-
Die Erfindung betrifft ein Gelenkinnenteil für ein Gleichlaufdrehgelenk mit mehreren umfangsverteilten Kugelbahnen zum Führen von drehmomentübertragenden Kugeln. Die Erfindung betrifft ferner ein Gleichlaufdrehgelenk, das neben einem solchen Gelenkinnenteil weiter ein Gelenkaußenteil mit äußeren Kugelbahnen aufweist, ferner in jeweils einem Paar von äußeren und inneren Kugelbahnen gehaltene drehmomentübertragende Kugeln sowie einen Kugelkäfig, in dem die Kugeln gehalten sind.
-
Derartige Gleichlaufdrehgelenke dienen zur Drehmomentübertragung zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkaußenteil, wobei Winkelbewegungen des Gelenkinnenteils relativ zum Gelenkaußenteil ermöglicht werden. Es werden im allgemeinen Gleichlauffestgelenke, bei denen das Gelenkinnenteil relativ zum Gelenkaußenteil weitestgehend axial unbeweglich ist, und Gleichlaufverschiebegelenke, bei denen das Gelenkinnenteil relativ zum Gelenkaußenteil axiale Verschiebebewegungen ausführen kann, unterschieden. Weiterhin können Gleichlaufgelenke unterschiedliche Bahnformen haben, z. B. gerade Kugelbahnen oder gekrümmte Kugelbahnen.
-
Aus der
DE 692 28 805 T2 ist ein Gelenkinnenteil bekannt, das zu Montagezwecken an zwei einander gegenüberliegenden Kugelbahnen jeweils Fasen aufweist, die den Außendurchmesser des Innenteils reduzieren.
-
Aus der
JP 2007 292 294 A ist ein Gelenkinnenteil mit winklig zur Drehachse verlaufenden Kugelbahnen bekannt. Die zwischen zwei benachbarten Kugelbahnen angeordneten Stege haben an ihren radial außen liegenden Enden seitliche Fasen.
-
Aus der
US 2005/0101391 A1 ist ein Gleichlaufdrehgelenk bekannt mit einem Gelenkaußenteil, einem Gelenkinnenteil, drehmomentübertragenden Kugeln und einem Kugelkäfig, in dem die Kugeln gehalten sind. Das Gelenkinnenteil hat nach radial außen vorstehende Stegbereiche und gegenüber diesen nach radial innen zurückversetzte seitliche Abflachungen. Zwischen den vorstehenden Stegbereichen und den seitlichen Abflachungen sind jeweils längsverlaufende Stufen ausgebildet.
-
Aus der
DE 10 2005 023 045 A1 ist ein Gleichlaufdrehgelenk bekannt, das ein Gelenkaußenteil, ein Gelenkinnenteil, drehmomentübertragende Kugeln sowie einen Kugelkäfig aufweist, in dem die Kugeln gehalten sind. Die Kugelbahnen sind über dem Umfang ungleichmäßig beabstandet, so dass zwischen benachbarten Kugelbahnen Stege unterschiedlicher Breite vorhanden sind. Am Gelenkinnenteil sind die Stege geringerer Breite an zumindest einem axialen Ende im Verhältnis zu einer die Stege einhüllenden Kugelfläche in der Höhe reduziert, um die Bruchgefahr zu reduzieren.
-
Aus der
DE 195 14 868 C1 ist ein weiteres Gleichlaufdrehgelenk mit einem Gelenkaußenteil, einem Gelenkinnenteil, drehmomentübertragenden Kugeln und einem Kugelkäfig bekannt. Eine erste Gruppe der Führungsstege wird über die gesamte axiale Länge des Gelenkinnenteils durch eine kugelige Oberfläche begrenzt. Eine zweite Gruppe der Führungsstege ist an dem axialen Ende mit größerer Bahntiefe auf eine Kontur unterhalb der entsprechenden kugeligen Oberfläche reduziert. Auf diese Weise soll eine verbesserte Montierbarkeit und damit verbunden eine erhöhte Festigkeit des Kugelkäfigs erreicht werden.
-
Aus der
DE 10 2005 063 006 A1 ist ein Gelenkinnenteil für ein Gleichlaufdrehgelenk in Form eines Verschiebegelenks sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Gelenkinnenteils bekannt. Das Gelenkinnenteil weist mehrere über den Umfang verteilte Stege auf, die sphärische Führungsflächen für einen Kugelkäfig bilden. Die Kugelbahnen haben jeweils einen hartbearbeiteten ersten Bahnabschnitt sowie einen mechanisch unbearbeiteten zweiten Bahnabschnitt.
-
Aus der
WO 2006/058556 A1 ist ein Verfahren zum Bearbeiten eines Gelenkinnenteils eines Gleichlaufdrehgelenks bekannt, bei dem zumindest eine Kugelbahn und zumindest ein Führungssteg simultan mechanisch bearbeitet werden.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gelenkinnenteil für ein Gleichlaufdrehgelenk vorzuschlagen, das eine Reduzierung der gegenüber dem Kugelkäfig wirksamen Reibungskräfte gewährleistet, eine verbesserte Führung des Kugelkäfigs ermöglicht und das sich einfach und kostengünstig herstellen lässt. Die Aufgabe besteht weiter darin, ein Gleichlaufdrehgelenk mit einem solchen Gelenkinnenteil vorzuschlagen.
-
Eine erste Lösung besteht in einem Gelenkinnenteil für ein Gleichlaufdrehgelenk mit einer Drehachse A, umfassend
mehrere über den Umfang verteilte Kugelbahnen zur Aufnahme drehmomentübertragender Kugeln und mehrere über den Umfang verteilte Stege, die jeweils zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Kugelbahnen gebildet sind und eine Außenfläche aufweisen, wobei eine gedachte einhüllende Kugelfläche des Gelenkinnenteils einen Durchmesser D aufweist, wobei die Außenfläche zumindest einer Teilzahl der Stege in zumindest einem Querschnitt betrachtet einen ersten Abschnitt zur Führung eines Kugelkäfigs aufweist und zumindest einen zweiten Abschnitt, der von der einhüllenden Kugelfläche K beabstandet ist, wobei der erste und der zweite Abschnitt stetig ineinander übergehen und im Querschnitt einen gemeinsamen Radius R aufweisen, der kleiner ist als der halbe Durchmesser D der einhüllenden Kugelfläche K.
-
Eine zweite Lösung besteht in einem Gelenkinnenteil für ein Gleichlaufdrehgelenk mit einer Drehachse A, umfassend
mehrere über den Umfang verteilte Kugelbahnen zur Aufnahme drehmomentübertragender Kugeln und mehrere über den Umfang verteilte Stege, die jeweils zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Kugelbahnen gebildet sind und eine Außenfläche aufweisen, wobei eine einhüllende Kugelfläche K des Gelenkinnenteils einen Durchmesser D aufweist, wobei die Außenflächen zumindest einer Teilanzahl der Stege in zumindest einem Querschnitt betrachtet jeweils einen ersten Abschnitt zur Führung eines Kugelkäfigs aufweisen und zumindest einen zweiten Abschnitt, der von der einhüllenden Kugelfläche K des Gelenkinnenteils beabstandet ist, wobei der erste Abschnitt einen ersten Radius RA1 aufweist, der kleiner gleich dem halben Durchmesser D/2 der einhüllenden Kugelfläche K ist (RA1 ≤ D/2), und der zweite Abschnitt der Außenfläche einen zweiten Radius RA2 aufweist, die kleiner als der erste Radius RA1 des ersten Abschnitts ist (RA2 ≤ RA1), wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt stetig ineinander übergehen, und wobei das Verhältnis der Erstreckung B1 des ersten Abschnitts in Umfangsrichtung zur Gesamterstreckung B der Außenfläche in Umfangsrichtung kleiner als zwei Drittel ist (B1/B < 2/3).
-
Zumindest eine Teilzahl der Stege bedeutet in diesem Zusammenhang, dass alle Stege in der genannten Art ausgebildet sein können, oder nur eine Teilzahl der Stege. Im letztgenannten Fall kann zumindest ein weiterer Steg anders ausgestaltet sein, beispielsweise zu Montagezwecken. Vorzugsweise sind die Stege der genannten Art, deren Außenflächen auf eine Kontur unterhalb der einhüllenden Kugelfläche reduziert so über den Umfang verteilt, dass der Kugelkäfig koaxial zum Gelenkinnenteil zentriert wird.
-
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Gelenkinnenteils besteht darin, dass die Führungsfläche des Gelenkinnenteils im Verhältnis zur gesamten Außenfläche klein ist, so dass auch die Kontaktfläche mit dem Kugelkäfig entsprechend klein ist. Dies hat wiederum den Vorteil, dass die zwischen der Führungsfläche des Gelenkinnenteils und der Innenfläche des Kugelkäfigs wirksamen Reibkräfte vermindert sind, was eine verbesserten Führung des Kugelkäfigs gegenüber dem Gelenkinnenteil zur Folge hat. Die gegenüber der einhüllenden Kugelfläche zurückgesetzten zweiten Abschnitte wirken unterstützend für eine Reduzierung der Reibungskräfte, da somit Spalte zwischen den zweiten Abschnitten und der Innenfläche des Kugelkäfigs gebildet sind, in die Schmiermittel eindringen kann. Je nach Kontur der Außenfläche kann das Schmiermittel tief in den Spalt eindringen, um die Kontaktflächen zwischen den ersten Abschnitten der Stege und der Innenfläche des Kugelkäfigs zu schmieren. Die ersten Abschnitte, die in montiertem Zustand zur Führung des Kugelkäfigs dienen, können unter Berücksichtigung der zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Kugelkäfig wirksamen Flächenpressung prinzipiell beliebig klein sein. Dabei gilt, dass je kleiner der erste Abschnitt bzw. je größer der von der Innenfläche des Kugelkäfigs freigestellte zweite Abschnitt ist, desto geringer sind auch die Reibungskräfte und desto besser ist die Schmiermittelzufuhr und die Führung des Kugelkäfigs.
-
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass sich die Außenflächen der Stege bei stehendem Werkstück und rotierendem Werkzeug fertigen lassen, was sowohl für die Fräsbearbeitung als auch für die Schleifbearbeitung gilt. Für die Bearbeitung der Außenflächen der Stege wird das entsprechende Werkzeug, das heißt die Schleif- bzw. Frässcheibe, parallel zur Achse des Gelenkinnenteils geführt und dabei radial zugestellt. Die so bei der Bearbeitung beispielsweise durch Schleifriefen entstehende Oberflächenstruktur ist ebenfalls axial ausgerichtet, was den reibungsmindernden Effekt zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Kugelkäfig noch verstärkt. Insgesamt können die Außenflächen der Stege individuell, entsprechend den Anforderungen an das Gelenk, axial und radial konturiert werden. Durch die Ausgestaltung der Stege mit ersten Abschnitten zur Führung und gegenüber der Kugelfläche nach innen reduzierten zweiten Abschnitten ergibt sich eine definierte Kontur der Stege, was wiederum zu einem verbessertem Tragbild führt.
-
Die Außenfläche der Stege können im Querschnitt betrachtet prinzipiell beliebig konturiert sein, wobei eine möglichst kleine erste Fläche zur Führung des Kugelkäfigs für eine geringe Reibung von Vorteil ist. Vorzugsweise ist das Verhältnis der Erstreckung B1 des ersten Abschnitts in Umfangsrichtung zur Gesamterstreckung B der Außenfläche in Umfangsrichtung kleiner als zwei Drittel, das heißt B1/B < 2/3, insbesondere kleiner als ein Halb, das heißt B1/B < 1/2, insbesondere kleiner als ein Drittel, das heißt B1/B < 1/3. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist der zumindest eine Steg im Querschnitt betrachtet symmetrisch gestaltet, wobei der erste Abschnitt mittig angeordnet ist und jeweils ein zweiter Abschnitt in Umfangsrichtung seitlich benachbart zum ersten Abschnitt angeordnet ist. Vorzugsweise liegt ein Maximum M des ersten Abschnitts in der Symmetrieebene, und zwar etwa auf der einhüllenden Kugelfläche. Vorzugsweise wird die Außenfläche der Stege im Querschnitt durch Radien gebildet, wobei sich die Außenkontur prinzipiell auch durch Kurven höherer Ordnung bilden lässt.
-
Gemäß der ersten Lösung ist vorgesehen, dass der erste Abschnitt zur Führung des Kugelkäfigs und der zweite Abschnitt, der gegenüber der sphärischen Kugelfläche zurückgesetzt ist, im Querschnitt betrachtet durch einen Kreisbogen mit gleichbleibendem Radius RA gebildet werden. Bei dieser Ausführungsform mit einheitlichem Radius der Außenfläche über dem Umfang ist vorgesehen, dass der Radius RA kleiner ist als der halbe Durchmesser D/2 der einhüllenden Kugelfläche. Hieraus ergibt sich im Querschnitt betrachtet ein Punkt- bzw. aufgrund der Flächenpressung ein minimaler Flächenkontakt zwischen der Außenfläche des Gelenkinnenteils und der Innenfläche des Kugelkäfigs. Vorzugsweise ist der erste Radius RA größer gleich ein Viertel des Durchmessers D ist, das heißt RA ≥ D/4. Der Vorteil der vorliegenden Ausführungsform mit einheitlichem Radius RA ist, dass der Spalt zwischen der Außenfläche des Gelenkinnenteils und der Innenfläche des Kugelkäfigs maximiert ist, so dass Schmiermittel besonders tief bis in den mittleren Bereich der Stege gelangen kann. Für ein gutes Eindringen des Schmiermittels in den Spalt trägt in günstiger Weise auch der stetige Übergang des ersten und zweiten Abschnitts aufgrund des gleichen Radius bei. Durch die gute Schmierung wird eine besonders geringe Reibung zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Kugelkäfig erreicht.
-
Gemäß der zweiten Lösung ist vorgesehen, dass der erste Abschnitt einen ersten Radius RA1 aufweist, der kleiner gleich dem halben Durchmesser D der einhüllenden Kugelfläche ist, das heißt RA1 ≤ D/2, und dass der zweite Abschnitt der Außenfläche einen zweiten Radius RA2 aufweist, die kleiner als der erste Radius RA1 des ersten Abschnitts ist, das heißt RA2 ≤ RA1. Vorzugsweise liegt das Verhältnis der Erstreckung B1 des ersten Abschnitts in Umfangsrichtung zur Gesamterstreckung B der Außenfläche in Umfangsrichtung zwischen einem Drittel und zwei Dritteln, das heißt 1/3 < B1/B < 2/3. Die Stege der zweiten Ausführungsform haben gegenüber den Stegen der ersten Ausführungsform vergrößerte Führungsflächen bzw. höhere Traganteile. Dies ist besonders günstig für Gleichlaufgelenke, in denen die Flächenpressung zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Kugelkäfig größer ist.
-
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung, die für beide der vorstehend genannten Ausführungsformen gilt, haben die Stege im Querschnitt betrachtet Fasen im Übergangsbereich zwischen der Außenfläche und den angrenzenden Kugelbahnen. Die Fasen werden insbesondere bei Stegen vorgesehen, bei denen das Spaltmaß zwischen den zweiten Abschnitten und der Innenfläche des Kugelkäfigs bzw. der einhüllenden Kugelfläche gering ist. Die Fasen verhindern, dass während des Betriebs durch das Abwälzen der Kugeln in den Kugelbahnen ausgewalztes Material nach radial außen wandert, was zu einer erhöhten Reibung und Verschleiß führen würde. Die Fasen können bei dem erfindungsgemäßen Gelenkinnenteil gleichzeitig mit der Außenkontur erzeugt werden. Ein separater Fertigungsprozess speziell zur Herstellung der Fasen ist demnach nicht erforderlich.
-
Wie oben bereits gesagt, können die Stege des erfindungsgemäßen Gelenkinnenteils auch in Längsrichtung generell beliebig innerhalb der einhüllenden Kugelfläche gestaltet sein.
-
Nach einer ersten Möglichkeit, die für alle obengenannte Ausführungsformen gilt, ist die Außenfläche im Längsschnitt durch den Steg durch einen Kreisbogen gebildet, dessen Radius RL kleiner oder gleich dem halben Durchmesser D der einhüllenden Kugelfläche entspricht, das heißt RL ≤ D/2. Dabei verläuft die Führungsfläche des Steges über die gesamte Länge des Gelenkinnenteils, so dass sie auch über die gesamte Länge den Kugelkäfig tragen kann.
-
Nach einer zweiten Möglichkeit, die ebenfalls für alle der obengenannten Ausführungsformen gilt, ist die Führungsfläche so gestaltet, dass der Kugelkäfig im Längsschnitt betrachtet auf zwei Endbereichen des Steges geführt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass der erste Abschnitt in einem zentralen Bereich eine Abflachung aufweist, so dass axial benachbart zu dem abgeflachten Bereich zwei Endbereiche zum Führen des Kugelkäfigs gebildet sind. Auch hier gilt, dass der erste Abschnitt im Längsschnitt durch den Steg durch einen Kreisbogen gebildet wird, dessen Radius RL kleiner oder gleich dem halben Durchmesser D der einhüllenden Kugelfläche entspricht, das heißt RL ≤ D/2. Dabei gilt, dass je kleiner der Radius RL ist, desto kleiner ist die Kontaktfläche zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Kugelkäfig. Diese Ausgestaltung mit zwei seitlichen Endbereichen, die den Kugelkäfig führen, kann auch als Dachform bezeichnet werden.
-
Weitere Möglichkeiten zur Ausgestaltung der Führungsfläche in Längsrichtung sind nicht ausgeschlossen. Beispielsweise können die tragenden Endbereiche anstelle durch Radien auch durch Konusflächen gebildet sein.
-
Nach einer möglichen Weiterbildung, die für jede der obengenannten Ausführungsformen anwendbar ist, kann ein Steg oder können mehrere der Stege so gestaltet sein, dass eine Montage des Gelenkinnenteils in den Kugelkäfig vereinfacht wird. Hierfür kann der zumindest eine Steg nach einer ersten Lösung an einem axialen Ende eine Abflachung aufweisen, die sich von der Führungsfläche bis zur Stirnfläche des Gelenkinnenteils erstreckt. Nach einer zweiten Lösung kann der zumindest eine Steg komplett über seine gesamte Länge abgeflacht sein, so dass er gar keine Führungsfunktion mehr gegenüber dem Kugelkäfig wahrnehmen kann. Vorzugsweise sind zwei einander gegenüberliegende Stege mit derartigen Montageabflachungen versehen.
-
Die Lösung der obengenannten Aufgabe besteht weiter in einem Gleichlaufdrehgelenk umfassend ein Gelenkaußenteil mit äußeren Kugelbahnen; ein Gelenkinnenteil mit inneren Kugelbahnen; drehmomentübertragende Kugeln, die in Bahnpaaren aus jeweils einer äußeren Kugelbahn und einer inneren Kugelbahn geführt sind; einen Kugelkäfig mit Fenstern, in denen die drehmomentübertragenden Kugeln aufgenommen sind; wobei das Gelenkinnenteil nach einer der obengenannten Ausführungsformen gestaltet ist. Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Gleichlaufdrehgelenks liegt darin, dass die Führungsflächen des Gelenkinnenteils und damit die Kontaktflächen zwischen den Stegen und dem Kugelkäfig verkleinert sind, was zu einer geringeren Reibung des gesamten Gelenks führt.
-
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist der halbe Durchmesser D der einhüllenden Kugelfläche des Gelenkinnenteils kleiner oder gleich einer sphärischen Innenfläche des Kugelkäfigs. Diese Maßnahme trägt ebenfalls zu einer Reduktion der Reibung bei.
-
Das erfindungsgemäße Gleichlaufgelenk kann prinzipiell beliebig gestaltet sein. Insbesondere geeignet sind RF-Gelenke, UF-Gelenke, Gegenbahngelenke sowie DO-Gelenke.
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Hierin zeigt
-
1 ein erfindungsgemäßes Gelenkinnenteil in einer ersten Ausführungsform
- a) in Axialansicht;
- b) in Seitenansicht;
- c) im Längsschnitt;
- d) einen Steg aus 1a als Detail im Querschnitt mit eingezeichnetem Kugelkäfig;
-
2 ein erfindungsgemäßes Gelenkinnenteil in einer zweiten Ausführungsform
- a) in Seitenansicht;
- b) einen Steg als Detail gemäß Schnittlinie II-II aus 2a;
-
3 ein erfindungsgemäßes Gelenkinnenteil in einer dritten Ausführungsform
- a) in Seitenansicht;
- b) einen Steg als Detail gemäß Schnittlinie III-III aus 3a;
-
4 ein erfindungsgemäßes Gelenkinnenteil in einer vierten Ausführungsform
- a) in Seitenansicht;
- b) im Längsschnitt gemäß Schnittlinie IVb-IVb aus 4a;
- b) einen Steg als Detail gemäß Schnittlinie IVc-IVc aus 4a;
-
5 ein Gelenkinnenteil in einer fünften Ausführungsform
- a) im Längsschnitt;
- b) in Axialansicht;
-
6 ein erfindungsgemäßes Gelenkinnenteil in einer sechsten Ausführungsform
- a) im Längsschnitt;
- b) im Querschnitt;
-
7 ein erfindungsgemäßes Gelenkinnenteil in einer abgewandelten siebenten Ausführungsform
- a) in Axialansicht;
- b) in Seitenansicht; und
-
8 ein Gleichlaufdrehgelenk in Form eines Festgelenks mit einem erfindungsgemäßen Gelenkinnenteil
- a) im Längsschnitt, wobei die Schnittlinie in der oberen Bildhälfte durch eine Kugelbahn und in der unteren Bildhälfte durch einen Steg verläuft;
- b) einen Steg aus 8a als Detail im Querschnitt mit Kugelkäfig.
-
Die 1 bis 4 werden nachstehend hinsichtlich ihrer Gemeinsamkeiten zunächst gemeinsam beschrieben. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen und abgewandelte Bauteile sind mit den Figuren entsprechenden tiefer gestellten Indizes versehen.
-
Es ist ein Gelenkinnenteil 2 für ein weiter unten näher beschriebenes Gleichlaufdrehgelenk erkennbar. Das Gleichlaufdrehgelenk umfasst, neben dem Gelenkinnenteil 2, ein Gelenkaußenteil, einen Kugelkäfig sowie drehmomentübertragende Kugeln, die in Fenstern des Kugelkäfigs gehalten sind.
-
Das Gelenkinnenteil 2 hat mehrere über den Umfang verteilte Stege 3 sowie jeweils zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Stegen 3 eine Kugelbahn 4. Die Kugelbahnen 4 dienen zur Aufnahme und Führung der drehmomentübertragenden Kugeln des Gleichlaufdrehgelenks. Die Stege 3 haben an ihren axial außen liegenden Enden jeweils eine Außenfläche 5, welche weiter unten noch näher zu beschreiben sein wird. Ferner weist das Gelenkinnenteil 2 eine erste Stirnfläche 6, eine hierzu axial entgegengesetzt liegende zweite Stirnfläche 7 sowie eine zentrale Durchgangsöffnung 8 auf. Die Durchgangsöffnung 8 hat eine nicht dargestellte Innenverzahnung, in die eine Welle oder ein Zapfen zur Drehmomentübertragung drehfest eingesteckt werden kann.
-
Maxima der Außenflächen 5 der Stege 3 bilden eine gedachte Kugelfläche K, welche das Gelenkinnenteil 2 einhüllt; diese wird auch als einhüllende Kugelfläche K bezeichnet. Das Gelenkinnenteil 2 ist insofern im Längsschnitt asymmetrisch gestaltet, als eine Ebene E, welche im Krümmungsmittelpunkt O der sphärischen Kugelfläche senkrecht zur Längsachse A steht, das Gelenkinnenteil 2 in zwei Abschnitte ungleicher axialer Länge teilt.
-
Die Kugelbahnen 4 verlaufen parallel zur Längsachse A. Die Zahl der Kugelbahnen 4 richtet sich nach der Zahl der zu verwendenden drehmomentübertragenden Kugeln. Üblicherweise kommen bei Gleichlaufdrehgelenken für den Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen sechs oder acht Kugeln zum Einsatz, wobei auch andere Kugelzahlen denkbar sind. Zwischen jeweils zwei Kugelbahnen 4 ist ein Steg 3 gebildet, so dass die Anzahl der Stege insgesamt der Anzahl der Kugelbahnen entspricht.
-
Es ist erkennbar, dass die Außenflächen 5 im Querschnitt betrachtet jeweils einen ersten Abschnitt 9 zur Führung des Kugelkäfigs des Gleichlaufdrehgelenks aufweisen, sowie zwei seitlich benachbarte zweite Abschnitte 10, 10', die von der einhüllenden Kugel nach innen beabstandet sind. Durch diese Ausgestaltung ist die Führungsfläche 12 zwischen dem Gelenkinnenteil 2 und dem hier nicht dargestellten Kugelkäfig, welche durch die ersten Abschnitte 9 definiert wird, im Verhältnis zur gesamten Außenfläche 5 klein, so dass die zwischen den beiden genannten Bauteilen wirksamen Reibungskräfte gering sind. Die Außenfläche 5 der Stege 3 kann im Querschnitt betrachtet prinzipiell eine beliebige Kontur haben. Entscheidend im Sinne der Erfindung ist, dass der erste Abschnitt 9, der auf der Kugelfläche K liegt, gegenüber der Gesamtlänge der Außenfläche 5 in Umfangsrichtung deutlich reduziert ist, insbesondere um ein Vielfaches.
-
Im Folgenden werden die Besonderheiten der einzelnen Ausführungsbeispiele gemäß den 1 bis 4 erläutert.
-
In der Ausführungsform gemäß 1 werden der erste Abschnitt 9 und die hieran seitlich angrenzenden zweiten Abschnitte 10, 10' durch einen gemeinsamen einheitlichen Radius RA gebildet. Insofern ergibt sich, wie insbesondere aus 1b ersichtlich ist, im Wesentlichen eine linienförmige Führungsfläche 12 zwischen der Außenfläche 5 des Gelenkinnenteils 2 und der Innenfläche 13 des Gelenkaußenteils 14. Im Wesentlichen linienförmig bedeutet in diesem Zusammenhang, dass aufgrund der Flächenpressung kein reiner Linienkontakt, sondern ein Flächenkontakt mit schmaler Erstreckung in Umfangsrichtung entsteht. Der Radius RA der Außenfläche 3 beträgt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa ein Viertel des Durchmessers D der einhüllenden Kugelfläche, d. h. RA = D/4. Es versteht sich, dass der Radius RA auch größer sein könnte als ein Viertel des Durchmessers D; er ist aber in jedem Fall kleiner als der halbe Durchmesser D der einhüllenden Kugelfläche, d. h. D/4 ≤ RA ≤ D/2.
-
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform hat der erste Abschnitt 9 2 der Stege einen ersten Radius RA1, welcher dem halben Durchmesser D der einhüllenden Kugel entspricht, d. h. RA1 = D/2. Die zweiten Abschnitte 10 2, 10 2', welche in Umfangsrichtung auf entgegengesetzten Seiten benachbart an den ersten Abschnitt 9 2 stetig anschließen, haben einen zweiten Radius RA2, der kleiner ist als der erste Radius RA1 des ersten Abschnittes 9 2. Die durch den ersten Abschnitt 9 2 gebildete Führungsfläche 12 2 ist in Längsrichtung betrachtet etwa streifenförmig, wie insbesondere aus 2a hervorgeht. Es ist ersichtlich, dass die Breite B1 der so gebildeten Führungsfläche 12 2 etwa halb so groß ist, wie die gesamte Erstreckung B der Außenfläche 5 2 in Umfangsrichtung im Bereich der Seitenfläche des Gelenkinnenteils. Insofern ist die Flächenpressung zwischen den Stegen 3 2 des Gelenkinnenteils 2 2 und dem Kugelkäfig 14 gegenüber der obigen Ausführungsform vermindert.
-
Die in 3 gezeigte Ausführungsform entspricht weitestgehend derjenigen gemäß 2, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die entsprechende Beschreibung Bezug genommen werden kann. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Stege 3 3 an ihren in Umfangsrichtung entgegengesetzt liegenden Kanten jeweils eine Fase 15 aufweisen, welche einen Übergang von der entsprechenden Kugelbahn 4 zum zweiten Abschnitt 10 3, 10 3' der Außenfläche 5 3 bilden. Die Fasen 15 verhindern, dass während des Betriebes durch das Abwälzen der Kugeln in den Kugelbahnen 4 ausgewalztes Material nach radial außen wandert. Dies könnte zu einer Zusetzung des Spalts 16 zwischen dem jeweiligen Steg 3 3 und der Innenfläche 13 des Kugelkäfigs 14 führen. Durch die Fase 15 wird insofern gewährleistet, dass Schmiermittel auch nach langer Betriebsdauer in den Spalt 16 eindringen kann und die in Kontakt befindlichen Flächen schmieren kann. Dies wirkt sich günstig auf die Lebensdauer des Gelenks aus.
-
Die Ausführungsform gemäß 4 entspricht weitestgehend derjenigen gemäß 2, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden kann. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Außenflächen 5 4 der Stege 3 4 bei der vorliegenden Ausführungsform in einem axial zentralen Bereich Abflachungen 17 aufweisen. In diesen abgeflachten Bereichen sind die Stege 3 4 nicht mit der Innenfläche 13 des Kugelkäfigs 14 in Kontakt. Vielmehr ergibt sich im Längsschnitt betrachtet ein Zweiflächenkontakt, wie insbesondere aus 4b hervorgeht. Dabei liegen die tragenden ersten Abschnitte 9 4 der Stege 3 4 in axialen Endbereichen des Gelenkinnenteils 2 4. Durch die Abflachungen 17 wird die Kontaktfläche zwischen der Außenfläche 5 4 des Gelenkinnenteils 2 4 und der Innenfläche 13 des Kugelkäfigs 14 nochmals reduziert, was sich günstig auf die Reibung auswirkt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Gelenkinnenteil 2 4 gut gegen Kippbewegungen um die Beugeachse des Gelenks abgestützt ist.
-
Es versteht sich, dass die Abwandlung des erfindungsgemäßen Gelenkinnenteils mit Abflachungen sich auf jede beliebige Außenflächenkontur übertragen läßt. Insbesondere sind auch die Ausführungsformen gemäß 1 sowie gemäß 3 denkbar, welche Abflachungen entsprechend dem Ausführungsbeispiel aus 4 aufweisen.
-
5 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenkinnenteil
2 5 in abgewandelter Form. Das Gelenkinnenteil
2 5 kann im Hinblick auf die Ausgestaltung der Stege
3 gemäß jeder einzelnen der obenstehenden Ausführungsformen nach den
1 bis
4 gestaltet sein. Die Besonderheit der vorliegenden Variante besteht darin, dass zwei einander gegenüberliegende Stege
3 5' auf der gleichen Seite des Gelenkinnenteils Aussparungen
18 aufweisen. Die Aussparungen
18, welche in Form von Kantenbrechungen der Endkante gestaltet sind, ermöglichen eine vereinfachte Montage ohne Einbuße hinsichtlich der Käfigfestigkeit, wie es in der oben bereits genannten
DE 195 14 868 C1 beschrieben ist. Die übrigen Stege
3 5 weisen keine Aussparungen
18 auf und können einheitlich nach einer der oben genannten Ausführungsformen gestaltet sein.
-
Die 6 zeigt eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Gelenkinnenteils 2 6 dabei können die Stege 3 6 ebenfalls nach einer der obengenannten Ausführungsformen gemäß den 1 bis 4 gestaltet sein. Die Besonderheit der vorliegenden Variante liegt darin, dass zwei einander gegenüberliegende Stege 3 6 Aussparungen 18 6 aufweisen, die in Form von zentralen Abflachungen gestaltet sind. Auch die vorliegende Ausführungsform mit zentralen Abflachungen bietet den Vorteil einer vereinfachten Montage des Gelenkinnenteils 2 6 in den zugehörigen Kugelkäfig, wobei keine Einbußen hinsichtlich der Festigkeit bestehen. Die übrigen Stege 3 6, welche keine Abflachungen aufweisen, können nach einer der obengenannten Ausführungsformen gestaltet sein.
-
7 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenkinnenteil in einer weiteren Ausführungsform, die gegenüber den Ausführungsformen gemäß den 1 bis 4 leicht abgewandelt ist. Insofern wird hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Außenfläche 5 der Stege 3 des vorliegenden Gelenkinnenteils 2 können im Detail nach jeder einzelnen der in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsformen gestaltet sein, das heißt im Querschnitt betrachtet mit durchgehendem einheitlichen Radius gemäß 1 oder mit unterschiedlichen Radien des ersten und zweiten Abschnitts gemäß 2, zusätzlich optional mit Fasen gemäß 3 oder mit zentralen Abflachungen gemäß 4.
-
Die Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform besteht darin, dass das Gelenkinnenteil 2 7 zwei Gruppen von Stegen 3', 3'' umfasst, deren Stege sich voneinander unterscheiden. Es ist nämlich eine erste Gruppe von Stegen 3' vorgesehen, deren Außenflächen 5' sich im Querschnitt betrachtet zumindest mit einem Teilabschnitt bis zur einhüllenden Kugelfläche radial erstrecken. Die Stege dieser ersten Gruppe von Stegen 3' ist in montiertem Zustand des Gelenkinnenteils 2 7 in Anlagekontakt mit dem Kugelkäfig, der hier nicht dargestellt ist, um diesen zu führen.
-
Demgegenüber sind die Stege einer zweiten Gruppe von Stegen 3'' gegenüber der einhüllenden Kugelfläche radial nach innen zurückgesetzt, so dass die Außenflächen 5'' über die gesamte Länge des jeweiligen Stegs 3'' mit radialem Abstand gegenüber der einhüllenden Kugelfläche angeordnet sind. Folglich sind, in montiertem Zustand des Gelenkinnenteils, zwischen Außenflächen 5'' der zweiten Gruppe von Stegen 3'' und der sphärischen Innenfläche des hier nicht gezeigten Kugelkäfigs Radialspalte gebildet, das heißt die zweiten Stege 3'' sind mit dem Kugelkäfig im Normalfall nicht in Kontakt. Dies hat den Vorteil, dass die zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Kugelkäfig wirksamen Reibungskräfte nochmals reduziert sind, was sich günstig auf die Lebensdauer und die Verlustleistungen des Gelenks auswirkt.
-
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Außenkonturen der ersten Stege 3' und der zweiten Stege 3'' im Querschnitt und im Längsschnitt betrachtet gleich gestaltet sind. Der Vorteil besteht darin, dass – wenn der aufgrund von Fertigungstoleranzen oder Härteverzügen von einer idealrunden Form abweichende Kugelkäfig unter Drehmomentlast doch mit einem oder mehreren der zweiten Stege 3'' in Kontakt kommt – sich ein einheitliches Tragbild zwischen der Innenfläche des Kugelkäfigs und den ersten Stegen 3' bzw. den zweiten Stegen 3'' ergibt. Es ist jedoch prinzipiell auch denkbar, dass die Außenkonturen der zweiten Stege von den Außenkonturen der ersten Stege abweichen.
-
Es ist ersichtlich, dass das Gelenkinnenteil in der vorliegenden Ausführungsform sechs Kugelbahnen 4 und entsprechend sechs Stege 3 aufweist, wobei die Stege der ersten Gruppe und die Stege der zweiten Gruppe über den Umfang abwechselnd angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich in günstiger Weise eine Abstützung des Kugelkäfigs in drei Bereichen über dem Umfang, wodurch eine gute Zentrierung des Kugelkäfigs koaxial zum Gelenkinnenteil erreicht wird. Es versteht sich jedoch von selbst, dass das Gelenkinnenteil auch eine beliebig andere Anzahl von Kugelbahnen bzw. Stegen aufweisen kann, insbesondere acht. Weiter können die Stege auch in anderer Anordnung als abwechselnd angeordnet sein. Beispielsweise können auch zwei erste Stege zueinander benachbart sein, auf welche in Umfangsrichtung jeweils ein zweiter Steg folgt.
-
Die 8 zeigt ein erfindungsgemäßes Gleichlaufdrehgelenk mit einem erfindungsgemäßen Gelenkinnenteil in der Ausführungsform nach 1. Das Gleichlaufdrehgelenk 20 ist in Form eines Rzeppa-Festgelenks gestaltet, das daher auch als RF-Gelenk bezeichnet wird. Das Rzeppa-Festgelenk dient zur Drehmomentübertragung zwischen zwei drehenden Baueilen, wobei Winkelbewegungen zwischen den beiden Bauteilen möglich sind. Das Gleichlauffestgelenk umfasst ein Gelenkaußenteil 21 mit äußeren Kugelbahnen 22, ein Gelenkinnenteil 2 mit inneren Kugelbahnen 4, drehmomentübertragende Kugeln 23, die in Bahnpaaren aus jeweils einer äußeren und einer inneren Kugelbahn 22, 4 geführt sind, sowie einen Kugelkäfig 14 mit umfangsverteilten Käfigfenstern 24, in denen die Kugeln 23 aufgenommen sind. Die Kugeln 23 werden von dem Kugelkäfig 24 in einer gemeinsamen Mittenebene E gehalten und bei Gelenkbeugung auf die winkelhalbierende Ebene zwischen dem Gelenkaußenteil 21 und dem Gelenkinnenteil 2 geführt.
-
Beim Rzeppa-Festgelenk verlaufen die äußeren und inneren Kugelbahnen 22, 4 im Längsschnitt betrachtet über ihre Länge bogenförmig um einen Mittelpunkt. Die Besonderheit des vorliegenden Rzeppa-Festgelenks besteht darin, dass die Außenkonturen der Stege 3 des Gelenkinnenteils 2 wie in der Ausführungsform gemäß 1 gestaltet sind. Mit anderen Worten, die Stege 3 haben im Querschnitt betrachtet jeweils erste Abschnitte zur Führung des Kugelkäfigs und in Umfangsrichtung benachbart hierzu zweite Abschnitte, die gegenüber der Innenfläche 13 des Kugelkäfigs 14 nach radial innen zurückversetzt sind. Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass das Gelenkinnenteil des gezeigten Rzeppa-Festgelenks selbstverständlich auch Stege mit Außenkonturen aufweisen kann, wie sie in den 2 bis 7 gezeigt sind.
-
Das in
8 gezeigte erfindungsgemäße Gleichlaufdrehgelenk ist beispielhaft genannt, um zu zeigen, in welchen Gelenken die erfindungsgemäßen Gelenkinnenteile
2 eingesetzt werden können. Generell gilt, dass die erfindungsgemäße Lehre der reduzierten Führungsfläche des Gelenkinnenteils
2 auf alle Gleichlaufdrehgelenke übertragbar ist, bei denen der Kugelkäfig auf der vorzugsweise sphärischen Führungsfläche des Gelenkinnenteils
2 geführt ist. Dies gilt sowohl für Festgelenke, beispielsweise Gelenke mit hinterschnittfreien Bahnen, die auch als UF-Gelenke („undercut-free”) bezeichnet werden, oder Gegenbahngelenke mit ersten und zweiten Bahnpaaren, die sich in entgegengesetzte Richtung öffnen, als auch für Verschiebegelenke, wie sie beispielsweise in der oben bereits genannten
DE 10 2005 063 006 A1 gezeigt sind, die auch als DO-Gelenke bezeichnet werden.
-
Alle genannten Gleichlaufdrehgelenke mit erfindungsgemäßem Gelenkinnenteil haben den Vorteil, dass die Führungsflächen des Gelenkinnenteils bzw. die Kontaktflächen zwischen den Stegen und dem Kugelkäfig verkleinert sind, was zu einer verbesserten Schmiermittelzufuhr der Kontaktflächen und einer geringeren Reibung des gesamten Gelenks und damit zu reduzierten Verlustleistungen führt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 2
- Gelenkinnenteil
- 3
- Steg
- 4
- Kugelbahn
- 5
- Außenfläche
- 6
- Stirnseite
- 7
- Stirnseite
- 8
- Durchgangsöffnung
- 9
- erster Abschnitt
- 10
- zweiter Abschnitt
- 12
- Führungsfläche
- 13
- Innenfläche
- 14
- Kugelkäfig
- 15
- Fase
- 16
- Spalt
- 17
- Abflachung
- 18
- Aussparung
- 20
- Gleichlaufdrehgelenk
- 21
- Gelenkaußenteil
- 22
- äußere Kugelbahn
- 23
- Kugel
- 24
- Käfigfenster
- A
- Längsachse
- B
- Breite
- D
- Durchmesser
- E
- Ebene
- K
- Kugelfläche
- R
- Radius
- S
- Symmetrieebene
- O
- Krümmungsmittelpunkt