WO2001050032A1 - Kugelgleichlauffestgelenk mit mehrteiligem gelenkaussenteil - Google Patents
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- F16D2003/22326—Attachments to the outer joint member, i.e. attachments to the exterior of the outer joint member or to the shaft of the outer joint member
Definitions
- the invention relates to a constant velocity constant velocity joint comprising an outer joint part with a first axis, which - bell-shaped - has an articulated floor located in a first axial direction and an articulated opening located in a second axial direction with respect to this first axis, an inner joint part with a second axis which is located within the
- the outer joint part lies and is supported on the outer joint part in a first axial direction with respect to this second axis and is connected to a shaft pointing in a second axial direction, first ball tracks in the outer joint part running in planes through the first axis and the second axis with curved center lines and second ball tracks in the inner joint part, balls which run in pairs of mutually assigned first ball tracks and second ball tracks, a cage which has circumferentially distributed cage windows for receiving balls and which each z between the first axis and the second axis.
- Rzeppa fixed joints Fixed joints of this type are known in the broader sense as Rzeppa fixed joints (RF joints). For the purposes of the present invention, they specifically include a circular path or angular contact joints (AC joints) and an undercut-free path or undercut-free joints (UF joints). These joints each meet the general law of constant velocity ball joints, according to which the curved center lines of the first ball tracks and the second ball tracks run symmetrically to one another, with the plane of the ball center points or the bisecting plane between the first axis being the plane of symmetry. se and the second axis appears. Joints of this type have the peculiarity that axial forces resulting under torque build up between the outer joint part and the inner joint part, which urge the inner joint part into the interior of the outer joint part. These forces must be absorbed by the ball cage, which is very stressed as a result.
- the joint assembly is carried out entirely from the opening side of the outer joint part, through which the cage, balls and inner joint part are inserted.
- the present invention has for its object to produce ball constant velocity joints of the type mentioned inexpensively and to provide them with improved properties.
- the solution to this lies in constant velocity ball joints of the type mentioned with the features
- the ball cage is positively fixed in the outer joint part axially to the first axis
- the inner joint part is freely displaceable directly opposite the ball cage axially to the second axis, at least over a partial area
- the inner joint part is supported on the outer joint part in the second axial direction indirectly via the balls and the cage,
- the outer joint part comprises an annular body which forms the ball tracks and a joint base produced separately therefrom, -
- the joint base is fixed at the given axial adjustability in the ring body against displacement in the first axial direction.
- the ball cage is inserted into the ring body from the opening side of the outer joint part
- the inner joint part is inserted into the ring body through the opening provided in the ring body for the joint base,
- the joint base is inserted into the ring body, whereby it is brought into contact with the inner joint part and this via the balls and the ball cage with the outer joint part, the joint base is fixed in the ring body.
- the joint base can first be axially withdrawn by a defined amount and then fixed in the ring body in order to generate a defined play in the joint.
- the outer joint part is joined from two separate components, namely the ring body forming the first ball tracks and the joint base, each of which can be represented with a lower degree of deformation as a one-piece bell-shaped outer joint part.
- assembly can be carried out in which the inner joint part is introduced in a coaxial orientation to the outer joint part through the opening provided in the ring body for the joint base.
- This results in an axial support between the inner part of the joint and the base of the joint, which is combined with a relative axial support between the inner part of the joint, balls, ball cage and steering outer part goes outwards.
- a defined game can also be provided within this support.
- the ball cage is greatly relieved, in particular it is kept free of tensile forces.
- a radial adjustability of the joint base relative to the inner joint part can initially be provided during assembly, wherein the joint base can center on the inner joint part and then the joint base is fixed relative to the ring body, in particular by welding the two parts.
- the joint base can be centered in the ring body of the outer joint part.
- interlocking shaft toothings can be provided, for example, on the joint base and on the ring body, which are set one inside the other, axial fixation being achieved, for example, by flanging on the ring body. It is also possible to press hardened shaft teeth on one of the two parts into the previously unprocessed counterpart and then to carry out the axial locking.
- the inner joint part comprises an end cap which forms a contact surface and is supported directly on a support surface of the joint base or that the joint base comprises a support disc which forms a support surface on which the inner joint part is supported with a contact surface. If the end cap or support disk can be moved radially, there is a possibility for centering the supporting surfaces on one another.
- the ball cage can have a continuous inner cylindrical inner surface, since this inner surface does not perform an axial supporting function. This facilitates manufacturing.
- the cage can have a partially inner cylindrical inner surface that is drawn in from the middle in the direction of the joint opening in the sense of a wall reinforcement of the cage.
- a spring element can be provided between the inner joint part and the joint floor or the corresponding intermediate or insert bodies to compensate for play. The same function can be brought about by a higher elasticity of the end cap or the support disk mentioned.
- the inner joint part can be seamlessly made in one piece with the adjoining shaft, since due to the axial assembly, flexion movements that could be hindered by the shaft are eliminated during assembly. This can reduce the number of parts.
- the inner joint part can be formed by upsetting the shaft.
- the joint base can be made in one piece with an integrally formed shaft journal.
- This pin can be designed as a solid pin or as a hollow pin.
- the joint according to the invention is characterized by the following advantages.
- the joint has an axially determined installation with which play and tolerances can be compensated for during assembly, i.e. they are eliminated on the fully assembled joint.
- hard machining of the ball track can be dispensed with entirely and, at the same time, there is no need to classify articulated components to reduce the play.
- the cage windows can be made very short in the circumferential direction, since an excess length for mounting the balls, as is necessary when bending the joint, is not necessary. The strength of the cage is thus increased. Adaptation to different installation conditions of the joint can be made by replacing the joint base with molded shaft journals while maintaining the other joint components in unchanged form. This reduces the number of parts within an overall program.
- the length of the ball cage, viewed from the center, towards the joint base can be considerably reduced, since the inner joint part is axially support-free with respect to the ball cage.
- the hardening of the half of the ball cage lying towards the articulated floor can be dispensed with entirely, or the ball cage in its cross-sectional area of the cage can optionally be designed to be considerably weaker, since there is more favorable cage stress, in particular there is no longer any tensile stress in the cage webs.
- the angle of wrap of the ball cage through the outer joint part can be reduced on the side of the joint opening, ie the outer joint part can be shortened, since the cage load, as previously stated, is much more favorable and a reduced support of the ball cage by the guide surface can be accepted. This enables the joint flexion angle to be enlarged or the shaft diameter to be enlarged.
- the friction between the inner joint part and the joint floor in the area of the mutual axial support can be reduced by using means that are easy to slide, e.g. by low-friction coating of the inner joint part or by fitting with a friction-reducing disc.
- Heat treatment of the joint base on the inside can be omitted if a hard, wear-resistant washer is used in the joint base. Efficiency losses can be reduced by the direct axial support of the inner joint part on the joint floor.
- Fig. 1 shows an inventive joint in a first embodiment
- Fig. 2 shows an inventive joint in a second embodiment
- Fig. 3 shows an inventive joint in a third embodiment
- Fig. 4 shows a joint according to the invention in a fourth embodiment
- 5 shows the representation of the introduction of forces on a joint according to the invention a) on the inner joint part b) on the ball cage c) on the outer joint part;
- This joint comprises an outer joint part 12 which is composed of an annular body 13 which forms tracks and an articulated base 14.
- a shaft journal 15 is integrally formed on the joint base 14.
- the axis of the outer joint part is designated A1.
- Inside the outer joint part 12 sits an inner joint part 23, which is connected in one piece to a shaft 24.
- the axis of the inner joint part is designated A2.
- First ball tracks 22 are embodied in the outer joint part 12, second ball tracks 25 in the inner joint part 23.
- the ring body 13 of the outer joint part 12 has an inner spherical guide surface 31 which is interrupted by the first ball tracks 22 and in which the ball cage 17 is guided with an outer spherical outer surface 32. This provides a relative axial support between the outer joint part 12 and the ball cage 17.
- the ball cage 17 has a purely cylindrical inner surface 33, within which the essentially spherical outer surface 34 of the inner joint part 23 is axially unsupported. is slidable.
- the outer joint part 13 has in the region of the joint base 14 an inner spherical contact surface 35 formed directly in this or in an intermediate element. With this, a spherical contact surface 36 on the inner joint part 23 interacts, which is designed directly on this or on an additional element connected to it.
- the support surface 35 is formed directly in the joint base 14 and the contact surface 36 is formed directly on the inner joint part 23.
- Ring body 13 and joint base 14 are connected to one another via a weld seam 37.
- the joint base 14 is axially displaceable relative to the ring body 13 and also radially displaceable relative to the latter, so that there is a possibility of centering the support surface 35 relative to the inner joint part 23 before the weld 37 is produced.
- connection between the ring body 13 and the joint base 14 is produced by interlocking shaft teeth 38 and a flange 39 formed on the ring body 13 and overlapping the joint base 14.
- the remaining features are in accordance with FIG. 1.
- an end cap 42 made of a slidable material is attached to the inner joint part 23, on which the spherical contact surface 36 is carried out directly.
- the end cap can also consist of a more elastic material, so that it also acts as a spring element to compensate for play and wear.
- the other details are completely the same as those in Figure 1.
- a support disk 40 made of a good sliding material is inserted into the joint base 14, in which the support surface 35 is formed directly.
- the support disk is in a recess 41 in the joint base 14 radially displaceable, so that a second possibility for centering the support surface 35 relative to the inner joint part 23 is given.
- the support disc can also consist of a higher elastic material, so that it also acts as a spring element for play and wear compensation. The other details are completely the same as those in Figure 1.
- the assembly sequence of the joint 11 will first be explained again with reference to FIG. 5.
- the design of the joint according to FIG. 5 corresponds completely to that of the joint according to FIG. 1, so that the same designation of the parts is chosen.
- the ring body 13 and the joint base 14 are separated from one another.
- the assembly starts from the ring body 13.
- the ball cage 17 is inserted; this can take place in the coaxial position of the parts with respect to one another, the areas of the guide surface 31 between the first ball tracks 22 engaging in the cutouts of the cage window 18 and the ball cage 17 being rotated after insertion by half a track distance.
- the balls 16 are then inserted, in particular from the larger opening side of the ring body 13 and out of the interior of the ball cage 17, into the cage windows 18 and the corresponding first ball tracks 22. Thereafter, from the smaller opening side of the ring body 13, the inner joint part 23 with the integral shaft 24 is inserted coaxially into the preassembled unit consisting of the ring body 13, balls 16 and ball cage 17, so that the balls 16 engage in the inner ball tracks 25.
- the inner joint part 23 is displaced in the direction of the joint opening 26 until the ball tracks 25 are in contact with the balls 16 and the balls 16 are in contact with the outer surfaces within the cage window 18.
- the ball cage 17 is axially supported in the inner spherical guide surface 31.
- the joint base 14 with the integrally formed shaft journal 15 is inserted into the ring body 13 and brought into abutment with the inner joint part 23. Afterwards and in this position or after a slight withdrawal of the joint base 14 by an intended axial joint play, the joint base 14 is welded to the ring body 13 in the manner shown.
- the representation b) shows the forces acting on the ball cage 17 from the outside with arrows, namely the forces exerted by the balls 16 on the outer boundary of the cage window 18 and the forces exerted by the inner guide surface 31 in the ring body 13 on the outer surface 32 with opposite axial component.
- the forces exerted on the outer joint part 12 are represented by arrows, namely those from the inner joint part 23 on the joint base 14, that from the ball cage 17 on the inner guide surface 31 and the forces exerted by the balls 16 on the first ball tracks 22.
- the internal force flow between these forces in the outer joint part 12 is shown by a dashed line.
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Abstract
Kugelgleichlauffestgelenk (11), umfassend ein Gelenkaussenteil (12) mit einer ersten Achse A1, ein Gelenkinnenteil (23) mit einer zweiten Achse A2, jeweils in Ebenen durch die erste Achse und zweite Achse mit gekrümmten Mittellinien verlaufende erste Kugelbahnen (15) im Gelenkaussenteil (12) und zweite Kugelbahnen im Gelenkinnenteil (23), Kugeln (16), die in Paaren von einander zugeordneten ersten Kugelbahnen (15) und zweiten Kugelbahnen (25) laufen, einen Käfig (17), der umfangsverteilte Käfigfenster (18) zur Aufnahme von Kugeln (16) aufweist und diese jeweils in der winkelhalbierenden Ebene zwischen der ersten Achse A1 und der zweiten Achse A2 hält, mit den Merkmalen: der Kugelkäfig (17) ist im Gelenkaussenteil (12) axial zur ersten Achse A1 formschlüssig fixiert, das Gelenkinnenteil (23) ist unmittelbar gegenüber dem Kugelkäfig (17) axial entlang der zweiten Achse frei verschieblich gestaltet, das Gelenkinnenteil (23) stützt sich am Gelenkaussenteil (12) in der zweiten axialen Richtung mittelbar über die Kugeln (16) und den Käfig (17) ab, das Gelenkaussenteil (12) umfasst einen die Kugelbahnen formenden Ringkörper (13) und einen davon separat hergestellten Gelenkboden (14), der Gelenkboden (14) ist bei zunächst gegebener axialer Verstellbarkeit gegenüber dem Ringkörper (13) in diesem axial festgesetzt.
Description
Kugelgleichlauffestgelenk mit mehrteiligem Gelenkaußenteil
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Kugelgleichlauffestgelenk umfassend ein Gelenkaußenteil mit einer ersten Achse, das - glockenförmig - einen Gelenkboden in einer ersten axialen Richtung gelegen und eine Gelenköffnung in einer zweiten axialen Richtung gelegen bezüglich dieser ersten Achse aufweist, ein Gelenkinnenteil mit einer zweiten Achse, das innerhalb des Gelenkaußenteils liegt und jeweils bezüglich dieser zweiten Achse sich in einer ersten axialen Richtung orientiert am Gelenkaußenteil abstützt und mit einer in eine zweite axiale Richtung weisenden Welle verbunden ist, jeweils in Ebenen durch die erste Achse und die zweite Achse mit gekrümmten Mittellinien verlaufende erste Kugelbahnen im Gelenkaußenteil und zweite Kugelbahnen im Gelenkinnenteil, Kugeln, die in Paaren von einander zugeordneten ersten Kugelbahnen und zweiten Kugelbahnen laufen, einen Käfig, der umfangsverteil- te Käfigfenster zur Aufnahme von Kugeln aufweist und diese jeweils in der Winkelhalbierenden Ebene zwischen der ersten Achse und der zweiten Achse hält. Festgelenke dieser Art sind im weiteren Sinne als Rzeppa-Festgelenke (RF-Gelenke) bekannt. Sie schließen im Sinne der vorliegenden Erfindung speziell Kreisbahn oder angular-contact-Gelenke (AC-Gelenke) und Hinterschnittfrei Bahn bzw. undercutfree-Gelenke (UF-Gelenke) ein. Diese Gelenke erfüllen jeweils die allgemeine Gesetzmäßigkeit von Kugelgleichlaufgelenken, nach denen die gekrümmten Mittellinien der ersten Kugelbahnen und der zweiten Kugelbahnen symmetrisch zueinander verlaufen, wobei als Symmetriebene die Ebene der Kugelmittelpunkte bzw. die Winkelhalbierende Ebene zwischen der ersten Ach-
se und der zweiten Achse in Erscheinung tritt. Gelenke dieser Art haben die Eigenheit, daß sich unter Drehmoment resultierende Axialkräfte zwischen Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil aufbauen, die das Gelenkinnenteil ins Innere des Gelenkaußenteils drängen. Diese Kräfte müssen vom Kugelkäfig aufgefangen werden, der dadurch sehr hoch belastet ist.
Aus der DE 42 28 482 A1 ist es bereits bekannt, UF- Gelenke so auszuführen, daß sich das Gelenkinnenteil unmittelbar oder mittelbar am Gelenkboden des Gelenkaußenteils abstützt.
Aus der DE 42 30 639 A1 ist es bereits bekannt, UF-Gelenke mit einem als separates Bauteil ausgebildeten Gelenkboden auszuführen, an dem sich das Gelenkinnenteil unmittelbar oder mittelbar abstützt.
In beiden Fällen erfolgt die Gelenkmontage vollständig von der Öffnungsseite des Gelenkaußenteils her, durch die Käfig, Kugeln und Gelenkinnenteil eingeführt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kugelgleichlauffestgelenke der genannten Art kostengünstig herzustellen und mit verbesserten Eigenschaften auszustatten. Die Lösung hierfür liegt in Kugelgleichlaufgelenken der eingangs genannten Art mit den Merkmalen
- der Kugelkäfig ist im Gelenkaußenteil axial zur ersten Achse formschlüssig fixiert,
- das Gelenkinnenteil ist unmittelbar gegenüber dem Kugelkäfig axial zur zweiten Achse zumindest über einen Teilbereich frei verschieblich geformt,
- das Gelenkinnenteil stützt sich am Gelenkaußenteil in der zweiten axialen Richtung mittelbar über die Kugeln und den Käfig ab,
- das Gelenkaußenteil umfaßt einen die Kugelbahnen formenden Ringkörper und einen davon separat hergestellten Gelenkboden,
- der Gelenkboden ist bei zunächst gegebener axialer Verstell barkeit im Ringkörper gegen Verschiebung in der ersten axialen Richtung festgesetzt.
Mit dieser konstruktiven Lösung ist ein Verfahren zur Montage eines Gelenks mit den vorgehaltenen Merkmalen mit den folgenden Montageschritten verbunden
- der Kugelkäfig wird von der Öffnungsseite des Gelenkaußenteils in den Ringkörper eingesetzt,
- die Kugeln werden vom Inneren des Kugelkäfigs aus in die Käfigfenster eingeführt,
- das Gelenkinnenteil wird durch die für den Gelenkboden vorgesehene Öffnung im Ringkörper in den Ringkörper eingeführt,
- der Gelenkboden wird in den Ringkörper eingesetzt, wobei er mit dem Gelenkinnenteil und dieses über die Kugeln und den Kugelkäfig mit dem Gelenkaußenteil in Anlage gebracht wird, der Gelenkboden wird im Ringkörper festgelegt.
Nach einer Variante dieses Verfahrens kann nach dem Erreichen der genannten Anlage der Gelenkboden zunächst um einen definierten Betrag axial zurückgezogen und dann im Ringkörper festgesetzt werden, um ein definiertes Spiel im Gelenk zu erzeugen.
Charakteristisch ist hierbei, daß das Gelenkaußenteil aus zwei separaten Bauteilen, nämlich dem die ersten Kugelbahnen bildenen Ringkörper und dem Gelenkboden gefügt ist, wobei jedes für sich mit geringerem Umformgrad darstellbar ist, als ein einstückiges glockenförmiges Gelenkaußenteil. Infolge dieser Bauweise kann eine Montage durchgeführt werden, bei der das Gelenkinnenteil in koaxialer Ausrichtung zum Gelenkaußenteil durch die für den Gelenkboden vorgesehene Öffnung im Ringkörper eingeführt wird. Hieraus ergibt sich eine axiale Abstützung zwischen Gelenkinnenteil und Gelenkboden nach innen, die mit einer relativen axialen Abstützung zwischen Gelenkinnenteil, Kugeln, Kugelkäfig und Ge-
lenkaußenteil nach außen einhergeht . Innerhalb dieser genannten Abstützung kann auch ein definiertes Spiel vorgesehen sein. Der Kugelkäfig wird hierbei stark entlastet, insbesondere wird er frei von Zugkräften gehalten.
Nach einer günstigen Ausführung kann während der Montage zunächst eine radiale Verstellbarkeit des Gelenkbodens gegenüber dem Gelenkinnenteil vorgesehen sein, wobei sich der Gelenkboden auf dem Gelenkinnenteil zentrieren kann und danach die Festsetzung des Gelenkbodens gegenüber dem Ringkörper erfolgt, insbesondere durch Verschweißen der beiden Teile.
In abweichender Ausgestaltung kann der Gelenkboden in dem Ringkörper des Gelenkaußenteils zentriert sein. Hierfür können beispielsweise am Gelenkboden und am Ringkörper ineinander greifende Wellenverzahnungen vorgesehen sein, die ineinander gesetzt werden, wobei eine axiale Fixierung beispielsweise durch eine Umbördelung am Ringkörper erfolgt. Es ist auch möglich, gehärtete Wellenverzahnung an einem der beiden Teile in das zuvor unbearbeitete Gegenstück einzupressen und danach die axiale Sicherung vorzunehmen.
Weitere Ausgestaltungsformen gehen dahin, daß das Gelenkinnenteil eine Endkappe umfaßt, die eine Anlagefläche bildet und sich unmittelbar an einer Abstützflache des Gelenkbodens abstützt oder daß der Gelenkboden eine Stützscheibe umfaßt, der eine Abstützflache bildet, an der sich das Gelenkinnenteil mit einer Anlagefläche abstützt. Sofern Endkappe oder Stützscheibe radial verschiebbar sind, ist eine Möglichkeit zur Zentrierung der sich abstützenden Flächen aufeinander gegeben.
Der Kugelkäfig kann eine durchgehend innenzylindrische Innenfläche haben, da diese Innenfläche keine axiale Abstützfunktion übernimmt. Dies erleichtert die Herstellung. Alternativ kann der Käfig eine teilweise innenzylindrische Innenfläche haben, die
von der Mitte ausgehend in Richtung zur Gelenköffnung in Sinne einer Wandverstärkung des Käfigs nach innen eingezogen ist.
Zwischen Gelenkinnenteil und Gelenkboden bzw. den ensprechenden Zwischen- oder Einsatzkörpern kann zum Spielausgleich ein Federelement vorgesehen sein. Die gleiche Funktion kann durch eine höhere Elastizität der genannten Endkappe bzw. der genannten Stützscheibe bewirkt werden.
Durch die vorgegebene Montageart kann das Gelenkinnenteil nahtlos einstückig mit der anschließenden Welle ausgeführt werden, da aufgrund der Axialmontage Beugebewegungen, die durch die Welle behindert werden könnten, während der Montage entfallen. Die Teilezahl kann hierdurch reduziert werden. Das Gelenkinnenteil kann durch Anstauchen der Welle gebildet werden.
In ähnlicher Weise kann der Gelenkboden einstückig mit einem angeformten Wellenzapfen ausgeführt werden. Dieser Zapfen kann als Vollzapfen oder als Hohlzapfen ausgebildet werden.
Das erfindungsgemäße Gelenk zeichnet sich durch folgende Vorteile aus .
Das Gelenk weist eine axial bestimmte Verbauung auf, mit der Spiele und Toleranzen bei der Montage ausgeglichen werden können, d.h. sie sind am fertig montierten Gelenk eliminiert. Hierdurch kann gegebenenfalls eine Hartbearbeitung der Kugelbahn vollständig entfallen und gleichzeitig auf ein Klassieren von Gelenkbauteilen zur Reduzierung der Spiele verzichtet werden.
Die Käfigfenster können in Umfangsrichtung können sehr kurz ausgeführt werden, da eine Überlänge zur Montage der Kugeln, wie sie beim Überbeugen des Gelenks notwendig ist, nicht erforderlich wird. Die Festigkeit des Käfigs wird somit gesteigert.
Eine Anpassung an unterschiedliche Einbaubedingungen des Gelenks kann durch Austausch durch Gelenkbodens mit angeformten Wellenzapfen bei Beibehaltung der übrigen Gelenkkomponenten in unveränderten Form erfolgen. Hierdurch reduziert sich die Teilevielfalt innerhalb eines Gesamtprogrammes .
Durch die separate Herstellung von Ringkörper und Gelenkboden mit angeformtem Wellenzapfen können neue Fertigungsverfahren in der Fertigung des Gelenkaußenteils am Ringkörper eingesetzt werden, wie Blechumformung eines geschweißten Ringkörpers, Blechumformung eines nahtlosen Rohrkörpers, spanende Bearbeitung aus einem ringförmigen Rohteil und anderes.
Durch die separate Herstellung von Ringkörper und Gelenkboden mit angeformtem Wellenzapfen können für diese Komponenten unterschiedliche, der jeweiligen Beanspruchung angepaßte Werkstoffe und Wärmebehandlungsverfahren vorgesehen werden, z.B. Verwendung eines einsatzgehärteten Ringkörpers in Verbindung mit einem induktivgehärteten Wellenzapfen oder einem aus vergütetem Material bestehenden Wellenzapfen.
Die Länge des Kugelkäfigs von der Mitte aus betrachtet zum Gelenkboden hin kann erheblich reduziert werden, da das Gelenkinnenteil axial abstützungsfrei gegenüber dem Kugelkäfig ist.
Eine mechanische Hartbearbeitung der Käfiginnenfläche kann entfallen, da das Gelenkinnenteil gegenüber dem Kugelkäfig axial verschieblich gestaltet ist und die genannte Käfiginnenfläche somit lastfrei ist.
Gegebenenfalls kann auf eine Härtung der genannten zum Gelenkboden hingelegenen Hälfte des Kugelkäfigs ganz verzichtet werden oder es kann gegebenenfalls der Kugelkäfig in seiner Käfigquerschnittsfläche erheblich schwächer ausgelegt werden, da eine günstigere Käfigbeanspruchung, insbesondere ein Wegfall der Zugbeanspruchung in den Käfigstegen vorliegt.
Der Umschlingungswinkel des Kugelkäfigs durch das Gelenkaußenteil kann auf der Seite der Gelenköffnung reduziert werden, d.h. das Gelenkaußenteil kann gekürzt werden, da die Käfigbelastung wie vorher angegeben wesentlich günstiger ausfällt und eine verminderte Abstützung des Kugelkäfigs durch die Führungsfläche hingenommen werden kann. Dies ermöglicht eine Vergrößerung des Gelenkbeugewinkels oder eine Vergrößerung des Wellendurchmessers.
Die Reibung zwischen Gelenkinnenteil und Gelenkboden im Bereich der gegenseitigen axialen Abstützung kann durch Verwendung von gut gleitfähigen Mitteln reduziert werden, z.B. durch reibungsarme Beschichtung des Gelenkinnenteils oder durch Bestückung mit einer reibungsmindernden Scheibe.
Eine Wärmebehandlung des Gelenkbodens auf der Innenseite kann entfallen, wenn eine harte verschleißfeste Scheibe im Gelenkboden eingesetzt wird. Durch die direkte axiale Abstützung des Gelenkinnenteiles am Gelenkboden können die Wirkungsgradverluste reduziert werden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenk in einer ersten Ausführung;
Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenk in einer zweiten Ausführung;
Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenk in einer dritten Ausführung;
Fig. 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenk in einer vierten Ausführung;
Fig. 5 zeigt die Darstellung der Kräfteeinleitung an einem erfindungsgemäßen Gelenk a) am Gelenkinnenteil b) am Kugelkäfig c) am Gelenkaußenteil;
Die Figuren 1 bis 4 werden nachstehend, soweit sie konstruktiv übereinstimmen, zunächst gemeinsam beschrieben.
In den Figuren 1 bis 4 ist jeweils ein erfindungsgemäßes Gleichlauffestgelenk 11 mit axial hinterschnittfreien Bahnen, also ein UF-Gelenk (undercut free) dargestellt. Dieses Gelenk umfaßt ein Gelenkaußenteil 12, das aus einem Bahnen bildenden Ringkörper 13 und einem Gelenkboden 14 zusammengesetzt ist. Am Gelenkboden 14 ist einstückig ein Wellenzapfen 15 angeformt. Die Achse des Gelenkaußenteils ist mit A1 bezeichnet. Innerhalb des Gelenkaußenteils 12 sitzt ein Gelenkinnenteil 23 ein, das einstückig mit einer Welle 24 verbunden ist. Die Achse des Gelenkinnenteils ist mit A2 bezeichnet. Bei Abbeugung des Gelenkes bilden die Achsen A1 , A2 einen Beugewinkel im Gelenkmittelpunkt M. Im Gelenkaußenteil 12 sind erste Kugelbahnen 22 ausgeführt, im Gelenkinnenteil 23 zweite Kugelbahnen 25. In den Paaren von 22, 25 Kugelbahnen ist jeweils eine der Kugeln 16 geführt, die von einem Kugelkäfig 17 in umfangsverteilten Käfigfenstern 18 aufgenommen sind. Den offenen Zwischenraum zwischen dem Gelenkaußenteil 12 und der Welle 24 überbrückt ein Faltenbalg 19, der mit Spannbändern 20, 21 auf den genannten Teilen festgelegt ist. Der Ringkörper 13 des Gelenkaußenteils 12 verfügt über eine innenkugelige Führungsfläche 31, die von den ersten Kugelbahnen 22 unterbrochen ist und in der der Kugelkäfig 17 mit einer außenkugeligen Außenfläche 32 geführt ist. Hiermit ist eine relative axiale Abstützung zwischen dem Gelenkaußenteil 12 und dem Kugelkäfig 17 gegeben. Der Kugelkäfig 17 verfügt über eine rein zylindrische Innenfläche 33, innerhalb derer die im wesentlichen sphärische Außenfläche 34 des Gelenkinnenteils 23 axial unabgestützt ver-
schiebbar ist. Das Gelenkaußenteil 13 hat im Bereich des Gelenkbodens 14 eine unmittelbar in diesem oder in einem Zwischenelement ausgeformte innenkugelige Anlagefläche 35. Mit dieser wirkt eine kugelige Anlagefläche 36 am Gelenkinnenteil 23 zusammen, die unmittelbar an diesem oder an einem mit diesem verbundenen Zusatzelement ausgeführt ist.
In Figur 1 ist sowohl die Abstützflache 35 unmittelbar im Gelenkboden 14 ausgeformt als auch die Anlagefläche 36 unmittelbar am Gelenkinnenteil 23 ausgebildet. Ringkörper 13 und Gelenkboden 14 sind über eine Schweißnaht 37 miteinander verbunden. Vor der Herstellung der Schweißnaht 37 ist der Gelenkboden 14 axial relativ zum Ringkörper 13 verschiebbar und ebenfalls radial gegenüber diesem verlagerbar, so daß eine Möglichkeit zur Zentrierung der Abstützfläche 35 gegenüber dem Gelenkinnenteil 23 vor dem Herstellen der Schweißnaht 37 gegeben ist.
In Figur 2 ist abweichend von Figur 1 die Verbindung zwischen Ringkörper 13 und Gelenkboden 14 durch ineinandergreifende Wellenverzahnungen 38 sowie eine am Ringkörper 13 ausgebildete den Gelenkboden 14 übergreifende Bördelung 39 hergestellt. Die übrigen Merkmale sind in Übereinstimmung mit Figur 1.
In Figur 3 ist abweichend von Figur 1 am Gelenkinnenteil 23 eine Endkappe 42 aus einem gleitfähigen Werkstoff angesetzt, an dem die kugelige Anlagefläche 36 unmittelbar ausgeführt ist. Die Endkappe kann zugleich aus einem höher elastischen Material bestehen, so daß sie zugleich als Federelement zum Spiel- und Verschleißausgleich wirkt. Die übrigen Einzelheiten stimmen vollkommen mit denen in Figur 1 überein.
In Figur 4 ist abweichend von Figur 1 in den Gelenkboden 14 eine aus gut gleitfähigem Material bestehende Stützscheibe 40 eingesetzt, in der die Abstützfläche 35 unmittelbar ausgebildet ist. Die Stützscheibe ist in einer Ausdrehung 41 im Gelenkboden 14
radial verlagerbar, so daß eine zweite Möglichkeit zur Zentrierung der Abstützfläche 35 gegenüber dem Gelenkinnenteil 23 gegeben ist. Auch die Stützscheibe kann zugleich aus einem höher elastischem Material bestehen, so daß sie zugleich als Federelement zum Spiel- und Verschleißausgleich wirkt. Die übrigen Einzelheiten stimmen vollkommen mit denen in Figur 1 überein.
Anhand von Figur 5 soll zunächst die Montagereihenfolge des Gelenks 11 nochmals erläutert werden. Die Ausführung des Gelenks nach Figur 5 enspricht vollständig der des Gelenks nach Figur 1 , so daß die gleiche Bezeichnung der Teile gewählt ist. Vor Beginn der Montage sind der Ringkörper 13 und der Gelenkboden 14 voneinander getrennt. Die Montage geht vom Ringkörper 13 aus. In diesen wird der Kugelkäfig 17 eingeführt; dies kann in koaxialer Stellung der Teile zueinander erfolgen, wobei die Bereiche der Führungsfläche 31 zwischen den ersten Kugelbahnen 22 in die Ausschnitte der Käfigfenster 18 eingreifen und der Kugelkäfig 17 nach dem Einführen um einen halben Bahnabstand verdreht wird. Danach werden die Kugeln 16, insbesondere von der größeren Öffnungsseite des Ringkörpers 13 her und aus dem Inneren des Kugelkäfigs 17 heraus in die Käfigfenster 18 und die ensprechenden ersten Kugelbahnen 22 eingeführt. Hiernach wird von der kleineren Öffnungsseite des Ringkδrpers 13 aus das Gelenkinnenteil 23 mit der einstückigen angeformten Welle 24 koaxial in die vormontierte Einheit aus Ringkörper 13, Kugeln 16 und Kugelkäfig 17 eingesetzt, so daß die Kugeln 16 in die inneren Kugelbahnen 25 eingreifen. Das Gelenkinnenteil 23 wird hierbei in Richtung der Gelenköffnung 26 verschoben, bis die Kugelbahnen 25 mit den Kugeln 16 und die Kugeln 16 mit den äußeren Flächen innerhalb der Käfigfenster 18 in Kontakt sind. Hierbei stützt sich der Kugelkäfig 17 in der innenkugeligen Führungsfläche 31 axial ab. Anschließend wird der Gelenkboden 14 mit angeformten Wellenzapfen 15 in den Ringkörper 13 eingeführt und mit dem Gelenkinnenteil 23 in Anschlag gebracht. Hiernach und in dieser Stellung oder
nach einem geringem Zurücknehmen des Gelenkbodens 14 um ein vorgesehenes axiales Gelenkspiel wird der Gelenkboden 14 mit dem Ringkörper 13 in der gezeigten Weise verschweißt.
In Darstellung a) sind die auf das Gelenkinnenteil von außen einwirkenden Kräfte mit Pfeilen bezeichnet, der Kraftfluß im Gelenkinnenteil 23 ist mit einer gestrichelten Linie gezeigt. Hieraus ergibt sich, daß das Gelenkinnenteil 23 sich zum Gelenkboden 14 hin in der ersten axialen Richtung am Gelenkboden 14 abstützt und in der entgegengesetzten zweiten axialen Richtung zur Gelenköffnung 26 hin an den Kugeln 16 abstützt.
In der Darstellung b) sind die auf den Kugelkäfig 17 von außen einwirkenden Kräften mit Pfeilen dargestellt, nämlich die von den Kugeln 16 an der außenliegenden Begrenzung der Käfigfenster 18 ausgeübten Kräfte und die von der inneren Führungsfläche 31 im Ringkörper 13 auf die Außenfläche 32 ausgeübten Kräfte mit entgegengesetzter Axialkomponente .
In Darstellung c) sind die auf das Gelenkaußenteil 12 ausgeübten Kräfte mit Pfeilen dargestellt, nämlich die vom Gelenkinnenteil 23 auf den Gelenkboden 14, die vom Kugelkäfig 17 auf die innere Führungsfläche 31 und die von den Kugeln 16 auf die ersten Kugelbahnen 22 ausgeübten Kräfte. Der innere Kraftfluß zwischen diesen Kräften im Gelenkaußenteil 12 ist durch eine gestrichelte Linie gezeigt.
Kugelgleichlauffestgelenk mit mehrteiligem Gelenkaußenteil
Bezugszeichenliste
11 Kugelgleichlauffestgelenk
12 Gelenkaußenteil
13 Ringkörper
14 Gelenkboden
15 Wellenzapfen
16 Kugel
17 Kugelkäfig
18 Käfigfenster
19 Faltenbalg
20 Spannband
21 Spannband
22 erste Kugelbahn
23 Gelenkinnenteil
24 Welle
25 zweite Kugelbahn
26 Gelenköffnung
31 Führungsfläche (innenkugelig)
32 Außenfläche (außenkugelig)
33 Innenfläche (zylindrisch)
34 Außenfläche (sphärisch) 5 Abstützfläche (innenkugelig) 6 Anlagefläche (außenkugelig) 7 Schweißnaht 8 Wellenverzahnung 9 Bördelung
Stützscheibe
Ausdrehung
Endkappe
Claims
1. Kugelgleichlauffestgelenk (11), umfassend ein Gelenkaußenteil (12) mit einer ersten Achse A1 , das - glockenförmig - einen Gelenkboden (14) in einer ersten axialen Richtung gelegen und eine Gelenköffnung (26) in einer zweiten axialen Richtung bezüglich dieser ersten Achse A1 gelegen aufweist, ein Gelenkinnenteil (23) mit einer zweiten Achse A2, das innerhalb des Gelenkaußenteils (12) liegt und jeweils bezüglich dieser zweiten Achse A2 sich in einer ersten axialen Richtung am Gelenkaußenteil (12) abstützt und mit einer in eine zweite axiale Richtung weisenden Welle verbunden ist, jeweils in Ebenen durch die erste Achse und zweite Achse mit gekrümmten Mittellinien verlaufende erste Kugelbahnen (15) im Gelenkaußenteil (12) und zweite Kugelbahnen im Gelenkinnenteil (23),
Kugeln (16), die in Paaren von einander zugeordneten ersten Kugelbahnen (15) und zweiten Kugelbahnen (25) laufen, einen Käfig (17), der umfangsverteilte Käfigfenster (18) zur Aufnahme von Kugeln (16) aufweist und diese jeweils in der Winkelhalbierenden Ebene zwischen der ersten Achse A1 und der zweiten Achse A2 hält, mit den Merkmalen der Kugelkäfig (17) ist im Gelenkaußenteil (12) axial zur ersten Achse A1 formschlüssig fixiert, das Gelenkinnenteil (23) ist unmittelbar gegenüber dem Kugelkäfig (17) axial entlang der zweiten Achse frei verschieblich gestaltet, das Gelenkinnenteil (23) stützt sich am Gelenkaußenteil (12) in der zweiten axialen Richtung mittelbar über die Kugeln (16) und den Käfig (17) ab, das Gelenkaußenteil (12) umfaßt einen die Kugelbahnen formenden Ringkörper (13) und einen davon separat hergestellten Gelenkboden (14), der Gelenkboden (14) ist bei zunächst gegebener axialer Verstellbarkeit gegenüber dem Ringkörper (13) in diesem axial festgesetzt.
2. Gelenk nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gelenkboden (14) bei zunächst gegebener radialer Verstellbarkeit gegenüber dem Ringkörper (13) auf dem Gelenkinnenteil (23) zentriert im Ringkörper (13) festgesetzt ist.
3. Gelenk nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gelenkboden (14) im Ringkörper mittels ineinander greifender Wellenverzahnungen (38) radial fixiert ist.
4. Gelenk nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gelenkboden (14) mittels einer Umbördelung (39) am Ringkörper (13) axial gegenüber diesem fixiert ist. 1b
5. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gelenkboden (14) im Ringkörper (13) eingeschweißt ist.
6. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich das Gelenkinnenteil (23) mit einer unmittelbar an diesem ausgeführten Kugelfläche (36) an einer innenkugeligen Ring- oder Kalottenfläche (35) des Gelenkbodens (14) abstützt.
7. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gelenkinnenteil ein angesetztes Anschlagelement (42) umfaßt, das eine Kugelfläche (36) bildet, die sich an einer innenkugeligen Ring- oder Kalottenfläche (35) des Gelenkbodens (14) abstützt.
8. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gelenkboden (14) einen Einsatzkörper (40) aufweist, der eine innenkugelige Ring- oder Kalottenfläche (35) bildet, in der sich das Gelenkinnenteil (23) mit einer Kugelfläche (36) abstützt.
9. Gelenk nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Einsatzkörper (40) radial im Gelenkboden (14) verschiebbar ist.
10. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen Gelenkboden (14) und Gelenkinnenteil (23) axiale Federmittel wirksam sind.
11. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kugelkäfig (17) eine durchgehend innenzylindrische Innenfläche (33) hat.
12. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kugelkäfig (17) eine teilweise innenzylindrische Innenfläche (33) hat, die in der zweiten axialen Richtung im Sinne einer Wandverdickung des Kugelkäfigs nach innen eingezogen ist.
13. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Zapfen (15) einstückig mit dem Gelenkboden (14) verbunden ist.
14. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Welle (24) einstückig mit dem Gelenkinnenteil (23) verbunden ist.
15. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest eine der Flächen im Bereich der gegenseitigen axialen Ausführung vom Gelenkinnenteil (23) und Gelenkboden (14) mit einer reibungsarmen Beschichtung versehen ist.
16. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den Flächen im Bereich der gegenseitigen axialen Abstützung vom Gelenkinnenteil (23) und Gelenkboden (14) eine reibungsmindernde Scheibe eingesetzt ist.
17. Verfahren zur Montage eines Gelenkes nach einem der Ansprüche 1 bis 16 mit den folgenen Montageschritten,
der Kugelkäfig (17) wird von der Öffnungsseite (26) des Gelenkaußenteils (12) in den Ringkörper (13) eingesetzt, die Kugeln (16) werden vom Inneren des Kugelkäfigs (17) aus in die Käfigfenster (18) eingeführt, das Gelenkinnenteil (23) wird durch die für den Gelenkboden (14) vorgesehene Öffnung im Ringkörper (13) in den Ringkörper (13) eingeführt, der Gelenkboden (14) wird in den Ringkörper (13) eingesetzt, mit den Kugeln (16) in Anschlag gebracht und im Ringkörper (13) festgelegt.
8. Verfahren zur Montage eines Gelenkes nach einem der Ansprüche 1 bis 16 mit den folgenen Montageschritten,
der Kugelkäfig (17) wird von der Öffnungsseite (26) des Gelenkaußenteils (12) in den Ringkörper (13) eingesetzt, die Kugeln (16) werden vom Inneren des Kugelkäfigs (17) aus in die Käfigfenster (18) eingeführt, das Gelenkinnenteil (23) wird durch die für den Gelenkboden (14) vorgesehene Öffnung im Ringkörper (13) in den Ringkörper (13) eingeführt, der Gelenkboden (14) wird in den Ringkörper (13) eingesetzt, mit den Kugeln (16) in Anschlag gebracht, um ein definiertes Axialspiel zurückgezogen und im Ringkörper (13) festgelegt.
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