DE4344982C1 - Gleichlaufdrehgelenk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wälzkörpergleichlaufdrehgelenk mit zwei im wesentlichen gleichartigen Gelenkbauteilen, die gegen­ einander zentriert gehalten werden und mit sich im wesentlich in Achsrichtung erstreckenden Vorsprüngen gegenseitig im Drehsinn aneinander abstützen, wobei an den Vorsprüngen etwa in Radiale­ benen durch die Längsachsen A₁, A₂ der Gelenkbauteile verlaufende Flanken ausgebildet sind, in denen etwa längsverlaufende Wälz­ körperbahnen verlaufen, die einander paarweise zugeordnet sind und in Längsschnitt betrachtet bei gestrecktem Gelenk einen Steuerungswinkel miteinander für darin aufgenommene drehmoment­ übertragende Wälzkörper bilden und wobei die Wälzkörperbahnen in beiden Gelenkbauteilen im Längsschnitt betrachtet derart ge­ krümmt verlaufen, daß der Steuerungswinkel α_e über dem Beuge­ winkel β des Gelenks im wesentlichen konstant bleibt.

Gelenke der genannten Art sind aus der FR 1 157 482 bekannt, insbesondere in Form von Drei-Wälzkörper-Gelenken. Die zwei Außenwälzkörper werden hierbei zusammen mit einer Zentrierkugel, die im Schnittpunkt der Längsachsen der Gelenkbauteile in Auf­ nahmen gehalten ist, auf einem gemeinsamen Bolzen geführt. Die zwei Außenwälzkörper sind gleitend verschieblich auf dem Bolzen gehalten. Die sich gegenüberliegenden Wälzkörperbahnen bilden im Längsschnitt betrachtet miteinander hierbei einen Kreuzungswin­ kel α, der sich in Abhängigkeit vom Gelenkbeugewinkel β verän­ dert. Diese Veränderung hängt stark zusammen mit der Form der Wälzkörperbahnen. Die FR 1 157 482 zeigt zwei Hauptanordnungen.

Die erste weist gerade Bahnen auf, verbunden mit einer sehr schlechten Steuerung der Wälzkörper. Die zweite zeigt gekrümmte Bahnen, axial versetzt zueinander, und bietet eine wesentlich verbesserte Steuerung. Hier sind aber andere Nachteile gegeben, vor allem übermäßige Reibung, sehr genaue Anforderungen an Fer­ tigungstoleranzen und umständliche Montage.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gelenk der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Reibungsverhältnisse verbessert sind, insbesondere für die Anwendung als Gelenk in Fahrzeuglenksträngen. Die Lösung hierfür besteht darin, daß die Wälzkörperbahnen in beiden Ge­ lenkbauteilen im Längsschnitt betrachtet derart gestaltet sind, daß der Abstand zwischen den beiden Wälzkörpern über dem gesam­ ten Beugewinkelbereich des Gelenks konstant bleibt.

Durch den hiermit bezeichneten gleichbleibenden Abstand und die entsprechenden günstigen Reibverhältnisse zwischen Wälzkörpern und Wälzkörperbahnen als auch zwischen Wälzkörpern und Führungs­ bolzen ist eine Voraussetzung für ein funktionssicheres Gelenk gegeben, vor allem für Anwendungen, die ein geringes Reibmoment relativ zum Gesamtdrehmoment vonnöten haben. Unter die angegebe­ ne Vorschrift fallen verschiedene Bahnverläufe; eine bevorzugte einfache Ausgestaltung besteht darin, daß die Mittellängsachse jeder Wälzkörperbahn aus zwei Kreisbögen besteht, der erste mit dem Mittelpunkt auf der Längsachse A₁, A₂ jeder Gelenkhälfte und der zweite mit dem Mittelpunkt derart versetzt zur Längsachse A₁, A₂ und mit einem kleineren Radius als der erste, daß sich ein kontinuierlicher Übergang der zwei Kreisbögen ergibt.

Die Betrachtung des Abstandes zwischen den Wälzkörpern alleine in Bezug auf die Reibungskräfte an den Wälzkörpern stellt eine vereinfachte Betrachtung dar. Ein weiterer Einfluß ist durch die Form der Wälzkörperbahnen in ihrem Querschnitt senkrecht zu ihrer Mittellängsachse als auch durch die Vorspannung zwischen Wälzkörpern und Wälzkörperbahnen in einem freistehenden Zustand gegeben.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Wälzkör­ perbahnen im Querschnitt zu ihrer Mittellängsachse eine solche Kontur haben, daß der Kontakt zwischen Wälzkörperbahnen und Wälzkörpern in zwei Punkten erfolgt, die einen halben Kontakt­ winkel δ aufweisen, der stets größer gleich 40° ist. Weiterhin, um Schlupfverluste zwischen Wälzkörperbahnen und Wälzkörpern zu minimieren, soll der Abstand zwischen äußeren und inneren Kon­ taktspuren der Wälzkörperbahnen so gering wie möglich sein, ohne die Rollstabilität der Wälzkörper nachteilig zu beeinflussen.

Eine weiterführende günstige Ausgestaltung liegt darin, daß das Gelenk zur Zentrierung eine Zentrierkugel aufweist, die in je­ weils auf der Längsachse eines jeden der Gelenkbauteile liegen­ den Kugelaufnahmen aufgenommen ist. Hierbei kann vorgesehen werden, daß die Kugelaufnahmen jeweils innenkonisch sind und mit der Zentrierkugel einen halben Kontaktwinkel δ_m bilden, der größer gleich 40° ist.

Vorteilhaft ist es, wenn die Zentrierkugel und die beiden au­ ßenliegenden Wälzkörper mittels eines beide Wälzkörper und die Zentrierkugel durchdringenden Führungsbolzens auf einer gemein­ sam Achse geführt sind, wobei eine relative Verschiebbarkeit zwischen der Zentrierkugel und den beiden Außenwälzkörpern mög­ lich ist. Weiterhin ist es günstig, wenn die Kugelaufnahmen für die Zentrierkugel in über Federmittel abgestützten Einsätzen der Gelenkbauteile ausgebildet sind, deren Vorspannung das ferti­ gungstoleranzbedingte Spiel aufnimmt.

Hierbei ist es möglich, daß die zwei Außenwälzkörper als durch­ bohrte Rollen ausgebildet sind. Weiterhin können die Wälzkörper zylindrisch überdrehte Kugelkörper darstellen. Ergänzend können die Wälzkörper an beiden Enden senkrecht zur Achse abgeflacht sein. Hierbei handelt es sich jeweils um reibungsmindernde und gewichtsreduzierende Maßnahmen.

Die Fertigungstoleranzen für jede Gelenkhälfte zwischen Wälzkör­ perbahnen und gegenüberliegender Zentrierkugelaufnahme müssen sehr gering sein. Ein eventuelles Spiel im montierten Gelenk zwischen Wälzkörpern und Wälzkörperbahnen bzw. Zentrierkugelauf­ nahme kann durch zwei vorgespannte Federn zwischen Kugelaufnah­ men und deren Auflageflächen in den Gelenkbauteilen unter nied­ rigerem Gelenkantriebsdrehmoment ausgeglichen werden. Dies gilt für den Fall, daß ein Führungsbolzen verwendet wird. Falls kein Führungsbolzen verwendet wird, ist nur eine vorgespannte Feder erforderlich. Der Kompromiß zwischen Federvorspannkraft und Durchdrehmoment des Gelenks wird je nach Anwendung ausgesucht werden.

Die hiermit bezeichneten Ausgestaltungen eignen sich besonders für ein Drehgelenk in einer Lenksäule, bei dem relativ geringe Umlaufgeschwindigkeiten und geringe Drehmomente vorkommen. Vor­ teilhaft ist dabei eine einfache kostengünstige Fertigung. Um die jeweils unbelasteten Außenwälzkörper in deren Steuerung zu unterstützen, wird ein durch die zwei drehmomentübertragenen Wälzkörper und die Zentrierkugel durchgesteckter Führungsbolzen vorgesehen, derart, daß die Außenwälzkörper relativ zur Zen­ trierkugel verschiebbar sind. Zur Reduzierung der Kräfte sind hierbei zum Beispiel in Bohrungen eingepreßte reibarme Führungs­ hülsen mit günstigen Lagereigenschaften vorzusehen. Die Zen­ trierkugel kann axial fest auf den Bolzen aufgepreßt sein oder kann auf dem Bolzen verschiebbar sein, wenn die beiden Außen­ wälzkörper axial fest auf dem Bolzen sind. Die Aufnahmen für die Zentrierkugel sind in vorteilhafter Weise reibungsarm zu gestal­ ten, was auch durch eine entsprechende Beschichtung erreicht werden kann.

Eine Serienmontage eines Gelenks nach dem bisherigen Stand der Technik ist ziemlich zeit- und deswegen kostenaufwendig. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das Gelenk ohne federbewirkte Vorspannkraft an den Wälzkörpern arbeiten soll. Als eine sehr effektive und kostengünstige Montagehilfe soll wenigstens eine der zwei Zentrierkugelaufnahmen als getrenntes Bauteil gebildet sein. Die Ausnehmung für die Zentrierkugel besteht aus einem halben Innenkonussitz ergänzt durch eine gerade V-förmige Ku­ gelbahn, die durchgehend bis zur Außenwand der Aufnahme und im Verlauf senkrecht zur Drehachse der Aufnahme ausgeführt ist. Die Stellung der Bahnachse dieser Kugelbahn ist zwecks Montage der zwei Gelenkbauteile passend geneigt zur Längsachse des eigenen Gelenkbauteils. Nach der Montage wird die Kugelaufnahme gedreht, bis ihre Bahnachse parallel und die Kugelbahn mit ihrer in der Außenwand liegenden Öffnung zum eigenen Gelenkbauteil gerichtet ist, und danach drehgesichert.

Es ist also vorgesehen, daß wenigstens eine Zentrierkugelaufnah­ me mit einem halbkonisch begrenzt ausgebildeten Sitz versehen ist, an den sich die V-förmige Kugelbahn anschließt, die sich als zum Ende offene Nut senkrecht zur Schwenkachse des Gelenkes erstreckt, wobei ein sich zum offenen Ende der Nut hin verlau­ fend öffnender Winkel zwischen der Längsachse des Gelenkbauteils und dem Grund der Nut vorgesehen ist. Insbesondere wird vorge­ schlagen, daß die Zentrierkugelaufnahme eine senkrecht zur Achse des zugehörigen Gelenkbauteils verlaufende Drehachse aufweist, die in einer Drehstellung für den Montagevorgang eingestellt ist, und in einer anderen Drehstellung in verdrehgesicherter Weise funktionsgerecht eingestellt ist.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel sowie eine Darstellung der erfindungsgemäßen Winkelforderungen und Zentrierkugelaufnahme im Vergleich mit einem Gelenk nach dem Stand der Technik ist in den Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein Kugelgelenk der gattungsgemäßen Art nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein Gelenk in der Ebene der Wälzkörperbahnen nach dem Stand der Technik;

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt senkrecht zu Fig. 2;

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt der Bahngeometrie eines er­ findungsgemäßen Gelenkes;

Fig. 5 zeigt den Querschnitt durch eine Bahn der außenliegen­ den drehmomentübertragenden Wälzkörper unter Einzeich­ nung des Kontaktwinkels δ_a eines erfindungsgemäßen Gelenkes;

Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch die Kugelaufnahme der Zentrierkugel unter Einzeichnung des Kontaktwinkels δ_m;

Fig. 7 zeigt einen Querschnitt durch das Gelenk mit Einzel­ heiten zur Zentrierkugelhalterung;

Fig. 8 zeigt zwei Gelenkbauteile gebeugt zueinander vor dem Zusammenfügen. Das rechte Gelenkbauteil ist mit den zwei außenliegenden Wälzkörpern, Zentrierkugel und Führungsbolzen vormontiert. Das linke Gelenkbauteil weist eine separate Zentrierkugelaufnahme in seiner montierbaren Stellung auf;

Fig. 9 zeigt zwei miteinander montierte Gelenkbauteile im Längsschnitt mit der Zentrierkugelaufnahme nach Fig. 8 in seiner Endstellung. Ein Klemmstift zwischen Auf­ nahme und Gelenkbauteil verschafft die Drehsicherung.

In Fig. 1 ist ein Gelenk nach dem Stand der Technik in demon­ tierter Anordnung in perspektivischer Darstellung gezeigt. Zwei Gelenkbauteile 11, 12 weisen jeweils zwei sich in Achsrichtung erstreckende Vorsprünge 13, 14, bzw. 15, 16 auf, in denen je­ weils einen Winkel zur Längsachse des jeweiligen Gelenkbauteils bildende Wälzkörperbahnen 17, 18 bzw. 19, 20 nur andeutungsweise erkennbar ausgebildet sind. Laut "Gelenke und Gelenkwellen", S. 234, Springer Verlag 1988, soll der Winkel zur Längsachse etwa 12° betragen. Die Wälzkörperbahnen sind auf eine Längsebene durch die Längsachse jedes Gelenkbauteiles bezogen jeweils zur gleichen Seite hin geöffnet. Die Wälzkörperbahnen 17, 19 bilden ein erstes sich kreuzendes Bahnpaar zur Aufnahme einer ersten in einer Drehrichtung drehmomentübertragenden Kugel 21; die Wälz­ körperbahnen 18, 20 bildet ein zweites sich kreuzendes Bahnpaar zur Aufnahme einer in Gegendrehrichtung drehmomentübertragenden Kugel 22. Die Gelenkbauteile 11, 12 weisen weitere Vorsprünge 23, 24 auf, in denen jeweils eine nicht erkennbare Kugelausneh­ mung 25 bzw. eine erkennbare Kugelausnehmung 26 zur Aufnahme einer Zentrierkugel 27 ausgebildet sind. Hierzu ist ein gemein­ samer Bolzen 28 durch die drei Kugeln 21, 22, 27 hindurchgescho­ ben, um die drei Kugeln genau auf einer Achse zu führen. Zumin­ dest die drehmomentübertragenden Kugeln 21, 22 sind axial ver­ schieblich auf den Bolzen relativ zu der Zentrierkugel, während die Zentrierkugel 27 fest aufgepreßt sein kann. Aus der bezeich­ neten Konstruktion wird klar, daß aufgrund der nicht ausreichen­ den Außenkugelführung bei vertretbarer maximaler Vorspannung am dargestellten Gelenk ein Freigang bei Drehrichtungsumkehr ent­ steht, was sich bei zunehmendem Antriebsmoment verschlechtert.

Dadurch ist die Eignung des Gelenks für eine Fahrzeuglenkung ausgeschlossen.

In Fig. 2, auch Stand der Technik, ist ein Längsschnitt durch ein Gelenk ähnlich wie in Fig. 1 dargestellt, jedoch mit ge­ krümmten Wälzkörperbahnen, wobei ein erstes Gelenkbauteil 211 und ein zweites Gelenkbauteil 212 mit ihren Achsen A₁, A₂ einen Beugewinkel β bilden. Am Gelenkbauteil 211 sind die sich in Richtung der Achse A₁ erstreckenden Vorsprünge 213, 214 und am Gelenkbauteil 212 die sich in Richtung der Achse A₂ erstrecken­ de Vorsprünge 215, 216 erkennbar. Aus systematischen Gründen wird hierbei nicht unterschieden, welche der Vorsprünge vor und hinter der Beugungsebene liegen. Alle wesentlichen Linien sind auf die Beugungsebene projiziert. Der Schnittpunkt der Achse A₁, A₂ ist mit M als Gelenkmittelpunkt bezeichnet. Dieser bildet gleichzeitig die Mittenposition einer Zentrierkugel 227, deren vor bzw. hinter der Beugungsebene liegende Haltearme 223, 224 im Bereich ihres Übergangs im Schnitt dargestellt sind.

In Fig. 2 sind die Vorsprünge 213, 214 mit gekrümmten Wälzkör­ perbahnen 217, 218 erkennbar, deren Mittellängsachsen auf einem gemeinsamen Kreis K₁ liegen; d. h. die Wälzkörperbahnen sind kreisbogenförmig gekrümmt, wobei der Krümmungsmittelpunkt M₁ auf der Längsachse A₁ des Gelenkbauteils 211 liegt und vom Gelenk­ mittelpunkt M einen Axialabstand hat. Es sind weiterhin die gekrümmten Wälzkörperbahnen 219, 220 in den Vorsprüngen 215, 216 des zweiten der Gelenkbauteile 212 dargestellt, deren Mittel­ längsachsen auf einen gemeinsamen Kreis K₂ liegt, dessen Mittel­ punkt M₂ vom Gelenkmittelpunkt M um den gleichen Betrag entfernt ist, wie der Mittelpunkt M₁, der jedoch auf der Längsachse A₂ liegt. Aufgrund der zuvor genannten Geometrie entspricht der Steuerwinkel zwischen den Bahnmittellinien jeweils dem Kreu­ zungswinkel zwischen den zwei Kreisbögen K₁, K₂ bzw. dem Kreu­ zungswinkel der auf den Kreistangenten errichteten Senkrechten.

Dieser ist im vorgegebenen Fall etwa 37°. Er weicht bei Umlaufen des Gelenks in allen Ebenen nur wenig von den hier gezeigten Größen auf der Außenseite des Schnittwinkels der Achsen A₁, A₂ und auf der Innenseite des Schnittwinkels der Achsen A₁, A₂ nur wenig ab. Der Bolzen, der die zwei Außenwälzkörper und eine Kugel zueinander führt, ist zur Vereinfachung nicht gezeigt.

Fig. 3 zeigt das gleiche Gelenk unter einem Beugewinkel β von ca. 35° und rechtwinklig zu der Ebene in Fig. 2. Der Außenwälz­ körper, der sich unter Drehmomentlast befindet, versucht zu der auseinanderklaffenden Bahnseite - nach rechts - zu tendieren. Je nach Größe des Steuer- bzw. Bahnkreuzungswinkels α wird die Kugel gegen diese Tendenz zunehmend gehalten. Ein Bahnkreuzungs­ winkel von ca. 40° kann jedoch bei höherem Beugewinkel β von über 30° in seiner alleinigen Wirkung noch keine ausreichende Kugelführung aufbringen. Der Bolzen 328 überträgt einen Teil der nach rechts gerichteten Kraftkomponente an der nicht unter Last befindlichen außenliegenden Kugel auf die gegenüberliegende außenliegende Kugel, die dadurch nach links tendiert, in die Richtung der aufeinander zulaufenden Wälzkörperbahnen, die als Anschlag dienen. Die Kombination eines im wesentlichen konstan­ ten Bahnkreuzungswinkels von bis zu ca. 40° und der Kraftüber­ tragungsfunktion des Bolzens 28 erbringt die erforderliche Steuerung der Außenwälzkörper. Ein Bahnkreuzungswinkel von mehr als ca. 40° verbessert die Wälzkörpersteuerung zusehends, al­ lerdings bei einem gewissen Nachteil bezüglich des Gelenkaußen­ maßes und der Reibung der Außenwälzkörper in den Bahnen und auf dem Bolzen. Ein guter Kompromiß zwischen Wälzkörperführung und Reibungsminimierung liegt bei einem Steuer- bzw. Bahnkreuzungs­ winkel α von ca. 50°.

Bei drehendem Gelenk können die Kugel- und Wälzkörperreibung und deren Minimierung wie folgt dargestellt werden:
Die Zentrierkugel ist einer Orbitalbewegung der gegenüberliegen­ den Mittenvorsprünge 323, 324 ausgesetzt. Mit geeignetem Fett und Ober­ flächenbehandlung sind die Reibverhältnisse vertretbar. Zwischen Zentrierkugel und Führungsbolzen besteht eine Schiebebewegung entsprechend dem Beugewinkel und dem Bahnkreuzungswinkel. Diese kann auch in der gleichen Weise beherrscht werden.

Zwischen Außenwälzkörpern und Führungsbolzen besteht eine kleine Schiebebewegung. Als Beispiel, bei einem Kreuzungswinkel von 40° und Beugewinkel von 40° verändert sich der Abstand zwischen den Außenwälzkörpern um 0,8% zweimal pro Umdrehung. Die kleine Ab­ standsveränderung ist unter Last nicht leicht kontinuierlich auszugleichen und damit wird unerwünschte Reibung erzeugt.

Die Erfindung gemäß Fig. 4 bezieht sich auf eine Bahnverlaufs­ gestaltung, die den Abstand zwischen den Wälzkörpern konstant hält und damit die kleinen Schiebebewegungen eliminiert.

Mathematisch ausgedrückt ergibt sich folgendes:

vorausgesetzt
β = Beugewinkel,
α₀ = Bahnkreuzungswinkel im gestreckten Zustand,
= Wälzkörperabstand im gestreckten Zustand,
= Wälzkörperabstand in gebeugtem Zustand,
dann ist

damit ist wenn β < 0.

Eine abgeänderte Krümmung der Bahnen, bedingt durch einen radia­ len Offset s des Mittelpunktes M₁′, M₂′, des Krümmungsradius für einen Teil der Bahnen gemäß Fig. 4, ergibt unter gewissen Vor­ aussetzungen einen konstanten Abstand über dem gesamten Beu­ gewinkelbereich.

Die konstruktive Ausführung entspricht innerhalb einer vernach­ lässigbaren Abweichung der erforderlichen Korrektur aus der obigen Formel.

Aus Fig. 4 ergibt sich, daß der Offset s allgemein ausgedrückt s = 0,314 r sin α₀ ist.

Die Außenwälzkörper, wie in Fig. 5 gezeigt, geführt von zwei Kontaktstellen pro Bahn, sind wegen unterschiedlichen Innen- und Außenradien der Bahnkrümmung einem gewissen Schlupf ausgesetzt. Dies läßt sich durch eine Verkleinerung des Abstandes zwischen den Kontaktstellen an den Innen- und Außenradien vermindern. Das Maß der Verkleinerung soll die Stabilität der Außenwälzkörper am Führungsbolzen nicht beeinträchtigen. Hierfür bietet sich nach Fig. 5 mit b/D = 0,9 ein guter Kompromiß.

Bei der Verwendung eines Führungsbolzens ist die Gestalt der zwei Außenwälzkörper nicht auf eine sphärische Form beschränkt. Hierfür eignen sich auch durchbohrte Rollen mit geometrisch korrekten Kontaktstellen zu den Bahnen. Kosten- und Raumvorteile sind dadurch möglich. Lediglich als mittiges Zentrierelement ist eine Kugel die sinnvollste Form.

In Fig. 5 ist ein Querschnitt durch eine der Wälzkörperbahnen 517, 518, 519, 520 nach der Erfindung mit einem der drehmoment­ übertragenen Außenwälzkörper 521, 522 gezeigt. Mit einem Pfeil ist der Wälzkörperradius R_K gezeigt. Die Flanken der Bahn werden durch Kreisbögen gebildet, deren Mittelpunkte M_B, M_B′ aus der Wälzkörpermitte M und damit aus der Mittelachse der Bahn heraus versetzt sind, wobei die Krümmungsradien R_B, R_B′ jeweils ca. 5% größer als R_K sind. Hierdurch kommen halbe Kontaktwinkel α_a bezogen auf die Mittelebene der Bahn zustande, die gleich oder größer als 40° sind.

Fig. 6 ist auch ein Teil nach der Erfindung und zeigt einen Schnitt durch die Ausnehmung für die Zentrierkugel 627, die strichpunktiert dargestellt ist. Die Kugelaufnahmen 625, 626 sind zur konstruktiven Vereinfachung konisch geöffnet, wobei ein halber Kontaktwinkel bezogen auf die Mittelebene von δ_m gleich oder größer 40° vorgesehen ist. Der Innenkonus ist so tief, daß am Grund ein Kontakt zur Kugel vermieden wird.

In Fig. 7 zeigt ein Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gelenk längs der Achse eines Führungsbolzens 728, auf dem die Zentrierkugel 727 axial verschiebbar gehalten ist, während die Außenwälzkörper 721, 722 vorzugsweise drehbar aber nicht ver­ schiebbar sind. Im Querschnitt sind die Vorsprünge 713, 714 und 723 eines ersten Gelenkbauteils sowie 715, 716 sowie 724 eines zweiten Gelenkbauteils gezeigt. In den Vorsprüngen 713, 714 sind die Bahnen 717, 718 und in den Vorsprüngen 715, 716 die Bahnen 719, 720 im Querschnitt erkennbar. Zum Ausgleich eines Wälzkör­ perspiels bedingt durch Fertigungstoleranzen sind in die Vor­ sprünge 723, 724 Kugelaufnahmen 729, 730 senkrecht zum Bolzen 728 verschiebbar eingesetzt, die sich federnd über Tellerfedern 731, 732 an diesen abstützen, um ein eventuelles Spiel der dreh­ momentübertragenen Außenwälzkörper 721, 722 ausgleichen zu kön­ nen. In den Kugelaufnahmen 729, 730 sind im Querschnitt die Aus­ nehmungen 725, 726 für die Zentrierkugel 777 unmittelbar ausge­ führt. Die Vorspannung der Tellerfeder wird gemäß Anwendungs­ forderung liegen und sowieso so gering wie möglich eingestellt werden. Im Falle eines Gelenks für einen Lenkstrang eines Fahr­ zeugs soll diese Vorspannung den Lenkbedürfnissen im normalen Straßenverkehr standhalten. Höhere Belastungen, z. B. beim Ran­ gieren, werden die Federn auf Block drücken.

In Fig. 8 sind zwei Gelenkbauteile in einer zueinander geneig­ ten Stellung für die Endmontage gezeigt. Das rechte Gelenkbau­ teil 812 weist eine Anordnung mit fest integrierter Zentrier­ kugelaufnahme auf, die nicht sichtbar ist. Zwischen den Außen­ wälzkörperbahnen und der Kugelaufnahme befinden sich in vormon­ tiertem Zustand die zwei Außenwälzkörper, die Zentrierkugel und der Führungsbolzen 828. Das linke Gelenkbauteil 811 zeigt die neue Zentrierkugelaufnahme 879 passend geneigt für das Zusammen­ schieben mit der rechten Gelenkhälfte 812. Die Kugelaufnahme 879 ist auch in der Endstellung, aber getrennt vom Gelenk, gezeigt und dort mit 880 bezeichnet.

Fig. 9 zeigt zwei Gelenkbauteile 911, 912 im Längsschnitt zu­ sammen montiert mit Zentrierkugel 927, Führungsbolzen 928 und einem beinahe abgedeckten Außenwälzkörper 922. Der zweite Außen­ wälzkörper 921 ist lose dargestellt. Die Drehsicherung wird hier mit Stift 934 in der Bohrung 935 bewirkt. Auch gewisse andere Drehsicherungsanordnungen können hier Anwendung finden.

Nicht benannte Bezugsziffern bezeichnen Teile, die mit benannten Teilen mit den gleichen letzten beiden Dezimalstellen überein­ stimmen.

Bezugszeichenliste

11, 211, 311, 811, 911 Gelenkbauteil - links
12, 212, 312, 812, 912 Gelenkbauteil - rechts
13, 213, 313, 713 Außenbahnvorsprung - links
14, 214, 314, 714 Außenbahnvorsprung - links
15, 215, 715 Außenbahnvorsprung - rechts
16, 216, 716 Außenbahnvorsprung - rechts
17, 217, 317, 417, 517, 717 Außenbahn - links
18, 218, 318, 418, 518, 718 Außenbahn - links
19, 219, 319, 419, 519, 719 Außenbahn - rechts
20, 220, 320, 420, 520, 720 Außenbahn - rechts
21, 221, 321, 421, 521, 721, 821, 921 Außenwälzkörper
22, 222, 322, 422, 522, 722, 822, 922 Außenwälzkörper
23, 223, 323, 723 Mittenvorsprung - links
24, 224, 324, 724 Mittenvorsprung - rechts
25, 625, 725 Kugelausnehmung - links
26, 626, 726 Kugelausnehmung - rechts
27, 227, 327, 427, 627, 727, 927 Zentrierkugel
28, 328, 728, 828, 928 Bolzen
729, 929 Kugelaufnahme - links
730 Kugelaufnahme - rechts
731 Tellerfeder
732 Tellerfeder
934 Stift für Kugelaufnahme
935 Bohrung für Stift
879 Kugelaufnahme - links (Montagestellung)
880 Kugelaufnahme - links (Fertigstellung)
A₁ Längsachse
A₂ Längsachse
K₁ Kreisbahn
K₂ Kreisbahn
M Gelenkmittelpunkt
M₁ Bahnkrümmungsmittelpunkt (r)
M₂ Bahnkrümmungsmittelpunkt (r)
M₁′ Bahnkrümmungsmittelpunkt (r-s)
M₂′ Bahnkrümmungsmittelpunkt (r-s)
B, B′ Kugelmittelpunkt
C, C′ Kugelmittelpunkt

Claims (12)

1. Gleichlaufdrehgelenk mit zwei im wesentlichen gleich­ artigen Gelenkbauteilen, die gegeneinander zentriert gehalten werden und mit jeweils zwei sich im wesent­ lichen in Achsrichtung erstreckenden Vorsprüngen ge­ genseitig im Drehsinn aneinander abstützen, wobei an den Vorsprüngen etwa in Radialebenen durch die Längs­ achsen A₁, A₂ der Gelenkbauteile verlaufende Flanken ausgebildet sind, in denen etwa längsverlaufende Wälz­ körperbahnen verlaufen, die einander paarweise zuge­ ordnet sind und im Längsschnitt betrachtet bei ge­ strecktem Gelenk einen Steuerungswinkel miteinander für zwei darin aufgenommene drehmomentübertragende Au­ ßenwälzkörper bilden, und wobei die Wälzkörperbahnen in beiden Gelenkbauteilen im Längsschnitt betrachtet derart gekrümmt verlaufen, daß der Steuerungswinkel α_e über dem Beugewinkel β des Gelenks im wesentlichen konstant bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwälzkörper (421, 422) einen konstanten Abstand zueinander über dem gesamten Beugewinkelbe­ reich des Gelenks halten.

2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellängsachse jeder Wälzkörperbahn (417, 418, 419, 420) aus zwei Kreisbögen besteht, der erste mit dem Mittelpunkt M₁, M₂ auf der Längsachse A₁, A₂ jeder Gelenkhälfte und der zweite mit dem Mittelpunkt M₁′, M₂′ derart versetzt zur Längsachse A₁, A₂ und mit einem kleineren Radius (r-s) als der erste Radius r, daß sich ein kontinuierlicher Übergang der zwei Kreis­ bögen ergibt, wobei der Versatz s auf dem Bahnradius r₀ an den Wälzkörpermittelpunkt B, C bei gestrecktem Gelenk angetragen ist und die beiden Kreisbögen sich jeweils nach einer anderen Seite von diesem Bahnradius r₀ erstrecken, mit einem Verhältnis der Radien von s = 0,314 r sin α₀, worin α₀ der Bahnkreuzungswinkel bei gestrecktem Gelenk ist.

3. Gelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörperbahnen (517, 518, 519, 520) im Quer­ schnitt zu ihrer Mittelachse eine von der Kreisform abweichende Kontur haben, wobei der Kontakt mit den drehmomentübertragenden Wälzkörpern (521, 522) in jeder Bahn in zwei Punkten erfolgt, die einen halben Kontaktwinkel α_a aufweisen, der stets größer gleich 40° ist.

4. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenk zur Zentrierung eine Zentrierkugel (627) aufweist, die in jeweils auf der Längsachse A₁, A₂ eines jeden der Gelenkbauteile liegenden Kugelauf­ nahmen aufgenommen ist.

5. Gelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelaufnahmen (729, 730) jeweils innenkonisch sind und mit der Zentrierkugel (727) einen halben Kon­ taktwinkel δ_m bilden, der größer gleich 40° ist.

6. Gelenk nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierkugel (727) und die beiden Außenwälz­ körper (721, 722) mittels eines alle drei durchdrin­ genden Bolzens (728) auf einer gemeinsam Achse geführt sind, wobei relative Verschiebbarkeit zwischen der Zentrierkugel (727) und den beiden Außenwälzkörpern (721, 722) möglich ist.

7. Gelenk nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelaufnahmen (729, 730) für die Zentrierku­ gel (727) als über Federmittel abgestützte Einsätze in die Mitten­ vorsprünge (723, 724) der Gelenkbauteile ausgebildet sind, deren Vorspannung das fertigungstoleranzbedingte Spiel aufnimmt.

8. Gelenk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Außenwälzkörper (721, 722) als durchbohr­ te Rollen angeordnet sind.

9. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwälzkörper (721, 722) zylindrisch über­ drehte Kugelkörper sind.

10. Gelenk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwälzkörper (721, 722) an beiden Enden senkrecht zur Zylinderachse abgeflacht sind.

11. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Zentrierkugelaufnahme (879) mit einem halbkonisch begrenzt ausgebildeten Sitz versehen ist, der sich V-förmig als zum Ende offene Nut fortsetzt, wobei ein sich zum offenen Ende der Nut hin verlaufend öff­ nender Winkel zwischen der Längsachse A₁ und dem Grund der Nut vorgesehen ist.

12. Gelenk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierkugelaufnahme (879) eine senkrecht zur Längs­ achse A des zugehörigen Gelenkbauteils (811) verlaufende Drehachse Z aufweist und in einer Drehstellung für den Mon­ tagevorgang eingestellt ist, und in einer anderen Drehstel­ lung in verdrehgesicherter Weise funktionsgerecht einge­ stellt ist.