WO2006074741A1

WO2006074741A1 - Verschiebegelenk mit inneren axialen anschlägen und integrierter zwischenwelle und damit gebildete gelenkwelle

Info

Publication number: WO2006074741A1
Application number: PCT/EP2005/012138
Authority: WO
Inventors: Hans-Heinrich Welschof; Thomas Weckerling
Original assignee: Gkn Driveline Deutschland Gmbh
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2005-11-12
Publication date: 2006-07-20
Also published as: DE102004062843A1; DE102004062843B4

Abstract

Verschiebegelenk bestehend aus einem Gelenkaussenteil mit einer Längsachse und ersten Kugelbahnen, die mit der Längsachse gleich grosse erste Kreuzungswinkel bilden, einem Gelenkinnenteil (11) mit einer Längsachse AN und zweiten Kugelbahnen (15, 16), die mit der Längsachse AN gleich grosse zweite Kreuzungswinkel bilden, wobei der Kugelkäfig mit seiner Innenfläche gegenüber der Aussenfläche des Gelenkinnenteils (11) Axialanschläge bildet, die bei einer relativen Verschiebung von Gelenkaussenteil und Gelenkinnenteil (11) innerhalb eines Betriebsbeugebereichs des Gelenks zur Wirkung kommen, wobei die Aussenfläche des Gelenkinnenteils (11) zur Längsachse AN ausgeführte Reduzierungsflächen (17, 18) mit reduziertem Abstand bezüglich der Längsachse AN aufweist, wobei in Richtung einer Projektionsachse unter einem Projektions- und Montagewinkel αm zur Längsachse AN betrachtet, welcher grösser ist als der maximale Betriebsbeugewinkel, die Projektionsfläche des Gelenkinnenteils (11) innerhalb einer Kreisfläche liegt, die den Durchmesser einer der Endöffnungen des Kugelkäfigs aufweist.

Description

Verschiebegelenk mit inneren axialen Anschlägen und integrierter Zwischenwelle und damit gebildete Gelenkwelle

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verschiebegelenk bestehend aus einem Gelenkaußenteil mit einer Längsachse und ersten Kugelbahnen, die mit der Längsachse - insbeson- dere über dem Umfang abwechselnde - gleich große erste Kreuzungswinkel bilden, einem Gelenkinnenteil mit einer Längsachse und zweiten Kugelbahnen, die mit der Längsachse - insbesondere über dem Umfang abwechselnde - gleich große zweite Kreuzungswinkel bilden, wobei jeweils Bahnpaare von ersten und zweiten Kugelbahnen, die jeweils eine drehmomentübertragende Kugel aufnehmen, bei übereinstim- menden Längsachsen gleich große, jedoch zueinander entgegengesetzte Kreuzungswinkel mit den Längsachsen bilden, und mit einem ringförmigen Kugelkäfig mit einer Längsachse, der die drehmomentübertragenden Kugeln in umfangsverteilten Käfigfenstern aufnimmt und in einer gemeinsamen Ebene hält, wobei der Kugelkäfig gegenüber der Außenfläche des Gelenkinnenteils mit seiner Innenfläche Axialan- schlage bildet, die bei einer relativen Verschiebung von Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil innerhalb eines Betriebsbeugebereichs des Gelenks zur Wirkung kommen. Verschiebegelenke der genannten Art werden überwiegend in Antriebswellen von Kraftfahrzeugen eingesetzt, wobei in einer Antriebswelle jeweils zwei Gelenke mit einer Zwischenwelle zu einer vollständigen Gelenkwelle ergänzt werden. Hierbei wird insbesondere zum Einsatz als Seitenwellen für die ungelenkte Antriebsachse von hinterachsgetriebenen Fahrzeugen häufig die Kombination von zwei im wesentlichen baugleichen Verschiebegelenken und einer Zwischenwelle zur vollständigen Gelenkwelle gewählt. Unter die genannte Definition von Verschiebegelenken fallen VL- Gelenke, deren Bahnmittellinien im Verhältnis zu den Längsachsen als windschief mit Abstand kreuzende Geraden oder als Schraubenlinien verlaufen, ebenso wie Gegenbahngelenke, deren Bahnmittellinien im Verhältnis zu den Längsachsen in Radialebenen durch die Längsachsen liegen und letztere schneiden. Die nach ihrem Bauprinzip axial verschiebbaren Gleichlaufgelenke bilden hierbei Axialanschläge durch den Anschlag der balligen Außenumfangsfläche des Gelenkinnenteils an der inneren ringförmigen Hohlfläche des Kugelkäfigs. Diese Art der Axialanschlagmittel hat sich bewährt und hat den Vorteil der weitgehenden Geräuschfreiheit. Die Art der Montage von Gleichlaufgelenken bekannter Art erfordert große Montagewinkel, die über den maximalen Betriebsbeugewinkeln liegen. Bei diesem zur Montage erforderlichen sogenannten Überbeugen des Gelenks ist es nicht möglich, daß das Gelen- kinnenteil bereits mit der Zwischenwelle verbunden ist, da diese das Überbeugen des Gelenks durch Anschlagen am Kugelkäfig verhindern würde. Die vorstehend genannte Tatsache erfordert somit eine lösbare Verbindung zwischen dem Gelenkinnenteil und der Zwischenwelle. Hierzu werden sich ergänzende Wellenverzahnungen an beiden Bauteilen vorgesehen, mit denen diese nach der Gelenkmontage zusam- mengefügt werden können. Solche Wellenverzahnungen verursachen Kosten und führen zu Drehspielen innerhalb der Verzahnung.

Mit der DE 196 48 537 C1 ist erstmals eine Gelenkwelle mit zwei VL-Gelenken vorgeschlagen worden, die so ausgeführt sind, daß eine Gelenkmontage auch dann noch möglich ist, wenn die Gelenkinnenteile bereits mit der Zwischenwelle unlösbar verbunden, insbesondere mit dieser verschweißt sind. Hierfür sind in den Kugelkäfigen an zumindest jeweils einer Endöffnung Innenausnehmungen vorgesehen, die im Zusammenwirken mit den Führungsstegen der Gelenkinnenteile ein bajonettartiges Ineinanderfügen mit anschließendem Verdrehen in zueinander koaxialer Stellung erlauben. Nachteilig ist hierbei die Schwächung der Kugelkäfige durch die den Durchmesser der Endöffnungen erweiternden Innenausnehmungen.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gleichlaufverschiebegelenke der VL-Bauart oder Gegenbahn-Bauart bereitzustellen, dessen Montierbarkeit auch dann noch gegeben ist, wenn sein Gelenkinnenteil bereits mit einer Zwischenwelle verbunden ist. Die Lösung hierfür besteht in einem Gleichlaufverschiebegelenk bestehend aus einem Gelenkaußenteil mit einer Längsachse und ersten Kugelbahnen, die mit der Längsachse - insbesondere über dem Umfang abwechselnde - gleich große erste Kreuzungswinkel bilden, einem Gelenkinnenteil mit einer Längsachse und zweiten Kugelbahnen, die mit der Längsachse - insbesondere über dem Umfang abwechselnde - gleich große zweite Kreuzungswinkel bilden, wobei jeweils Bahnpaare von ersten und zweiten Kugelbahnen, die jeweils eine drehmomentübertragende Kugel aufnehmen, bei übereinstimmenden Längsachsen gleich große, jedoch zueinander entgegengesetzte Kreuzungswinkel mit den Längsachsen bilden, und mit einem ringförmigen Kugelkäfig mit einer Längsachse, der die drehmomentübertragenden Kugeln in umfangsverteilten Käfigfenstern aufnimmt und in einer gemeinsamen Ebene hält, wobei der Kugelkäfig mit seiner Iπnen- fläche gegenüber der Außenfläche des Gelenkinnenteils Axialanschläge bildet, die bei einer relativen Verschiebung von Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil innerhalb eines Betriebsbeugebereichs des Gelenks zur Wirkung kommen, wobei die Außenfläche des Gelenkinnenteils unsymmetrisch zur Längsachse ausgeführte Reduzierungsflächen mit reduziertem Abstand bezüglich der Längsachse aufweist, wobei in Richtung einer Projektionsachse P unter einem Projektions- und Montagewinkel α_m zur Längsachse A_N betrachtet, welcher größer ist als der maximale Betriebsbeugewinkel, die Projektionsfläche des Gelenkinnenteils innerhalb einer Kreisfläche liegt, die den Durchmesser einer der Endöffnungen des Kugelkäfigs aufweist. Die Lösung besteht ebenso in einer Gelenkwelle, bestehend aus zwei mittels einer Zwischenwel- Ie verbundenen Drehgelenken, von denen zumindest eines ein Verschiebegelenk der vorstehend genannten Art ist.

Gemäß der hiermit vorgeschlagenen Lösung weist das Gelenk weiterhin einen Kugelkäfig auf, der insoweit festigkeitsoptimiert ist, als seine Endöffnungen einen Durchmesser Do aufweisen, der deutlich kleiner ist als der maximale Außendurchmesser D_ma_x des Gelenkinnenteils in axialer Ansicht. Damit ist gleichzeitig die Aufrechterhaltung der axialen Anschlagfunktion des Gelenks durch Zusammenwirken der Außenflächen des Gelenkinnenteils mit der Innenfläche des Kugelkäfigs weiter gegeben, da sich diese Art der Axialanschläge, wie bereits genannt, bewährt hat. Die Montierbarkeit des Gelenks ist nun dadurch gegeben, daß am Gelenkinnenteil, das im Hinblick auf die Bauteilfestigkeit weniger kritisch ist, im Bereich der Führungsstege zwischen den Kugelbahnen Flächenreduzierungen angebracht werden, die den effektiven Durchmesser in Richtung einer Beugeachse so reduzieren, daß bei einer Projektion des Gelenkinnenteils senkrecht zur Beugeachse und unter einem Projektionswinkel zur Längsachse die Projektionsfläche des Gelenkinnenteils vollkommen innerhalb der kreisförmigen Öffnungsfläche der Endöffnungen des Kugelkäfigs, in axialer Ansicht betrachtet, zu liegen kommen kann. Dementsprechend ist dann bei abgebeugter Stellung von Kugelkäfig und Gelenkinnenteil unter diesem Projektionsbzw. Montagewinkel ein Einschieben des Gelenkinnenteils in den Kugelkäfig durch eine der Endöffnungen, gegebenenfalls durch die größere zweier unterschiedlich großer Endöffnungen, möglich. Die Flächenreduzierungen können in fertigungstechnisch günstiger und für die angestrebte Wirkung auch optimaler Weise durch An- schmieden parallel zur Längsachse oder durch ein Überdrehen um die genannte Projektionsachse erfolgen. Die genannte Projektionsachse soll die Längsachse im wesentlichen in der Mittelebene des Gelenkinnenteils schneiden. Wird der genannte Projektions- und Montagewinkel groß gewählt, so ist es möglich, daß Flächenreduzierungen nur an zwei sich radial gegenüberliegenden Führungsstegen des Gelen- kinnenteils entstehen, z. B. bei einer Neigung des Projektionswinkels zur Längsachse in der Größenordnung von 35°. Werden kleinere Projektions- und Montagewinkel von beispielsweise 15° bis 25° gewählt, so werden die Reduzierungsflächen an mehr als zwei Führungsstegen erforderlich. Die Wirkung ist in beiden Fällen die gleiche. Nur unter einem Montagewinkel, der größer ist, als der maximale Betriebsbeugewin- kel kann das Gelenkinnenteil in den Kugelkäfig eingeführt werden. Sobald der Beugewinkel zwischen Gelenkinnenteil und Kugelkäfig auf den maximalen Betriebsbeugewinkel reduziert wird, werden bei relativer Axialverschiebung von Gelenkinnenteil und Gelenkaußenteil des Gesamtgelenks die Axialanschlagflächen zwischen Gelenkinnenteil und Kugelkäfiginnenfläche wirksam, so daß ein Demontie- ren verhindert wird.

Bevorzugte Größenverhältnisse, die bei der Herstellung des Gelenks, im einzelnen des Gelenkaußenteils, des Gelenkinnenteils, des Kugelkäfigs, der Zwischenwelle und der Anschlußkappe für den Faltenbalg eingehalten werden sollen, sind hier nachstehend formelhaft aufgeführt, wobei die Bedeutung der verwendeten Größen in der Zeichnungsbeschreibung und in der Bezugszeichenliste, die Teil der Anmeldung ist, erklärt werden. 2.6 < PCD /DK < 3,2 0,5 < PCD /G1 < 0,7 2,1 < PCD /G2 < 2,6 11° < α_v < 18° 1,0 < PCD /Br < 1,2

0,9 < PCD / Dmax < 1 ,2

1.7 < PCD /N1 < 2,1 2,0 < PCD /N2 < 2,4 1,5 < PCD /N3 < 1,9 2,0 < PCD /N4 < 2,5

0,9 < PCD /D₁₂ < 1,1

0,9 < PCD /D₁₃ < 1,1

10,0 < PCD /X₁₂ < 12,2

10,0 < PCD /X₁₃ < 12,2 3,9 < PCD /N8 < 4,8

1.8 < PCD /N9 < 2,2

3.9 < PCD/N19< 4,8

18° < ( 3D1 < 26°

18° < < 3D2 < 26°

1,0 < PCD / Do < 1,2

1,4 < PCD / K1 < 1,8

2,9 < PCD / K2 < 3,5

0,8 < PCD / K3 < 1,0

0,9 < PCD / K4 < 1,1

2,1 < PCD / K5 < 2,6

2,6 < PCD / K6 < 3,2

0,9 < PCD / FK1 < 1,1

2,4 < PCD / FK1 < 2,9

1,6 < PCD / W1 < 2,0

2,0 < PCD / W2 < 2,5 Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen, auf die Bezug genommen wird, soweit ihr Inhalt nicht bereits vorstehend erwähnt wurde. Ein besonders günstiges Fertigungsverfahren besteht darin, daß vor der Gelenkmontage das Gelenkinnenteil mit einer Zwischenwelle verbunden wird und die beiden Teile gemeinsam wärmebehandelt werden. Mit erfindungsgemäßen Gelenken hergestellte Gelenkwellen, insbesondere bei Verwendung von zwei Verschiebegelenken, vermeiden die Nachteile der teuren und spielbehafteten Steckverbindungen mittels Wellenverzahnungen, so daß im Gewicht reduzierte und gleichzeitig in den betrieblichen Eigenschaften verbesserte Gelenkwellen bereitgestellt werden können.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend beschrieben.

Figur 1 zeigt ein Gelenkinnenteil eines erfindungsgemäßen VL-Gleichlaufgelenks mit angeschlossener Zwischenwelle a) in einer ersten Seitenansicht b) in Stirnansicht auf das Gelenkinnenteil c) in einer zweiten Seitenansicht;

Figur 2 zeigt ein Gelenkinnenteil eines erfindungsgemäßen VL-Gleichlaufgelenks mit angeschlossener Zwischenwelle während der Montage mit einem Kugelkäfig a) in Seitenansicht b) in Stirnansicht auf den Kugelkäfig;

Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Gelenkwelle (teilweise) in einem ersten Längsschnitt a) in einer ersten Axialanschlagposition b) in einer zweiten Axialanschlagposition;

Figur 4 zeigt eine erfindungsgemäße Gelenkwelle (teilweise) in einem zweiten Längsschnitt a) in einer ersten Axialanschlagposition b) in einer zweiten Axialanschlagposition; Figur 5 zeigt eine erfindungsgemäße Gelenkwelle (Gesamtdarstellung) in einem Längsschnitt in 3D Darstellung;

Figur 6 zeigt ein Gelenkinnenteil eines erfindungsgemäßen VL-Gleichlaufgelenks zur Bezeichnung bestimmter Abmessungen a) im Längsschnitt BB nach Darstellung b) b) in Stirnansicht c) in radialer Draufsicht d) im Längsschnitt DD nach Darstellung b);

Figur 7 zeigt einen Kugelkäfig eines erfindungsgemäßen VL-Gleichlaufgelenks zur Bezeichnung bestimmter Abmessungen a) im Längsschnitt b) im Längshalbschnitt;

Figur 8 zeigt eine erfindungsgemäße Gelenkwelle (teilweise in einem Längsschnitt zur Bezeichnung bestimmter Abmessungen.

Die Darstellungen der Figur 1 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Es ist jeweils ein Gelenkinnenteil 11 eines erfindungsgemäßen VL-Gleichlaufgelenks dargestellt, dessen Längsachse A_N ebenso wie eine Mittelebene E eingezeichnet ist, deren Schnittpunkt als Mittelpunkt M des Gelenkinnenteils bezeichnet ist. Das Gelenkinnenteil 11 hat eine grundsätzlich ballige Außenfläche, die weitgehend als zur Längsachse A_N symmetrische Rotationsfläche ausgebildet ist. Hierbei ist die Außenfläche im einzelnen von zwei Kugelabschnittsflächen 12, 13 gebildet, deren Mittelpunkte M12, M13 auf der Längsachse A_N liegen und dabei gegenüber dem Mittelpunkt M um die entgegengesetzten gleich großen Achsabstände X12, X13 versetzt sind. In der Außenfläche sind über dem Umfang verteilt sechs Kugelbahnen einge- formt, wobei über dem Umfang abwechselnd erste und zweite Kugelbahnen 15, 16 bezeichnet sind. Jeweils zwischen zwei Kugelbahnen verbleiben Führungsstege als Teile der Außenfläche, von denen über dem Umfang abwechselnd erste und zweite Führungsstege 19, 20 bezeichnet sind. Jede der Kugelbahnen bildet mit der Längs- achse A_N einen ersten bzw. zweiten Kreuzungswinkel, bezogen auf die jeweilige Bahnmittellinie. Diese Kreuzungswinkel sind untereinander gleich groß und wechseln auf dem Umfang von Bahn zu Bahn in ihrer Orientierung gegenüber der Längsachse AN. Die Bahnmittellinien ebenso wie die Kreuzungswinkel sind jedoch hier nicht ein- gezeichnet. In axialer Ansicht auf die Längsachse AN hat das Gelenkinnenteil 11 im Bereich zweier Führungsstege einen größten Außendurchmesser D_max, der eingezeichnet ist. An zwei radial gegenüberliegenden Führungsstegen 19, 20 sind Reduzierungsflächen 17, 18 erkennbar, mit denen die Drehsymmetrie der Außenfläche verlassen wird und die Außenfläche einen bezüglich der Längsachse A_N reduzierten Abstand Br aufweist. Diese Flächenreduzierungen 17, 18 sind in der Darstellung c) nur in einer Ansicht erkennbar, die durch eine Ebene definiert ist, die von der Längsachse A_N und einer Projektionsachse P aufgespannt ist, die die Längsachse AN im Mittelpunkt M unter einem Montagewinkel α_m schneidet. Der größte Durchmesser des Gelenkinnenteils 11 unter Bezug auf die Projektionsachse P ist als reduzierter Durchmesser Dr eingezeichnet, der durch den senkrechten Abstand Br der Reduzierungsflächen 17, 18 voneinander definiert ist. Erfindungsgemäß liegt eine Projektionsfläche des Gelenkinnenteils 11 in Richtung der Projektionsachse P vollkommen innerhalb einer Kreisfläche mit dem Durchmesser D_r. Die Reduzierungsflächen 17, 18, die hier als ebene Flächen dargestellt sind, könnten auch Zylinderabschnittsflä- chen um die Projektionsachse P mit dem Durchmesser Dr sein.

In der hier dargestellten Ausführungsform mit einem großen Montagewinkel α_m weisen nur zwei sich radial gegenüberliegende Führungsstege 19, 20 Reduzierungsflächen 17, 18 auf. Wird der Montagewinkel α_m, der die Lage der Projektionsachse P zur Längsachse A_N definiert, reduziert, so sind weitere Reduzierungsflächen an weiteren Führungsstegen erforderlich. Der reduzierte Durchmesser Dr ist durch die Größe der Endöffnungen des Kugelkäfigs begrenzt und muß kleiner sein, als die größere der Endöffnungen des Kugelkäfigs, wie nachstehend gezeigt wird.

Die beiden Darstellungen der Figur 2 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Gleiche Einzelheiten wie in Figur 1 sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Auf die vorausgehende Beschreibung wird insoweit Bezug genommen. Das Gelenkinnenteil 11 ist in dieser Darstellung mit einem Wellenstück 24 unlösbar verbunden, insbesondere verschweißt, wobei nunmehr Gelenkinnenteil 11 und Wellenstück 24 einen Teil einer Zwischenwelle bilden. Es ist erkennbar, daß über dem Umfang sechs Kugelbahnen 15, 16 gleichmäßig verteilt angeordnet sind, deren Kreuzungswinkel relativ zur Längsachse AN des Gelenkinnenteils 11 über dem Umfang wech- selnden Kreuzungssinn hat. Durch die in die Außenfläche des Gelenkinnenteils 11 eingeformten Kugelbahnen sind sechs Führungsstege 19, 20 ausgebildet. An zwei einander radial gegenüberliegenden Führungsstegen 19, 20 sind die Reduzierungsflächen 17, 18 erkennbar. Wie sich aus der Ansicht ergibt, ist der maximale Durchmesser über die Führungsstege ohne Reduzierungsflächen größer als der reduzierte Abstand Br über die Führungsstege mit Reduzierungsflächen 17, 18.

Das Gelenkinnenteil 11 ist in seiner Montageposition relativ zum hier erstmals gezeigten Kugelkäfig 31 dargestellt. An diesem sind sechs umfangsverteilte Käfigfenster 32 vorgesehen, zwischen denen jeweils Stege 33 gebildet werden. Der Kugelkä- fig 31 hat eine ballige umfängliche Außenfläche 34, die kugelig sein kann oder ähnlich wie die Außenfläche des Gelenkinnenteils aus zwei Kugelabschnittsflächen zusammengesetzt sein kann. Der Kugelkäfig 31 hat weiterhin eine Innenumfangsfläche 35, die insbesondere innenkugelig sein kann, jedoch aufgrund der gewählten Schnittlage hier nicht im einzelnen deutlich erkennbar ist. Der ringförmige Kugelkäfig 31 weist weiterhin zwei innenzylindrische Endöffnungen 36, 37 auf, die im dargestellten Beispiel gleich groß sind und jeweils den Innendurchmesser Do haben.

Das Gelenkinnenteil 11 ist gegenüber der Längsachse AK des Kugelkäfigs 31 um den Montagewinkel α_m in der Zeichnungsebene geschwenkt, so daß die Projektions- achse P mit der Längsachse AK des Käfigs zusammenfällt. Über die Reduzierungsflächen 17, 18 ist der Abstand Br eingezeichnet, innerhalb dessen Kreisfläche sämtliche Führungsstege des Gelenkinnenteils 11 in Projektionsrichtung P betrachtet liegen. Der Reduzierungsdurchmesser Dr nach Figur 1 ist hierbei kleiner als der Innendurchmesser Do jeder der Endöffnungen 36, 37, so daß der Kugelkäfig 11 mit ange- setzter Welle 24 in der hier dargestellten Weise in den Kugelkäfig 31 eingeführt werden kann. In Figur 3 sind gleiche Einzelheiten mit gleichen Bezugsziffern belegt wie in den vorangegangenen Figuren. Die beiden Darstellungen der Figur 3 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Es ist im Längsschnitt die Einheit aus vollständigem VL- Gelenk und Dichtungsanordnung gezeigt, wobei hier erstmals ein Gelenkaußenteil 51 , eine der drehmomentübertragenden Kugeln 52 sowie eine Abdichtkappe 46 gezeigt sind. Das Gelenkinnenteil 11 weist einen Zwischenboden 23 auf und ist an einem Anschlußbund 22 mit dem Wellenstück 24, insbesondere mittels Schweißen, verbunden. Eine Anschlußkappe 42 und eine Abdichtkappe 46 sind auf das Gelenkaußenteil 51 aufgezogen. Ein Faltenbalg 41 ist mit einem Bundbereich 44 auf einem Sitzbereich 45 der Anschlußkappe 42 aufgezogen und mittels eines Spannbandes 43 befestigt. Der Faltenbalg 41 sitzt mit einem zweiten kleineren Bund 47 unmittelbar auf dem Wellenstück 24 und ist auf diesem mit einem zweiten Spannband 48 festgelegt. Auf eine fertige Zwischenwelle bestehend aus dem Wellenstück 24 und zwei angeschweißten Gelenkinnenteilen 11 kann ein Faltenbalg 41 , an den eine An- schlußkappe 42 bereits fest angeschlossen ist, aufgezogen werden. Hierbei wird der kleinere Bund 48 über ein Gelenkinnenteil 11 gezogen und auf dem Wellenstück 24 festgelegt. Nach der Gelenkmontage wird die Anschlußkappe 42 mit dem Gelenkaußenteil 51 verbunden. In Darstellung a) ist das Gelenkinnenteil 11 gegenüber dem Gelenkaußenteil 51 nach links verschoben, wobei die kugelige Teilfläche 13 der Au- ßenfläche des Gelenkinnenteils 11 an der Innenfläche 35 des Kugelkäfigs 31 anstößt. In Darstellung b) ist das Gelenkinnenteil 11 gegenüber dem Gelenkaußenteil 51 nach rechts verschoben, bis die kugelige Teilfläche 12 des Gelenkinnenteils 11 an der kugeligen Innenfläche 35 des Kugelkäfigs 31 anschlägt. Mit der balligen Außenfläche ist der Kugelkäfig 31 innerhalb der zylindrischen Führungsfläche 53 des Ge- lenkaußenteils 51 unbeschränkt axial verschiebbar.

In Figur 4 sind gleiche Einzelheiten mit gleichen Bezugsziffern belegt wie in den vorangegangenen Figuren. Die beiden Darstellungen entsprechen im wesentlichen den in Figur 3 gezeigten, wobei das Gelenkinnenteil jedoch in einem Führungssteg 19 mit einer Reduzierungsfläche 17 geschnitten ist. In Darstellung a) ist das Gelenkinnenteil 11 gegenüber dem Gelenkaußenteil nach links verschoben, in Darstellung b) ist das Gelenkinnenteil 11 gegenüber dem Gelenkaußenteil nach rechts verschoben. Die Reduzierungsfläche 17 erhält in beiden Fällen keinen Kontakt mit der Innenfläche 35 des Kugelkäfigs 31.

In Figur 5 sind gleiche Einzelheiten wie in Figur 3 mit gleichen Bezugsziffern belegt. Weitergehend spiegelbildlich zum ersten VL-Verschiebegelenk 61 ist am zweiten Ende des Wellenstücks 24 ein zweites mit seinen Einzelheiten nicht bezeichnetes VL-Verschiebegelenk 61' gezeigt. Dieses weist anstelle der Abdeckkappe 46 des ersten VL-Verschiebegelenks einen am Gelenkaußenteil angeformten Gelenkboden 55 mit angeformtem Wellenzapfen 56 auf. Hiervon abgesehen ist eine vollständig symmetrische Gelenkwelle mit zwei VL-Verschiebegelenken erkennbar, wie sie ins- besondere in Hinterachsen von hinterachsgetriebenen Kraftfahrzeugen als Seitenwelle zum Einsatz kommt.

In Figur 6 ist ein Gelenkinnenteil 11 gezeigt, bei dem nur wenige Einzelheiten durch Bezugsziffern bezeichnet sind, die bereits in Figur 1 angesprochen sind. Auf die Be- Schreibung der Figur 1 wird insoweit Bezug genommen. Zusätzlich sind in die Figur Kugeln 52 in gestrichelten Linien eingezeichnet. Die Kugeln dienen der Bezeichnung des Teilkreisdurchmessers PCD der Gesamtheit der Kugeln sowie des Kugeldurchmessers DK. Es ist weiterhin die Breite Br über die Reduzierungsflächen 17, 18 eingezeichnet, sowie ein Anschlußradius N9 an diese Reduzierungsflächen. Der Mittel- punkt des Anschlußradius N9 hat den Abstand N10 von der wellenabgewandten Seite des Gelenk-innenteils. Der Schrägungswinkel der Kugelbahnen 15, 16 ist mit α_v bezeichnet, die Durchmesser der Kugelflächen 12, 13 mit D12, D13. Zu diesen Radien D12, D13 gehören entsprechende axiale Offsets X12, X13 in Bezug auf die Radienkreuzungsebene, die einen Abstand N8 von der wellenabgewandten Stirnseite des Gelenkinnenteils hat. Der Ansatz 22 des Gelenkinnenteils 11 für den Anschluß des Wellenstücks hat einen Innendurchmesser N4 und einen Außendurchmesser N3. Die Gesamtlänge des Gelenkinnenteils ist mit N1 bezeichnet, die Funktionslänge mit N2. Der größte Außendurchmesser des Gelenkinnenteils 11 ist wieder mit Dmax bezeichnet.

In Figur 7 sind Einzelheiten eines Kugelkäfigs 31 mit den gleichen Bezugsziffern wie in Figur 2 bezeichnet. Auf die Beschreibung wird insoweit Bezug genommen. An der Außenfläche 34 des Kugelkäfigs 31 sind die sogenannten Dachwinkel αoi und α_D2 bezeichnet, die die Abwinkelung des Kugelkäfigs gegenüber dem Gelenkaußenteil beschränken, weiterhin der Durchmesser Do der Endöffnungen 36, 37, die Umfangs- länge K5 der Käfigfenster 32, die Breite K6 der Käfigfenster 32, der Innendurchmesser K4 der innenkugeligen Fläche 35 sowie der Außendurchmesser K3 der äußeren Kugelfläche 34. Daneben sind die Käfiglänge K1 und der Abstand der Käfigfenstermitten von einer der Stirnflächen K2 eingezeichnet.

In Figur 8 ist eine Gelenkwelle in einem Längsschnitt nach Figur 3 in einer axialen Mittelstellung des Gelenkinnenteils 11 gegenüber dem Kugelkäfig 31 gezeigt. Hierbei sind am Gelenkaußenteil 51 der Außendurchmesser G1 und die Länge G2 bezeichnet, weiterhin am Gelenk als solches der Teilkreisdurchmesser PCD der Kugeln, ebenso wie der Kugeldurchmesser DK einer Kugel. Die Anschlußkappe 42 für den Faltenbalg 41 ist mit dem kleinsten Innendurchmesser FK1 und der Anbaulänge FK2 bezeichnet. Schließlich ist das Wellenstück 24 durch den Außendurchmesser W1 und den Innendurchmesser W2 näher definiert.

Bezugszeichenliste

11 Gelenkinnenteil

12 Kugelabschnittsfläche

13 Kugelabschnittsfläche

15 Kugelbahn

16 Kugelbahn

17 Reduzierungsfläche

18 Reduzierungsfläche

19 Führungssteg

20 Führungssteg

22 Anschlußbund

23 Zwischenboden

24 Wellenstück

31 Kugelkäfig

32 Käfigfenster

33 Käfigsteg

34 Außenfläche

35 Innenfläche 1

36 Endöffnung

37 Endöffnung

1 Faltenbalg 2 Anschlußkappe 3 Spannband 4 Bundabschnitt

45 Sitzbereich 6 Abdichtkappe

47 Spannband

48 Bundabschnitt

51 Gelenkaußenteil

52 Kugel

53 Innenfläche (zylindrisch)

55 Gelenkboden

56 Gelenkzapfen

61 VL-Gleιchlaufgelenk

A_κ Längsachse Kugelkäfig

AG Längsachse Gelenkaußenteil

A_N Längsachse Gelenkinnenteil

P Projektionsachse

E Mittelebene Gelenkinnenteil α_m Montagewinkel

D₀ Durchmesser Endöffnung

Xi2 Offset Mittelpunkt Kugeldurchmesser

Xi3 Offset Mittelpunkt Kugeldurchmesser Dr reduzierter Außendurchmesser Gelenkinnenteil

Dmax größter Außendurchmesser Gelenkinnenteil

Br reduzierte Breite Gelenkinnenteil

PCD Teilkreisdurchmesser Kugeln

DK Kugeldurchmesser

G1 Außendurchmesser Gelenkaußenteil

G2 Länge Gelenkaußenteil α_v Bahnschrägungswinkel

N1 Gesamtlänge Gelenkinnenteil

N2 Funktionslänge Gelenkinnenteil

N3 Außendurchmesser Nabenansatz

N4 Innendurchmesser Nabenansatz

D12 Kugelflächendurchmesser Gelenkinnenteil

D13 Kugelflächendurchmesser Gelenkinnenteil

N8 Abstand Mittelebene-Stirnfläche Gelenkinnenteil

N9 Anschlußradius an Reduzierungsflächen

N10 Abstand Mittelpunkt Anschlußradius-Stirnfläche Gelenkinnenteil α_Oi Dachwinkel 1 Kugelkäfig α_D2 Dachwinkel 2 Kugelkäfig

K1 Länge Kugelkäfig

K2 Abstand Mittelebene-Stirnfläche Kugelkäfig

K3 Durchmesser Außenfläche Kugelkäfig

K4 Durchmesser Innenfläche Kugelkäfig

K5 Umfangslänge Käfigfenster

K6 Breite Käfigfenster

FK1 Durchgangsdurchmesser Anschlußkappe

FK2 Anbaulänge Anschlußkappe

W1 Außendurchmesser Zwischenwelle

W2 Innendurchmesser Zwischenwelle

Claims

Verschiebegelenk mit inneren axialen Anschlägen und integrierter Zwischenwelle und damit gebildete GelenkwellePatentansprüche

1. Verschiebegelenk (61) bestehend aus einem Gelenkaußenteil (51) mit einer Längsachse (AG) und ersten Kugelbahnen, die mit der Längsachse (AG) - insbesondere über dem Umfang abwechselnde - gleich große erste Kreuzungswinkel bilden, einem Gelenkinnenteil (11) mit einer Längsachse (AN) und zweiten Kugelbahnen (15, 16), die mit der Längsachse (A_N) - insbesondere über dem Umfang abwechselnde - gleich große zweite Kreuzungswinkel bilden, wobei jeweils Bahnpaare von ersten und zweiten Kugelbahnen, die jeweils eine drehmomentübertragende Kugel (52) aufnehmen, bei übereinstimmenden Längsachsen (AG, A_N) gleich große, jedoch zueinander entgegengesetzte Kreuzungswinkel mit den Längsachsen (AG, A_N) bilden, und mit einem ringförmigen Kugelkäfig (31) mit einer Längsachse (AK), der die drehmomentübertragenden Kugeln (52) in umfangsverteilten Käfigfenstern (32) aufnimmt und in einer gemeinsamen Ebene hält, wobei der Kugelkäfig (31) mit seiner Innenfläche (35) gegenüber der Außenfläche des Gelenkinnenteils (11) Axialanschläge bildet, die bei einer relativen Verschiebung von Gelenkaußenteil (51) und Gelenkinnenteil (11) innerhalb eines Betriebsbeugebereichs des Gelenks zur Wirkung kommen,

dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Gelenkinnenteils (11) zur Längsachse (A_N) ausgeführte Reduzierungsflächen (17, 18) mit reduziertem Abstand bezüglich der Längsachse (A_N) aufweist, wobei in Richtung einer Projektionsachse (P) unter einem Projektions- und Montagewinkel α_m zur Längsachse (A_N) betrachtet, welcher größer ist als der maximale Betriebsbeugewinkel, die Projektionsfläche des Gelenkinnenteils (11) innerhalb einer Kreisfläche liegt, die den Durchmesser (Do) einer der Endöffnungen (36, 37) des Kugelkäfigs (31) aufweist.

2. Gelenk nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Projektionsachse (P) die Längsachse (A_N) des Gelenkinnenteils (11) in einer Mittelebene (E) des Gelenkinnenteils (11) schneidet.

3. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Reduzierungsflächen (17, 18) zueinander parallele ebene Flächen symmetrisch und parallelverlaufend zur Längsachse (A_N) sind.

4. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Reduzierungsflächen (17, 18) Zylinderflächenabschnitte um die Längsachse (A_N) sind.

5. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß Reduzierungsflächen (17, 18) ausschließlich an zwei radial gegenüberliegenden Führungsstegen (19, 20) des Gelenkinnenteils (11) ausgebildet sind.

6. Gelenk nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Projektions- und Montagewinkel α_m etwa 35° beträgt.

7. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

daß Reduzierungsflächen an mehr als zwei Führungsstegen des Gelenkinnenteils (11) ausgebildet sind.

8. Gelenk nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Projektions- und Montagewinkel α_m zwischen 15° und 20° liegt.

9. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Reduzierungsflächen (17, 18) geschmiedete Flächen sind.

10. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Gelenkinnenteils (11) von zwei Kugelflächenabschnitten (12, 13) gebildet wird, deren Mittelpunkte (M12, M13) auf der Längsachse (AN) liegen und die gegenüber der Mittelebene (E) um gleiche Abstände (X12, X13) in entgegengesetzter Richtung versetzt liegen.

11. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Gelenkinnenteil (11) mit einer Zwischenwelle (24) unlösbar verbunden ist, insbesondere verschweißt ist.

12. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Zwischenwelle (24) eine Hohlwelle ist.

13. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 12,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Verhältnis aus Teilkreisdurchmesser PCD der Kugeln und reduzierter Breite Br des Gelenkinnenteils zwischen 1 ,0 und 1 ,2 liegt.

14. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 13,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Verhältnis aus Teilkreisdurchmesser PCD der Kugeln (52) und größtem Außendurchmesser Dmax des Gelenkinnenteils (11) zwischen 0,9 und 1 ,2 liegt.

15. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 14,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Verhältnis aus Teilkreisdurchmesser PCD der Kugeln (52) und Anschlußradius N9 an die Reduzierungsflächen (17, 18) zwischen 1 ,8 und 2,2 liegt.

16. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 15,

dadurch gekennzeichnet,

daß der wellenabgewandte Dachwinkel αoi des Kugelkäfigs (31) zwischen 18 und 26° liegt.

17. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 16,

dadurch gekennzeichnet,

daß der wellenzugewandte Dachwinkel α_D2 des Kugelkäfigs (31) zwischen 18 und 26° liegt.

18. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 17,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Verhältnis aus Teilkreisdurchmesser PCD der Kugeln (52) und Innendurchmesser DO der Endöffnungen (36, 37) des Kugelkäfigs (31) zwischen 1 ,0 und 1 ,2 liegt.

19. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 18,

dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis aus Teilkreisdurchmesser PCD der Kugeln (52) und Außendurchmesser W1 der Zwischenwelle (24) zwischen 1 ,6 und 2,0 liegt.

20. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 19,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Verhältnis aus Teilkreisdurchmesser PCD der Kugeln (52) und Innendurchmesser W2 der Zwischenwelle (24) zwischen 2,0 und 2,5 liegt.

21. Gelenkwelle bestehend aus zwei mittels einer Zwischenwelle verbundenen Drehgelenken, von denen zumindest eines ein Verschiebegelenk (61) ist, bestehend aus einem Gelenkaußenteil (51) mit einer Längsachse (AG) und ersten Kugelbahnen, die mit der Längsachse (A_G) - insbesondere über dem Umfang abwechselnde - gleich große erste Kreuzungswinkel bilden, einem Gelenkinnenteil (11) mit einer Längsachse (A_N) und zweiten Kugelbahnen (15, 16), die mit der Längsachse (A_N) - insbesondere über dem Umfang abwechselnde - gleich große zweite Kreuzungswinkel bilden, wobei jeweils Bahnpaare von ersten und zweiten Kugelbahnen, die jeweils eine drehmomentübertragende Kugel (52) aufnehmen, bei übereinstimmenden Längsachsen (A_G, AN) gleich große, jedoch zueinander entgegengesetzte Kreuzungswinkel mit den Längsachsen (A_G, A_N) bilden, und mit einem ringförmigen Kugelkäfig (31) mit einer Längsachse (AK), der die drehmomentübertragenden Kugeln (52) in umfangsverteilten Käfigfenstern (32) aufnimmt und in einer gemeinsamen Ebene hält, wobei der Kugelkäfig (31) mit seiner Innenfläche (35) gegenüber der Außenfläche des Gelenkinnenteils (11) Axialanschläge bildet, die bei einer relativen Verschiebung von Gelenkaußenteil (51) und Gelenkinnenteil (11) innerhalb eines Betriebsbeugebereichs des Gelenks zur Wirkung kommen,

dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Gelenkinnenteils (11) zur Längsachse (AN) ausgeführte Reduzierungsflächen (17, 18) mit reduziertem Abstand bezüglich der Längsachse (AN) aufweist, wobei in Richtung einer Projektionsachse (P) unter einem Projektions- und Montagewinkel α_m zur Längsachse (A_N) betrachtet, welcher größer ist als der maximale Betriebsbeugewinkel, die Projektionsfläche des Gelenkinnenteils (11) innerhalb einer Kreisfläche liegt, die den Durchmesser (Do) einer der Endöffnungen (36, 37) des Kugelkäfigs (31) aufweist.

22. Gelenkwelle nach Anspruch 21 ,

dadurch gekennzeichnet,

23. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 21 oder 22,

dadurch gekennzeichnet,

24. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 21 oder 22,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Reduzierungsflächen (17, 18) Zylinderflächenabschnitte um die Längsachse (AN) sind.

25. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 21 bis 24,

26. Gelenkwelle nach Anspruch 25,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Projektions- und Montagewinkel α_m etwa 35° beträgt.

27. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 21 bis 24,

dadurch gekennzeichnet,

28. Gelenkwelle nach Anspruch 27,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Projektions- und Montagewinkel α_m zwischen 15° und 20° liegt.

29. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 21 bis 28,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Reduzierungsflächen (17, 18) geschmiedete Flächen sind.

30. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 21 bis 29,

31. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 21 bis 30,

dadurch gekennzeichnet,

32. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 21 bis 31 ,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Zwischenwelle (24) eine Hohlwelle ist.

33. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 21 bis 31 ,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Verhältnis aus Teilkreisdurchmesser PCD der Kugeln (52) und reduzierter Breite Br des Gelenkinnenteils (11) zwischen 1 ,0 und 1 ,2 liegt.

34. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 21 bis 33,

dadurch gekennzeichnet,

35. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 21 bis 34,

dadurch gekennzeichnet,

36. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 21 bis 35,

dadurch gekennzeichnet,

37. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 21 bis 36,

dadurch gekennzeichnet,

38. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 21 bis 37,

dadurch gekennzeichnet,

39. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 21 bis 38,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Verhältnis aus Teilkreisdurchmesser PCD der Kugeln (52) und Außendurchmesser W1 der Zwischenwelle (24) zwischen 1 ,6 und 2,0 liegt.

40. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 21 bis 39,

dadurch gekennzeichnet,

41. Verfahren zur Herstellung eines Verschiebegelenks nach einem der Ansprüche 1 bis 20 oder zur Herstellung einer Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 21 bis 40,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Gelenkinnenteil (11) vor der Gelenkmontage unlösbar mit einer Zwischenwelle (24) verbunden, insbesondere verschweißt wird.

42. Verfahren nach Anspruch 41,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Gelenkinnenteil (11) und die Zwischenwelle (24) vor der Montage gemeinsam wärmebehandelt werden.