zugleich Teile der äußeren Kugelbahnen ausgebildet. Eine axiale Festlegung muß im wesentlichen über den Festsitz der Buchsen selber folgen, da ein auf der einen Seite vorge sehener Deckel und ein auf der anderen Seite unter Zwi schenschaltung eines elastischen Elementes vorgesehener Sprengring eine sichere axiale Festlegung nicht garan tieren können. Der wesentliche Nachteil dieser Anordnung liegt zum einen in der unsicheren axialen Verbindung zwi schen den Anschlagelementen und dem äußeren Gelenkkörper, die höheren Belastungen nicht standhalten kann, zum an deren darin, daß in den Buchsenelementen nicht nur kuge lige Anschlagflächen, sondern weiterhin auch Teile der Kugelrillen ausgebildet werden müssen. Problematisch ist hierbei auch ein mögliches Verdrehen der Buchsenteile zueinander innerhalb des äußeren Gelenkkörpers, das zu einer Zerstörung des Gelenkes führen würde.

Aus der JP 5 81 06 620 ist ein Verschiebegelenk der eingangs genannten Art bekannt, bei dem ein axialer Anschlag durch einen Ringkörper gebildet wird, der in der inneren Ausneh mung des äußeren Gelenkkörpers anliegt und mit halbzylin drischen Vorsprüngen in die Kugelbahnen des äußeren Gelenk körpers eingreift. Die Anschlagflächen sind im Bereich dieser in die Kugelbahnen eingreifenden Vorsprünge ausge bildet und werden gegenüber den Kugeln selbst wirksam. Der so ausgebildete Ringkörper ist seinerseits axial durch einen üblichen Sprengring festgelegt. Wesentlicher Nach teil bei dieser Anordnung ist zum einen die punktuelle Be lastung des Anschlagelementes durch einzelne der Kugeln bei gebeugtem Gelenk, zum anderen die komplizierte Form gebung des Ringkörpers, die die Herstellung verteuert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Gelenk der eingangs genannten Art, sei es als Festge lenk oder als Schiebegelenk, eine Anordnung zur axialen Festlegung der Gelenkinnenteile oder zur axialen Wegbegren zung der Gelenkinnenteile vorzuschlagen, die einfach her zustellen und zu montieren ist, erhebliche Belastungen auf nehmen kann und insbesondere die Ausbildung kugelig hinter schnittener Flächen am äußeren Gelenkkörper vermeidet.

Die Lösung hierfür besteht darin, ein Gleichlaufgelenk so zu gestalten, daß zumindest ein Sicherungsring für eines der Gelenkinnenteile, d.h. den Kugelkäfig oder den inneren Gelenkkörper in eine innenliegende Umfangsnut im äußeren Gelenkkörper eingesetzt ist, daß am Sicherungsring eine ringförmige Anschlagfläche für das Gelenkinnenteil vorge sehen ist, die einen zumindest linienförmigen Kontakt mit dem Gelenkinnenteil bilden kann, und daß am Sicherungsring und in der Umfangsnut einander entsprechende konische Ab stützflächen ausgebildet sind, deren Konuswinkel sich in Richtung zum Gelenkinnenteil hin öffnet.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist eine wesentliche Vereinfachung der Konstruktion und Fertigung des äußeren Gelenkkörpers möglich, die aufgrund der insgesamt hinter schnittfreien Ausgestaltung in spanloser Bearbeitung er folgen kann, wobei anschließend nur ein einfach geformter Einstich zur Ausbildung der Umfangsnut notwendig wird. Dieser Bearbeitungsgang kann ohne weiteres zusammen mit dem Brechen der vorderen Kanten des äußeren Gelenkteiles oder mit dem Anbringen einer äußeren Ringnut für die Auf nahme eines Faltenbalges oder einer Kappe erfolgen, ohne daß ein Umspannen hierfür notwendig wird.

Die konische Form der Abstützfläche ermöglicht in bezug auf die Belastung durch das entsprechende Gelenkinnenteil eine relativ großflächige Einleitung der Kräfte in den äußeren Gelenkkörper bei möglichst geringen Abmessungen des Sicherungsringes.

Der Sicherungsring wird in der Regel als an einer Stelle radial geschlitzter Sprengring aus hochlegiertem Stahl aus gebildet, beispielsweise aus 50 CrV4, dessen Oberfläche ver gütet wird. Im Anschluß an den Vergütungsvorgang ist hier bei die Ausnehmung mit einem Öffnungswinkel von vorzugs weise 20° oder mehr auszubilden. Abweichende Ausgestaltun gen sind in der Weise denkbar, daß der Sicherungsring aus mehreren, beispielsweise zwei oder drei einzelnen Segmen ten besteht, die im eingesetzten Zustand aneinanderstoßen und für den Vorgang des Einsetzens nach innen abgeschrägte Stirnflächen haben. Sofern die auftretenden Belastungen dies zulassen, ist es auch möglich, den Sicherungsring unter plastischer Verformung in die Innennut einzupressen, wobei hierfür Werkstoffe mit besonderen Gleit- oder Not laufeigenschaften in Frage kommen.

Eine bevorzugte und sinnvolle Ausgestaltung der Umfangsnut und des Sicherungsringes geht dahin, daß der Konuswinkel der Abstützfläche dem einer tangentialen Ringfläche an das Gelenkinnenteil im Kontaktbereich mit dem Sicherungsring, d.h. insbesondere an der Kante der kugeligen Außenfläche des Gelenkinnenteils, entspricht. Hiermit wird im wesent lichen sichergestellt, daß auf den Ring reine Druckkräfte ausgeübt werden und keine Querkräfte auftreten, die den Ring entweder aus der Nut herausheben könnten oder an der im Querschnitt gesehen kürzeren Kante der Nut einarbeiten würden.

Die weitere bevorzugte Ausgestaltung der innenliegenden Umfangsnut geht dahin, daß diese im Radialschnitt durch die Gelenkachse jeweils eine dreieckige Schnittfläche bildet und der Öffnungswinkel am Grund etwa 90° oder mehr beträgt. Diese Form des Einstiches erleichtert zum einen die Herstellung, zum anderen wird damit zugleich eine zweite konische Fläche am Sicherungsring bestimmt, die bei der Montage die gelenkseitige Stirnfläche bildet und in dieser Weise das Einführen eines als Sprengring ausgebil deten Sicherungsringes erleichert.

In weiterer günstiger Ausbildung des Sicherungsringes wird dieser bevorzugt so gestaltet, daß er im Radialschnitt durch die Gelenkachse eine im wesentlichen viereckige Schnittfläche bildet, wobei die Anschlagfläche etwa flä chenparallel zur Abstützfläche liegt. Dies bedeutet, daß bei insgesamt konischer Form des Ringskörpers der Ring querschnitt etwa als Rechteck oder Parallelogramm ausge bildet ist, wodurch eine etwa gleichmäßige Materialstärke in Richtung der Druckbelastung entsteht. Dies dient einer Vermeidung von Belastungsspitzen in bezug auf die Ring breite. Wird der Ring dabei mit einer rein konischen An schlagfläche und somit im Schnitt gesehen als reiner Rechteckring ausgebildet, so kann gegenüber der kugeligen Außenfläche des Gelenkinnenteils jeweils nur ein Linienkon takt bestehen. Der wesentliche Vorteil ist hierbei die vereinfachte Herstellbarkeit des Sicherungsringes. Als Alternative kann jedoch auch die Anschlagfläche als ring förmige konkave Kugelabschnittsfläche ausgebildet sein, die mit der entsprechenden kugeligen Außenfläche des Ge lenkinnenteils in flächigem Kontakt steht, wobei sich ein günstigerer Belastungsfall für den Sicherungsring ein stellt.

In der Regel wird ein erfindungsgemäßer Sicherungsring mit entsprechender Umfangsnut im äußeren Gelenkkörper an der Eintrittsöffnung für die mit dem inneren Gelenkkörper zu verbindende Welle vorgesehen. Als Anschlag in der Gegen richtung ist normalerweise eine konische oder kugelige Fläche im Boden des äußeren Gelenkkörpers oder in einer besonders eingesetzten Anschlaghülse ausgebildet, wobei dies gleichermaßen für Schiebegelenke und Festgelenke gilt. Eine besonders günstige Weiterbildung des erfin dungsgemäßen Gedankens besteht jedoch in einem Gelenk, dessen äußerer Gelenkkörper zunächst beidseitig offen und vollkommen hinterschnittfrei ist und in dem beiseitig erfindungsgemäße Sicherungselemente als Anschläge für die inneren Gelenkkörper vorgesehen sind. Ein derart ausgebil deter äußerer Gelenkkörper kann beispielsweise aus einem stranggepreßten Material oder innengeräumten Stangenma terial bestehen, wobei die Anbindung eines Wellenzapfens erst nach der Fertigstellung der Innenform des äußeren Gelenkkörpers vorgenommen wird. Grundsätzlich ist jedoch auch bei einem einseitig geschlossenen, beispielsweise durch spanlose Verformung hergestellten äußeren Gelenk körper die Verwendung zweier erfindungsgemäßer Siche rungsringe zur Festlegung der Gelenkinnenteile in beiden Richtungen möglich.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung.

Die Hauptfigur zeigt ein Gelenk mit einem Sicherungsring mit konischer Anschlagfläche.

Die Einzelheit in der rechten Darstellung zeigt ein Gelenk mit einem Sicherungsring mit kugeliger Anschlagfläche im Ausschnitt.

Die Einzelheit in der linken Darstellung zeigt die Form der Ringnut.

In der Figur ist ein Gelenk gezeigt, das im einzelnen aus einem Gelenkaußenteil 1 mit innenzylindrischer Ausnehmung 2 und hinterschnittfreien Kugelbahnen 3 aufweist. Die Kugelbahnen 3 nehmen teilweise die drehmomentübertragenden Kugeln 4 auf, die im Kugelkäfig 5 gehalten sind und von diesem bei Beugung des Gelenks auf die winkelhalbierende Ebene geführt werden. Die Kugeln 4 sind weiter in Kugel bahnen 6 eines inneren Gelenkkörpers 7 gehalten, der mit einem Wellenzapfen verbindbar ist. Der innere Gelenkkörper 7 hat eine kugelige Außenfläche 15, die in einer entspre chenden kugeligen Fläche 16 im Kugelkäfig 5 gehalten ist, so daß der Käfig gegenüber dem inneren Gelenkkörper glei tend abwinkelbar ist. Der Kugelkäfig 5 hat weiterhin eine kugelige Außenfläche 17, die in der innenzylindrischen Ausnehmung 2 des äußeren Gelenkkörpers 1 abwinkelbar gehalten ist. Am einen Ende ist der äußere Gelenkkörper 1 mit einem Bodenteil 14 geschlossen, an das sich ein Wel lenzapfen 17 einstückig anschließt. In Richtung zum Bodenteil 14 hin stützt sich der Kugelkäfig 5 an einer kugeligen Innenfläche 18 des äußeren Gelenkkörpers 1 axial, insbesondere in ringflächenförmigen Kontakt ab. In der entgegengesetzten Richtung stützt sich der Kugelkäfig 5 mit seiner kugeligen Außenfläche 17 an einem erfindungs gemäßen Sicherungsring 19 ab.

Zwischen dem Sicherungsring 19 und dem Kugelkäfig 5 be steht nach der Hauptfigur ein etwa linienförmiger Kontakt an einer konischen Anschlagfläche 20 des Sicherungsrings 19. Der Sicherungsring 19 ist seinerseits in eine innen liegende Ringnut 21 im äußeren Gelenkkörper 1 eingesetzt, wobei in der Ringnut 21 und am Sicherungsring 19 sich einander entsprechende ebenfalls konische Abstützflächen 22 ausgebildet sind, deren Konuswinkel 2 α sich axial in Richtung zum abgestützten Kugelkäfig 5 hin öffnet. Der Sicherungsring stellt im Radialschnitt etwa eine Recht eckfläche dar, während der Öffnungswinkel δ der Innennut in der Größenordnung von 90° liegt.

Als Einzelheit ist in zwei Darstellungen ein Ausschnitt gezeigt, bei dem sich in der rechten Darstellung der Ku gelkäfig 5 an einem Sicherungsring 19 abstützt, dessen Anschlagfläche 20 in diesem Fall kugelig ausgebildet ist. Der Sicherungsring 19 ist in eine Ringnut 21 eingesetzt, wobei einander entsprechende konische Abstützflächen 22 in der Ringnut 21 und am Sicherungsring 19 ausgebildet sind. Der Sicherungsring weist im Radialschnitt eine etwa tra pezförmige Querschnittsfläche mit einer nach innen ausge wölbten Basis auf. In der linken Darstellung ist erkenn bar, daß der Öffnungswinkel δ der Ringnut etwa ein rech ter Winkel ist.

Bezugszeichenliste 1 äußerer Gelenkkörper
2 innenzylindrische Ausnehmung
3 Kugelbahnen
4 Kugeln
5 Kugelkäfig
6 Kugelbahnen
7 innerer Gelenkkörper
8-11 frei
13 Wellenzapfen
14 Bodenteil
15 kugelige Außenfläche (7)
16 kugelige Innenfläche (5)
17 kugelige Außenfläche (5)
18 kugelige Innenfläche (1)
19 Sicherungsring
20 Anschlagfläche
21 Umfangsnut
22 Abstützfläche

Claims

1. Gleichlaufdrehgelenk, im wesentlichen bestehend aus einem Gelenkinnenteil mit außenliegenden Kugelbahnen, einem Kugelkäfig zur Aufnahme und Führung drehmoment übertragender Kugeln und einem äußeren Gelenkkörper mit innenliegenden Kugelbahnen, die insbesondere in einer innenzylindrischen Ausnehmung des äußeren Ge lenkkörpers hinterschnittfrei ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Sicherungsring (19) für eines der Gelenkinnenteile, d.h. den Kugelkäfig (5) oder den inneren Gelenkkörper (7) in eine innenliegende Umfangs nut (21) im äußeren Gelenkkörper (1) eingesetzt ist, daß am Sicherungsring (19) eine ringförmige Anschlag fläche (20) für das Gelenkinnenteil (5, 7) vorgesehen ist, die einen zumindest linienförmigen Kontakt mit dem Gelenkinnenteil bilden kann, und daß am Sicherungs ring (19) und in der Umfangsnut (21) einander entspre chende konische Abstützflächen (22) ausgebildet sind, deren Konuswinkel sich in Richtung zum Gelenkinnenteil (5, 7) hin öffnet.

2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Konuswinkel der Abstützfläche (22) dem einer tangierenden Ringfläche an das Gelenkinnenteil (5, 7) im Kontaktbereich mit dem Sicherungsring (19), insbe sondere an der Kante der kugeligen Außenfläche des Ge lenkinnenteils (5, 7) entspricht.

3. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der halbe Konuswinkel (α) der Abstützfläche (22) etwa gleich oder größer als der Gleitreibungswinkel der Paarung Sicherungsring (19) und Gelenkaußenteil (1) ist und damit unter axialer Belastung an der Abstützfläche (22) Selbsthemmung auftritt.

4. Gelenk nach einem der Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innenliegende Umfangsnut (21) im Radialschnitt durch die Gelenkachse jeweils eine dreieckige Schnitt fläche bildet und der Öffnungswinkel (δ) am Grund etwa 90° oder mehr beträgt.

5. Gelenk nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungsring (19) im Radialschnitt durch die Gelenkachse eine im wesentlichen viereckige Schnitt fläche bildet und die Anschlagfläche (20) etwa flä chenparallel zu der Abstützfläche (22) liegt.

6. Gelenk nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagfläche (20) eine konische Ringfläche ist, die mit der kugeligen Außenfläche des Gelenk innenteils (5, 7) einen linienförmigen Kontakt bilden kann.

7. Gelenk nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagfläche (20) eine ringförmige Kugelab schnittsfläche ist, die mit der kugeligen Außenfläche des Gelenkinnenteils (5, 7) einen flächigen Kontakt bilden kann.

8. Gelenk nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungsring (19) als federelastischer Sprengring mit einem Öffnungsbereich mit einem Mitten winkel von insbesondere etwa 20° ausgebildet ist.

9. Gelenk nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungsring (19) aus mehreren einzelnen, insbesondere zwei oder drei durch nach innen sich er weitenden Spalte voneinander getrennten Umfangsseg menten besteht.

10. Gelenk nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungsring (19) unter plastischer Verfor mung in die innenliegende Umfangsnut (21) eingepreßt ist.

11. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungsring (19) das Gelenkinnenteil (7) axial spielfrei gegenüber dem Gelenkaußenteil (1) oder gegenüber einem sich an diesem abstützenden Ringkörper verspannt.

12. Gelenk nach einem der Ansprüche 1-11, mit einem beid seitig offenen hinterschnittfreien Gelenkaußenteil, dadurch gekennzeichnet, daß zwei spiegelbildlich angeordnete Sicherungsringe (19) als Anschläge für die Gelenkinnenkörper (5, 7) axial in beiden Richtungen der Gelenkinnenkörper vor gesehen sind.