Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Gleichlaufgelenk in Form eines Gegenbahngelenks mit den Merkmalen ein Gelenkaußenteil, welches eine erste Längsachse aufweist und das erste äußere Kugelbahnen und zweite äußere Kugelbahnen aufweist, ein Gelenkinnenteil, welches eine zweite Längsachse aufweist und das erste innere Kugelbahnen und zweite innere Kugelbahnen aufweist, die ersten äußeren Kugelbahnen und die ersten inneren Kugelbahnen bilden erste Bahnpaare miteinander, die zweiten äußeren Kugelbahnen und die zweiten inneren Kugelbahnen bilden zwei¬ te Bahnpaare miteinander, die Bahnpaare nehmen jeweils eine drehmomentübertra¬ gende Kugel auf, ein Kugelkäfig sitzt zwischen Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil und weist um- fangsverteilte Käfigfenster auf, die jeweils zumindest eine der Kugeln aufnehmen, die ersten Bahnpaare öffnen sich bei gestrecktem Gelenk in der Gelenkmittelebene in einer ersten Richtung Ri, die zweiten Bahnpaare öffnen sich bei gestrecktem Gelenk in der Gelenkmittelebene in einer zweiten Richtung R ₂ .

Gegenbahngelenke der vorstehend genannten Art sind grundsätzlich aus der DE 102 20 711 A1 bekannt, wobei Gelenke mit 6 Kugeln und mit 8 Kugeln gezeigt sind. Hierbei entspricht der Typ der Kugelbahnen dem an sich aus Rzeppa-Gelenken (RF-Gelenken) sowie aus Undercut Free-Gelenken (UF-Gelenken) bekannten Typ. Das heißt, die Mittellinien der Kugelbahnen bestehen aus einheitlichen Radien (RF- Gelenk) bzw. setzen sich aus Radien und anschließenden achsparallelen Geraden

(UF-Gelenk) zusammen. Bei den beschriebenen Gegenbahngelenken wechselt sich hierbei die axiale Öffnungsrichtung der Bahnpaare über dem Umfang ab, was zum Typ des Gegenbahngelenks führt.

Aus der DE 103 37 612 A1 sind Gegenbahngelenke bekannt, bei denen die Bahnmit¬ tellinien der ersten Bahnpaare, die einen Öffnungswinkel haben, dessen Öffnungs¬ richtung bei gestrecktem Gelenk zum Gelenkboden hin weist, so gestaltet sind, daß der Öffnungswinkel bei Beugung des Gelenks ab einem bestimmten Beugewinkel eine Umkehr seiner Öffnungsrichtung erfährt. Dies wird insbesondere dadurch ver- wirklicht, daß die Mittellinien der Kugelbahnen der ersten Bahnpaare S-förmig sind und somit jeweils einen Wendepunkt aufweisen.

Aus der DE 100 60 220 A1 sind unter anderem Gegenbahngelenke bekannt, bei de¬ nen die Mittellinien der ersten äußeren Kugelbahnen nahe der Gelenköffnung einen Wendepunkt aufweisen, so daß die Mittellinien der ersten äußeren Kugelbahnen S- förmig sind. Entsprechendes gilt aufgrund der Symmetriebedingung für die Mittellini¬ en der ersten inneren Kugelbahnen des Gelenkinnenteils. Der Beugewinkel dieser Gegenbahngelenke kann auf diese Weise erhöht werden.

Gelenke der eingangs genannten Art sind in unterschiedlichen Größen hergestellt worden, wobei sich die geometrischen Verhältnisse unter Berücksichtigung der er¬ forderlichen Drehmomentkapazität aus zur Verfügung stehenden Kugelgrößen hergeleitet haben, wobei als Gelenkkugeln Standardkugeln aus der Kugellagerherstellung verwendet werden. Daneben ist die Auslegung bekannter Gelenke auch von den Anschlußmaßen der zur Verfügung stehenden Zwischenwellen, d. h. insbesondere dem Teilkreisdurchmesser der Wellenverzahnung solcher Zwischenwellen, bestimmt bzw. beeinflußt worden, denen der Teilkreisdurchmesser der Wellenverzahnung im Gelenkinnenteil entsprechen muß. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein bauraumoptimiertes Gegenbahnge- lenk der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei vorgegebener Drehmomentka¬ pazität den geringstmöglichen radialen Bauraum beansprucht.

Ein erster Lösungsansatz hierfür besteht darin, daß das Verhältnis V1 von Teilkreis¬ durchmesser PCDS der Wellenverzahnung im Gelenkinnenteil in der dritten Potenz zum Produkt aus Kugeldurchmesser DK im Quadrat und Teilkreisdurchmesser der Kugeln bei gestrecktem Gelenk PCDB einen Wert zwischen 0,9 und 1 ,3 annimmt, d.h.

0,9 < V1 < 1 ,3 mit V1 = PCDS ³ / (DK ^{2 ■} PCDB).

Ein zweiter Lösungsansatz besteht darin, daß das Verhältnis V3 von Teilkreisdurch- messer der Wellenverzahnung im Gelenkinnenteil PCDS zum OR Faktor zwischen 0,34 und 0,37 liegt, wobei der OR Faktor definiert ist mit der Summe aus Teilkreis¬ durchmesser der Kugelbahnen PCDB bei gestrecktem Gelenk und Kugeldurchmes¬ ser DK, so daß gilt

0,34 < V3 < 0,37 mit V3 = PCDS / (PCDB + DK).

Den vorstehend genannten Ansätzen liegen Überlegungen zugrunde, daß bei der optimierten Auslegung das erforderliche Widerstandsmoment der Wellenverzahnung im Gelenkinnenteil gegeben sein muß, und daß gleichzeitig unter Berücksichtigung der Hertz'schen Pressung die zulässige Belastung der Kugeln nicht überschritten werden darf und daß schließlich der Außendurchmesser des Gelenks gering gehal¬ ten werden soll. Hierfür werden mit den vorgenannten Ansätzen geeignete Bezie¬ hungen zur Auslegung angegeben, mit denen diese Forderungen erfüllt werden, in¬ dem der Teilkreisdurchmesser der Wellenverzahnung und der Kugeldurchmesser hinreichend groß gewählt werden, wobei der neben dem Kugeldurchmesser für den Außendurchmesser des Gelenks wesentliche Teilkreisdurchmesser der Kugeln kleinstmöglich ausgelegt wird.

Jeder der beiden genannten Ansätze ist für sich zielführend. Zur Optimierung des Ergebnisses können jedoch auch alle beide Ansätze zur weiteren Einengung der er¬ findungsgemäßen Ergebnisse in Kombination zur Anwendung gebracht werden.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Verhältnis V2 zwi¬ schen dem IR Faktor und dem OR Faktor Werte zwischen 0,525 und 0,585 aufweist, wobei der IR Faktor definiert ist mit der Differenz aus Teilkreisdurchmesser der Ku¬ geln bei gestrecktem Gelenk PCDB und Kugeldurchmesser DK und der OR Faktor definiert mit der Summe aus Teilkreisdurchmesser der Kugeln bei gestrecktem Ge¬ lenk PCDB zum Kugeldurchmesser DK, so daß gilt

0,525 < V2 < 0,585 mit V2 = (PCDB - DK) / (PCDB + DK).

Diese Dimensionierung ergibt in Kombination mit zumindest einem der beiden vor¬ stehend genannten Ansätze ein besonders günstiges Ergebnis.

In bevorzugter Ausführung ist weiterhin vorgesehen, daß das Verhältnis V4 von Teil¬ kreisdurchmesser der Wellenverzahnung im Gelenkinnenteil PCDS zum IR Faktor zwischen 0,58 und 0,64 liegt, wobei der IR Faktor mit der Differenz aus Teilkreis¬ durchmesser der Kugelbahnen bei gestrecktem Gelenk PCDB und Kugeldurchmes¬ ser DK definiert ist, so daß gilt

0,58 < V4 < 0,64 mit V4 = PCDS / (PCDB - DK).

Diese Dimensionierung ergibt in Kombination mit zumindest einem der beiden vor¬ stehend genannten Ansätze ein besonders günstiges Ergebnis.

Bezüglich der Kräfte am Kugelkäfig und anderer Eigenschaften, die die Gelenkfunk- tion bestimmen, hat es sich als günstig erwiesen, die ersten Bahnpaare und die zwei¬ ten Bahnpaare über dem Umgang des Gelenks abwechselnd anzuordnen.

Das Gelenk kann als Sechskugelgelenk oder in besonders günstiger Ausführung als Achtkugelgelenk ausgeführt werden. In besonders vorteilhafter Weise wird das Ge- lenk so ausgelegt, daß der Beugewinkel im Bereich zwischen 25° bis 45° liegt, ins¬ besondere im Bereich zwischen 30° und 40°. Diese Vorgabe bedeutet, daß innerhalb dieser Beugewinkel noch eine sichere Kugelumschlingung in den inneren und äuße¬ ren Kugelbahnen gegeben ist und erst bei Beugewinkeln oberhalb dieser Bereiche

erste Kugeln in der Beugungsebene aus den Kugelbahnen austreten.

Das erfindungsgemäße Gelenk kann als Scheibengelenk mit einseitiger Anflan¬ schung am Gelenkaußenteil oder als Monoblockgelenk ausgeführt sein, wobei ein Gelenkboden und ein Wellenzapfen einstückig am Gelenkaußenteil angeformt sind.

Erfindungsgemäße Gelenke können in Seitenwellen von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, die die Verbindung zwischen Differentialausgang und Radnabe herstellen. Hierbei ist eine besonders bevorzugte Verwendung als differentialseitiges Festgelenk in solchen Seitenwellen gegeben, die über zwei Festgelenke und eine Verschiebe¬ einheit in der Zwischenwelle verfügen.

Erfindungsgemäße Gelenke können jedoch auch in Längsantriebswellen von Kraft¬ fahrzeugen verwendet werden, die zumindest ein Festgelenk und ein Verschiebege- lenk oder zumindest zwei Festgelenke und eine Verschiebeeinheit umfassen.

Eine weitere bevorzugte Verwendung besteht in mehrteiligen Längsantriebswellen von Kraftfahrzeugen, die neben einem Festgelenk zumindest ein Zwischengelenk und ein Verschiebegelenk und/oder zumindest ein Zwischengelenk und eine Längs- Verschiebeeinheit umfassen.

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

Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Gegenbahngelenk mit sechs Kugeln in Ausfüh¬ rung als Scheibengelenk a) in axialer Ansicht b) im Längsschnitt gemäß Schnittlinie A-A;

Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Gegenbahngelenk mit acht Kugeln in Ausfüh¬ rung als Scheibengelenk a) in axialer Ansicht b) im Längsschnitt gemäß Schnittlinie A-A;

Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Gegenbahngelenk in Monoblockausführung mit sechs Kugeln a) in axialer Ansicht b) im Längsschnitt gemäß Schnittlinie A-A c) im Längsschnitt gemäß Schnittlinie B-B;

Figur 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Gegenbahngelenk in Monoblockausführung mit acht Kugeln a) in axialer Ansicht b) im Längsschnitt gemäß Schnittlinie A-A c) im Längsschnitt gemäß Schnittlinie B-B;

Figur 5 zeigt eine erfindungsgemäße Gelenkwelle mit zumindest einem erfindungs- gemäßen Gelenk und einer Verschiebeeinheit im Teillängsschnitt;

Figur 6 zeigt eine erfindungsgemäße Einbausituation einer Gelenkwelle nach Figur 5 in einem Fahrzeug im Teillängsschnitt;

Figur 7 zeigt eine erfindungsgemäße Längsantriebswelle mit einem erfindungsge- mäßen Festgelenk und einem Verschiebegelenk im Längshalbschnitt;

Figur 8 zeigt eine erfindungsgemäße Längsantriebswelle mit einem erfindungsge¬ mäßen Festgelenk als Zwischengelenk, einem weiteren Kreuzgelenk als Zwischengelenk und einem Verschiebegelenk im Längshalbschnitt.

Die beiden Darstellungen der Figur 1 werden nachstehen gemeinsam beschrieben. Ein erfiπdungsgemäßes Gleichlaufgelenk 11 ist als sogenanntes Scheibengelenk ausgeführt. Es umfaßt einen Gelenkaußenteil 12 mit einer ersten Öffnung 13 und einer zweiten Öffnung 14. Das Gelenk umfaßt weiterhin ein Gelenkinnenteil 15, einen Kugelkäfig 16 sowie drehmomentübertragende Kugeln 17. Erste äußere Kugelbah¬ nen 18 im Gelenkaußenteil 12 und erste innere Kugelbahnen 19 im Gelenkinnenteil 15 nehmen Kugeln 17i auf und bilden erste Bahnpaare miteinander. Zweite äußere

Kugelbahnen 20 im Gelenkaußenteil 12 und zweite innere Kugelbahnen 21 im Ge¬ lenkinnenteil 15 bilden zweite Bahnpaare miteinander, die zweite Kugeln 17 ₂ auf¬ nehmen. Die beiden Arten von Bahnpaaren (18, 19; 20, 21) sind über dem Umfang abwechselnd ausgebildet. Es sind speziell sechs Bahnpaare vorgesehen. Die ersten Bahnpaare bilden einen Öffnungswinkel miteinander, der in einer ersten Richtung Ri zur Öffnung 13 weist. Die zweiten Bahnpaare bilden einen Öffnungswinkel miteinan¬ der, der in einer zweiten Richtung R ₂ zur Öffnung 14 weist. Eine Gelenkmittelebene E, die die Mittelpunkte P der Kugeln aufnimmt, schneidet die Längsachse des Ge¬ lenks, die durch die Längsachsen A ₁₂ des Gelenkaußenteils und A ₁₅ des Gelenkin- nenteils definiert ist, in einem Gelenkmittelpunkt M. Der Kugelkäfig 16 hält die ersten Kugeln 17-ι und zweiten Kugeln 17 ₂ in abwechselnd umfangsverteilten Käfigfenstern 24i, 24 ₂ . Der Teilkreisdurchmesser, auf dem die Kugelmittelpunkte P bei gestrecktem Gelenk liegen, ist mit PCDB bezeichnet. Der Teilkreisdurchmesser der Einstecköff¬ nung 27 des Gelenkinnenteils 15, die in der Regel eine hier nicht im einzelnen dar- gestellte Wellenverzahnung aufweist, ist mit PCDS bezeichnet. Der Kugeldurchmes¬ ser ist mit DK bezeichnet.

Die beiden Darstellungen der Figur 2 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Ein erfindungsgemäßes Gleichlaufgelenk 11 ist als sogenanntes Scheibengelenk ausgeführt. Es umfaßt einen Gelenkaußenteil 12 mit einer ersten Öffnung 13 und einer zweiten Öffnung 14. Das Gelenk umfaßt weiterhin ein Gelenkinnenteil 15, einen Kugelkäfig 16 sowie drehmomentübertragende Kugeln 17. Erste äußere Kugelbah¬ nen 18 im Gelenkaußenteil 12 und erste innere Kugelbahnen 19 im Gelenkinnenteil 15 nehmen Kugeln 17i auf und bilden erste Bahnpaare miteinander. Zweite äußere Kugelbahnen 20 im Gelenkaußenteil 12 und zweite innere Kugelbahnen 21 im Ge¬ lenkinnenteil 15 bilden zweite Bahnpaare miteinander, die zweite Kugeln 17 ₂ auf¬ nehmen. Die beiden Arten von Bahnpaaren (18, 19; 20, 21) sind über dem Umfang abwechselnd ausgebildet. Es sind speziell acht Bahnpaare vorgesehen. Die ersten Bahnpaare bilden einen Öffnungswinkel miteinander, der in einer ersten Richtung Ri zur Öffnung 13 weist. Die zweiten Bahnpaare bilden einen Öffnungswinkel miteinan¬ der, der in einer zweiten Richtung R ₂ zur Öffnung 14 weist. Eine Gelenkmittelebene E, die die Mittelpunkte P der Kugeln aufnimmt, schneidet die Längsachse des Ge¬ lenks, die durch die Längsachsen A ₁₂ des Gelenkaußenteils und A15 des Gelenkin-

nenteils definiert ist, in einem Gelenkmittelpunkt M. Der Kugelkäfig 16 hält die ersten Kugeln 17i und die zweiten Kugeln 17 ₂ in abwechselnd umfangsverteilten Käfigfen¬ stern 24-ι, 24 ₂ . Der Teilkreisdurchmesser, auf dem die Kugelmittelpunkte P bei ge¬ strecktem Gelenk liegen, ist mit PCDB bezeichnet. Der Teilkreisdurchmesser der Einstecköffnung 27 des Gelenkinnenteils 15, die in der Regel eine hier nicht im ein¬ zelnen dargestellte Wellenverzahnung aufweist, ist mit PCDS bezeichnet. Der Ku¬ geldurchmesser ist mit DK bezeichnet. Da in der Schnittebene A-A zwei erste Bahn¬ paare (18, 19) geschnitten sind, öffnen sich die geschnitten dargestellten Bahnpaare übereinstimmend in die erste Richtung R ₁ zur Öffnung 13 hin.

Die einzelnen Darstellungen der Figur 3 werden nachstehend gemeinsam beschrie¬ ben. Gleiche Einzelheiten wie in Figur 1 sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Auf die entsprechende Beschreibung wird Bezug genommen. Anstelle einer zweiten Öffnung 14 weist hier das Gelenkaußenteil 12 einen angeformten Boden 25 und ei- nen daran anschließenden Wellenzapfen 26 auf. Im übrigen stimmt das Gelenk weit¬ gehend mit dem in Figur 1 gezeigten überein. Jeweils radial gegenüberliegend in der Ebene AA ist ein erstes (oben) und ein zweites (unten) Bahnpaar geschnitten, wäh¬ rend in der Ebene BB radial gegenüberliegend ein zweites (oben) und ein erstes (un¬ ten) Bahnpaar geschnitten ist.

Die einzelnen Darstellungen der Figur 4 werden nachstehend gemeinsam beschrie¬ ben. Gleiche Einzelheiten wie in Figur 2 sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Auf die entsprechende Beschreibung wird Bezug genommen. Anstelle einer zweiten Öffnung 14 weist hier das Gelenkaußenteil 12 einen angeformten Boden 25 und ei- nen daran anschließenden Wellenzapfen 26 auf. Im übrigen stimmt das Gelenk weit¬ gehend mit dem in Figur 2 gezeigten überein. Jeweils radial gegenüberliegend in der Ebene AA sind zwei zweite Bahnpaare (20, 21) geschnitten, während in der Ebene BB radial gegenüberliegend zwei erste Bahnpaare (18, 19) geschnitten sind.

In Figur 5 ist eine erfindungsgemäße Gelenkwelle dargestellt, die ein erfindungsge¬ mäßes Gleichlaufgelenk 11 als Monoblockgelenk nach einer der Figuren 3 oder 4 aufweist, weiterhin eine Zwischenwelle 35 und ein zweites Gleichlaufgelenk 31 , das ebenfalls ein erfindungsgemäßes Gelenk sein kann, insbesondere baugleich mit dem

Gelenk 11. Die Zwischenwelle 35 umfaßt eine Axialverschiebeeinheit 28, die als we¬ sentliche Bestandteile eine Hülse 29, einen Zapfen 30 sowie zwischen beiden wirk¬ same nicht im einzelnen bezeichnete drehmomentübertragende Kugeln umfaßt und die einen Längenausgleich der Gelenkwelle zwischen den Gleichlaufgelenken 11 , 31 zuläßt.

In Figur 6 ist eine Gelenkwelle nach Figur 5 in einer Einbausituation als Seitenwelle in einem Kraftfahrzeug dargestellt. Der Wellenzapfen des erfindungsgemäßen Ge¬ lenks 11 ist in ein Differentialgetriebe 32 eingesteckt und in diesem festgelegt, wäh- rend der Wellenzapfen des zweiten Festgelenks 31 in eine Radnabenanordnung 33 mit einer Radlagerung 34 eingesteckt ist. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Be¬ zugsziffern wie in Figur 5 bezeichnet.

In Figur 7 ist eine erfindungsgemäße Gelenkwelle mit einem erfindungsgemäßen Gelenk 11 in der Ausführung als Scheibengelenk nach einer der Figuren 1 oder 2 gezeigt, die als Längsantriebswelle ausgeführt ist. Eine Zwischenwelle 41 umfaßt ein

Wellenrohr 39 und zwei an dieses angeschweißte Wellenzapfen 36, 37. Mit dem

Wellenzapfen 37 ist ein Verschiebegelenk 38, insbesondere ein sogenanntes VL-

Gelenk verbunden. Der Wellenzapfen 36 ist mit dem erfindungsgemäßen Gelenk 11 verbunden.

In Figur 8 ist eine erfindungsgemäße Gelenkwelle mit einem erfindungsgemäßen Gelenk 11 in der Ausführung als Scheibengelenk nach einer der Figuren 1 oder 2 gezeigt, die als Längsantriebswelle ausgeführt ist und die von rechts nach links ein Gummischeibengelenk 42, eine Zwischenwelle 43 mit einem Flansch 44 und einem Zapfen 45 hat, weiterhin ein elastisches Zwischenlager 46 aufweist, im Anschluß an das erfindungsgemäße Gelenk 11 eine weitere Zwischenwelle 47 mit einem Wellen¬ zapfen 48, ein weiteres Zwischenlager 49 sowie ein Kreuzgelenk 50 umfaßt; schlie߬ lich eine weitere Zwischenwelle 51 , deren Wellenzapfen 52 mit einem Gleichlaufver- schiebegelenk 53, insbesondere einem VL-Gelenk verbunden ist. Wellen dieser Art werden in den Längsantriebsstrang von Kraftfahrzeugen zwischen einem Getriebe¬ ausgang und einem Differentialeingang eingebaut.

Gegenbahngelenk mit optimiertem Bauraum

Bezugszeichenliste

11 Gleichlaufgelenk

12 Gelenkaußenteil

13 erste Öffnung

14 zweite Öffnung

15 Gelenkinnenteil

16 Kugelkäfig

17 Kugel

18 erste äußere Kugelbahn

19 erste innere Kugelbahn

20 zweite äußere Kugelbahn

21 zweite innere Kugelbahn

24 Käfigfenster

25 Gelenkboden

26 Wellenzapfen

27 Einstecköffnung

28 Verschiebeeinheit

29 Hülse

30 Zapfen

31 Gleichlaufgelenk

32 Diferentialgetriebe

Radnabe

Radlagerung

Zwischenwelle

Zapfen

Gummischeibe

Zwischenwelle

Flansch

Wellenzapfen

Wellenlager

Zwischenwelle

Wellenzapfen

Wellenlager

Kreuzgelenk

Zwischenwelle

Wellenzapfen

Verschiebegelenk