DE69931486T2 - Homokinetisches gelenk - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein homokinetisches Gelenk, das für Anwendungen geeignet ist, wo ein Rotationsspiel unerwünscht ist, und sie wird insbesondere für den Lenkapparat eines Kraftfahrzeuges bevorzugt.
  • Beim Lenkapparat eines Kraftfahrzeuges, beispielsweise wie schematisch in 34 gezeigt wird, wird das Rotationsdrehmoment, das einem Lenkrad 20 erteilt wird, über eine Hauptwelle 21 einer Lenksäule und eine Zwischenwelle 22 zu einer Radwelle (Ritzelwelle oder dergleichen) 24 eines Lenkgetriebes 23 übertragen, während es in eine lineare Bewegung durch den Mechanismus des Lenkgetriebes 23 umgewandelt wird, um dadurch über einen Verbindungsmechanismus (Achsschenkel oder dergleichen) 25 auf die Räder 26 als Lenkkraft übertragen zu werden. Das Lenkgetriebe 23 kann eines von verschiedenen Typen sein, einschließlich Zahnstangentyp, Kugelspindeltyp und Schneckenrollentyp, während der Zahnstangentyp vorherrschend aus dem Grund einer hohen Steifigkeit und eines geringen Gewichtes verwendet wird. Die Zwischenwelle 22 ist unter einem Winkel zur Hauptwelle 21 und der Radwelle 24 angeordnet und mit der Hauptwelle 21 und der Radwelle 24 mittels Universalgelenke 27, 28 für den Zweck des Absorbierens der Aufprallenergie im Fall einer Kollision verbunden.
  • Während das Kardangelenk (Universalgelenk, das Quergabeln benutzt) vorherrschend für die Universalgelenke 27, 28 des Lenkapparates verwendet wurden, werden homokinetische Gelenke in zunehmendem Maß anstelle des Kardangelenkes verwendet, um einen größeren Winkel im Gelenk (in Verbindung mit der Anordnung der Fahrzeugbauteile) zu gestatten und die Bewegung des Gelenkes (Gefühl für den Lenkbetrieb) zu verbessern.
  • Mittlerweile weist ein homokinetisches Gelenk mit normaler Konstrukion ein kleines Spiel (Innenspalt) zwischen der das Drehmoment übertragenden Kugel und einer Kugellaufbahn auf, was unvermeidlich dazu führt, dass ein Rotationsspiel (Spiel in der Umfangsrichtung) im Gelenk erfolgt, wenn sich die Drehungsrichtung ändert. Daher führt die Verwendung des homokinetischen Gelenkes von normaler Konstruktion im Lenkapparat zu derartigen Problemen wie dem Verlust an Spurhaltigkeit und dem Verlust an einem soliden oder direkten Lenkgefühl.
  • Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeuge weisen die homokinetischen Gelenke viele Anwendungen bei der Antriebswelle auf, und das komokinetische Gelenk von normaler Konstruktion wird normalerweise für derartige Spezifikationen konstruiert, die die Anforderungen der Antriebswelle erfüllen. Im Fall des Lenkapparates, da ein geringeres Belastungsdrehmoment am Gelenk angewandt wird und sich das Gelenk mit niedrigeren Drehzahlen als die Antriebswelle dreht, weist jedoch das homokinetische Gelenk von normaler Konstruktion eher übermäßig höhere Spezifikationen auf, verglichen mit den erforderlichen Eigenschaften, und daher sind Verbesserungen hinsichtlich der Verringerung des Gelenkgewichtes und der Herstellungskosten erforderlich.
  • Das gestellfeste homokinetische Kugelgelenk dieses Typs erfordert ebenfalls den komplizierten Montagevorgang, wie er vorangehend beschrieben wird, und zeigt daher derartige Nachteile wie folgt.
    • (1) Die Montagearbeit erfordert fachgerechtes Verfahren und ist schwierig zu mechanisieren (automatisieren).
    • (2) Es ist erforderlich, Führungsnuten der inneren und äußeren Gelenkelemente länger auszuführen (in der axialen Richtung) als die für die Funktion erforderliche Länge, um die Montage der Kugeln zu erleichtern, was zu einer größeren Gelenkabmessung führt.
    • (3) Es ist erforderlich, die Abmessung der Vertiefung des Käfigs in der Umfangsrichtung größer auszuführen, um die Montage der Kugeln zu erleichtern (weil sich die Kugeln in der Umfangsrichtung in der Vertiefung des Käfigs bewegen, wenn veranlasst wird, dass die inneren und äußeren Gelenkelemente eine Winkelverschiebung ausführen). Das bringt einen Nachteil bei der Konstruktion des Käfigs in Form der Festigkeit.
    • (4) Es ist erforderlich, das innere Gelenkelement und die Welle separat herzustellen (in dem Fall, dass das innere Gelenkelement und die Welle als ein zusammenhängendes Teil hergestellt werden, stört sich die Welle mit dem äußeren Gelenkelement, wenn die Kugeln montiert werden, wodurch es unmöglich gemacht wird, den Grad an Winkelverschiebung zu sichern, der für die Montage erforderlich ist). Das führt zu einer Vergrößerung der Anzahl der Teile und der Anzahl der Montageschritte.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Lösen des Problems des Rotationsspieles beim gestellfesten homokinetischen Kugelgelenk und das Bereitstellen eines einfacheren, leichteren, kompakten und billigen gestellfesten homokinetischen Kugelgelenkes, das in einem verbesserten Verfahren montiert werden kann.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Sichern eines guten Drehungsgefühls (Gleichmäßigkeit der Drehung) und, wenn sie speziell beim Lenkapparat angewandt wird, das Verbessern der Leistung, wie beispielsweise des Lenkgefühls, während die Gleichlaufeigenschaften dieses Typs von homokinetischem Gelenk beibehalten werden.
  • Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Verringerung des Drehungswiderstandes beim homokinetischen Gelenk dieses Typs und das Sichern eines guten Drehungsgefühls (Gleichmäßigkeit der Drehung) und, wenn sie speziell in einem Lenkapparat verwendet wird, das Verbessern der Leistung, wie beispielsweise der Lenkkraft, des automatischen Zentrierens des Lenkrades und des Lenkgefühls.
  • Das DE-A-19653573 offenbart ein gestellfestes homokinetisches Kugelgelenk, das aufweist: ein äußeres Gelenkelement mit einer gebogenen Führungsnut, die in der axialen Richtung auf einer kugelförmigen inneren Umfangsfläche davon gebildet wird; ein inneres Gelenkelement mit einer gebogenen Führungsnut, die in der axialen Richtung auf einer kugelförmigen äußeren Umfangsfläche davon gebildet wird; eine Kugel, die in einer Kugellaufbahn angeordnet ist, die durch die Koordination der Führungsnut des äußeren Gelenkelementes und der Führungsnut des inneren Gelenkelementes gebildet wird; und einen Käfig, der die Kugel hält, wobei die Mitte der Führungsnut des äußeren Gelenkelementes und die Mitte der Führungsnut des inneren Gelenkelementes zu den entgegengesetzten Seiten zueinander um gleiche Abstände in der axialen Richtung mit Bezugnahme zur Mittelebene des Gelenkes versetzt sind, die die Mitte der Kugel umfasst, wobei die Kugellaufbahn allmählich in Richtung der Öffnung oder der innersten Seite des Gelenkes reduziert wird;
    wobei das innere Gelenkelement eine relative Verschiebung in der axialen Richtung mit Bezugnahme auf den Käfig ausführen darf, und wobei ein elastisches Pressmittel, das eine kugelförmige Fläche aufweist, die einen passenden Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche des inneren Gelenkelementes herstellt, zwischen der äußeren Umfangsfläche des inneren Gelenkelementes und der inneren Umfangsfläche des Käfigs angeordnet ist, so dass die elastische Kraft des elastischen Pressmittels die äußere Umfangsfläche des inneren Gelenkelementes zu der Seite entgegengesetzt der Versetzungsrichtung der Mitte von dessen Führungsnut presst.
  • Die vorliegende Erfindung wird dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bereich auf der Öffnungsseite der inneren Umfangsfläche des Käfigs eine zylindrische Fläche ist, die zur äußeren Umfangsfläche des inneren Gelenkelementes passt, und wobei das elastische Pressmittel auf der zylindrischen Fläche angeordnet ist.
  • Das innere Gelenkelement führt eine relative Verschiebung in der axialen Richtung entgegengesetzt der Versetzungsrichtung unter dem treibenden Druck des elastischen Pressmittels durch, um dadurch die Kugel zu pressen, und kommt in einer Position zum Stillstand, wo der innere Spalt zwischen den Kugeln und den Führungsnuten des inneren und äußeren Gelenkelementes verschwindet. Im Ergebnis dessen wird ein bestimmtes Maß an Vorbelastung in der axialen Richtung auf die Kugel angewandt, wodurch das Rotationsspiel (Spiel in der Umfangsrichtung) eliminiert wird. Ebenfalls, weil die kugelförmige Fläche des elastischen Pressmittels die äußere Umfangsfläche des inneren Gelenkelementes presst, wird der Flächendruck im Abschnitt des Kontaktes zwischen beiden Elementen verringert, und die äußere Umfangsfläche des inneren Gelenkelementes kann durch die kugelförmige Fläche geführt werden.
  • Die vorangehende Konfiguration macht es möglich, das innere Gelenkelement in die innere Umfangsfläche des Käfigs zu montieren, nachdem der Käfig und die Kugel in das äußere Gelenkelement montiert wurden.
  • Beim gestellfesten homokinetischen Kugelgelenk der Erfindung kann der Bereich auf der Öffnungsseite der inneren Umfangsfläche des äußeren Gelenkelementes eine zylindrische Fläche sein, die zur äußeren Umfangsfläche des Käfigs passt.
  • Das innere Gelenkelement und eine Welle können als ein zusammenhängendes Teil gebildet werden.
  • Da das innere Gelenkelement nach dem Montieren des Käfigs und der Kugeln im äußeren Gelenkelement montiert werden kann, wird es möglich gemacht, das innere Gelenkelement und die Welle zu integrieren (um sie zu einem zusammenhängenden Teil auszubilden oder miteinander zu verbinden), wodurch die Anzahl der Teile und die Anzahl der Montageschritte verringert werden, ohne dass eine Störung beim Montagevorgang hervorgerufen wird.
  • Das homokinetische Gelenk der vorliegenden Erfindung weist ein geringes Gewicht, eine kleine Größe und niedrige Kosten auf und dreht sich gleichmäßig ohne Spiel mit einem geringeren Drehungswiderstand, während es einen großen Arbeitswinkel annehmen kann und wird daher besonders für den Lenkapparat eines Kraftfahrzeuges bevorzugt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigen:
  • 1 eine Schnittdarstellung (1a), die die erste Ausführung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und eine Längsschnittdarstellung (1b) längs der Linie b-b in 1a;
  • 2 eine vergrößerte Längsschnittdarstellung des Abschnittes X in 1;
  • 3 eine Längsschnittdarstellung, die ein äußeres Gelenkelement zeigt;
  • 4 eine Längsschnittdarstellung, die ein inneres Gelenkelement zeigt;
  • 5 eine Längsschnittdarstellung (5a) eines Käfigs und eine rechtsgerichtete Ansicht (5b) von 5a;
  • 6 eine Vorderansicht (6a) des elastischen Pressmittels und eine Schnittdarstellung (6b) längs der Linie b-b in 6a;
  • 7 ein Verfahren zum Montieren des homokinetischen Gelenkes der ersten Ausführung;
  • 8 eine teilweise vergrößerte Längsschnittdarstellung in Abwandlung der ersten Ausführung;
  • 9 eine Schnittdarstellung (9a), die die zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und eine Längsschnittdarstellung (9b) längs der Linie b-b in 9a;
  • 10 eine vergrößerte Längsschnittdarstellung des Abschnittes X in 9;
  • 11 eine Längsschnittdarstellung, die ein äußeres Gelenkelement zeigt;
  • 12 eine Längsschnittdarstellung, die ein inneres Gelenkelement zeigt;
  • 13 eine Längsschnittdarstellung (12a) eines Käfigs und eine rechtsgerichtete Ansicht (13b) von 13a;
  • 14 eine Vorderansicht (14a) eines Halteelementes und eine Schnittdarstellung (14b) längs der Linie b-b in 14a;
  • 15 ein Verfahren zum Montieren des homokinetischen Gelenkes der zweiten Ausführung;
  • 16 eine Längsschnittdarstellung des homokinetischen Gelenkes der dritten Ausführung;
  • 17 eine Schnittdarstellung längs der Linie O-O in 16 (Manschette wird weggelassen);
  • 18 eine vergrößerte Längsschnittdarstellung eines Hauptabschnittes in 1;
  • 19 eine Längsschnittdarstellung (teilweise Seitenansicht) des äußeren Gelenkelementes);
  • 20 eine Längsschnittdarstellung (teilweise Seitenansicht) des inneren Gelenkelementes);
  • 21 eine Längsschnittdarstellung (21a) des Käfigs und eine rechtsgerichtete Ansicht (21b) von 21a;
  • 22 eine Vorderansicht (22a) des elastischen Elementes und eine Schnittdarstellung (22b) längs der Linie b-b in 22a;
  • 23 eine vergrößere Schnittdarstellung eines Hauptabschnittes des homokinetischen Gelenkes entsprechend einer Abwandlung der dritten Ausführung;
  • 24 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Hauptabschnittes des homokinetischen Gelenkes entsprechend einer weiteren Abwandlung der dritten Ausführung;
  • 25 eine Längsschnittdarstellung des homokinetischen Gelenkes der vierten Ausführung;
  • 26 eine Schnittdarstellung längs der Linie O-O in 25 (Manschette wird weggelassen);
  • 27 eine vergrößerte Längsschnittdarstellung eines Hauptabschnittes in 25;
  • 28 eine Längsschnittdarstellung (teilweise Seitenansicht) des äußeren Gelenkelementes);
  • 29 eine Längsschnittdarstellung (teilweise Seitenansicht) des inneren Gelenkelementes);
  • 30 eine Längsschnittdarstellung (30a) des Käfigs und eine rechtsgerichtete Ansicht (30b) von 30a;
  • 31 eine Vorderansicht (31a) des elastischen Elementes und eine Schnittdarstellung (31b) längs der Linie b-b in 31a;
  • 32 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Hauptabschnittes des homokinetischen Gelenkes entsprechend einer Abwandlung der vierten Ausführung;
  • 33 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Hauptabschnittes des homokinetischen Gelenkes entsprechend einer weiteren Abwandlung der vierten Ausführung;
  • 34 schematisch ein Beispiel für den Lenkapparat eines Kraftfahrzeuges.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
  • Jetzt werden bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Wie in 1 gezeigt wird, weist das homokinetische Gelenk dieser Ausführung auf: ein äußeres Gelenkelement 1, das beispielsweise drei gebogene Führungsnuten 1b aufweist, die in der axialen Richtung auf einer kugelförmigen inneren Umfangsfläche 1a davon gebildet werden; ein inneres Gelenkelement 2, das beispielsweise drei gebogene Führungsnuten 2b aufweist, die in der axialen Richtung auf einer kugelförmigen äußeren Umfangsfläche 2a davon gebildet werden; beispielsweise drei Kugeln 3, die in Kugellaufbahnen angeordnet sind, die durch die Koordination der Führungsnuten 1b des äußeren Gelenkelementes 1 und der Führungsnuten 2b des inneren Gelenkelementes 2 gebildet werden; einen Käfig 4, der die Kugeln 3 hält; und ein elastisches Pressmittel 5, das zwischen der äußeren Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 und der inneren Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 angeordnet ist.
  • Wie in 3 gezeigt wird, weist das äußere Gelenkelement 1 eine Becherform auf, die sich an einem Ende davon öffnet und mit entweder einer Welle, die zusammenhängend damit gebildet wird, am anderen Ende, nicht gezeigt, oder einer separaten Welle versehen ist, die mittels eines geeigneten Mittels verbunden wird. Die Mitte A der Führungsnut 1b ist um einen vorgegebenen Abstand in der axialen Richtung (in Richtung der innersten Seite des Gelenkes bei dieser Ausführung) mit Bezugnahme auf den Krümmungsmittelpunkt O der inneren Umfangsfläche 1a versetzt. Ein Bereich auf der Öffnungsseite der inneren Umfangsfläche 1a ist in einer zylindrischen Fläche 1a1 ausgebildet. Der innere Radius D1 der zylindrischen Fläche 1a1 wird gleich oder größer als der Radius D4 (mit Bezugnahme auf 5) der äußeren Umfangsfläche 4c des Käfigs 4 ausgeführt (D1 ≥ D4).
  • Bei dieser Ausführung werden, wie in 4 gezeigt wird, das innere Gelenkelement 2 und die Welle 2c als ein zusammenhängendes Teil gebildet. Diese Konfiguration wird gewählt, um die Anzahl der Teile und die Anzahl der Montageschritte zu verringern. Die Mitte B der Führungsnut 2b wird um einen vorgegebenen Abstand in der axialen Richtung (in Richtung der Öffnungsseite des Gelenkes bei dieser Ausführung) mit Bezugnahme auf den Krümmungsmittelpunkt O der äußeren Umfangsfläche 2a versetzt. Der Versetzungsabstand der Führungsnut 2b ist der gleiche wie der Versetzungsabstand der Führungsnut 1b des äußeren Gelenkelementes 1, aber in der Richtung entgegengesetzt (wobei die Führungsnut 1b in Richtung der innersten Seite versetzt ist, und wobei die Führungsnut 2b in Richtung der Öffnungsseite versetzt ist).
  • Bei dieser Ausführung, wie in 5 gezeigt wird, weist der Käfig 4 drei fensterartige Vertiefungen 4b auf, die die Kugeln 3 aufnehmen. Die innere Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 weist einen Bereich auf der Öffnungsseite, der zu einer zylindrischen Fläche 4a1 ausgebildet ist, und einen inneren Bereich auf, der zu einer kegelförmigen Fläche 4a2 ausgebildet ist. Der innere Radius D5 der zylindrischen Fläche 4a1 wird gleich oder größer als der äußere Radius D2 der äußeren Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 ausgeführt (D5 ≥ D2). Der innerste Bereich kann ebenfalls eine kugelförmige Fläche oder eine zylindrische Fläche sein. Die äußere Umfangsfläche 4c des Käfigs 4 ist eine kugelförmige Fläche (Krümmungsmittelpunkt bei O) mit einem Radius D4. Der Käfig 4 kann aus einem Metall bestehen, aber er kann ebenfalls aus einem Harz bestehen, um das Gewicht und die Kosten zu verringern.
  • Bei dieser Ausführung wird als das elastische Pressmittel 5 ein Spaltring angenommen, der sich ungehindert zusammenziehen und ausdehnen kann, wie in 6 gezeigt wird. Das elastische Pressmittel 5 besteht aus Federstahl oder dergleichen und weist eine Öffnung 5a und drei Klauen 5b auf, die in der axialen Richtung vorstehen. Das Ende einer jeden der Klauen 5b ist zu einer konkaven kugelförmigen Fläche 5c ausgebildet, die den gleichen Krümmungsradius wie der der äußeren Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 aufweist. Das elastische Pressmittel 5 kann ebenfalls aus einem elastischen Material bestehen, wie beispielsweise einem Harz, einem Gummi oder dergleichen.
  • 7 zeigt den Vorgang des Montierens des homokinetischen Gelenkes dieser Ausführung. Der Montagevorgang weist die folgenden Schritte auf Montieren des Käfigs 4 in die innere Umfangsfläche 1a des äußeren Gelenkelementes 1 (Schritt a); Montieren der Kugeln 3 in die Vertiefung 4b des Käfigs 4 (Schritt b); Montieren des inneren Gelenkelementes 2 in die innere Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 (Schritt c); und Montieren des elastischen Pressmittels 5 in die innere Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 (zylindrische Fläche 4a1) und Sichern des elastischen Pressmittels mit einem Haltering 6, um zu verhindern, dass sie sich löst (Schritt d).
  • Beim Montageschritt a, da der Öffnungsseitenbereich der inneren Umfangsfläche 1a des äußeren Gelenkelementes 1 die zylindrische Fläche 1a1 mit einem Radius D1 (≥ D4) ist, kann der Käfig 4 in das äußere Gelenkelement 1 montiert werden, indem man in der axialen Richtung vorrückt, wobei die Achse des Käfigs 4 mit der Achse des äußeren Gelenkelementes 1 ausgerichtet ist. Im Ergebnis dessen wird es leichter gemacht, den Käfig 4 zu montieren, verglichen mit dem Fall des Verfahrens nach dem bisherigen Stand der Technik (Schritt bin 10).
  • Beim Montageschritt b können die Kugeln 3 in die Vertiefung 4b direkt von der inneren Umfangsseite des Käfigs 4 montiert werden. Im Ergebnis dessen wird es leichter gemacht, die Kugeln 3 zu montieren, verglichen mit dem Verfahren nach dem bisherigen Stand der Technik (Schritt c in 10). Ebenfalls, weil es nicht erforderlich ist, eine Winkelverschiebung des inneren Gelenkelementes 2 und des Käfigs 4 mit Bezugnahme auf das äußere Gelenkelement 1 vorzunehmen, wenn die Kugeln 3 montiert werden, wird es möglich gemacht, die Abmessungen in der axialen Richtung der Führungsnuten 1b, 2b des inneren und äußeren Gelenkelementes 1, 2 und die Abmessung der Vertiefung 4b des Käfigs 4 in der Umfangsrichtung davon kleiner auszuführen als jene beim bisherigen Stand der Technik. Folglich kann das Gelenk mit geringerem Gewicht und einer kleineren Abmessung hergestellt werden, und dessen Festigkeit (Festigkeit des Käfigs) kann verbessert werden.
  • Beim Montageschritt c, da der Öffnungsseitenbereich der inneren Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 die zylindrische Fläche 4a1 mit einem Radius D5 (≥ D2) ist und die Mitte B der Führungsnut 2b des inneren Gelenkelementes 2 in Richtung der Öffnungsseite versetzt ist, können das innere Gelenkelement 2 in die innere Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 und die Kugeln 3 montiert werden, indem das innere Gelenkelement 2 in der axialen Richtung in einem derartigen Zustand vorrückt, dass die Achse des inneren Gelenkelementes 2 mit den Achsen des Käfigs 4 und des äußeren Gelenkelementes 1 ausgerichtet ist. Auf diese Weise wird es leichter gemacht, das innere Gelenkelement 2 zu montieren, als im Fall des Verfahrens nach dem bisherigen Stand der Technik (Schritt a in 10). Ebenfalls, weil das innere Gelenkelement 2 nach dem Montieren des Käfigs 4 und der Kugeln 3 in das äußere Gelenkelement 1 montiert werden kann, verursacht auf diese Weise das Integrieren der Welle 2c mit dem inneren Gelenkelement 2 nicht irgendeine Schwierigkeit beim Montieren.
  • Beim Montageschritt d wird das elastische Pressmittel 5 in die innere Umfangsfläche 4a (zylindrische Fläche 4a1) des Käfigs 4 montiert, und die äußere Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes wird in Richtung der innersten Seite in der axialen Richtung durch die kugelförmige Fläche 5c gepresst, wobei der Haltering 6 zur Anwendung gebracht wird, um zu verhindern, dass sich das elastische Pressmittel 5 löst. Anstelle der Verwendung des Halteringes 6 kann das elastische Pressmittel 5, um deren Lösen zu verhindern, durch derartige Mittel ebenfalls gesichert werden, wie Abdichten des elastischen Pressmittels 5 auf der zylindrischen Fläche 4a1 des Käfigs 4, Verbinden (Schweißen, usw.) und einen passenden Eingriff (beispielsweise wird ein Vorsprung, der an dem elastischen Pressmittel 5 vorhanden ist, in eine Eingriffsnut eingepasst, die in der zylindrischen Fläche 4a1 des Käfigs 4 gebildet wird).
  • Wenn das äußere Gelenkelement 1, das innere Gelenkelement 2, die Kugeln 3, der Käfig 4 und das elastische Pressmittel 5 in der vorangehend beschriebenen Konfiguration montiert wurden, ist das homokinetische Gelenk dieser Ausführung fertiggestellt, wie es in 1 gezeigt wird. Die Mitte A der Führungsnut 1b des äußeren Gelenkelementes 1 und die Mitte B der Führungsnut 2b des inneren Gelenkelementes 2 sind auf den entgegengesetzten Seiten zueinander (die Mitte A ist in Richtung der innersten Seite des Gelenkes versetzt, und die Mitte B ist in Richtung der Öffnung des Gelenkes versetzt) in der axialen Richtung um die gleichen Abstände mit Bezugnahme zur Mittelebene O des Gelenkes versetzt, die die Mitten der Kugeln 3 umfasst. Daher weist die Kugellaufbahn, die durch die Koordination der Führungsnut 1b und der Führungsnut 2b gebildet wird, eine Keilform auf, die sich in Richtung der innersten Seite aufweitet und sich in Richtung der Öffnungsseite allmählich verringert.
  • Wie in 2 (vergrößerte Darstellung des Abschnittes X in 1) gezeigt wird, wird ein Zwischenraum S in der axialen Richtung zwischen der inneren Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 (kegelförmige Fläche 4a2) und der äußeren Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 gebildet, um dadurch eine relative Verschiebung des inneren Gelenkelementes 2 in der axialen Richtung mit Bezugnahme auf den Käfig 4 zu gestatten. Die äußere Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 wird zur Seite (innerste Seite) entgegengesetzt der Versetzungsrichtung (in Richtung der Öffnung) der Mitte B der Führungsnut 2b durch die elastische Kraft F des elastischen Pressmittels 5 gepresst, die zwischen der äußeren Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 und der inneren Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 (zylindrische Fläche 4a1) angeordnet ist. Unter der elastischen Kraft F des elastischen Pressmittels 5 führt das innere Gelenkelement 2 eine relative Verschiebung in der axialen Richtung entgegengesetzt der Versetzungsrichtung (innerste Seite) durch, um dadurch die Kugeln 3 zu pressen, und kommt in einer Position zum Stillstand, wo der innere Spalt zwischen den Kugeln 3 und den Führungsnuten 1b, 2b des inneren und äußeren Gelenkelementes 1, 2 verschwindet. Im Ergebnis dessen wird ein gewisses Maß an Vorbelastung F in der axialen Richtung auf die Kugeln 3 angewandt, wodurch das Rotationsspiel (Spiel in der Umfangsrichtung) eliminiert wird.
  • Während der Spaltring als das elastische Pressmittel 5 verwendet wird, kann ebenfalls ein integrierter Ring mit einer Form gleich der in 6 gezeigten verwendet werden, so lange wie eine ausreichende elastische Kraft erhalten werden kann. In diesem Fall kann die erforderliche elastische Kraft durch die Elastizität der Klauen ausgeübt werden, oder ein separater elastischer Ring 5'', der die Elastizität der Klauen 5b' des integrierten Ringes 5' ergänzt, wie in 8 gezeigt wird, kann bereitgestellt werden. Der elastische Ring 5'' ist beispielsweise eine gewellte Blattfeder, ein Gummiring oder ein Harzring. Der elastische Ring 5'' kann ebenfalls zusammen mit dem Spaltring 5 verwendet werden, der in 6 gezeigt wird, oder alternativ kann der elastische Ring 5'' ebenfalls zusammen mit einem steifen Ring (ein Ring, der nicht elastisch ist) verwendet werden, der einen Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 herstellt. In diesem Fall besteht das elastische Pressmittel der vorliegenden Erfindung aus der Kombination eines Presselementes (ein Element, das nicht elastisch ist), das die äußere Umfangsfläche des inneren Gelenkelementes presst, und einem elastischen Element, das eine elastische Kraft auf das erstere Element ausübt. Das elastische Pressmittel der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Ringform begrenzt und kann aus irgendeinem Material in irgendeiner Form bestehen, so lange wie das Ziel der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann.
  • Mittels der ersten Ausführung können die folgenden Resultate erhalten werden.
    • (1) Das innere Gelenkelement führt eine relative Verschiebung in der axialen Richtung entgegengesetzt der Versetzungsrichtung unter dem vorgegebenen treibenden Druck des elastischen Pressmittels durch, wodurch die Kugeln gepresst werden, und es wendet ein bestimmtes Maß an Vorbelastung in der axialen Richtung auf die Kugeln an. Das eliminiert das Rotationsspiel (Spiel in der Umfangsrichtung) des Gelenkes. Ebenfalls, weil das elastische Pressmittel die kugelförmige Fläche aufweist, die zur äußeren Umfangsfläche des inneren Gelenkelementes passt und damit einen Kontakt herstellt, wird der Flächendruck im Abschnitt des Kontaktes zwischen der äußeren Umfangsfläche des inneren Gelenkelementes und des elastischen Pressmittels reduziert, und die äußere Umfangsfläche des inneren Gelenkelementes kann durch die kugelförmige Fläche geführt werden.
    • (2) Indem die Kugellaufbahn in einer derartigen Konfiguration hergestellt wird, die sich in Richtung der Öffnungsseite des Gelenkes allmählich verringert und die zylindrische Fläche bildet, die zur äußeren Umfangsfläche des inneren Gelenkelementes passt, zumindest im Bereich auf der Öffnungsseite der inneren Umfangsfläche des Käfigs, wobei das elastische Pressmittel auf der zylindrischen Fläche angeordnet wird, wird es möglich gemacht, das innere Gelenkelement leicht zu montieren. Ebenfalls, weil das innere Gelenkelement nach dem Montieren des Käfigs und der Kugeln im äußeren Gelenkelement montiert werden kann, können das innere Gelenkelement und die Welle integriert werden, wodurch die Anzahl der Teile und die Anzahl der Montageschritte verringert werden.
    • (3) Da es nicht erforderlich ist, eine Winkelverschiebung des inneren Gelenkelementes und des Käfigs mit Bezugnahme auf das äußere Gelenkelement durchzuführen, wenn die Kugeln montiert werden, kann die Abmessung der Führungsnuten des inneren und äußeren Gelenkelementes in der axialen Richtung kleiner als jene beim bisherigen Stand der Technik ausgeführt werden, und die Größe der Vertiefung des Käfigs in der Umfangsrichtung kann kleiner ausgeführt werden als jene beim bisherigen Stand der Technik. Daher kann das Gelenk mit geringerem Gewicht und einer kleineren Abmessung hergestellt werden, und die Festigkeit (Festigkeit des Käfigs) kann erhöht werden.
    • (4) Durch Bilden des Bereiches auf der Öffnungsseite der inneren Umfangsfläche des äußeren Gelenkelementes zu einer zylindrischen Fläche, die zur äußeren Umfangsfläche des Käfigs passt, wird es leichter gemacht, den Käfig im äußeren Gelenkelement zu montieren.
  • Wie es in 9 gezeigt wird, weist das homokinetische Gelenk der zweiten Ausführung auf ein äußeres Gelenkelement 1, das beispielsweise drei gebogene Führungsnuten 1b aufweist, die in der axialen Richtung auf einer kugelförmigen inneren Umfangsfläche 1a davon gebildet werden; ein inneres Gelenkelement 2, das beispielsweise drei gebogene Führungsnuten 2b aufweist, die in der axialen Richtung auf einer kugelförmigen äußeren Umfangsfläche 2a davon gebildet werden; beispielsweise drei Kugeln 3, die in Kugellaufbahnen angeordnet sind, die durch die Koordination der Führungsnuten 1b des äußeren Gelenkelementes 1 und der Führungsnuten 2b des inneren Gelenkelementes 2 gebildet werden; einen Käfig 4, der die Kugeln 3 hält; und ein Halteelement 5, das zwischen der äußeren Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 und der inneren Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 angeordnet ist.
  • Wie in 11 gezeigt wird, weist das äußere Gelenkelement 1 eine Becherform auf, die sich an einem Ende davon öffnet und mit entweder einer Welle, die zusammenhängend damit gebildet wird, am anderen Ende, nicht gezeigt, oder einer separaten Welle versehen ist, die mittels eines geeigneten Mittels damit verbunden wird. Die Mitte A der Führungsnut 1b ist um einen vorgegebenen Abstand in der axialen Richtung (in Richtung der innersten Seite des Gelenkes bei dieser Ausführung) mit Bezugnahme auf den Krümmungsmittelpunkt O der inneren Umfangsfläche 1a versetzt. Ein Bereich auf der Öffnungsseite der inneren Umfangsfläche 1a ist in einer zylindrischen Fläche 1a1 ausgebildet. Der innere Radius D1 der zylindrischen Fläche 1a1 wird auf einen derartigen Wert eingestellt, der in der Lage ist, das Profil des Käfigs 4, wie in 13(a) gezeigt wird, einzuschließen, in Verbindung mit einer Aussparung der Führungsnut 1b des äußeren Gelenkelementes 1.
  • Bei dieser Ausführung werden, wie in 12 gezeigt wird, das innere Gelenkelement 2 und die Welle 2c als ein zusammenhängendes Teil gebildet. Diese Konfiguration wird gewählt, um die Anzahl der Teile und die Anzahl der Montageschritte zu verringern. Die Mitte B der Führungsnut 2b wird um einen vorgegebenen Abstand in der axialen Richtung (in Richtung der Öffnungsseite des Gelenkes bei dieser Ausführung) mit Bezugnahme auf den Krümmungsmittelpunkt O der äußeren Umfangsfläche 2a versetzt. Der Versetzungsabstand der Führungsnut 2b ist der gleiche wie der Versetzungsabstand der Führungsnut 1b des äußeren Gelenkelementes 1, aber in der Richtung entgegengesetzt (wobei die Führungsnut 1b in Richtung der innersten Seite versetzt ist, und wobei die Führungsnut 2b in Richtung der Öffnungsseite versetzt ist).
  • Bei dieser Ausführung, wie in 13 gezeigt wird, weist der Käfig 4 drei fensterartige Vertiefungen 4b auf, die die Kugeln 3 aufnehmen. Die innere Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 weist einen Bereich auf der Öffnungsseite, der zu einer zylindrischen Fläche 4a1 ausgebildet ist, und einen innersten Seitenbereich auf, der zu einer kugelförmigen Fläche 4a2 (Krümmungsmittelpunkt bei O) ausgebildet ist. Der innere Radius D5 der zylindrischen Fläche 4a1 wird gleich oder größer als der äußere Radius D2 der äußeren Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 ausgeführt (D5 ≥ D2). Der innerste Seitenbereich kann ebenfalls zu einer kegelförmigen Fläche oder einer zylindrischen Fläche ausgebildet sein. Die äußere Umfangsfläche 4c des Käfigs 4 ist eine kugelförmige Fläche (Krümmungsmittelpunkt bei O) mit einem Radius D4. Der Käfig 4 kann aus einem Metall bestehen, aber er kann ebenfalls aus einem Harz bestehen, um das Gewicht und die Kosten weiter zu verringern.
  • Bei dieser Ausführung wird ein Ring, wie in 14 gezeigt wird, als das Halteelement 5 angenommen. Das Halteelement 5 besteht aus Stahl oder dergleichen und weist drei Klauen 5b auf, die in der axialen Richtung vorstehen. Das Ende einer jeden der Klauen 5b ist zu einer konkaven kugelförmigen Fläche 5c ausgebildet, die den gleichen Krümmungsradius wie der der äußeren Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 aufweist. Das Halteelement 5 kann ebenfalls aus einem Harz oder dergleichen bestehen.
  • 15 zeigt den Vorgang des Montierens des homokinetischen Gelenkes dieser Ausführung. Der Montagevorgang weist die folgenden Schritte auf: Montieren des Käfigs 4 in die innere Umfangsfläche 1a des äußeren Gelenkelementes 1 (Schritt a); Montieren der Kugeln 3 in die Vertiefung 4b des Käfigs 4 (Schritt b); Montieren des inneren Gelenkelementes 2 in die innere Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 (Schritt c); und Montieren des Halteelementes 5 in die innere Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 (zylindrische Fläche 4a1) und Sichern mit einem Haltering 6, um zu verhindern, das sich die Baugruppe löst (Schritt d).
  • Beim Montageschritt a, da der Öffnungsseitenbereich der inneren Umfangsfläche 1a des äußeren Gelenkelementes 1 die zylindrische Fläche 1a1 aufweist, die das Profil des Käfigs 4, wie in 13(a) gezeigt wird, einschließen kann, kann der Käfig 4 in das äußere Gelenkelement 1 montiert werden.
  • Beim Montageschritt b können die Kugeln 3 in die Vertiefung 4b direkt von der inneren Umfangsseite des Käfigs 4 montiert werden. Im Ergebnis dessen wird es leichter gemacht, die Kugeln 3 zu montieren, verglichen mit dem Verfahren nach dem bisherigen Stand der Technik. Ebenfalls, weil es nicht erforderlich ist, eine Winkelverschiebung des inneren Gelenkelementes 2 und des Käfigs 4 mit Bezugnahme auf das äußere Gelenkelement 1 vorzunehmen, wenn die Kugeln 3 montiert werden, wird es möglich gemacht, die Abmessungen in der axialen Richtung der Führungsnuten 1b, 2b des inneren und äußeren Gelenkelementes 1, 2 kleiner als jene beim bisherigen Stand der Technik auszuführen, und die Abmessung der Vertiefung 4b des Käfigs 4 in der Umfangsrichtung davon kleiner auszuführen als jene beim bisherigen Stand der Technik. Folglich kann das Gelenk mit geringerem Gewicht und einer kleineren Abmessung hergestellt werden, und dessen Festigkeit (Festigkeit des Käfigs) kann vergrößert werden.
  • Beim Montageschritt c, da der Öffnungsseitenbereich der inneren Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 die zylindrische Fläche 4a1 mit einem Radius D5 (≥ D2) aufweist und die Mitte B der Führungsnut 2b des inneren Gelenkelementes 2 in Richtung der Öffnungsseite versetzt ist, können daher das innere Gelenkelement 2 in die innere Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 und die Kugeln 3 montiert werden, indem das innere Gelenkelement 2 in der axialen Richtung in einem derartigen Zustand vorrückt, dass die Achse des inneren Gelenkelementes 2 mit den Achsen des Käfigs 4 und des äußeren Gelenkelementes 1 ausgerichtet ist. Auf diese Weise wird es leichter gemacht, das innere Gelenkelement 2 zu montieren, als im Fall des Verfahrens nach dem bisherigen Stand der Technik. Ebenfalls, weil das innere Gelenkelement 2 nach dem Montieren des Käfigs 4 und der Kugeln 3 in das äußere Gelenkelement 1 montiert werden kann, verursacht auf diese Weise das Integrieren der Welle 2c mit dem inneren Gelenkelement 2 nicht irgendeine Schwierigkeit beim Montieren.
  • Beim Montageschritt d wird das Halteelement 5 in die innere Umfangsfläche 4a (zylindrische Fläche 4a1) des Käfigs 4 montiert, und der kugelförmige Abschnitt 5c davon ist an die äußere Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 angepasst, wobei der Haltering 6 zur Anwendung gebracht wird, um zu verhindern, dass sich die Baugruppe löst. Anstelle der Verwendung des Halteringes 6 kann das Halteelement 5, um deren Lösen zu verhindern, durch derartige Mittel ebenfalls gesichert werden, wie Abdichten des Halteelementes 5 auf der zylindrischen Fläche 4a1 des Käfigs 4, Verbinden (Schweißen, usw.) und einen passenden Eingriff (beispielsweise wird ein Vorsprung, der am Halteelement 5 vorhanden ist, in eine Eingriffsnut eingepasst, die in der zylindrischen Fläche 4a1 des Käfigs 4 gebildet wird).
  • Wenn das äußere Gelenkelement 1, das innere Gelenkelement 2, die Kugeln 3, der Käfig 4 und das Halteelement 5 in der vorangehend beschriebenen Konfiguration montiert wurden, ist das homokinetische Gelenk dieser Ausführung fertiggestellt, wie es in 9 gezeigt wird. Die Mitte A der Führungsnut 1b des äußeren Gelenkelementes 1 und die Mitte B der Führungsnut 2b des inneren Gelenkelementes 2 sind auf den entgegengesetzten Seiten zueinander (die Mitte A ist in Richtung der innersten Seite des Gelenkes versetzt, und die Mitte B ist in Richtung der Öffnung des Gelenkes versetzt) in der axialen Richtung um die gleichen Abstände mit Bezugnahme zur Mittelebene O des Gelenkes versetzt, die die Mitten der Kugeln 3 umfasst. Daher weisen die Kugellaufbahnen, die durch die Koordination der Führungsnuten 1b und der Führungsnuten 2b gebildet werden, eine Keilform auf, die sich in Richtung der innersten Seite aufweitet und sich in Richtung der Öffnungsseite allmählich verringert.
  • Wie in 10 (vergrößerte Darstellung des Abschnittes X in 9) gezeigt wird, wird das innere Gelenkelement 2, das in der inneren Umfangsfläche 4a des Käfigs montiert ist, durch das Halteelement 5 zurückgehalten und an Ort und Stelle gehalten. Die äußere Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 wird durch die kugelförmige Fläche 4a2 des Käfigs 4 und den kugelförmigen Abschnitt 5c des Halteelementes 5 während der Winkelverschiebung des Gelenkes geführt.
  • Während ein integrierter Ring als das Halteelement bei dieser Ausführung verwendet wird, kann ebenfalls ein Spaltring (in einer Position oder in einer Vielzahl von Positionen geteilt) mit einer Form gleich der, die in 14 gezeigt wird, verwendet werden, so lange wie die erforderliche Rückhaltekraft erhalten werden kann. Das Halteelement kann ebenfalls in Richtung des inneren Gelenkelementes mittels eines elastischen Elementes gepresst werden, wie beispielsweise einer gewellten Blattfeder, eines Gummiringes oder eines Harzringes. Außerdem ist das Halteelement der vorliegenden Erfindung nicht auf eine Ringform begrenzt und kann aus irgendeinem Material in irgendeiner Form hergestellt werden, so lange wie das Ziel der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann.
  • Mittels der zweiten Ausführung können die folgenden Resultate erhalten werden.
    • (1) Das innere Gelenkelement kann leichter durch Bereitstellen der zylindrischen Fläche, die zur äußeren Umfangsfläche des inneren Gelenkelementes passt, in mindestens dem Öffnungsseitenbereich der inneren Umfangsfläche des Käfigs und Anordnen des Halteelementes auf der zylindrischen Fläche montiert werden. Ebenfalls, weil das innere Gelenkelement nach dem Montieren des Käfigs und der Kugeln in das äußere Gelenkelement montiert werden kann, wird es möglich gemacht, die Welle mit dem inneren Gelenkelement zu integrieren und die Anzahl der Teile und die Anzahl der Montageschritte zu reduzieren. Außerdem, weil das Halteelement die kugelförmige Fläche aufweist, die einen passenden Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche des inneren Gelenkelementes zeigt, kann die äußere Umfangsfläche des inneren Gelenkelementes durch die kugelförmige Fläche geführt werden.
    • (2) Da es nicht erforderlich ist, eine Winkelverschiebung des inneren Gelenkelementes und des Käfigs mit Bezugnahme auf das äußere Gelenkelement durchzuführen, wenn die Kugeln montiert werden, kann die Abmessung der Führungsnuten des inneren und äußeren Gelenkelementes in der axialen Richtung kleiner als jene beim bisherigen Stand der Technik ausgeführt werden, und die Größe der Vertiefung des Käfigs in der Umfangsrichtung kann kleiner ausgeführt werden als jene beim bisherigen Stand der Technik. Daher kann das Gelenk mit geringerem Gewicht und einer kleineren Abmessung hergestellt werden, und die Festigkeit (Festigkeit des Käfigs) kann erhöht werden.
    • (3) Durch Bilden des Bereiches auf der Öffnungsseite der inneren Umfangsfläche des äußeren Gelenkelementes zu einer zylindrischen Fläche, die zur äußeren Umfangsfläche des Käfigs passt, wird es leichter gemacht, den Käfig im äußeren Gelenkelement zu montieren.
  • Das homokinetische Gelenk der dritten Ausführung, das in 16 und 17 gezeigt wird, verbindet eine Zwischenwelle (22) und eine Radwelle (24) eines Lenkgetriebes (23), damit eine ungehinderte Durchführung einer Winkelverschiebung in beispielsweise einem Kraftfahrzeuglenkapparat erfolgen kann, wie in 34 gezeigt wird.
  • Das homokinetische Gelenk dieser Ausführung weist auf: ein äußeres Gelenkelement 1, das beispielsweise drei gebogene Führungsnuten 1b aufweist, die in der axialen Richtung auf einer kugelförmigen inneren Umfangsfläche 1a davon gebildet werden; ein inneres Gelenkelement 2, das beispielsweise drei gebogene Führungsnuten 2b aufweist, die in der axialen Richtung auf einer kugelförmigen äußeren Umfangsfläche 2a davon gebildet werden; beispielsweise drei drehmomentübertragende Kugeln 3, die in Kugellaufbahnen angeordnet sind, die durch die Koordination der Führungsnuten 1b des äußeren Gelenkelementes 1 und der Führungsnuten 2b des inneren Gelenkelementes 2, die den ersteren gegenüberliegen, gebildet werden; einen Käfig 4, der die drehmomentübertragenden Kugeln 3 hält; und ein elastisches Element 5, das zwischen der äußeren Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 und der inneren Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 angeordnet ist.
  • Wie in 19 gezeigt wird, weist das äußere Gelenkelement 1 dieser Ausführung eine Becherform auf, die sich an einem Ende davon öffnet, und die mit einer Gabel 1c versehen ist, die zusammenhängend damit am anderen Ende davon gebildet wird, um eine Radwelle (beispielsweise eine Ritzelwelle) eines Lenkgetriebes (beispielsweise eines Zahnstangenlenkgetriebes) zu verbinden. Durch zusammenhängendes Ausbilden des äußeren Gelenkelementes 1 und der Gabel 1c wird es möglich gemacht, die Anzahl der Herstellungsverfahren, die Anzahl der Teile und die Anzahl der Montageschritte zu verringern und die Kosten zu verringern. Der Rundlauf der beiden Elemente kann ebenfalls gesichert werden.
  • Der Krümmungsmittelpunkt O1 der Führungsnut 1b ist um einen vorgegebenen Abstand f1 vom Krümmungsmittelpunkt O1' der kugelförmigen inneren Umfangsfläche 1a zu einer Seite (in Richtung der innersten Seite des Gelenkes bei dieser Ausführung) in der axialen Richtung versetzt. Ein Bereich auf der Öffnungsseite der inneren Umfangsfläche 1a ist zu einer zylindrischen Fläche 1a1 ausgebildet. Der innere Radius D1 der zylindrischen Fläche 1a1 wird auf einen derartigen Wert eingestellt, der in der Lage ist, den Außendurchmesser des Käfigs 4 einzuschließen (die Richtung, die in 21(a) gezeigt wird), wie es später beschrieben wird.
  • Das äußere Gelenkelement 1 wird annähernd zu einer vorgegebenen Form aus Stahl beim Warmschmiede- oder Halbwarmschmiedeverfahren vorgeformt, während die innere Umfangsfläche 1a und die Führungsnut 1b beim Kaltschmiedeverfahren geformt werden. Während die innere Umfangsfläche 1a weiter einem Nachbearbeitungsverfahren (Schleifverfahren oder dergleichen) unterworfen wird, um eine Genauigkeit zu sichern, kann das vorangehend beschriebene Kaltschmiedeverfahren als das Fertigbearbeitungsverfahren für die Führungsnut 1b betrachtet werden. In diesem Fall bildet die Oberfläche der Führungsnut 1b die Oberfläche des Fertigproduktes, das durch Kaltschmieden geformt wurde. Da das die Nachbearbeitung (Schleifen, usw.) der Führungsnut unnötig macht, werden die Herstellungskosten für das äußere Gelenkelement im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik verringert.
  • Bei dieser Ausführung, wie in 20 gezeigt wird, weist das innere Gelenkelement 2 die Welle 2c auf, die ebenfalls als die Zwischenwelle (22: siehe 34) dient, die zusammenhängend damit gebildet wird. Das Bilden der Welle 2c zusammenhängend mit dem inneren Gelenkelement 2 macht es möglich, die Anzahl der Herstellungsverfahren, die Anzahl der Teile und die Anzahl der Montageschritte zu verringern und die Kosten zu verringern.
  • Der Krümmungsmittelpunkt O2 der Führungsnut 2b ist um einen vorgegebenen Abstand f2 vom Krümmungsmittelpunkt O2' der kugelförmigen äußeren Umfangsfläche 2a zur anderen Seite (in Richtung der Öffnung des Gelenkes bei dieser Ausführung) in der axialen Richtung versetzt. Die Versetzungsrichtung der Führungsnut 2b ist der der Führungsnut 1b des äußeren Gelenkelementes 1 entgegengesetzt (die Führungsnut 1b ist in Richtung der innersten Seite versetzt, und die Führungsnut 2b ist in Richtung der Öffnung versetzt). Bei dieser Ausführung wird der Versetzungsabstand f2 der Führungsnut 2b um einen vorgegebenen Wert (f1 > f2) kleiner eingestellt als der Versetzungsabstand f1 der Führungsnut 1b des äußeren Gelenkelementes 1.
  • Das innere Gelenkelement 2 wird annähernd zu einer vorgegebenen Form aus Stahl beispielsweise beim Warmschmiede- oder Halbwarmschmiedeverfahren vorgeformt, während die äußere Umfangsfläche 2a und die Führungsnut 2b beim Kaltschmiedeverfahren geformt werden. Während die äußere Umfangsfläche 2a einem Nachbearbeitungsverfahren (Schleifverfahren oder dergleichen) unterworfen wird, um eine Genauigkeit zu sichern, kann das vorangehend beschriebene Kaltschmiedeverfahren als das Fertigbearbeitungsverfahren für die Führungsnut 2b betrachtet werden. In diesem Fall bildet die Oberfläche der Führungsnut 2b die Oberfläche des Fertigproduktes, das durch Kaltschmieden geformt wurde. Da das die Nachbearbeitung (Schleifen, usw.) der Führungsnut unnötig macht, werden die Herstellungskosten für das innere Gelenkelement im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik verringert.
  • Bei dieser Ausführung, wie in 21 gezeigt wird, weist der Käfig 4 drei fensterartige Vertiefungen 4b auf, die die drehmomentübertragenden Kugeln 3 aufnehmen. Die innere Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 weist einen Bereich auf der Öffnungsseite, der zu einer zylindrischen Fläche 4a1 ausgebildet ist, und einen innersten Seitenbereich auf, der zu einer kegelförmigen Fläche 4a2 ausgebildet ist. Der innere Radius D5 der zylindrischen Fläche 4a1 wird größer als der äußere Radius D2 der äußeren Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 ausgeführt (D5 > D2). Der innerste Seitenbereich kann ebenfalls zu einer kugelförmigen Fläche oder einer zylindrischen Fläche ausgebildet sein. Die äußere Umfangsfläche 4c des Käfigs 4 ist eine kugelförmige Fläche mit einem Radius D4. Der Käfig 4 kann aus einem Metall bestehen, aber er kann ebenfalls aus einem Harz bestehen, um das Gewicht und die Kosten weiter zu verringern.
  • Bei dieser Ausführung ist die Abmessung L in der axialen Richtung der Vertiefung 4b des Käfigs 4 gleich dem oder größer als der Durchmesser DBALL der drehmomentübertragenden Kugeln 3, die darin aufgenommen werden (L ≥ DBALL). Der Zwischenraum δ (= L – DBALL) der Vertiefung in der axialen Richtung zwischen der Vertiefung 4b und den drehmomentübertragenden Kugeln 3 kann beispielsweise in einem Bereich von 0 ≤ δ ≤ 55 μm eingestellt werden. Diese Einstellung macht es möglich, den Drehungswiderstand zu verringern, wenn das Gelenk das Rotationsdrehmoment überträgt, während ein bestimmter Arbeitswinkel eingenommen wird, und das Gelenk vor einem Verlust der Gleichlaufeigenschaften zu bewahren, wodurch ein gutes Drehungsgefühl (Gleichmäßigkeit der Drehung) erreicht wird.
  • Bei dieser Ausführung wird ein Spaltring, dessen Durchmesser größer und kleiner werden kann, wie in 22 gezeigt wird, als das elastische Element 5 angenommen. Das elastische Element 5 besteht aus Federstahl oder dergleichen und weist eine Öffnung 5a und drei Klauen 5b auf, die in der axialen Richtung vorstehen. Das Ende einer jeden der Klauen 5b ist zu einer konkaven kugelförmigen Fläche 5c ausgebildet, die den gleichen Krümmungsradius wie der der äußeren Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 aufweist. Das elastische Element 5 kann ebenfalls aus einem elastischen Material bestehen, wie beispielsweise Harz oder Gummi. Das elastische Element 5 kann ebenfalls zu einem integrierten Ring ohne den Trennspalt 5a ausgebildet sein. In diesem Fall kann die erforderliche elastische Kraft durch die Elastizität der Klauen (5b) oder durch die kombinierte Verwendung eines elastischen Ringes, wie beispielsweise einer gewellten Blattfeder, eines Gummiringes oder eines Harzringes, bereitgestellt werden. Außerdem kann der Endabschnitt (5c) der Klaue (5b) zu einer derartigen Form ausgebildet werden, die einen linearen Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 herstellt, beispielsweise einer Kegelform (kegelförmigen Fläche).
  • Das homokinetische Gelenk dieser Ausführung wird mittels der folgenden Schritte montiert: Montieren des Käfigs 4 in die innere Umfangsfläche 1a des äußeren Gelenkelementes 1; Montieren der drehmomentübertragenden Kugeln 3 in die Vertiefung 4b des Käfigs 4; Montieren des inneren Gelenkelementes 2 in die innere Umfangsfläche 4a des Käfigs 4; und Montieren des elastischen Elementes 5 in die innere Umfangsfläche 4a (zylindrische Fläche 4a1) des Käfigs 4 und Sichern mit einem Haltering 6, um zu verhindern, dass sich die Baugruppe löst. Da der Bereich auf der Öffnungsseite der inneren Umfangsfläche 1a des äußeren Gelenkelementes 1 die zylindrische Fläche 1a1 aufweist, die das Profil des Käfigs 4 einschließen kann (die Richtung, die in 21(a) gezeigt wird), kann der Käfig 4 leicht in das äußere Gelenkelement 1 montiert werden. Ebenfalls können die drehmomentübertragenden Kugeln 3 in die Vertiefung 4b direkt von der inneren Umfangsseite des Käfigs 4 montiert werden. Außerdem, da der Bereich auf der Öffnungsseite der inneren Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 die zylindrische Fläche 4a1 mit dem Radius D5 (> D2) aufweist und der Krümmungsmittelpunkt O2 der Führungsnut 2b des inneren Gelenkelementes 2 in Richtung der Öffnungsseite versetzt ist, können das innere Gelenkelement 2 in die innere Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 und die drehmomentübertragenden Kugeln 3 montiert werden, indem das innere Gelenkelement 2 in der axialen Richtung in einem derartigen Zustand vorrückt, dass die Achse des inneren Gelenkelementes 2 mit den Achsen des Käfigs 4 und des äußeren Gelenkelementes 1 ausgerichtet ist. Das elastische Element 5 wird in die innere Umfangsfläche 4a (zylindrische Fläche 4a1) des Käfigs 4 montiert, und die äußere Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 wird in Richtung der Innenseite des Gelenkes in der axialen Richtung durch den kugelförmigen Abschnitt (oder kegelförmigen Abschnitt) 5c des elastischen Elementes 5 gepresst, wobei der Haltering 6 für ein Zurückhalten zur Anwendung gebracht wird. Anstelle des Verwendens des Halteringes 6 kann das elastische Element 5, um dessen Lösen zu verhindern, durch derartige Mittel ebenfalls gesichert werden, wie Abdichten des elastischen Elementes 5 auf der zylindrischen Fläche 4a1 des Käfigs 4, Verbinden (Schweißen, usw.) und einen passenden Eingriff (beispielsweise wird ein Vorsprung, der am elastischen Element 5 vorhanden ist, in eine Eingriffsnut eingepasst, die in der zylindrischen Fläche 4a1 des Käfigs 4 gebildet wird).
  • Wenn das äußere Gelenkelement 1, das innere Gelenkelement 2, die drehmomentübertragenden Kugeln 3, der Käfig 4 und das elastische Element 5 zu der vorangehend beschriebenen Konfiguration montiert wurden, ist das homokinetische Gelenk dieser Ausführung, das in 16 und 17 gezeigt wird, fertiggestellt. Eine Manschette 10 wird am äußeren Umfang des äußeren Gelenkelementes 1 und am äußeren Umfang der Welle 2c des inneren Gelenkelementes 2 zur Anwendung gebracht und mittels Manschettenbändern 11, 12 festgeklemmt.
  • Wie in einer vergrößerten Darstellung der 18 gezeigt wird, wird ein Zwischenraum S in der axialen Richtung zwischen der inneren Umfangsfläche 4a (kegelförmige Fläche 4a2) des Käfigs 4 und der äußeren Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 bereitgestellt, um dadurch eine relative Verschiebung des inneren Gelenkelementes 2 in der axialen Richtung mit Bezugnahme auf den Käfig 4 (und das äußere Gelenkelement 1) zu gestatten. Der axiale Zwischenraum S und das elastische Element 5 bilden das Vorbelastungsmittel.
  • Die elastische Kraft E des elastischen Elementes 5, das zwischen der äußeren Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 und der inneren Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 (zylindrische Fläche 4a1) angeordnet ist, presst die äußere Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 in der Richtung (in Richtung der innersten Seite des Gelenkes) entgegengesetzt der Richtung (in Richtung der Öffnung des Gelenkes) der Versetzung des Krümmungsmittelpunktes O2 der Führungsnut 2b. Unter der Presskraft E des elastischen Elementes 5 führt das innere Gelenkelement 2 eine relative Verschiebung in der axialen Richtung in der Richtung (in Richtung der innersten Seite des Gelenkes) entgegengesetzt der Versetzungsrichtung des Krümmungsmittelpunktes O2 durch, um dadurch die drehmomentübertragenden Kugeln 3 zu pressen, und kommt in einer Position zum Stillstand, wo der Zwischenraum zwischen den drehmomentübertragenden Kugeln 3 und den Führungsnuten 1b, 2b des äußeren und inneren Gelenkelementes 1, 2 verschwindet. Im Ergebnis dessen wird ein gewisses Maß an Vorbelastung E in der axialen Richtung auf die drehmomentübertragenden Kugeln 3 angewandt, wodurch das Rotationsspiel (Spiel in der Umfangsrichtung) eliminiert wird.
  • Bei dieser Ausführung, wie es vorangehend beschrieben wird, wird der Versetzungsabstand f1 (Versetzung mit Bezugnahme auf den Krümmungsmittelpunkt O1') der Führungsnut 1b des äußeren Gelenkelementes 1 um einen vorgegebenen Wert (f1 > f2) größer eingestellt als der Versetzungsabstand f2 (Versetzung mit Bezugnahme auf den Krümmungsmittelpunkt O2') der Führungsnut 2b des inneren Gelenkelementes 2. Folglich sind im Zustand nach der Montage, wie in 16 gezeigt wird (Zustand, wo der innere Zwischenraum durch das Vorbelastungsmittel verringert wird), der Krümmungsmittelpunkt O1 der Führungsnut 1b des äußeren Gelenkelementes 1 und der Krümmungsmittelpunkt O2 der Führungsnut 2b des inneren Gelenkelementes 2 auf den entgegengesetzten Seiten zueinander (der Krümmungsmittelpunkt O1 ist in Richtung der innersten Seite des Gelenkes versetzt, und der Krümmungsmittelpunkt O2 ist in Richtung der Öffnung des Gelenkes versetzt) in der axialen Richtung um die gleichen Abstände f mit Bezugnahme zur Mittelebene O des Gelenkes versetzt, die die Mitten O3 der drehmomentübertragenden Kugeln umfasst. Genau gesagt, unter der Annahme des Zustandes vor der Verringerung des Zwischenraumes durch das Vorbelastungsmittel zeigen die drehmomentübertragenden Kugeln 3 eine vorgegebene Größe des Spiels (innerer Zwischenraum) in Richtung der sich ausdehnenden Seite der Kugellaufbahn, nämlich in der Richtung der Versetzung des Krümmungsmittelpunktes O1 (Richtung der Annäherung des Krümmungsmittelpunktes O1: die Richtung, in der der Versetzungsabstand f1 offensichtlich kleiner wird) mit Bezugnahme auf die Führungsnut 1b, und in der Richtung entgegengesetzt der Versetzung des Krümmungsmittelpunktes O2 (Richtung der Abweichung vom Krümmungsmittelpunkt O2: die Richtung, in der der Versetzungsabstand f2 offensichtlich größer wird) mit Bezugnahme auf die Führungsnut 2b, wobei man sich auf eine Position bezieht, wo die Kugeln einen Kontakt mit sowohl der Führungsnut 1b als auch der Führungsnut 2b herstellen (Position: wo kein innerer Zwischenraum vorhanden ist). Daher wird es durch Einstellen des Versetzungsabstandes f1 um einen vorgegebenen Wert (f1 > f2) größer als der Versetzungsabstand f2 möglich, die Abweichungen des Krümmungsmittelpunktes O1 und/oder des Krümmungsmittelpunktes O2 mit Bezugnahme auf die Mittelebene O des Gelenkes beim Vorbelastungsvorgang rückgängig zu machen, so dass, wenn der innere Zwischenraum durch das Vorbelastungsmittel verringert wird, der Krümmungsmittelpunkt O1 und der Krümmungsmittelpunkt O2 zu den entgegengesetzten Seiten um die gleichen Abstände f in der axialen Richtung mit Bezugnahme auf die Mittelebene O des Gelenkes versetzt werden. Daher werden die Kugellaufbahnen, die durch die Koordination der Führungsnuten 1b und der Führungsnuten 2b gebildet werden, zu einer Keilform ausgebildet, die sich allmählich in Richtung der anderen Seite (Öffnungsseite) in der axialen Richtung verringert. Wenn das äußere Gelenkelement 1 und das innere Gelenkelement 2 eine Winkelverschiebung von θ durchführen, werden die drehmomentübertragenden Kugeln 3, die durch den Käfig 4 geführt werden, immer in der halbierenden Ebene (θ/2) des Winkels θ ungeachtet des Wertes des Arbeitswinkels θ gehalten. Im Ergebnis dessen können die Gleichlaufeigenschaften des Gelenkes gesichert werden, und es wird ein gutes Drehungsgefühl (Gleichmäßigkeit der Drehung) bewirkt.
  • 23 zeigt eine Abwandlung der dritten Ausführung. Bei dieser Ausführung weisen die Führungsnuten 1b des äußeren Gelenkelementes 1 und die Führungsnuten 2b des inneren Gelenkelementes 2 Bereiche 1b1, 2b1 auf, die keine daran vorhandene Unterschneidung aufweisen. Beispielsweise ist der Bereich 1b1 im Gelenk an der innersten Seite der Mittellinie O1 der Führungsnut 1b vorhanden und parallel zur Mittellinie des äußeren Gelenkelementes 1. Der Bereich 2b1 ist im Gelenk an der Öffnungsseite der Mittellinie O2 der Führungsnut 2b vorhanden und parallel zur Mittellinie des inneren Gelenkelementes 2. Indem die Bereiche 1b1, 2b1 frei von einer Unterschneidung vorhanden sind, kann der Arbeitswinkel des Gelenkes vergrößert werden.
  • 24 zeigt eine weitere Abwandlung der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführung ist der gesamte Bereich der inneren Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 zu einer zylindrischen Fläche ausgebildet, und das elastische Element 5 ist im Öffnungsseitenbereich 4a1 der inneren Umfangsfläche 4a montiert, während ein Hilfsring 7 im innersten Seitenbereich 4a2' der inneren Umfangsfläche 4a montiert ist. Der Hilfsring 7 ist beispielsweise ein integrierter Ring, der Klauen 7b und kugelförmige Abschnitte (oder kegelförmige Abschnitte) 7c gleich dem vorangehend beschriebenen elastischen Element 5 aufweist und ist im innersten Seitenbereich 4a2' angebracht und mittels eines Halteringes 8 befestigt. Der Zwischenraum S ist in der axialen Richtung zwischen der kugelförmigen Fläche (oder kegelförmigen Fläche) 7c des Hilfsringes 7 und der äußeren Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 vorhanden. Der Zwischenraum S der axialen Richtung und des elastischen Elementes 5 bilden das Vorbelastungsmittel. Diese Konstruktion zeigt einen Vorteil, dass die Konfiguration des Käfigs 4 einfacher als bei der vorangehend beschriebenen Ausführung sein kann.
  • Beim in 34 gezeigten Kraftfahrzeuglenkapparat kann ein homokinetisches Gelenk gleich dein der vorangehend beschriebenen Ausführungen als ein Universalgelenk (28) verwendet werden, das die Hauptwelle (21) und die Zwischenwelle (22) verbindet, während die ungehinderte Durchführung einer Winkelverschiebung gestattet wird.
  • Mittels der dritten Ausführung können die folgenden Resultate erhalten werden.
    • (1) Da das Vorbelastungsmittel vorhanden ist, um den Zwischenraum zwischen den drehmomentübertragenden Kugeln und der Kugellaufbahn zu verringern, kommt es nicht zu einem Rotationsspiel (Spiel in der Umfangsrichtung).
    • (2) Wenn der Zwischenraum durch das Vorbelastungsmittel verringert wird, werden der Krümmungsmittelpunkt der Führungsnut des äußeren Gelenkelementes und der Krümmungsmittelpunkt der Führungsnut des inneren Gelenkelementes auf den entgegengesetzten Seiten zueinander in der axialen Richtung um die gleichen Abstände mit Bezugnahme auf die Mittelebene des Gelenkes versetzt, die die Mitten der drehmomentübertragenden Kugeln umfasst, und folglich werden die Gleichlaufeigenschaften des Gelenkes beibehalten, und es kann ein gutes Drehungsgefühl (Gleichmäßigkeit der Drehung) erreicht werden.
    • (3) Der Arbeitswinkel des Gelenkes kann vergrößert werden, indem die Bereiche ohne Unterschneidung in den Führungsnuten des äußeren Gelenkelementes und des inneren Gelenkelementes bereitgestellt werden.
    • (4) Es wird leichter gemacht, den Käfig in das äußere Gelenkelement zu montieren, indem der Bereich auf der Öffnungsseite der inneren Umfangsfläche des äußeren Gelenkelementes zu einer zylindrischen Fläche ausgebildet wird, die auf die äußere Umfangsfläche des Käfigs passt.
    • (5) Das homokinetische Gelenk der vorliegenden Erfindung zeigt ein geringes Gewicht, eine kleine Abmessung und niedrige Kosten und dreht sich gleichmäßig ohne Spiel, während es einen großen Arbeitswinkel einnehmen kann, und es trägt daher zu Verbesserungen bei der Leistung bei, wie beispielsweise der Spurhaltigkeit und des Lenkgefühls, und zur Konstruktionsfreiheit bei der Auslegung der Fahrzeugbauteile, wenn sie im Lenkapparat des Kraftfahrzeuges verwendet werden.
  • Das homokinetische Gelenk der vierten Ausführung, das in 25 und 26 gezeigt wird, verbindet eine Zwischenwelle (22) und eine Radwelle (24) eines Lenkgetriebes (23), damit eine ungehinderte Durchführung einer Winkelverschiebung in beispielsweise einem Kraftfahrzeuglenkapparat erfolgen kann, wie in 34 gezeigt wird.
  • Das homokinetische Gelenk dieser Ausführung weist auf: ein äußeres Gelenkelement 1, das beispielsweise drei gebogene Führungsnuten 1b aufweist, die in der axialen Richtung auf einer kugelförmigen inneren Umfangsfläche 1a davon gebildet werden; ein inneres Gelenkelement 2, das beispielsweise drei gebogene Führungsnuten 2b aufweist, die in der axialen Richtung auf einer kugelförmigen äußeren Umfangsfläche 2a davon gebildet werden; beispielsweise drei drehmomentübertragende Kugeln 3, die in Kugellaufbahnen angeordnet sind, die durch die Koordination der Führungsnuten 1b des äußeren Gelenkelementes 1 und der Führungsnuten 2b des inneren Gelenkelementes 2, die den ersteren gegenüberliegen, gebildet werden; einen Käfig 4, der die drehmomentübertragenden Kugeln 3 hält; und ein elastisches Element 5, das zwischen der äußeren Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 und der inneren Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 angeordnet ist.
  • Bei dieser Ausführung, wie in 28 gezeigt wird, weist das äußere Gelenkelement 1 eine Becherform auf, die sich an einem Ende davon öffnet, und die mit einer Gabel 1c versehen ist, die zusammenhängend damit am anderen Ende davon gebildet wird, um eine Radwelle (beispielsweise eine Ritzelwelle) eines Lenkgetriebes (beispielsweise eines Zahnstangenlenkgetriebes) zu verbinden. Durch zusammenhängendes Ausbilden des äußeren Gelenkelementes 1 und der Gabel 1c wird es möglich gemacht, die Anzahl der Herstellungsverfahren, die Anzahl der Teile und die Anzahl der Montageschritte zu verringern und die Kosten zu verringern. Der Rundlauf der beiden Elemente kann ebenfalls gesichert werden.
  • Der Krümmungsmittelpunkt O1 der Führungsnut 1b ist um einen vorgegebenen Abstand O1 vom Krümmungsmittelpunkt O1' der inneren Umfangsfläche 1a in der axialen Richtung (in Richtung der innersten Seite des Gelenkes bei dieser Ausführung) versetzt. Ein Bereich auf der Öffnungsseite der inneren Umfangsfläche 1a ist zu einer zylindrischen Fläche 1a1 ausgebildet. Der innere Radius D1 der zylindrischen Fläche 1a1 wird auf einen derartigen Wert eingestellt, der in der Lage ist, den Außendurchmesser des Käfigs 4 einzuschließen (die Richtung, die in 30(a) gezeigt wird), wie es später beschrieben wird.
  • Das äußere Gelenkelement 1 wird annähernd zu einer vorgegebenen Form aus beispielsweise Stahl beim Warmschmiede- oder Halbwarmschmiedeverfahren vorgeformt, während die innere Umfangsfläche 1a und die Führungsnut 1b beim Kaltschmiedeverfahren geformt werden. Während die innere Umfangsfläche 1a weiter einem Nachbearbeitungsverfahren (Schleifverfahren oder dergleichen) unterworfen wird, um eine Genauigkeit zu sichern, kann das vorangehend beschriebene Kaltschmiedeverfahren als das Fertigbearbeitungsverfahren mit Bezugnahme auf die Führungsnut 1b betrachtet werden. In diesem Fall bildet die Oberfläche der Führungsnut 1b die Oberfläche des Fertigproduktes, das durch Kaltschmieden geformt wurde. Da das die Nachbearbeitung (Schleifen, usw.) der Führungsnut unnötig macht, werden die Herstellungskosten für das äußere Gelenkelement im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik verringert.
  • Bei dieser Ausführung, wie in 29 gezeigt wird, weist das innere Gelenkelement 2 den Wellenabschnitt 2c auf, die ebenfalls als die Zwischenwelle (22: siehe 34) dient, die zusammenhängend damit gebildet wird. Auf einem Ende (nicht gezeigt) des Wellenabschnittes 2c wird beispielsweise ein Verbindungsabschnitt gebildet, der mit dem äußeren Gelenkelement (das die damit zusammenhängend gebildete Gabel aufweist) des homokinetischen Gelenkes (das die gleiche Konstruktion wie die des homokinetischen Gelenkes entsprechend der vorliegenden Ausführung aufweist) auf der Lenkradseite (mit der Gabel verbunden) verbunden ist. Das Bilden des Wellenabschnittes 2c zusammenhängend mit dem inneren Gelenkelement 2 macht es möglich, die Anzahl der Herstellungsverfahren, die Anzahl der Teile und die Anzahl der Montageschritte zu verringern und die Kosten zu verringern.
  • Der Krümmungsmittelpunkt O2 der Führungsnut 2b ist um einen vorgegebenen Abstand f2 vom Krümmungsmittelpunkt O2' der äußeren Umfangsfläche 2a in der axialen Richtung (in Richtung der Öffnungsseite des Gelenkes bei dieser Ausführung) versetzt. Die Versetzungsrichtung der Führungsnut 2b ist der der Führungsnut 1b des äußeren Gelenkelementes 1 entgegengesetzt (die Führungsnut 1b ist in Richtung der innersten Seite versetzt, und die Führungsnut 2b ist in Richtung der Öffnung versetzt).
  • Das innere Gelenkelement 2 wird annähernd zu einer vorgegebenen Form aus beispielsweise Stahl beim Warmschmiede- oder Halbwarmschmiedeverfahren vorgeformt, während die äußere Umfangsfläche 2a und die Führungsnut 2b beim Kaltschmiedeverfahren geformt werden. Während die äußere Umfangsfläche 2a einem Nachbearbeitungsverfahren (Schleifverfahren oder dergleichen) unterworfen wird, um eine Genauigkeit zu sichern, kann das vorangehend beschriebene Kaltschmiedeverfahren als das Fertigbearbeitungsverfahren für die Führungsnut 2b betrachtet werden. In diesem Fall bildet die Oberfläche der Führungsnut 2b die Oberfläche des Fertigproduktes, das durch Kaltschmieden geformt wurde. Da das die Nachbearbeitung (Schleifen, usw.) der Führungsnut unnötig macht, werden die Herstellungskosten für das innere Gelenkelement im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik verringert.
  • Bei dieser Ausführung, wie in 30 gezeigt wird, weist der Käfig 4 drei fensterartige Vertiefungen 4b auf die die drehmomentübertragenden Kugeln 3 aufnehmen. Die innere Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 weist einen Bereich auf der Öffnungsseite, der zu einer zylindrischen Fläche 4a1 ausgebildet ist, und einen innersten Seitenbereich auf, der zu einer kegelförmigen Fläche 4a2 ausgebildet ist. Der innere Radius D5 der zylindrischen Fläche 4a1 wird größer als der Radius D2 der äußeren Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 ausgeführt (D5 > D2). Der innere Bereich kann ebenfalls zu einer kugelförmigen Fläche oder einer zylindrischen Fläche ausgebildet sein. Die äußere Umfangsfläche 4c des Käfigs 4 ist eine kugelförmige Fläche mit einem Radius D4. Der Käfig 4 kann aus einem Metall bestehen, aber er kann ebenfalls aus einem Harz bestehen, um das Gewicht und die Kosten weiter zu verringern.
  • Die Abmessung L in der axialen Richtung der Vertiefung 4b des Käfigs 4 ist gleich dem oder größer als der Durchmesser DBALL der drehmomentübertragenden Kugeln 3, die darin aufgenommen werden (L ≥ DBALL). Der Zwischenraum δ (= L – DBALL) der Vertiefung in der axialen Richtung zwischen der Vertiefung 4b und den drehmomentübertragenden Kugeln 3 wird in einem Bereich von 0 ≤ δ ≤ 55 μm aus dem vorangehend beschriebenen Grund eingestellt.
  • Bei dieser Ausführung wird ein Spaltring, dessen Durchmesser größer und kleiner werden kann, wie in 31 gezeigt wird, als das elastische Element 5 angenommen. Das elastische Element 5 besteht aus Federstahl oder dergleichen und weist eine Öffnung 5a und drei Klauen 5b auf, die in der axialen Richtung vorstehen. Das Ende einer jeden der Klauen 5b ist zu einer konkaven kugelförmigen Fläche 5c ausgebildet, die den gleichen Krümmungsradius wie der der äußeren Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 aufweist. Das elastische Element 5 kann ebenfalls aus einem elastischen Material bestehen, wie beispielsweise Harz oder Gummi. Das elastische Element 5 kann ebenfalls zu einem integrierten Ring ohne die Öffnung 5a ausgebildet sein. In diesem Fall kann die erforderliche elastische Kraft durch die Elastizität der Klauen (5b) oder durch die kombinierte Verwendung eines elastischen Ringes, wie beispielsweise einer gewellten Blattfeder, eines Gummiringes oder eines Harzringes, bereitgestellt werden. Außerdem kann der Endabschnitt (5c) der Klaue (5b) zu einer derartigen Form ausgebildet werden, die einen linearen Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 herstellt, beispielsweise einer Kegelform (kegelförmigen Fläche).
  • Das homokinetische Gelenk dieser Ausführung wird mittels der folgenden Schritte montiert: Montieren des Käfigs 4 in die innere Umfangsfläche 1a des äußeren Gelenkelementes 1; Montieren der drehmomentübertragenden Kugeln 3 in die Vertiefung 4b des Käfigs 4; Montieren des inneren Gelenkelementes 2 in die innere Umfangsfläche 4a des Käfigs 4; und Montieren des elastischen Elementes 5 in die innere Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 (zylindrische Fläche 4a1) und Sichern mit einem Haltering 6, um zu verhindern, dass sich die Baugruppe löst. Da der Bereich auf der Öffnungsseite der inneren Umfangsfläche 1a des äußeren Gelenkelementes 1 die zylindrische Fläche 1a1 aufweist, die den Außendurchmesser des Käfigs 4 einschließen kann (die Richtung, die in 30(a) gezeigt wird), kann der Käfig 4 leicht in das äußere Gelenkelement 1 montiert werden. Ebenfalls können die drehmomentübertragenden Kugeln 3 in die Vertiefung 4b direkt von der inneren Umfangsseite des Käfigs 4 montiert werden. Außerdem, da der Bereich auf der Öffnungsseite der inneren Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 die zylindrische Fläche 4a1 mit dem Radius D5 (> D2) aufweist und die Mitte O2 der Führungsnut 2b des inneren Gelenkelementes 2 in Richtung der Öffnungsseite versetzt ist, können das innere Gelenkelement 2 in die innere Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 und die drehmomentübertragenden Kugeln 3 montiert werden, indem das innere Gelenkelement 2 in der axialen Richtung in einem derartigen Zustand vorrückt, dass die Achse des inneren Gelenkelementes 2 mit den Mittelachsen des Käfigs 4 und des äußeren Gelenkelementes 1 ausgerichtet ist. Das elastische Element 5 wird in die innere Umfangsfläche 4a (zylindrische Fläche 4a1) des Käfigs 4 montiert, und die äußere Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 wird in Richtung der innersten Seite des Gelenkes in der axialen Richtung durch den kugelförmigen Abschnitt (oder kegelförmigen Abschnitt) 5c des elastischen Elementes 5 gepresst, wobei der Haltering 6 für ein Zurückhalten zur Anwendung gebracht wird. Anstelle des Verwendens des Halteringes 6 kann das elastische Element 5, um dessen Lösen zu verhindern, durch derartige Mittel ebenfalls gesichert werden, wie Abdichten des elastischen Elementes 5 auf der zylindrischen Fläche 4a1 des Käfigs 4, Verbinden (Schweißen, usw.) und einen passenden Eingriff (beispielsweise wird ein Vorsprung, der am elastischen Element 5 vorhanden ist, in eine Eingriffsnut eingepasst, die in der zylindrischen Fläche 4a1 des Käfigs 4 gebildet wird).
  • Wenn das äußere Gelenkelement 1, das innere Gelenkelement 2, die drehmomentübertragenden Kugeln 3, der Käfig 4 und das elastische Element 5 zu der vorangehend beschriebenen Konfiguration montiert wurden, ist das homokinetische Gelenk dieser Ausführung, das in 25 und 26 gezeigt wird, fertiggestellt. Die Mitte O1 der Führungsnut 1b des äußeren Gelenkelementes 1 und die Mitte O2 der Führungsnut 2b des inneren Gelenkelementes 2 sind auf den entgegengesetzten Seiten zueinander (die Mitte O1 ist in Richtung der Innenseite des Gelenkes versetzt, und die Mitte O2 ist in Richtung der Öffnung des Gelenkes versetzt) in der axialen Richtung um die gleichen Abstände f mit Bezugnahme auf die Mittelebene O des Gelenkes versetzt, die die Mitten O3 der drehmomentübertragenden Kugeln 3 umfasst. Daher weist die Kugellaufbahn, die durch die Koordination der Führungsnut 1b und der Führungsnut 2b gebildet wird, eine keilartige Form auf, die sich in Richtung der innersten Seite ausdehnt und sich allmählich in Richtung der Öffnung verringert. Eine Manschette 10 wird am äußeren Umfang des äußeren Gelenkelementes 1 und am äußeren Umfang der Welle 2c des inneren Gelenkelementes 2 zur Anwendung gebracht und mittels der Manschettenbänder 11, 12 festgeklemmt.
  • Wenn das äußere Gelenkelement 1 und das innere Gelenkelement 2 eine Winkelverschiebung von θ durchführen, werden die drehmomentübertragenden Kugeln 3, die durch den Käfig 4 geführt werden, immer in der halbierenden Ebene (θ/2) des Winkels θ ungeachtet des Wertes des Arbeitswinkels θ gehalten. Wodurch die Gleichlaufeigenschaften des Gelenkes konstant gehalten werden.
  • Wie in einer vergrößerten Darstellung in 27 gezeigt wird, wird ein Zwischenraum S in der axialen Richtung zwischen der inneren Umfangsfläche 4a (kegelförmige Fläche 4a2) des Käfigs 4 und der äußeren Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 bereitgestellt, um dadurch eine relative Verschiebung des inneren Gelenkelementes 2 in der axialen Richtung mit Bezugnahme auf den Käfig 4 (und das äußere Gelenkelement 1) zu gestatten. Der axiale Zwischenraum S und das elastische Element 5 bilden das Vorbelastungsmittel.
  • Die elastische Kraft E des elastischen Elementes 5, das zwischen der äußeren Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 und der inneren Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 (zylindrische Fläche 4a1) angeordnet ist, presst die äußere Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 in der Richtung (in Richtung der innersten Seite des Gelenkes) entgegengesetzt der Richtung (in Richtung der Öffnung des Gelenkes) der Versetzung der Mitte O2 der Führungsnut 2b. Unter der Presskraft E des elastischen Elementes 5 führt das innere Gelenkelement 2 eine relative Verschiebung in der axialen Richtung zu der Seite (in Richtung der innersten Seite des Gelenkes) entgegengesetzt der Versetzungsrichtung der Mitte O2 durch, um dadurch die drehmomentübertragenden Kugeln 3 zu pressen, und kommt in einer Position zum Stillstand, wo der Zwischenraum zwischen den drehmomentübertragenden Kugeln 3 und den Führungsnuten 1b, 2b des äußeren und inneren Gelenkelementes 1, 2 verschwindet. Im Ergebnis dessen wird ein gewisses Maß an Vorbelastung E in der axialen Richtung auf die drehmomentübertragenden Kugeln 3 angewandt, wodurch das Rotationsspiel (Spiel in der Umfangsrichtung) eliminiert wird.
  • Da die Größe des Zwischenraumes δ (= L – DBALL) der Vertiefung in der axialen Richtung zwischen der Vertiefung 4b des Käfigs 4 und den drehmomentübertragenden Kugeln 3 in einem Bereich von 0 ≤ δ ≤ 55 μm eingestellt wird, weist das homokinetische Gelenk dieser Ausführung einen geringeren Drehungswiderstand auf, wenn das Drehmoment übertragen wird, während ein Arbeitswinkel eingenommen wird, und liefert ein gutes Lenkgefühl (Gleichmäßigkeit der Drehung).
  • 32 zeigt eine Abwandlung der vierten Ausführung. Bei dieser Ausführung weisen die Führungsnuten 1b des äußeren Gelenkelementes 1 und die Führungsnuten 2b des inneren Verbindungselementes 2 jeweils Bereiche 1b1, 2b1 auf, bei denen keine Unterschneidung daran vorhanden ist. Beispielsweise ist der Bereich 1b1 im Gelenk an der innersten Seite der Mittellinie O1 der Führungsnut 1b vorhanden und ist parallel zur Achse des äußeren Gelenkelementes 1. Der Bereich 2b1 ist im Gelenk auf der Öffnungsseite der Mittellinie O2 der Führungsnut 2b vorhanden und ist parallel zur Achse des inneren Gelenkelementes 2. Durch Bereitstellen der Bereiche 1b1, 2b1, die frei von einer Unterschneidung sind, kann der Arbeitswinkel des Gelenkes vergrößert werden.
  • 33 zeigt eine weitere Abwandlung der vierten Ausführung. Bei dieser Ausführung ist der gesamte Bereich der inneren Umfangsfläche 4a des Käfigs 4 zu einer zylindrischen Fläche ausgebildet, und das elastische Element 5 ist im Bereich 4a1 auf der Öffnungsseite der inneren Umfangsfläche 4a montiert, während ein Hilfsring 7 im innersten Seitenbereich 4a2' der inneren Umfangsfläche 4a montiert ist. Der Hilfsring 7 ist beispielsweise ein integrierter Ring, der Klauen 7b und kugelförmige Abschnitte (oder kegelförmige Abschnitte) 7c gleich dem vorangehend beschriebenen elastischen Element 5 aufweist und ist im innersten Seitenbereich 4a2' angebracht und mittels eines Halteringes 8 befestigt. Der Zwischenraum S ist in der axialen Richtung zwischen der kugelförmigen Fläche (oder kegelförmigen Fläche) 7c des Hilfsringes 7 und der äußeren Umfangsfläche 2a des inneren Gelenkelementes 2 vorhanden. Der Zwischenraum S der axialen Richtung und des elastischen Elementes 5 bilden das Vorbelastungsmittel. Diese Konstruktion zeigt einen Vorteil, dass die Konfiguration des Käfigs 4 einfacher als bei der vorangehend beschriebenen Ausführung sein kann.
  • Beim in 34 gezeigten Kraftfahrzeuglenkapparat kann ein homokinetisches Gelenk gleich jenen der vorangehend beschriebenen Ausführungen als ein Universalgelenk (28) verwendet werden, das die Hauptwelle (21) und die Zwischenwelle (22) verbindet, während die ungehinderte Durchführung einer Winkelverschiebung gestattet wird.
  • Mittels der vierten Ausführung können die folgenden Resultate erhalten werden.
    • (1) Da das Vorbelastungsmittel vorhanden ist, um den Zwischenraum zwischen den drehmomentübertragenden Kugeln und der Kugellaufbahn zu verringern, kommt es nicht zu einem Rotationsspiel (Spiel in der Umfangsrichtung).
    • (2) Da die Größe des Zwischenraumes δ der Vertiefung in der axialen Richtung zwischen der Vertiefung des Käfigs und den drehmomentübertragenden Kugeln im Bereich von 0 ≤ δ ≤ 55 μm eingestellt ist, zeigt das Gelenk einen geringeren Drehungswiderstand, wenn das Drehmoment übertragen wird, während ein Arbeitswinkel eingenommen wird, und zeigt ein gutes Lenkgefühl (Gleichmäßigkeit der Drehung).
    • (3) Der Arbeitswinkel des Gelenkes kann vergrößert werden, indem die Bereiche frei von Unterschneidung in Führungsnuten des äußeren Gelenkelementes und des inneren Gelenkelementes bereitgestellt werden.
    • (4) Es wird leichter gemacht, den Käfig in das äußere Gelenkelement zu montieren, indem der Bereich auf der Öffnungsseite der inneren Umfangsfläche des äußeren Gelenkelementes zu einer zylindrischen Fläche ausgebildet wird, die auf die äußere Umfangsfläche des Käfigs passt.
    • (5) Das homokinetische Gelenk der vorliegenden Erfindung zeigt ein geringes Gewicht, eine kleine Abmessung und niedrige Kosten und dreht sich gleichmäßig ohne Spiel, während es einen großen Arbeitswinkel einnehmen kann, und es trägt daher zu Verbesserungen bei der Leistung bei, wie beispielsweise der Spurhaltigkeit, des Lenkgefühls, der Lenkkraft und der Fähigkeit der automatischen Zentrierung, und zur Konstruktionsfreiheit bei der Auslegung der Fahrzeugbauteile, wenn sie im Lenkapparat des Kraftfahrzeuges verwendet werden.

Claims (4)

  1. Gestellfestes homokinetisches Kugelgelenk, das aufweist: ein äußeres Gelenkelement (1) mit einer gebogenen Führungsnut (1b), die in der axialen Richtung auf einer kugelförmigen inneren Umfangsfläche (1a) davon gebildet wird; ein inneres Gelenkelement (2) mit einer gebogenen Führungsnut (2b), die in der axialen Richtung auf einer kugelförmigen äußeren Umfangsfläche (2a) davon gebildet wird; eine Kugel (3), die in einer Kugellaufbahn angeordnet ist, die durch die Koordination der Führungsnut (1b) des äußeren Gelenkelementes (1) und der Führungsnut (2b) des inneren Gelenkelementes (2) gebildet wird; und einen Käfig (4), der die Kugel (3) hält, wobei die Mitte der Führungsnut (1b) des äußeren Gelenkelementes (1) und die Mitte der Führungsnut (2b) des inneren Gelenkelementes (2) zu den entgegengesetzten Seiten zueinander um gleiche Abstände in der axialen Richtung mit Bezugnahme zur Mittelebene des Gelenkes versetzt sind, die die Mitte der Kugel (3) umfasst, wobei die Kugellaufbahn allmählich in Richtung der Öffnung oder der innersten Seite des Gelenkes reduziert wird; wobei das innere Gelenkelement (2) eine relative Verschiebung in der axialen Richtung mit Bezugnahme auf den Käfig (4) ausführen darf, und wobei ein elastisches Pressmittel (5), das eine kugelförmige Fläche aufweist, die einen passenden Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche (2a) des inneren Gelenkelementes (2) herstellt, zwischen der äußeren Umfangsfläche (2a) des inneren Gelenkelementes (2) und der inneren Umfangsfläche (4a) des Käfigs (4) angeordnet ist, so dass die elastische Kraft des elastischen Pressmittels (5) die äußere Umfangsfläche (2a) des inneren Gelenkelementes (2) zu der Seite entgegengesetzt der Versetzungsrichtung der Mitte von dessen Führungsnut presst; dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bereich auf der Öffnungsseite der inneren Umfangsfläche (4a) des Käfigs (4) eine zylindrische Fläche ist, die zur äußeren Umfangsfläche des inneren Gelenkelementes (2) passt, und wobei das elastische Pressmittel (5) auf der zylindrischen Fläche (4a) des Käfigs (4) angeordnet ist.
  2. Gestellfestes homokinetisches Kugelgelenk nach Anspruch 1, bei dem der Bereich auf der Öffnungsseite der inneren Umfangsfläche des äußeren Gelenkelementes eine zylindrische Fläche ist, die zur äußeren Umfangsfläche des Käfigs passt.
  3. Gestellfestes homokinetisches Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das innere Gelenkelement und eine Welle als ein zusammenhängendes Teil ausgebildet sind.
  4. Gestellfestes homokinetisches Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem die Kugellaufbahn eine derartige Konfiguration aufweist, die allmählich in Richtung der Öffnung des Gelenkes reduziert wird.
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