WO2005028896A1 - Kugelfestgelenk mit gedrehten bahnquerschnitten - Google Patents

Kugelfestgelenk mit gedrehten bahnquerschnitten Download PDF

Info

Publication number
WO2005028896A1
WO2005028896A1 PCT/EP2004/006090 EP2004006090W WO2005028896A1 WO 2005028896 A1 WO2005028896 A1 WO 2005028896A1 EP 2004006090 W EP2004006090 W EP 2004006090W WO 2005028896 A1 WO2005028896 A1 WO 2005028896A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
joint
tracks
ball
ball tracks
balls
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/006090
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Schwärzler
Heiko Harnischfeger
Original Assignee
Gkn Driveline Deutschland Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102004018721A external-priority patent/DE102004018721B4/de
Application filed by Gkn Driveline Deutschland Gmbh filed Critical Gkn Driveline Deutschland Gmbh
Priority to US10/568,670 priority Critical patent/US7591730B2/en
Priority to JP2006524231A priority patent/JP2007503556A/ja
Publication of WO2005028896A1 publication Critical patent/WO2005028896A1/de

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/20Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members
    • F16D3/22Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts
    • F16D3/223Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts
    • F16D3/2233Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts where the track is made up of two curves with a point of inflexion in between, i.e. S-track joints
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/20Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members
    • F16D3/22Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts
    • F16D3/223Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts
    • F16D3/2237Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts where the grooves are composed of radii and adjoining straight lines, i.e. undercut free [UF] type joints
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/20Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members
    • F16D3/22Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts
    • F16D3/223Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts
    • F16D3/224Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts the groove centre-lines in each coupling part lying on a sphere
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/20Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members
    • F16D3/22Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts
    • F16D3/223Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts
    • F16D2003/22303Details of ball cages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/20Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members
    • F16D3/22Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts
    • F16D3/223Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts
    • F16D2003/22306Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts having counter tracks, i.e. ball track surfaces which diverge in opposite directions
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/20Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members
    • F16D3/22Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts
    • F16D3/223Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts
    • F16D2003/22309Details of grooves
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S464/00Rotary shafts, gudgeons, housings, and flexible couplings for rotary shafts
    • Y10S464/904Homokinetic coupling
    • Y10S464/906Torque transmitted via radially spaced balls

Definitions

  • the invention relates to constant velocity joints in the form of fixed joints having the features: an outer joint part having a longitudinal axis L12 and axially opposite each other has a connection side and an opening side and the outer ball tracks, an inner joint part, which has a longitudinal axis L13 and connecting means for one to the opening side of Joint outer shaft has facing and has the inner ball tracks, the outer ball tracks and the inner ball tracks form pairs of tracks together, the pairs of tracks each take a torque transmitting ball, two adjacent pairs of tracks have outer ball tracks whose center lines lie in mutually substantially parallel planes E1, E2 , and inner ball tracks whose center lines lie in mutually substantially parallel planes E1 ⁇ E2 ', an annular ball cage sits between the outer joint part and the inner joint part and has circumferentially distributed cage windows, each of the torsübüb take the receiving balls of two adjacent pairs of tracks, the centers K- ⁇ , K 2 of the balls are held by the ball cage in the extended joint in the joint center plane EM and guided in articulation on the bise
  • the present invention has for its object to propose joints of the type mentioned, which have the most favorable load conditions under torque load regardless of the torque transmission direction.
  • the track centerlines M22 of the outer ball tracks and the track center lines M23 of the inner ball tracks lie in planes E1, E2 parallel to each other and parallel to the longitudinal axes L12, L13 of the joint and through the ball centers of the balls of two adjacent Course pairs are lost.
  • the joint is designed as a twin-ball joint, wherein the opening angle ⁇ i, ⁇ 2 between the tangents to the baselines of two adjacent pairs of tracks at an extended joint in the joint median plane EM respectively in the same direction, in particular to the connection side of the outer joint part open ,
  • the joint is designed as a counter track joint, wherein the opening angle ⁇ -i, ⁇ 2 between the tangents to the web base lines in the joint center plane EM two adjacent pairs of tracks open in the joint center plane EM in the opposite direction with the joint extended ,
  • the balls of two adjacent pairs of tracks on stretched joint different pitch circle radii are PCR.
  • the track center lines M22 1 t M22 2 of the outer ball tracks in the first planes E1, E2 extend, each parallel to each other and through the ball centers of the balls of two adjacent pairs of tracks and the same from the joint center M perpendicular Have distance, where they form with parallel to the longitudinal axes L12, L13 crossing angle ⁇ 0
  • the track center lines M23 ⁇ , M23 2 of the inner ball tracks in second planes E1 ⁇ E2 ', each parallel to each other and through the ball centers of the balls of two adjacent Path pairs extend and have the same distance from the joint center M, wherein they form with parallel to the longitudinal axes L12, L13 crossing angle ⁇ 0 '.
  • angles ⁇ o and ⁇ o ' are equally large and oppositely directed, so that a crossing angle ⁇ 0 + ⁇ o' between the planes E1, E2 of the outer tracks and the planes E1 ', E2' of the inner tracks results.
  • the dependence of the spatial control angle ⁇ o, ⁇ 0 'on the balls of the torque transmission direction compensate.
  • the crossing angle ⁇ 0 , ⁇ o ' are chosen so that the spatial control angle of the ball tracks on the balls at right-handed torque Kr 0 and left-handed torque Kl 0 are the same size.
  • Kr 0 ⁇ 0 - cos ( ⁇ + ⁇ )
  • Kl 0 ⁇ 0 - cos ( ⁇ - ⁇ o).
  • the web cross-sections of the outer ball tracks and the inner ball tracks are formed by parabolic or elliptical sections or by pointed arches (gothic arches), which generate contact with the balls in two points.
  • the web cross-sections of the outer ball tracks and the inner ball tracks are formed by circular sections whose centers of curvature are at a distance from each other on the respective radial beam RS1, RS2 or the respective parallel straight lines PS1, PS2 and their radius of curvature is greater than the radius of the ball and each generate with the balls contact in only one point, which is located in the ground with no torque.
  • FIG. 1 shows, on a joint according to the invention, the features a) according to the invention in a half cross-section according to the section line C-C from FIG. 1b b) in the staggered longitudinal section according to the section line B-B from FIG.
  • Figure 2 shows an inventive joint as Twinballgelenk a) in axial view b) in longitudinal section according to the sectional planes AA, BB of Figure 2a;
  • FIG. 3 shows a joint according to the invention as a counter track joint a) in a cross section through the median plane EM b) in a longitudinal section according to the sectional plane A-A according to FIG. 3a c) in cross section according to the sectional plane B-B according to FIG.
  • FIG. 4 shows a joint according to the invention as a counter-track joint in an alternative embodiment a) in a cross-section through the median plane EM b) in a longitudinal section along the section line A-A from FIG.
  • FIG. 5 shows a partial cross section through a joint according to the invention in a first embodiment of the ball track cross section according to the section line C-C from FIG. 1 b;
  • FIG. 6 shows a partial cross section through a joint according to the invention in a second embodiment of the ball track cross section according to the section line C-C from FIG. 1b;
  • FIG. 7 shows the joint according to FIG. 1 in a modified form of representation a) in half cross-section along the section line C-C from FIG. 2b b) in the staggered longitudinal section according to the section line B-B from FIG.
  • FIG. 8 shows a partial cross section through an inventive joint with reference to FIG. 7;
  • FIG. 9 shows angular relationships after the joint according to FIG. 8 in an elevated position.
  • FIG. 1 a constant velocity fixed joint 11 is shown, the outer joint part 12, a Inner joint part 13, torque transmitting balls 14 and a ball cage 16 includes.
  • the balls are in outer ball tracks 22 ! , 22 2 and inner ball tracks 23 ⁇ , 23 2 held, the ball tracks adjacent balls 14 f 14 2 , 22 ⁇ pairs of tracks, 23 ⁇ 22 2 , 23 2 form.
  • RS1 and RS2 radial rays from the longitudinal axes L12, L13 through the centers K1, K2 of the balls 14 ⁇ , 14 2 are located .
  • S1 and S2 are cutting lines of planes E1, E2, E1 ⁇ E2 ', in which the center lines of the ball tracks lie, with the sectional plane CC, which can be considered approximately as a cross-sectional plane through the joint drawn.
  • planes E1, E2, E1 ⁇ E2 ' lie the center lines of the ball tracks.
  • These can be embodied as planes parallel to the longitudinal axes L12, L13 or as planes forming a crossing angle with the longitudinal axes L12, L13 and running parallel to one another in pairs.
  • the ball tracks are in each case symmetrical to symmetry axes ES1, ES2, which form equal opposing angles ⁇ oi, (po 2) with radial planes R1, R2 and which in the present case coincide with the radial beams RS1, RS2.
  • q> 02 is half the center angle between the radial rays RS1, RS2 through the centers of the balls 14- ⁇ , 14 2 referred to the longitudinal axes L12, L13 or half the opening angle between the two radial beams RS1, RS2 ,
  • ball tracks 22 2 , 22 3 with track centerlines M22, M23 are also shown, as well as the tangents T22, T23 to the ball track baselines in the plane CC.
  • tangents T22, T23 to the web baselines tangents T22 ', T23' pass to the track centerlines M22, M23, which are parallel to the tangents T22, T23 and lie in planes that are upwardly parallel to the longitudinal axes L12, L13 or each may be at an angle to the longitudinal axes L12, L13.
  • the tangents T22 ', T23' to the web centerlines M22, M23 form web angles ⁇ 0 with parallels L 'to the longitudinal axes L12, L13, the tangents T22', T23 'forming these web angles lying in the plane of the drawing in the first case and in FIG special case with respect to the plane of representation at the angles ⁇ 0 , ⁇ o 'are entangled.
  • FIGS. 2a and 2b will be described together below. It is a joint according to the invention shown as Twinballgelenk, with the same details are given the same reference numerals as in Figure 1. On the local description reference is made in this regard. It can be seen that the ball tracks 22, 23 ! and 22 2 , 23 2 of two adjacent, held in a common cage window 17 balls 14 ⁇ , 14 2 are designed to match according to the sectional planes AA and BB. The identifiable matching trajectory applies to all ball tracks of the joint. Joints of this type are referred to by the applicant as Twinballgelenke. In the scale shown, the details of the web cross sections are not recognizable in detail.
  • FIG. 3 An inventive joint is shown as a counter-track joint. The same details are given the same reference numerals as in FIG. The description is hereby incorporated by reference.
  • the ball tracks 22, 13 of first balls 14, which are held with second balls 14 2 in a common cage window 17 have a first opening angle .alpha.
  • a second opening angle ⁇ 2 To the joint opening and the second ball tracks 22 2 , 23 2 of these second balls 14 2 , which are held with the first balls 14 ⁇ in a common cage window, a second opening angle ⁇ 2 , the articulated to the which is open.
  • FIG. 4 a section line AA is drawn, which extends through two ball centers K1, K2 of the balls 14 ⁇ , 14 2 of two adjacent pairs of tracks and parallel to the longitudinal axes L12, L13.
  • Figure 4b it can be seen that the center lines M22 of the outer ball tracks 22 ⁇ , 22 2 lie in planes E1, E2, which form an angle ⁇ o with the longitudinal axis L12, while the center lines M23 of the inner ball tracks (23 1, 23 2 ) in each other lie parallel planes E1 ', E2', which form with the longitudinal axis L13 an equal large, oppositely applied angle ⁇ o '.
  • the cross sections of the ball tracks of each pair of tracks are formed from circular arcs whose centers M1a, M1i; M2a, M2i lie on the respective radial beam RS1, RS2, the radii Ra, Ri being significantly larger than the spherical radius. This results in torque-free contact of the balls 14- ⁇ , 14 2 with the ball tracks 22 ⁇ , 23 ⁇ , 22 2 , 23 2 each in the track base.
  • FIG. 7 The illustrations of FIG. 7 will be described together below. The same details are given the same reference numerals as in FIG. The foregoing description is hereby incorporated by reference.
  • the rolling circle radius PCR is divided according to its two components PCRx and PCRy with respect to the axes x perpendicular to the section plane B-B and y parallel to the section plane B-B.
  • FIG. 7b the movement of the ball 14 2 is shown at a deflection of the inner joint part 13 towards the outer joint part 12 to the left by an angle ⁇ , wherein the ball shifts with respect to the center M by an angle ⁇ / 2 with respect to the outer joint part 12.
  • the rolling circle radii PCRy (O) are shown with the joint extended and PCRy ( ⁇ / 2) with the joint bent by the angle ⁇ . Due to the trajectory, PCRy ( ⁇ / 2) is larger than PCRy (O).
  • PCR 0 V (PCRx 0 2 + PCRy 0 2 )
  • the ball is along the ball track at other positions. Assuming that the ball tracks lie in planes that are parallel to one another and parallel to the longitudinal axes L12, L13, PCRx is unchanged here while PCRy can vary. Thus, the angle ⁇ between the center plane through the longitudinal axes L 2, L 13 and the axis Y and the radial beam RS from the joint center M through the ball center K changes slightly.
  • the centers of curvature M1i and M1a or M2i and M2a must lie in planes which are spanned by the radial beams RS1, RS2 and the longitudinal axes L12, L13.
  • the centers M1i and M1a each lie in a plane which is parallel to the planes containing the web centerlines.
  • the line of action axis of symmetry of the web cross-section
  • the track center point M1 0 shifts in the plane E1 in the track center point M A radial beam from the joint center M or the longitudinal axis through the track center deviates from the radial beam RS1 by the angle ⁇ .
  • the distance between the centers M, M 'and Mio, Mi is designated ⁇ PCRy.
  • FIG. 9 shows the angle ratios from FIG. 8 in enlarged detail.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Bearings For Parts Moving Linearly (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

Gleichlaufgelenk in Form eines Festgelenkes mit den Merkmalen: ein Gelenkaussenteil 12, das eine Längsachse und axial zueinander entgegengesetzt liegend eine Anschlußseite und eine Öffnungsseite hat und das äußere Kugelbahnen 221, 222 aufweist, ein Gelenkinnenteil 13, das eine Längsachse und Anschlußmittel für eine zur Öffnungsseite des Gelenkaussenteils 12 weisende Welle hat und das innere Kugelbahnen 231, 232 aufweist, die äusseren Kugelbahnen und die inneren Kugelbahnen bilden Bahnpaare 221, 231; 222, 232 miteinander, die Bahnpaare nehmen jeweils eine drehmomentübertragende Kugel 141, 142 auf, jeweils zwei benachbarte Bahnpaare haben äußere Kugelbahnen 221, 222, deren Mittellinien in zueinander im wesentlichen parallelen Ebenen E1, E2 liegen, und innere Kugelbahnen 231, 232, deren Mittellinien in zueinander im wesentlichen parallelen Ebenen E1', E2' liegen, ein ringförmiger Kugelkäfig 16 sitzt zwischen Gelenkaussenteil 12 und Gelenkinnenteil 13 und weist umfangsverteilte Käfigfenster 17 auf, die jeweils die drehmomentübertragenden Kugeln 141,142 zweier benachbarter Bahnpaare 221, 231; 222, 232 aufnehmen, die Mittelpunkte K1, K2 der Kugeln 141, 142 werden beim gestreckten Gelenk vom Kugelkäfig 16 in der Gelenkmittelebene gehalten und bei Gelenkbeugung auf die winkelhalbierende Ebene zwischen den Längsachsen geführt, die Bahnquerschnitte der äusseren Kugelbahnen 221, 222 und der inneren Kugelbahnen 231, 232 eines jeden Bahnpaares sind symmetrisch zu Symmetrieachsen ES1 ES2, die mit den Ebenen E1, E2, E1', E2' gleich grosse entgegengesetzt angetragene Winkel bilden und jeweils einen gemeinsamen Punkt haben.

Description

Kugelfestgelenk mit gedrehten Bahnquerschnitten
Beschreibung
Die Erfindung betrifft Gleichlaufgelenke in Form von Festgelenken mit den Merkmalen: ein Gelenkaußenteil, das eine Längsachse L12 und axial zueinander entgegengesetzt liegend eine Anschlußseite und eine Öffnungsseite hat und das äußere Kugelbahnen aufweist, ein Gelenkinnenteil, das eine Längsachse L13 und Anschlußmittel für eine zur Öffnungsseite des Gelenkaußenteils weisende Welle hat und das innere Kugelbahnen aufweist, die äußeren Kugelbahnen und die inneren Kugelbahnen bilden Bahnpaare miteinander, die Bahnpaare nehmen jeweils eine drehmomentübertragende Kugel auf, jeweils zwei benachbarte Bahnpaare haben äußere Kugelbahnen, deren Mittellinien in zueinander im wesentlichen parallelen Ebenen E1 , E2 liegen, und innere Kugelbahnen deren Mittellinien in zueinander im wesentlichen parallelen Ebenen E1 \ E2' liegen, ein ringförmiger Kugelkäfig sitzt zwischen Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil und weist umfangsverteilte Käfigfenster auf, die jeweils die drehmomentübertragenden Kugeln zweier benachbarter Bahnpaare aufnehmen, die Mittelpunkte K-ι, K2 der Kugeln werden vom Kugelkäfig beim gestreckten Gelenk in der Gelenkmittelebene EM gehalten und bei Gelenkbeugung auf die Winkelhalbierende Ebene zwischen den Längsachsen L12, L13 geführt. Gelenke dieser Art sind beispielsweise aus der DE 44 40 295 C1 bekannt. Bei diesen Gelenken kann Drehmoment jeweils nur von der Hälfte der Kugeln in jeder Drehmomentrichtung übertragen werden.
Gelenke ähnlicher Art sind weiterhin aus der DE 100 33 491 A1 bekannt. Hierbei sind die äußeren Kugelbahnen und inneren Kugelbahnen im Querschnitt durch Kreisbögen definiert, wobei die jeweilige Symmetrieachse der Kugelbahnquerschnitte in den Ebenen liegt, die die Bahnmittellinien enthalten. Dies führt unter Drehmoment abhängig von der Drehmomentrichtung zu ungünstigen Belastungsverhältnissen an den Bahnkanten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Gelenke der genannten Art vorzuschlagen, die unter Drehmomentbelastung möglichst günstige Belastungsverhältnisse unabhängig von der Drehmomentübertragungsrichtung aufweisen.
Die Lösung hierfür liegt in Gelenken der genannten Art, bei denen die Bahnquerschnitte der äußeren Kugelbahnen und der inneren Kugelbahnen eines jeden Bahnpaares symmetrisch zu Symmetrieachsen ESi, ES2, die mit Ebenen E1, E2, E1\ E2' gleich große entgegengesetzt angetragene Winkel φ1 ( φ2 bilden und jeweils einen gemeinsamen Punkt M, M' haben. Hierbei ist vorgesehen, daß die Winkel φ-i, φ2 im Bereich von 0,8 ... 1 ,3 φ0 liegen, wobei 2φo der Mittelpunktswinkel beim gestreckten Gelenk zwischen Radialstrahlen RS1 , RS2 durch die Kugelmitten K1 , K2 der Kugeln zweier benachbarter Bahnpaare ist. Die Bedeutung dieser Angabe läßt sich wie folgt näher erklären. Wenn φ1 ( φ2 gleich φo sind, ergibt es sich, daß die Bahnquerschnitte der äußeren Kugelbahnen und der inneren Kugelbahnen eines jeden Bahnpaares jeweils symmetrisch zu Radialstrahlen RS1 , RS2 von den Längsachsen durch die Kugelmitten K1 , K2 der drehmomentübertragenden Kugeln des Bahnpaares sind; wenn φ-i, φ2 ungleich cp0 sind, ergibt es sich, daß die Bahnquerschnitte der äußeren Kugelbahnen und der inneren Kugelbahnen eines jeden Bahnpaares jeweils symmetrisch zu in der Querschnittsebene liegenden Geraden PS^ PS2 sind, die parallel zu den Radialstrahlen RS1 , RS2 sind und die sich jeweils in einem gemeinsamen Punkt M' mit Abstand zu den Längsachsen L12, L13 schneiden. Hiermit wird bei Festgelenken, deren Kugeln in paarweise in im wesentlichen parallelen Ebenen E1 , E2, E1\ E2' verlaufenden Kugelbahnen geführt werden, wobei zur Erhöhung der Drehmomentbelastbarkeit jeweils zwei Kugeln in einem Käfigfenster aufgenommen werden, eine verbesserte Krafteinleitung in die Kugelbahnen sichergestellt, die unabhängig von der Drehmomentrichtung im wesentlichen gleiche Verhältnisse garantiert. Dies ist durch die symmetrische Ausgestaltung der Bahnquerschnitte jedes Bahnpaares relativ zu den Radialstrahlen RS1 , RS2 von der Längsachse L12, L13 durch die Kugelmitten K1 , K2 bzw. relativ zu solchen Radialstrahlen parallelen Geraden PS1 , PS2 sichergestellt. Hierbei sind geringe Abweichungen von der strengen Symmetrie im Verhältnis zu den einzelnen Radialstrahlen RS1, RS2 zulässig und gegebenenfalls vorteilhaft, insbesondere dann, wenn die Kugelbahnen mit Werkzeugen gefertigt werden, deren Bewegungsablauf auf definierten Ebenen verlaufen soll, wobei die Werkzeugachsen bevorzugt in sich parallel gehalten werden.
Nach einer ersten grundlegenden Ausgestaltungsform ist vorgesehen, daß die Bahnmittellinien M22 der äußeren Kugelbahnen und die Bahnmittellinien M23 der inneren Kugelbahnen in Ebenen E1 , E2 liegen, die zueinander parallel und parallel zu den Längsachsen L12, L13 des Gelenks und durch die Kugelmitten der Kugeln zweier benachbarter Bahnpaare verlaufen.
Hierbei wird vorgeschlagen, daß das Gelenk als Twinballgelenk ausgeführt ist, wobei die Öffnungswinkel αi, α2 zwischen den Tangenten an die Grundlinien zweier benachbarter Bahnpaare sich bei gestrecktem Gelenk in der Gelenkmittelebene EM jeweils in die gleiche Richtung, insbesondere zur Anschlußseite des Gelenkaußenteils hin, öffnen.
Nach einer zweiten grundlegenden Ausführungsform wird vorgeschlagen, daß das Gelenk als Gegenbahngelenk ausgeführt ist, wobei die Öffnungswinkel α-i, α2 zwischen den Tangenten an die Bahngrundlinien in der Gelenkmittelebene EM zweier benachbarter Bahnpaare sich bei gestrecktem Gelenk in der Gelenkmittelebene EM in entgegengesetzter Richtung öffnen. Hierbei wird insbesondere vorgeschlagen, daß sich die Kugeln zweier benachbarter Bahnpaare bei gestrecktem Gelenk auf verschiedenen Rollkreisradien PCR befinden.
Nach einer hierzu alternativen weiteren grundlegenden Ausgestaltungsform ist vorgesehen, daß die Bahnmittellinien M221 t M222 der äußeren Kugelbahnen in ersten Ebenen E1 , E2 verlaufen, die jeweils zueinander parallel und durch die Kugelmitten der Kugeln zweier benachbarter Bahnpaare verlaufen und die vom Gelenkmittelpunkt M gleichen senkrechten Abstand haben, wobei sie mit Parallelen zu den Längsachsen L12, L13 Kreuzungswinkel γ0 bilden, und daß die Bahnmittellinien M23ι, M232 der inneren Kugelbahnen in zweiten Ebenen E1\ E2' verlaufen, die jeweils zueinander parallel und durch die Kugelmitten der Kugeln zweier benachbarter Bahnpaare verlaufen und die vom Gelenkmittelpunkt M gleichen senkrechten Abstand haben, wobei sie mit Parallelen zu den Längsachsen L12, L13 Kreuzungswinkel γ0' bilden . Die Winkel γo und γo' sind gleich groß und entgegengesetzt gerichtet, so daß sich ein Kreuzungswinkel γ0 + γo' zwischen den Ebenen E1 , E2 der äußeren Bahnen und den Ebenen E1', E2' der inneren Bahnen ergibt.
Im Gegensatz zu der eingangs genannten Ausgestaltungsform, bei der sich die räumlichen Steuerwinkel an den Kugeln abhängig von der Richtung der Drehmomenteinleitung geringfügig verändert, ist es mit der vorstehenden Ausgestaltungsform möglich, die Abhängigkeit der räumlichen Steuerwinkel εo, ε0' an den Kugeln von der Drehmomentübertragungsrichtung auszugleichen. Hierfür wird insbesondere vorgesehen, daß die Kreuzungswinkel γ0, γo' so gewählt sind, daß die räumlichen Steuerwinkel der Kugelbahnen an den Kugeln bei rechtsdrehendem Drehmoment Kr0 und bei linksdrehendem Drehmoment Kl0 gleich groß sind.
Hierbei ist weiterhin vorgesehen, daß bei einem Mittelpunktswinkel 2φ0 zwischen den Radialstrahlen RS1 , RS2 durch die Kugelmitten der Kugeln zweier benachbarter Bahnpaare sich der Kreuzungswinkel γo nach der Gleichung γ0 = ε0- tanφ0 errechnet, damit die räumlichen Steuerwinkel bei rechtsdrehendem Drehmoment und linksdrehendem Drehmoment am Gelenk gleich groß sind.
Wenn die Bahnmittellinien in den achsparallelen Ebenen E1 , E2 liegen, ergeben sich aufgrund der Tatsache, daß die Kontaktwinkel δ für rechtsgerichtetes und linksge- richtetes Drehmoment symmetrisch zum Radialstrahl RS liegen, unterschiedliche räumliche Steuerwinkel für rechtsdrehendes und linksdrehendes Moment. Die räumlichen Steuerwinkel für die rechtsdrehende Belastung bzw. die linksdrehende Belastung sind
Kr0 = ε0- cos(δ + φ) Kl0 = ε0- cos(δ - φo).
Sie sind wegen des +/- φ0 Einflusses deutlich unterschiedlich.
Durch eine Drehung der Ebenen E1 , E2 um eine Hochachse um den Kreuzungswinkel γ0 kann erreicht werden, daß die räumlichen Steuerwinkel Kr0 = Klo gleich werden. Dies ist erfüllt für die Bedingung γ0 = ε0- tanφ0.
In einer ersten Ausgestaltungsform der Bahnquerschnitte ist vorgesehen, daß die Bahnquerschnitte der äußeren Kugelbahnen und der inneren Kugelbahnen durch Parabel- oder Ellipsenabschnitte oder durch Spitzbögen (gotische Bögen) gebildet werden, die jeweils mit den Kugeln in zwei Punkten Kontakt erzeugen.
In einer zweiten Ausgestaltungsform der Bahnquerschnitte ist vorgesehen, daß die Bahnquerschnitte der äußeren Kugelbahnen und der inneren Kugelbahnen durch Kreisabschnitte gebildet werden, deren Krümmungsmittelpunkte mit Abstand zueinander auf dem jeweiligen Radialstrahl RS1 , RS2 bzw. der jeweiligen dazu parallelen Geraden PS1 , PS2 liegen und deren Krümmungsradius größer als der Kugelradius ist und die mit den Kugeln jeweils Kontakt in nur einem Punkt erzeugen, der bei Drehmomentfreiheit im Bahngrund liegt.
Figur 1 zeigt an einem erfindungsgemäßen Gelenk die erfindungsgemäßen Merkmale a) im halben Querschnitt gemäß der Schnittlinie C-C aus Figur 1b b) im versetzten Längsschnitt gemäß der Schnittlinie B-B aus Figur 1a;
Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenk als Twinballgelenk a) in Axialansicht b) im Längsschnitt gemäß den Schnittebenen A-A, B-B aus Figur 2a;
Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenk als Gegenbahngelenk a) im Querschnitt durch die Mittelebene EM b) im Längsschnitt gemäß der Schnittebene A-A nach Figur 3a c) im Querschnitt gemäß der Schnittebene B-B nach Figur 3a;
Figur 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenk als Gegenbahngelenk in einer alternativen Ausführung a) im Querschnitt durch die Mittelebene EM b) in einem Längsschnitt gemäß der Schnittlinie A-A aus Figur 4a;
Figur 5 zeigt einen Teilquerschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gelenk in einer ersten Ausführung des Kugelbahnquerschnitts gemäß der Schnittlinie C-C aus Figur 1 b;
Figur 6 zeigt einen Teilquerschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gelenk in einer zweiten Ausführung des Kugelbahnquerschnitts gemäß der Schnittlinie C-C aus Figur 1b;
Figur 7 zeigt das Gelenk nach Figur 1 in abgewandelter Darstellungsform a) im halben Querschnitt gemäß der Schnittlinie C-C aus Figur 2b b) im versetzten Längsschnitt gemäß der Schnittlinie B-B aus Figur 2a;
Figur 8 zeigt einen Teilquerschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gelenk unter Bezugnahme auf Figur 7;
Figur 9 zeigt Winkelverhältnisse nach dem Gelenk gemäß Figur 8 in überhöhter Darstellung.
Die beiden Darstellungen der Figur 1 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. In Figur 1 ist ein Gleichlauffestgelenk 11 gezeigt, das ein Gelenkaußenteil 12, ein Gelenkinnenteil 13, drehmomentübertragende Kugeln 14 und einen Kugelkäfig 16 umfaßt. Jeweils zwei Kugeln 14ι, 142 sind in einem gemeinsamen Käfigfenster 17 des Kugelkäfigs aufgenommen. Die Kugeln sind in äußeren Kugelbahnen 22! , 222 und inneren Kugelbahnen 23ι, 232 gehalten, wobei die Kugelbahnen benachbarter Kugeln 14 f 142, Bahnpaare 22ι, 23^ 222, 232 bilden. Mit RS1 und RS2 sind Radialstrahlen von den Längsachsen L12, L13 durch die Mittelpunkte K1 , K2 der Kugeln 14ι, 142 eingezeichnet. Mit S1 und S2 sind Schnittlinien von Ebenen E1 , E2, E1\ E2', in denen die Mittellinien der Kugelbahnen liegen, mit der Schnittebene C-C, die annähernd als Querschnittsebene durch das Gelenk angesehen werden kann, eingezeichnet. In diesen Ebenen E1 , E2, E1\ E2' liegen die Mittellinien der Kugelbahnen. Diese können als zu den Längsachsen L12, L13 parallele Ebenen oder als mit den Längsachsen L12, L13 einen Kreuzungswinkel bildende, zueinander paarweise parallele Ebenen ausgeführt sein. Die Kugelbahnen sind jeweils symmetrisch zu Symmetrieachsen ES1 , ES2, die mit Radialebenen R1 , R2 gleich große entgegengesetzte Winkel φoi, (po2 bilden und die im vorliegenden Fall mit den Radialstrahlen RS1 , RS2 übereinstimmen.
Mit φ0ι, q>02 ist jeweils der halbe Mittelpunktswinkel zwischen den Radialstrahlen RS1 , RS2 durch die Mittelpunkte der Kugeln 14-ι, 142 bezogen auf die Längsachsen L12, L13 bzw. der halbe Öffnungswinkel zwischen den zwei Radialstrahlen RS1 , RS2 eingezeichnet.
Ohne daß die Gestaltung der Kugelbahnen hier näher erkennbar wäre, soll diese so sein, daß bei rechtsdrehendem Moment auf das Gelenkinnenteil das Kräftepaar FR unter einem Winkel δ bezogen auf den Radialstrahl RS an der Kugel angreift und bei linksdrehendem Moment auf das Gelenkinnenteil das Kräftepaar FL unter dem gleich großen Winkel δ bezogen auf den Radialstrahl RS an der Kugel angreift. Der Angriffspunkt der Kräfte FR, FL stellt dabei die Kontaktpunkte der Kugelbahnen mit der Kugel unter Drehmoment dar.
In Figur 1b sind zudem Kugelbahnen 222, 223 mit Bahnmittellinien M22, M23 eingezeichnet, sowie die Tangenten T22, T23 an die Kugelbahngrundlinien in der Ebene C-C. Parallel zu diesen Tangenten T22, T23 an die Bahngrundlinien laufen Tangenten T22', T23' an die Bahnmittellinien M22, M23, die parallel zu den Tangenten T22, T23 verlaufen und die in Ebenen liegen, die nach obenstehendem parallel zu den Längsachsen L12, L13 oder jeweils unter einem Winkel zu den Längsachsen L12, L13 liegen können.
Die Tangenten T22', T23' an die Bahnmittellinien M22, M23 bilden jeweils Bahnwinkel ε0 mit einer Parallelen L' zu den Längsachsen L12, L13, wobei die diese Bahnwinkel bildenden Tangenten T22', T23' im erstgenannten Fall in der Zeichnungsebene liegen und im speziellen Fall gegenüber der Darstellungsebene unter den Winkeln φ0, φo' verschränkt sind.
Die Figuren 2a und 2b werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Es ist ein erfindungsgemäßes Gelenk als Twinballgelenk gezeigt, wobei gleiche Einzelheiten mit gleichen Bezugsziffern wie in Figur 1 belegt sind. Auf die dortige Beschreibung wird insoweit Bezug genommen. Hierbei ist erkennbar, daß die Kugelbahnen 22ι, 23! und 222, 232 zweier benachbarter, in einem gemeinsamen Käfigfenster 17 gehaltener Kugeln 14ι, 142 gemäß den Schnittebenen A-A und B-B übereinstimmend gestaltet sind. Der hierbei erkennbare übereinstimmende Bahnverlauf gilt für alle Kugelbahnen des Gelenks. Gelenke dieser Art werden von der Anmelderin als Twinballgelenke bezeichnet. Im dargestellten Maßstab sind die Einzelheiten der Bahnquerschnitte nicht im einzelnen erkennbar.
Die einzelnen Darstellungen der Figur 3 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Es ist ein erfindungsgemäßes Gelenk als Gegenbahngelenk gezeigt. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern wie in Figur 1 belegt. Auf die Beschreibung wird insoweit Bezug genommen. Wie anhand der verschiedenen Schnitte zu erkennen ist, weisen die Kugelbahnen 22-ι, 23ι von ersten Kugeln 14-ι, die mit zweiten Kugeln 142 in einem gemeinsamen Käfigfenster 17 gehalten werden, einen ersten Öffnungswinkel αi zur Gelenköffnung und die zweiten Kugelbahnen 222, 232 dieser zweiten Kugeln 142, die mit den ersten Kugeln 14ι in einem gemeinsamen Käfigfenster gehalten sind, einen zweiten Öffnungswinkel α2 auf, der zum Gelenkbo- den hin geöffnet ist.
Die hier für die Kugelbahnen eines Bahnpaares gezeigten Verhältnisse gelten entsprechend für alle Bahnpaare jeweils zweier benachbarter Kugeln, die in einem gemeinsamen Käfigfenster gehalten sind. Hierbei wechseln sich erste Bahnpaare und zweite Bahnpaare über dem Umfang abwechseln. Gelenke der hiermit bezeichneten Art werden von der Anmelderin als Gegenbahngelenke bezeichnet.
Die Darstellungen der Figur 4 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Bezüglich der in Figur 4 dargestellten Einzelheiten wird auf die Beschreibung der Figur 1 Bezug genommen. In Figur 4a ist eine Schnittlinie A-A eingezeichnet, die durch zwei Kugelmitten K1 , K2 der Kugeln 14ι, 142 zweier benachbarter Bahnpaare verläuft und parallel zu den Längsachsen L12, L13 verläuft. In Figur 4b ist erkennbar, daß die Mittellinien M22 der äußeren Kugelbahnen 22ι, 222 in Ebenen E1 , E2 liegen, die mit der Längsachse L12 einen Winkel γo bilden, während die Mittellinien M23 der inneren Kugelbahnen (231 ; 232) in zueinander parallelen Ebenen E1', E2' liegen, die mit der Längsachse L13 einen gleich großen, entgegengesetzt angetragenen Winkel γo' bilden.
In Figur 5 sind zwei benachbarte Bahnpaare 22! , 23ι; 222, 232 von zwei in einem Käfigfenster 17 gehaltenen Kugeln 14ι, 142 im Querschnitt gezeigt. Die Querschnittsform der Kugelbahnen ist jeweils symmetrisch zu den Radialstrahlen RS1 , RS2, die mit den Bahnquerschnittssymmetrieachsen ES1 , ES2 identisch sind. Die Kugelbahnmittellinien liegen in den Ebenen E1 und E2, die parallel zu Radialebenen R1 sind. Die Querschnittsform jeder Kugelbahn kann parabelartig oder gotisch (aus zwei Kreisbögen mit versetzten Mittelpunkten zusammengesetzt) sein, wobei in jeder der Kugelbahnen Zweipunktkontakt entsteht. Unabhängig von der Gelenkbeugestellung wird ein vorteilhafter Kraftangriffswinkel der vorher genannten Kräftepaare FR sichergestellt, der sich während der Gelenkbeugung im wesentlichen nicht ändert, so daß kein Auswandern der Kugeln zu den Bahnkanten hin stattfindet.
In Figur 6 sind zwei benachbarte Bahnpaare 22-ι, 23-ι; 222, 232 von zwei in einem Käfigfenster 17 gehaltenen Kugeln 14ι, 142 im Querschnitt gezeigt. Die Kugelbahnen der Bahnpaare 22-ι, 23-ι; 222, 232 sind auch hier symmetrisch zu den Radialstrahlen RS1 , RS2, die mit den Bahnquerschnittssymmetrieachsen ES1 , ES2 identisch sind. Die Kugelbahnmittellinien liegen in den Ebenen E1, E2, die parallel zu Radialebenen R1 sind. Die Querschnitte der Kugelbahnen jedes Bahnpaares werden aus Kreisbögen gebildet, deren Mittelpunkte M1a, M1i; M2a, M2i auf dem jeweiligen Radialstrahl RS1 , RS2 liegen, wobei die Radien Ra, Ri deutlich größer als der Kugelradius sind. Hierdurch entsteht bei Drehmomentfreiheit Kontakt der Kugeln 14-ι, 142 mit den Kugelbahnen 22ι, 23ι, 222, 232 jeweils im Bahngrund.
Die Darstellungen der Figur 7 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern wie in Figur 1 belegt. Auf die vorangehende Beschreibung wird insoweit Bezug genommen.
In Figur 7a ist der Rollkreisradius PCR nach seinen zwei Komponenten PCRx und PCRy bezüglich der Achsen x senkrecht zur Schnittebene B-B und y parallel zu Schnittebene B-B zerlegt.
In Figur 7b ist die Bewegung der Kugel 142 bei einer Abbeugung des Gelenkinnenteils 13 gegenüber dem Gelenkaußenteil 12 nach links um einen Winkel ß gezeigt, wobei sich die Kugel in Bezug auf den Mittelpunkt M um einen Winkel ß/2 gegenüber dem Gelenkaußenteil 12 verschiebt. Hierbei sind die Rollkreisradien PCRy(O) bei gestrecktem Gelenk und PCRy(ß/2) bei um den Winkel ß gebeugtem Gelenk gezeigt. Aufgrund des Bahnverlaufes ist PCRy(ß/2) größer als PCRy(O).
Für das nicht gebeugte Gelenk ergibt sich damit
PCR0 = V(PCRx0 2 + PCRy0 2)
und ein Teilungswinkel φ0) wobei sich der Teilungswinkel φ berechnet aus tanφ0 = PCRx0/PCRy0
und für das gebeugte Gelenk entsprechend PCR = V(PCRx2 + PCRy2)
und ein Teilungswinkel φ, wobei sich der Teilungswinkel φ berechnet aus tanφ = PCRx/PCRy.
Da sich längs der Kugelbahnen PCR und φ nur geringfügig ändern, haben auch Bahnen, die mit einem konstanten Winkel q>κ gegenüber den Längsebenen durch die Radialstrahlen R1 gefertigt werden, die erfindungsgemäß vorteilhafte Krafteinleitung in die Kugelbahnen.
Je nach Drehstellung des Gelenkes und abhängig vom Beugewinkel befindet sich die Kugel längs der Kugelbahn an anderen Stellungen. Unter der Voraussetzung, daß die Kugelbahnen in zueinander parallelen und zu den Längsachse L12, L13 parallelen Ebenen liegen, ist PCRx hierbei unverändert gleich, während PCRy variieren kann. Damit ändert sich der Winkel φ zwischen der Mittenebene durch die Längsachsen L 2, L13 und die Achse Y und dem Radialstrahl RS aus der Gelenkmitte M durch die Kugelmitte K geringfügig.
Um die erfindungsgemäße Symmetrie der Kugelbahnen exakt aufrechtzuerhalten, müssen die Krümmungsmittelpunkte M1i und M1a bzw. M2i und M2a in Ebenen liegen, die durch die Radialstrahlen RS1 , RS2 und die Längsachsen L12, L13 aufgespannt werden.
Gemäß der hier gezeigten Ausführung liegen daher die Mittelpunkt M1i und M1a jeweils in einer Ebene, die parallel zu den Ebenen liegt, die die Bahnmittellinien enthalten. Damit wird zwar die Wirkungslinie (Symmetrieachse des Bahnquerschnittes) nicht mehr in jeder Stellung exakt durch den Gelenkmittelpunkt M gehen, sondern durch einen Mittelpunkt M'. Die Abweichung a zwischen den beiden Ebenen ist hierbei relativ klein. Sie errechnet sich a = (PCRy(ß) - PCRy(O)) sinφ0 und die Abweichung der Symmetrieebene des Kugelbahnquerschnittes zum Radialstrahl beträgt
Δδ » a/PCR[rad.].
In Figur 8 sind gleiche Einzelheiten wie in Figur 4 mit gleichen Bezugsziffern belegt. Hierbei ist die Auswirkung der in Figur 7b dargestellten Kugelbewegung bei Gelenkbeugung für die Kugel 14-ι übernommen worden. Während die Mittellinien der Kugelbahnen immer in den Ebenen E1, E2 verlaufen, verlagern sich die Symmetrieebenen der Bahnquerschnitte, die nicht mehr durch die zweiten Radialstrahlen RS1, RS2 definiert werden, die sich im Gelenkmittelpunkt M schneiden, sondern durch die dazu parallelen Symmetrieachsen ES1f ES2, die sich im Punkt M' in der Radialebene R1 schneiden. Der Bahnmittelpunkt M10 verlagert sich in der Ebene E1 in den Bahnmittelpunkt M Ein Radialstrahl vom Gelenkmittelpunkt M bzw. der Längsachse durch den Bahnmittelpunkt weicht vom Radialstrahl RS1 um den Winkel Δδ ab. Der Abstand zwischen den Mittelpunkten M, M' und Mio, Mi ist mit ΔPCRy bezeichnet.
In Figur 9 sind die Winkelverhältnisse aus Figur 8 in vergrößerter Einzelheit dargestellt.

Claims

Kugelfestgelenk mit gedrehten BahnquerschnittenPatentansprüche
1. Gleichlaufgelenk in Form eines Festgelenkes mit den Merkmalen: ein Gelenkaußenteil (12), das eine Längsachse L12 und axial zueinander entgegengesetzt liegend eine Anschlußseite und eine Öffnungsseite hat und das äußere Kugelbahnen (22-ι, 222) aufweist, ein Gelenkinnenteil (13), das eine Längsachse L13 und Anschlußmittel für eine zur Öffnungsseite des Gelenkaußenteils (12) weisende Welle hat und das innere Kugelbahnen (23^ 232) aufweist, die äußeren Kugelbahnen und die inneren Kugelbahnen bilden Bahnpaare (22ι, 23T ; 222, 232) miteinander, die Bahnpaare nehmen jeweils eine drehmomentübertragende Kugel (14-ι, 142) auf, jeweils zwei benachbarte Bahnpaare haben äußere Kugelbahnen (22-ι, 222), deren Mittellinien in zueinander im wesentlichen parallelen Ebenen (E1, E2) liegen, und innere Kugelbahnen (23ι, 232), deren Mittellinien in zueinander im wesentlichen parallelen Ebenen (E1\ E2') liegen, ein ringförmiger Kugelkäfig (16) sitzt zwischen Gelenkaußenteil (12) und Gelenkinnenteil (13) und weist umfangsverteilte Käfigfenster (17) auf, die jeweils die drehmomentübertragenden Kugeln (14ι, 142) zweier benachbarter Bahnpaare (22ι, 23ι; 222, 232) aufnehmen, die Mittelpunkte K-ι, K2 der Kugeln (14ι, 142) werden beim gestreckten Gelenk vom Kugelkäfig (16) in der Gelenkmittelebene EM gehalten und be ^elenk- beugung auf die Winkelhalbierende Ebene zwischen den Längsachsen L12, L13 geführt, die Bahnquerschnitte der äußeren Kugelbahnen (221 ( 222) und der inneren Kugelbahnen (23ι, 232) eines jeden Bahnpaares sind symmetrisch zu Symmetrieachsen (ESL ES2), die mit den Ebenen (E1 , E2, E1\ E2') gleich große entgegengesetzt angetragene Winkel φ-i, >2 bilden und jeweils einen gemeinsamen Punkt (M, M') haben.
2. Gelenk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnquerschnitte der äußeren Kugelbahnen (22ι, 222) und der inneren Kugelbahnen (23-ι, 232) eines jeden Bahnpaares jeweils symmetrisch zu Radialstrahlen (RS1 , RS2) von den Längsachsen (L12, L13) durch die Kugelmitten K1, K2 der drehmomentübertragenden Kugeln (14-ι, 142) des Bahnpaares sind.
3. Gelenk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnquerschnitte der äußeren Kugelbahnen (22ι, 222) und der inneren Kugelbahnen (23ι, 232) eines jeden Bahnpaares jeweils symmetrisch zu in der Querschnittsebene liegenden Geraden (PS-i, PS2) sind, die parallel zu Radialstrahlen (RS1, RS2) von den Längsachsen L12, L13 durch die Kugelmitten K1 , K2 der drehmomentübertragenden Kugeln (14!, 142) des Bahnpaares sind und die sich jeweils in einem gemeinsamen Punkt M' mit Abstand zu den Längsachsen L12, L13 schneiden.
4. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel φ!, φ2 im Bereich von 0,8 ... 1,3 φ0 liegen, wobei 2φ0 der Mittelpunktswinkel bei gestrecktem Gelenk zwischen Radialstrahlen (RS1 , RS2) von den Längsachsen L12, L13 durch die Kugelmitten K1 , K2 der Kugeln (14ι, 142) zweier benachbarter Bahnpaare (22ι, 23!; 222, 232) ist.
5. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnmittellinien (M22) der äußeren Kugelbahnen (22ι, 222) und die Bahnmittellinien (M23) der inneren Kugelbahnen (23ι, 232) in Ebenen (E1 , E2) liegen, die zueinander parallel und parallel zu den Längsachsen (L12, L13) des Gelenks sind und durch die Kugelmitten der Kugeln (14!, 142) zweier benachbarter Bahnpaare (221 ( 23!; 222, 232) verlaufen.
6. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnmittellinien (M22) der äußeren Kugelbahnen (22ι, 222) in ersten Ebenen (E1 , E2) und die Mittellinien (M23) der inneren Kugelbahnen (23!, 232) in zweiten Ebenen (E1\ E2') verlaufen, die jeweils zueinander parallel sind und durch die Kugelmitten der Kugeln (14!, 42) zweier benachbarter Bahnpaare (22T , 23ι; 222, 232) verlaufen und die jeweils vom Gelenkmittelpunkt (M) gleichen senkrechten Abstand haben, wobei sie mit den Längsachsen (L12, L13) gleich große entgegengesetzt gerichtete Kreuzungswinkel (γ0, γu') bilden.
7. Gelenk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreuzungswinkel (γ0, Yo') so gewählt sind, daß die räumlichen Steuerwinkel (ε0, εo') der Kugelbahnen an den Kugeln (14!, 142) bei rechtsdrehender Belastung und bei linksdrehender Belastung gleich groß sind.
8. Gelenk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Mittelpunktswinkel 2φ0 zwischen den Radialstrahlen (RS1, RS2) durch die Kugelmitten K1 , K2 der Kugeln (14ι, 142) zweier benachbarter Bahnpaare (22!, 23!; 222, 232) sich der Kreuzungswinkel γ0 nach der Gleichung γ0 = ε0- tanφo errechnet, damit die räumlichen Steuerwinkel bei rechtsdrehender Belastung und linksdrehender Belastung am Gelenk gleich groß sind.
9. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungswinkel (CH , α2) zwischen den Tangenten an die Grundlinien zweier benachbarter Bahnpaare (22ι, 222; 23ι, 232) sich bei gestrecktem Gelenk in der Gelenkmittelebene EM jeweils in die gleiche Richtung, insbesondere zur Anschlußseite des Gelenkaußenteils hin, öffnen. (Twinballgelenk)
10. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungswinkel (α-i, α2) zwischen den Tangenten an die Bahngrundlinien in der Gelenkmittelebene (EM) zweier benachbarter Bahnpaare (22ι, 23!, 222, 232) sich bei gestrecktem Gelenk in der Gelenkmittelebene EM in entgegengesetzter Richtung öffnen. (Gegenbahngelenk)
11. Gelenk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kugeln ^4- , 142) zweier benachbarter Bahnpaare (22ι, 23!, 222, 232) bei gestrecktem Gelenk auf verschiedenen Rollkreisradien (PCR) befinden.
12. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnquerschnitte der äußeren Kugelbahnen (22) und der inneren Kugelbahnen (23) durch Parabel- oder Ellipsenabschnitte oder durch Spitzbögen (gotische Bögen) gebildet werden, die jeweils mit den Kugeln in zwei Punkten Kontakt erzeugen.
13. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnquerschnitte der äußeren Kugelbahnen (22) und der inneren Kugelbahnen (23) durch Kreisabschnitte gebildet werden, deren Krümmungsmittelpunkte mit Abstand zueinander auf dem jeweiligen Radialstrahl (RS1 , RS2) bzw. der jeweiligen dazu parallelen Geraden (PS1, PS2) liegen und deren Krümmungsradius größer als der Kugelradius ist und die mit den Kugeln (14ι, 142) jeweils Kontakt in einem Punkt erzeugen.
PCT/EP2004/006090 2003-08-22 2004-06-05 Kugelfestgelenk mit gedrehten bahnquerschnitten WO2005028896A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/568,670 US7591730B2 (en) 2003-08-22 2004-06-05 Fixed ball joint with turned track cross-sections
JP2006524231A JP2007503556A (ja) 2003-08-22 2004-06-05 ねじれたトラック横断面を有する固定式ボールジョイント

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10338716 2003-08-22
DE10338716.1 2003-08-22
DE102004018721A DE102004018721B4 (de) 2003-08-22 2004-04-17 Kugelfestgelenk mit gedrehten Bahnquerschnitten
DE102004018721.5 2004-04-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2005028896A1 true WO2005028896A1 (de) 2005-03-31

Family

ID=34379056

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2004/006090 WO2005028896A1 (de) 2003-08-22 2004-06-05 Kugelfestgelenk mit gedrehten bahnquerschnitten

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7591730B2 (de)
JP (1) JP2007503556A (de)
WO (1) WO2005028896A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8070611B2 (en) 2009-05-13 2011-12-06 Gkn Driveline North America, Inc. Plunging cross-track constant velocity joint

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2593692B1 (de) 2010-07-14 2017-12-20 Neumayer Tekfor Engineering GmbH Gelenk
JP2015010616A (ja) 2013-06-26 2015-01-19 Ntn株式会社 固定式等速自在継手
JP6711747B2 (ja) * 2016-12-28 2020-06-17 Ntn株式会社 固定式等速自在継手
WO2018233817A1 (de) * 2017-06-20 2018-12-27 Gkn Driveline Deutschland Gmbh Kugelgleichlaufverschiebegelenk
JP7102195B2 (ja) * 2018-04-04 2022-07-19 株式会社ジェイテクト 等速ジョイント

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB810289A (en) * 1955-04-07 1959-03-11 William Cull Improvements in and relating to torque transmitting universal joints
US5685777A (en) * 1994-11-11 1997-11-11 Lohr & Bromkamp Gmbh Constant velocity universal ball joint
DE10033491A1 (de) * 2000-07-10 2002-01-31 Gkn Loebro Gmbh Kugelgleichlauffestgelenk mit Kugelpaaren, deren Bahnen in symmetrischen Ebenen liegen

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3475924A (en) * 1968-08-01 1969-11-04 Loehr & Bromkamp Gmbh Universal joint
ES437295A1 (es) 1974-07-11 1977-01-01 Loehr & Bromkamp Gmbh Perfeccionamientos introducidos en una junta homocinetica.
JPS55163324A (en) * 1979-06-01 1980-12-19 Toyota Motor Corp Constant velocity ball joint
DE3028467C2 (de) * 1980-07-26 1986-08-14 SKF GmbH, 8720 Schweinfurt Gelenk für Drehmomentübertragung nach beiden Drehrichtungen
JPS60167816U (ja) * 1984-04-17 1985-11-07 エヌ・テ−・エヌ東洋ベアリング株式会社 等速自在継手
JP2678323B2 (ja) * 1990-10-08 1997-11-17 ジー・ケー・エヌ・オートモーティヴ・アクチエンゲゼルシャフト 等速自在継手
DE4042277C2 (de) * 1990-12-31 1995-06-14 Gkn Automotive Ag Gleichlaufdrehgelenk mit reduzierten Käfig-Abstützflächen
DE19704761C2 (de) * 1997-02-08 1999-02-04 Gkn Automotive Ag Kugelgleichlaufdrehgelenk
US6299542B1 (en) * 1998-04-15 2001-10-09 Nsk Ltd. Constant velocity joint and rolling bearing unit for wheel
JP3941214B2 (ja) * 1998-04-15 2007-07-04 日本精工株式会社 等速ジョイント
DE19831014C2 (de) * 1998-07-10 2000-06-29 Gkn Loebro Gmbh Gleichlauffestgelenk mit zwei Sätzen von gegenläufigen Laufrillen
US20030017877A1 (en) * 2001-04-24 2003-01-23 Masazumi Kobayashi Constant velocity universal joint
US20030054893A1 (en) * 2001-09-20 2003-03-20 Delphi Technologies Inc. Constant velocity joint
JP4248924B2 (ja) * 2003-05-07 2009-04-02 Ntn株式会社 固定型等速自在継手

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB810289A (en) * 1955-04-07 1959-03-11 William Cull Improvements in and relating to torque transmitting universal joints
US5685777A (en) * 1994-11-11 1997-11-11 Lohr & Bromkamp Gmbh Constant velocity universal ball joint
DE10033491A1 (de) * 2000-07-10 2002-01-31 Gkn Loebro Gmbh Kugelgleichlauffestgelenk mit Kugelpaaren, deren Bahnen in symmetrischen Ebenen liegen

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8070611B2 (en) 2009-05-13 2011-12-06 Gkn Driveline North America, Inc. Plunging cross-track constant velocity joint

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007503556A (ja) 2007-02-22
US7591730B2 (en) 2009-09-22
US20070060398A1 (en) 2007-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10060120B4 (de) Kugelgleichlaufgelenk als Gegenbahngelenk
DE102005042909B4 (de) Gegenbahngelenk mit begrenzter Axialverschiebung
DE19704761C2 (de) Kugelgleichlaufdrehgelenk
DE4440285C1 (de) Kugelgleichlaufdrehgelenk
DE102013103155B4 (de) Gleichlaufgelenk in Form eines Gegenbahngelenks
DE10060220C2 (de) Gleichlauffestgelenk
EP2239477A1 (de) Gegenbahngelenk mit Bahnwendepunkt
DE102004018777A1 (de) Gegenbahngelenk für grosse Beugewinkel
EP1656509B1 (de) Gegenbahngelenk für grosse beugewinkel
DE102004006225B4 (de) Gleichlaufgelenk mit geringer Radialbewegung der Kugeln
DE3925857A1 (de) Gleichlaufdrehgelenk
DE102004018721B4 (de) Kugelfestgelenk mit gedrehten Bahnquerschnitten
DE102005042910B4 (de) Gelenkwelle, umfassend ein Gegenbahngelenk mit begrenzter Axialverschiebung
WO2005028896A1 (de) Kugelfestgelenk mit gedrehten bahnquerschnitten
WO2020007475A1 (de) Gleichlaufgelenk
DE19633166C1 (de) Kugelgleichlaufdrehgelenk mit optimiertem Rollfehler
DE3819528C1 (de)
DE10353608B4 (de) VL-Gelenk mit reduzierter Käfigbelastung
DE19633216C1 (de) Kugelgleichlaufdrehgelenke mit verbesserter Kugelsteuerung
EP3818275B1 (de) Gleichlaufgelenk
DE102007027315B4 (de) Gleichlauffestgelenk
DE102021208042B4 (de) Gleichlaufgelenk
WO2019034636A1 (de) Gleichlaufdrehgelenk
EP2489894B1 (de) Kugelgleichauffestgelenk mit elliptischen Kugelbahnverläufen
WO2023155994A1 (de) Kugelgleichlaufverschiebegelenk

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200480031321.2

Country of ref document: CN

AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN ZA ZM

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG MD RU TJ TM AT BE BG CH CY DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2006524231

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2007060398

Country of ref document: US

Ref document number: 10568670

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase
WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 10568670

Country of ref document: US