DE4031819C1 - Synchronous drive joint in vehicle - incorporates system of curved grooves accommodating balls transferring torque - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleichlauffestgelenk mit einem hohlen Außenteil, in dessen Innenfläche in Meridianebenen bezüglich der Außenteillängsachse erste und zweite sich mit einer bestimmten Folge auf dem Umfang abwechselnde Außenlaufrillen angebracht sind, mit einem im Hohlraum des Außenteils angeordneten, eine kugelige Außenfläche auf­ weisenden Innenteil, in dessen Außenfläche in Meridian­ ebenen bezüglich der Innenteillängsachse erste und zweite Innenlaufrillen angebracht sind, die jeweils den ersten oder zweiten Außenlaufrillen gegenüberliegen und mit diesen jeweils zu einer der beiden Öffnungsseiten hin maulförmig ausgebildet sind und gemeinsam jeweils eine Kugel zur Drehmomentübertragung aufnehmen, die radial in Fenstern eines zwischen Außenfläche des Innenteiles und der Innenfläche des Außenteiles angeordneten Käfigs ge­ führt sind, wobei der Bahngrund der ersten Außenlaufrillen und der der ersten Innenlaufrillen von einer Öffnungsseite ausgehend und der Bahngrund der zweiten Außenlaufrillen und zweiten Innenlaufrillen von der gegenüberliegenden Öffnungsseite ausgehend hinterschnittfrei ausgebildet sind.

Aus der US-PS 31 33 431 ist ein Gelenk mit abwechselnd zu den beiden Öffnungsseiten hinterschnittfrei gestalteten Bahnen für die Kugeln, die der Drehmomentübertragung dienen, bekannt, welches als Verschiebegelenk konstruiert ist.

Die Bahnen verlaufen für ein Gelenk mit Käfig gerade und für ein käfigloses Gelenk zusätzlich zu dem schrägen Ver­ lauf in der meridianen Ebene in einer dazu rechtwinkeligen Ebene gekrümmt. Nur bei der Ausbildung mit geraden Bahnen ist eine Hinterschnittfreiheit des Bahnverlaufs gegeben. Das Konstruktionsprinzip erlaubt jedoch nur kleine Beuge­ winkel und kleine Verschiebewege, um eine Montage zu er­ möglichen bzw. ein Auseinanderfallen der Bauteile zu ver­ hindern.

Aus der GB-PS 8 47 569 ist ein Festgelenk mit in meridi­ aner Ebene verlaufenden Bahnen für die der Drehmomentüber­ tragung dienenden Kugeln bekannt, bei denen die Bahnen mit einem Radius verlaufen, wobei die Radien des Bahngrundes zweier sich in entgegengesetzter Richtung öffnender Bahn­ paare zum Gelenkmittelpunkt versetzt sind. Ferner ist ein als Hohlkugelschale gebildeter Käfig zur Führung der Kugeln vorhanden. Käfig, Außenteil und Innenteil des Ge­ lenkes sind mit konzentrischen Kugelflächen zur gegen­ seitigen Führung versehen. Die Kugelbahnen und die Führ­ ungsbahn für den Käfig im Außenteil sind hinterschnitten und lassen sich daher nicht einfach durch Präzisionsum­ fornung herstellen.

Bei den vorgenannten Konstuktionsprinzipien sollen die auf den Käfig einwirkenden Kräfte durch die abwechselnde Öff­ nung der Bahnen für die Kugeln ausgeglichen sein. Dies trifft jedoch nicht für alle Betriebszustände zu, da die Anlage der Kugeln in den Bahnen über den Beugewinkelbe­ reich sich verändert und dabei sich auch eine Richtungs­ änderung der Beaufschlagung des Käfigs ergibt. Der Käfig ist in einer instabilen Lage. Bei Gelenken mit geradem Bahnverlauf in den meridianen Ebenen ergibt sich ein wei­ terer Nachteil insofern, als zu einem Bahnende hin die Bahntiefe, die für die Drehmomentübertragungskapazität maßgebend ist, sich stark verringert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Gelenk vorzu­ schlagen, daß als Festgelenk für große Beugewinkel geeig­ net ist, das auch bei großen Abwinklungen eine hohe Dreh­ momentübertagungskapazität aufweist und spanlos durch Präzisionsumformung bezüglich Außenteil und Innenteil herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Käfig eine Hohlkugelfläche aufweist, mit der er konzen­ trisch zur kugeligen Außenfläche des Innenteils angeordnet ist und eine kugelige Außenfläche aufweist, mit der er konzentrisch zur kugeligen Innenfläche des Außenteiles angeordnet ist, welche von der Summe der Flächen der Stege zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfol­ genden Außenlaufrillen gebildet ist und die in erste und zweite Teilinnenflächen geteilt ist, von denen die ersten Teilinnenflächen von der Öffnungsseite des Außenteils, von der die ersten Außenlaufrillen hinterschnittfrei ver­ laufen, und von denen die zweiten Teilinnenflächen von der Öffnungsseite des Außenteils, von der die zweiten Außen­ laufrillen hinterschnittfrei verlaufen, jeweils ausgehend ebenfalls hinterschnittfrei verlaufen.

Die Ausbildung der Innenfläche des Außenteiles, welche der kugeligen Außenfläche des Käfigs gegenüberliegt als Teil­ flächen mit wechselweise hinterschnittfreiem Verlauf von einer der Seiten des Außenteils, ermöglicht auch bei großem Beugewinkel eine große Bahntiefe und damit Um­ schlingung der drehmomentübertragenden Kugeln. Eine span­ lose Herstellung des Gelenkaußenteiles von den beiden Öffnungsseiten her wird hierdurch ermöglicht, wobei gleichzeitig die Innenfläche des äußeren Gelenkkörpers ebenfalls ohne Nachbearbeitung erstellt werden kann.

Mit der an den Enden der Bahnen erzielten größeren Bahn­ tiefe ist eine erhöhte Drehmomentkapazität bei großem Beugewinkel verbunden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist für eine ab­ wechselnde Anordnung von ersten und zweiten Außenlaufril­ len über den Umfang des Außenteiles vorgesehen, die da­ zwischen liegenden Stege in erste und zweite Teilinnen­ flächen zu teilen. Dabei sind die ersten Teilinnenflächen an die ersten und die zweiten Teilinnenflächen an die zweiten Außenlaufrillen unmittelbar anschließend angeord­ net.

Für Gleichlauffestgelenke mit einer Hintereinanderanord­ nung von ersten und zweiten Außenlaufrillen auf dem Umfang in einer Gruppenfolge von mindestens jeweils zwei ersten und zwei zweiten Außenlaufrillen ist vorgeschlagen, die zwischen den ersten Außenlaufrillen vorhandenen Stege als erste Teilinnenflächen und die zwischen den zweiten Außen­ laufrillen vorhandenen Stege als zweite Teilinnenflächen auszubilden sowie die zwischen einer ersten und einer zweiten Außenlaufrille vorhandenen Stege in erste und zweite Teilinnenflächen aufzuteilen, wobei die ersten Teilinnenflächen an die ersten und die zweiten Teilinnen­ flächen an die zweiten Außenlaufrillen unmittelbar an­ schließen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Gleichlauffest­ gelenk in gestreckter Lage,

Fig. 2 einen vergrößerten Längsschnitt nur durch das Außenteil des Gleichlauffestgelenkes und

Fig. 3 eine Seitenansicht zu Fig. 2.

Das in Fig. 1 dargestellte Gleichlauffestgelenk 1 ist für große Beugewinkel gedacht. Es besteht im wesentlichen aus dem Außenteil 2, welches als Einzelteil in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, dem Innenteil 9, dem zwischen Außenteil 2 und Innenteil 9 angeordneten Käfig 14 sowie den vom Käfig 14 gehaltenen Kugeln 13 zur Drehmomentüber­ tragung zwischen Außenteil 2 und Innenteil 9. Die Längs­ achse der Gelenkbauteile ist mit 5 bezeichnet. In der in Fig. 1 dargestellten gestreckten Lage des Gleichlauffest­ gelenkes 1 stimmen die Achsen sämtlicher Bauteile überein. Die Drehmomentübertragung zwischen dem Außenteil 2 und dem Innenteil 9 erfolgt über die Kugeln 13, die mit Außenlauf­ rillen 6,7 des Außenteils 2 und diesen gegenüberliegenden Innenlaufrillen 10, 11 des Innenteiles 9 in Eingriff sind. Es sind zwei Arten von Laufrillen vorgesehen. So weist das Außenteil 2 erste Außenlaufrillen 6 auf, denen erste Innenlaufrillen 10 des Innenteils 9 gegenüberliegen. Die ersten Außenlaufrillen 6 und ersten Innenlaufrillen 10 bilden eine maulförmige Öffnung, deren größter Querschnitt zur ersten Öffnungsseite 3, die von der Stirnfläche des Außenteiles 2 gebildet wird, hin gerichtet ist.

Die ersten Außenlaufrillen 6 und Innenlaufrillen 10 ver­ laufen von der ersten Öffnungsseite 3 ausgehend hinter­ schnittfrei. Aus Fig. 3 ist erkennbar, daß die ersten Außenlaufrillen 6 paarweise angeordnet sind. Gleiches gilt auch für die zweiten Außenlaufrillen 7 und den diesen gegenüberliegenden zweiten Innenlaufrillen 11 des Innen­ teils 9. Diese sind ausgehend von der zweiten Öffnungs­ seite 4 des Außenteils 2 ausgehend hinterschnittfrei ge­ staltet. Die jeweils zwischen zwei in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Außenlaufrillen 6, 7 befindlichen Stege sind mit 23 bezeichnet. Die nach innen gerichteten Flächen der Stege 23 sind als erste und zweite Teilinnen­ flächen 24, 25 gestaltet. Diese Teilinnenflächen 24, 25 umschließen die kugelige Außenfläche 21 des Käfigs 14 und bilden die Innenfläche 8 des Außenteils 2. Bei der nach den Fig. 2 und 3 vorgesehenen Gruppenfolge von jeweils zwei ersten Außenlaufrillen 6 und zweiten Außenlaufrillen 7 sind auch entsprechend erste und zweite Teilinnenflächen 24, 25 vorhanden, die einen hinterschnittfreien Verlauf von einer Ausgangsbasis aufweisen, die der der unmittelbar benachbarten Außenlaufrillen 6 bzw. 7 entspricht. So sind zwischen den beiden eine erste Gruppe bildenden Außenlauf­ rillen 8, die unmittelbar benachbart sind, Teilinnen­ flächen 24 vorgesehen, die sich über die gesamte Breite der Stege 23 erstrecken, während die zwischen einer ersten Außenlaufrille 6 und einer zweiten Außenlaufrille 7 be­ stehende Innenfläche eines Steges 23 in zwei Teil­ innenflächen geteilt ist, wobei die erste Teilinnenfläche 24 der ersten Außenlaufrille 6 unmittelbar benachbart ist und die zweite Teilinnenfläche 25 der zweiten Außenlauf­ rille 7 unmittelbar benachbart ist. Hierdurch ist eine Herstellung in der Weise möglich, daß in dem aus einem Ring bestehenden Rohling, der in einem Halter aufgenommen ist, von den beiden Öffnungsseiten 3, 4 her Werkzeuge eingebracht werden können, von denen jeweils das eine die Kontur der ersten Außenlaufrillen 6 und der ersten Teil­ innenflächen 24 und das zweite Werkzeug die Kontur der zweiten Außenlaufrillen 7 und zweiten Teilinnenflächen 25 umfaßt. Dies ist möglich, weil die ersten Außenlaufrillen 6 und ersten Teilinnenflächen 24 von einer Öffnungsseite, nämlich der Öffnungsseite 3 des Außenteiles 2 her und die zweiten Außenlaufrillen 7 und die zweiten Teilinnen­ flächen 25 von der anderen Öffnungsseite 4 des Außenteiles 2 her hinterschnittfrei gestaltet sind. Totzdem ist, wie insbesondere aus Fig. 2 erkennbar, zu beiden Öffnungs­ seiten 3, 4 hin eine Umschließung des Käfigs 14 erreicht.

Der Käfig 14 ist mit seiner kugeligen Außenfläche 21 mit Spiel zu der aus den Teilinnenflächen 24, 25 gebildeten Hohlkugelfläche 8 des Außenteiles 2 angeordnet. Die Zentrierung des Käfigs 14 erfolgt ausschließlich über die Kugeln 13.

Um auch bei großen Beugewinkeln eine gute Abstützung der Kugeln 13 zu gewährleisten, ist der Käfig 14 mit von seiner Außenfläche 12 radial vorstehenden Nasen 22 ver­ sehen. Die Nasen 22 sind im Bereich der Käfigfenster 17 angeordnet. Die Käfigfenster 17 erlauben eine Ein­ stellung der Kugeln 13 bei Abwinklung in Umfangsrichtung des Käfigs 14. Bei großer Beugung zu der Öffnungsseite hin, von der eine Außenlaufrille 6 oder 7 ausgeht, liegt die Kugel 13 radial außen an der beaufschlagten Fensterfläche 18 an, während sie in ihrer inneren Position, d. h. zu der anderen Öffnungsseite hin radial innen an der Fensterfläche 18 in Anlage ist. Auch die gegenüberliegende Fensterfläche 19 ist mit einer Nase 22 versehen, um bei allen Beugungsverhältnissen ein Einklemmen der Kugeln 13 zu vermeiden.

Für den Fall, daß die ersten Außenlaufrillen 6 und zweiten Außenlaufrillen 7 und die entsprechenden Innenlaufrillen 10, 11 nicht, wie in Fig. 3 dargestellt, in einer Grup­ penfolge angeordnet sind, sondern sich auf dem Umfang abwechseln, d. h. auf eine erste Außenlaufrille 2 folgt eine zweite Außenlaufrille 7, dann wieder eine erste Außenlaufrille 6 und so fort, sind die Stege 23 zwischen einer ersten Außenlaufrille 6 und der darauf folgenden zweiten Außenlaufrille 7 in zwei Teilinnenflächen 24, 25 geteilt, so wie es auch im Zusammenhang mit der Gestaltung der Steginnenflächen bezüglich der Fig. 3 zwischen den aneinanderangrenzenden ersten Außenlaufrillen 6 und zweiten Außenlaufrillen 7 zweier benachbarter Gruppen von Außenlaufrillen 6, 7 beschrieben wurde.

Zur Montage eines solchen Gelenkes kann, je nachdem, wie groß der konstruktive Beugewinkel ist, bezüglich der Montage des Innenteils 9 zum Käfig 14 entweder eine Quer­ einfädelung erfolgen, was jedoch erforderlich macht, daß mindestens eines der Fenster 17 im Umfangrichtung eine Erstreckung aufweist, die mindestens der Breite des Innen­ teiles 9 entspricht oder aber der Käfig geteilt sein. Für Gelenke jedoch, die große Beugewinkel und hohe Drehmomente übertragen sollen, kann eine Montage dadurch erreicht werden, daß das Außenteil 2 geteilt wird. Hierzu ist, wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, eine Teilung durch Sprengen möglich. Im Bereich zweier einander gegenüber­ liegender Stege 23 ist dazu jeweils eine axiale, d. h. parallel zur Achse 5 verlaufende Bohrung 27, vorgesehen. Ferner sind die Stege 23 von den Teilinnenflächen 24 oder 25 ausgehend mit Einkerbungen 28 versehen. Das Außenteil 2 wird zunächst mit allen konstruktiven Merkmalen ein­ schließlich Härtung auf Endmaß hergestellt. Nach der Fertigstellung erfolgt ein radiales Aufbringen von Druck, wobei das Außenteil 2 in zwei einzelne Ringsegmente 2a und 2b an den Sprengstellen 26 zerbricht. Bei der Montage können dann die Kugeln 13, nachdem der Käfig 14 mit seiner Hohlkugelfläche 20 auf das Innenteil 9 geschoben ist, von außen in die Fenster 17 eingeschoben werden. Anschließend werden die beiden Ringsegmente 2a und 2b des Außenteiles 2 radial aufgebracht und die Baueinheit mit der Außenfläche 29 des Außenteiles 2 in eine Bohrung 32 einer Glocke 31 eingeschoben. Die Glocke 31 stützt das Außenteil 2 in radialer Richtung. Zur Erzielung einer drehfesten Verbindung sind in einer der Stirnflächen, welche die Öffnungsseite 3 oder 4 bilden, Ausnehmungen 30 eingebracht. Nach dem Einschieben der Baueinheit wird die Wandung 33 der Glocke 31 so verformt, daß sie eine Stirnfläche, die die Öffnungsseite 4 bildet, übergreift und Material in den Bereich der Ausnehmungen 30 eindringt.

Hierdurch wird die drehfeste Verbindung erzielt. Die Glocke 31 weist einen Zapfen 34 zum drehfesten Anschluß an ein treibendes oder anzutreibendes Maschinenteil auf. In der Bohrung 36 des Innenteils 9 ist eine Welle 35 einge­ schoben. Hierzu sind Welle 35 und Bohrung 36 mit einer Keilverzahnung versehen.

Claims (3)

1. Gleichlauffestgelenk mit einem hohlen Außenteil, in dessen Innenfläche in Meridianebenen bezüglich der Außenteillängsachse erste und zweite sich mit einer bestimmten Folge auf dem Umfang abwechselnde Außen­ laufrillen angebracht sind, mit einem im Hohlraum des Außenteils angeordneten, eine kugelige Außenfläche aufweisenden Innenteil, in dessen Außenfläche in Meri­ dianebenen bezüglich der Innenteillängsachse erste und zweite Innenlaufrillen angebracht sind, die jeweils den ersten oder zweiten Außenlaufrillen gegenüber­ liegen und mit diesen jeweils zu einer der beiden Öffnungsseiten hin maulförmig ausgebildet sind und gemeinsam jeweils eine Kugel zur Drehmomentübertragung aufnehmen, die radial in Fenstern eines zwischen Außenfläche des Innenteiles und der Innenfläche des Außenteiles angeordneten Käfigs geführt sind, wobei der Bahngrund der ersten Außenlaufrillen und der der ersten Innenlaufrillen von einer Öffnungsseite aus­ gehend und der Bahngrund der zweiten Außenlaufrillen und zweiten Innenlaufrillen von der gegenüberliegenden Öffnungsseite ausgehend hinterschnittfrei ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (14) eine Hohlkugelfläche (20) aufweist, mit der er konzentrisch zur kugeligen Außenfläche (12) des Innenteils (9) angeordnet ist und eine kugelige Außenfläche (21) aufweist, mit der er konzentrisch zur kugeligen Innenfläche (8) des Außenteiles (2) angeord­ net ist, welche von der Summe der Flächen der Stege (23) zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung aufein­ anderfolgenden Außenlaufrillen (6, 7) gebildet ist und die in erste und zweite Teilinnenflächen (24, 25) ge­ teilt ist, von denen die ersten Teilinnenflächen (24) von der Öffnungsseite (3) des Außenteils (2), von der die ersten Außenlaufrillen (6) hinterschnittfrei ver­ laufen, und von denen die zweiten Teilinnenflächen (25) von der Öffnungsseite (4) des Außenteils (2), von der die zweiten Außenlaufrillen (7) hinterschnittfrei verlaufen, jeweils ausgehend ebenfalls hinterschnitt­ frei verlaufen.

2. Gleichlauffestgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer abwechselnden Anordnung von ersten und zweiten Außenlaufrillen (6, 7) über den Umfang, die dazwischen befindlichen Stege (23) in erste und zweite Teilinnenflächen (24, 25) geteilt sind, wobei die ersten Teilinnenflächen (24) an die ersten (6) und die zweiten Teilinnenflächen (25) an die zweiten Außen­ laufrillen (7) unmittelbar anschließen.

3. Gleichfestgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Hintereinanderanordnung von ersten und zweiten Außenlaufrillen (6, 7) auf dem Umfang in einer Gruppenfolge von mindestens jeweils zwei ersten (6) und zweiten Außenlaufrillen (7), die zwischen den ersten Außenlaufrillen (6, 7) vorhandenen Stege (23) als erste Teilinnenflächen (24) und die zwischen den zweiten Außenlaufrillen (7) vorhandenen Stege (23) als zweite Teilinnenflächen (25) ausgebildet sind und die zwischen einer ersten und einer zweiten Außenlaufrille (6 und 7) vorhandenen Stege (23) in erste und zweite Teilinnenflächen (24 und 25) geteilt sind, wobei die ersten Teilinnenflächen (24) an die ersten (6) und die zweiten Teilinnenflächen (25) an die zweiten Außen­ laufrillen (7) unmittelbar anschließen.