MAUCHER, Stephan (Scharnhorststrasse 6, Siegburg, 53721, DE)
| Spielfreies Gleichlaufdrehgelenk
Patentansprüche
1. Gleichlaufdrehgelenk (11) umfassend ein Gelenkaußenteil (12) mit umfangsverteilten äußeren Kugelbahnen (15), ein Gelenkinnenteil (17) mit umfangsverteilten inneren Kugelbahnen (19), drehmomentübertragende Kugeln (31), die in Bahnpaaren aus einander zugeordneten äußeren und inneren Kugelbahnen (15, 19) einsitzen, sowie einen ringförmigen Kugelkäfig (22) der zwischen Gelenkaußenteil (12) und Gelenkinnenteil (17) einsitzt und umfangsverteilte Käfigfenster (23) aufweist, in denen die drehmomentübertragenden Kugeln (31) in einer gemeinsamen Ebene gehalten werden, wobei sich die Bahnpaare zumindest in der Gelenkmittelebene in einer übereinstimmenden axialen Richtung erweitern, wobei Mittel zur federnden Abstützung des Kugelkäfigs (22) gegenüber dem Gelenkaußenteil (12) vorgesehen sind, die auf den Kugelkäfig (22) im Verhältnis zum Gelenkaußenteil (12) entgegengesetzt zu der Richtung einwirken, in der sich die Bahnpaare erweitern, wobei der Kugelkäfig (22) axiales Spiel gegenüber dem Gelenkaußenteil (12) hat,
dadurch gekennzeichnet,
daß in die Richtung weisend, in der sich die Bahnpaare in der Gelenkmittelebene erweitern, ein zumindest abschnittsweise außen konvexer Deckel (51) am Kugelkäfig (22) angesetzt ist, auf den mit dem Gelenkaußenteil (12) verbundene oder an diesem abgestützte Bauteile mit einer Vorspannungskraft von außen einwirken.
2. Gelenk nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein am Gelenkaußenteil (12) angeformter oder angesetzter Boden (13) unmittelbar am Deckel (51) anliegt und auf diesen einwirkt, wobei sich die Bahnpaare in Richtung zum Boden (13) erweitern.
3. Gelenk nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Deckel (51) in verbautem Zustand elastisch verformt ist.
4. Gelenk nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
daß in einem am Gelenkaußenteil (12) angeformten oder angesetzten Boden (13) ein Zapfen (36) koaxial geführt und federnd abgestützt ist, der am Deckel (51) anliegt und auf diesen einwirkt, wobei sich die Bahnpaare in Richtung zum Boden (13) erweitern.
5. Gelenk nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zapfen (36) sich an einer Schraubendruckfeder (38) abstützt, die im Boden (13) in einer Bohrung (37) eingesetzt ist.
6. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Deckel (51) zumindest in einem zentralen Bereich (52) als konvexe Schale, insbesondere als Kugelschale ausgebildet ist.
7. Gelenk nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Deckel (51) einen zentralen Bereich (52) umfaßt, der gegenüber einem äußeren Ringbereich (53) in Richtung zum Kugelkäfig (22) vertieft liegt.
8. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Deckel (51) aus Federstahlblech besteht.
9. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Deckel (51) ausschließlich im Preßsitz in den Kugelkäfig (22) eingesetzt ist.
10. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Deckel (51) stoffschlüssig mit dem Kugelkäfig (22) verbunden ist. |
Spielfreies Gleichlaufdrehgelenk
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Gleichlaufgelenk umfassend ein Gelenkaußenteil mit um- fangsverteilten längsverlaufenden äußeren Kugelbahnen, ein Gelenkiπnenteil mit umfangsverteilten längsverlaufenden inneren Kugelbahnen, drehmomentübertragende Kugeln, die in Bahnpaaren aus einander zugeordneten äußeren und inneren Kugelbahnen einsitzen, sowie ein einen ringförmigen Kugelkäfig der zwischen Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil einsitzt und umfangsverteilte Käfigfenster aufweist, in denen die drehmomentübertragenden Kugeln in einer gemeinsamen Ebene gehalten werden, wobei sich die Bahnpaare zumindest in der Gelenkmittelebene bei gestrecktem Gelenk in einer übereinstimmenden axialen Richtung erweitern, wobei Mittel zur federnden Abstützung des Kugelkäfigs gegenüber dem Gelenkaußenteil vorgesehen sind, die auf den Kugelkäfig im Verhältnis zum Gelenkaußenteil in derselben Richtung einwirken, in der sich die Bahnpaare erweitern, wobei der Kugelkäfig axiales Spiel gegenüber dem Gelenkaußenteil hat.
Gleichlaufgelenke der obengenannten Art werden als Rzeppa-Festgelenke bezeichnet. Je nach Ausführung der äußeren und inneren Kugelbahnen schließen diese Gelenke UF-Gelenke (undercut free) mit axial betrachtet hinterschnittfreien Kugelbah- nen und AC-Gelenke (angular contact) mit kreisbogenförmigen axial gegeneinander versetzten Kugelbahnen ein. Daneben sind auch andere, insbesondere S-förmige Bahnverläufe bekannt. Den genannten Rzeppa-Gelenken gemeinsam ist das Merkmal, daß sich die Bahnpaare aus äußeren und inneren Kugelbahnen in der Gefenk- mittelebene in einer übereinstimmenden axialen Richtung erweitern, wobei mitunter der Begriff .keilförmig erweiternd' verwendet wird.
Aus der DE 196 53 573 A1 (Figur 13) ist ein Gelenk der eingangs genannten Art bekannt, bei dem sich die Bahnpaare in Richtung zu einem am Gelenkaußenteil angeformten Boden erweitern und der Kugelkäfig mittels eines Federringes elastisch am Gelenkaußenteil entgegengesetzt zur Richtung, in der sich die Bahnpaare erweitern, abgestützt ist. Bei abgewinkeltem Gelenk ändert sich in ungünstiger Weise die Richtung der auf den Kugelkäfig ausgeübten Vorspannungskraft.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gleichlaufdrehgelenk der vorstehend genannten Art bereitzustellen, das konstruktiv einfach aufgebaut ist und funktionell verbessert ist.
Die Lösung hierfür besteht darin, daß in die Richtung weisend, in der sich die Bahnpaare in der Gelenkmittelebene erweitern, ein zumindest abschnittsweise außen konvexer Deckel am Kugelkäfig angesetzt ist, auf den mit dem Gelenkaußenteil verbundene oder an diesem abgestützte Bauteile mit einer Vorspannungskraft von außen einwirken. Mit der hiermit vorgeschlagenen Anordnung wirkt die auf den Kugelkäfig ausgeübte Vorspannungskraft immer in Richtung der Längsachse des Gelenkaußenteils.
Nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß ein am Gelenkaußenteil angeformter oder angesetzter Boden unmittelbar am Deckel anliegt und auf diesen einwirkt, wobei sich die Bahnpaare zumindest in der Gelenkmittelebene in Richtung zum Boden öffnen. Hierbei wird insbesondere vorgeschlagen, daß der Deckel in verbautem Zustand elastisch verformt ist.
Nach einer zweiten Ausführungsform ist vorgesehen, daß in einem am Gelenkaußenteil angeformten oder angesetzten Boden ein Zapfen koaxial geführt und federnd abgestützt ist, der am Deckel anliegt und auf diesen einwirkt, wobei sich die Bahn- paare zumindest in der Gelenkmittelebene in Richtung zum Boden öffnen. Hierbei wird insbesondere vorgeschlagen, daß der Zapfen sich an einer Schraubendruckfeder abstützt, die im Boden in einer Bohrung eingesetzt ist.
Eine ergänzende günstige Ausführungsform, die zu einer verkürzten Bauweise beiträgt, sieht vor, daß der Deckel zumindest in einem zentralen Bereich als konvexe Schale, insbesondere als Kugelschale ausgebildet ist. Weiterhin wird vorgeschlagen, daß der Deckel einen zentralen Bereich umfaßt, der gegenüber einem äußeren Ringbereich in Richtung zum Kugelkäfig vertieft liegt. Hiermit ist der Funktionsbereich konvex, um bei Gelenkbeugung die Vorspannungskraft konstant zu halten, während die Anbindung des Deckels an den Kugelkäfig abweichende Form haben kann. Nach einer anderen günstigen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Deckel aus Federstahlblech besteht.
Da der Deckel von der Vorspannkraft in Richtung zum Kugelkäfig belastet wird, ist es möglich, zwischen Deckel und Kugelkäfig eine reine Preßsitzverbindung herzustellen. Eine stoffschlüssige Verbindung ist jedoch in gleicher weise möglich. Bevorzugt wird der Deckel mit dem Kugelkäfig nach dem Einsetzen des Kugelkäfigs in das Ge- lenkaußenteil verbunden. Der Kugelkäfig wird hierbei zeitweise mit seiner Längsachse in die Gegenrichtung zur Funktionsrichtung gedreht.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend beschrieben.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Gleichlaufdrehgelenk in einer ersten Ausführung a) in axialer Ansicht b) im Längsschnitt A-A in gestreckter Stellung c) in einem Teillängsschnitt B-B in gestreckter Stellung;
Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Gleichlaufdrehgelenk in einer zweiten Ausführung a) in axialer Ansicht b) im Längsschnitt A-A in gestreckter Stellung c) in einem Teillängsschnitt B-B in gestreckter Stellung;
Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Gleichlaufdrehgelenk in einer dritten Ausführung a) in axialer Ansicht b) im Längsschnitt A-A in gestreckter Stellung c) in einem Teillängsschnitt B-B in gestreckter Stellung;
Figur 4 zeigt einen Deckel für einen Kugelkäfig für Gelenke nach den Figuren 1 bis 3 a) in axialer Ansicht b) in einem Längsschnitt c) in 3D-Darstellung.
Die Figuren 1 bis 3 werden nachstehend zunächst gemeinsam beschrieben. Innerhalb der Figuren werden die einzelnen Darstellungen bei der Beschreibung nicht dif- ferenziert angesprochen.
Die Figur zeigt ein Gleichlaufdrehgelenk 11 in sogenannter Monoblockbauweise, bei dem an einem Gelenkaußenteil 12 ein Boden 13 und ein Wellenzapfen 14 einstückig angeformt sind. Der Boden oder ein Deckel könnte auch als separates Teil angesetzt und mit dem Gelenkaußenteil verschweißt oder verschraubt sein. Im Gelenkaußenteil 12 sind längsverlaufende umfangsverteilte äußere Kugelbahnen 15 ausgeformt, die in Längsrichtung S-förmig verlaufen. Das Gelenk umfaßt weiterhin ein Gelenkinnenteil 17 mit einer Innenöffnung 18, in das eine Antriebswelle eingesteckt werden kann. Am Gelenkinnenteil 17 sind längsverlaufende umfangsverteilte innere Kugelbahnen 19 ausgeformt, die symmetrisch zur Gelenkmittelebene E im Verhältnis zu den Kugelbahnen 15 in Längsrichtung S-förmig verlaufen.
Einander zugeordnete äußere Kugelbahnen 15 und innere Kugelbahnen 19 bilden Bahnpaare und erweitern sich hiernach in der Gelenkmittelebene E in Richtung von der öffnung 16 zum Boden 13 des Gelenkaußenteils. Jeweils Bahnpaare aus äußeren Kugelbahnen 15 und inneren Kugelbahnen 19 nehmen eine drehmomentübertragende Kugel 31 auf. Die Kugeln werden von einem ringförmigen Kugelkäfig 22, der zwischen Gelenkaußenteil 12 und Gelenkinnenteil 17 einsitzt, mit ihren Kugelmit-
telpunkten K in der Gelenkmittelebene E gehalten und bei Beugung des Gelenks auf die Winkelhalbierende Ebene geführt. Die Kugeln 31 sind hierbei in umfangsverteilten Käfigfenstern 23 im Kugelkäfig 22 aufgenommen. Der Kugelkäfig hat eine kugelige Außenfläche 24, die mit Spiel gegenüber einer innenkugeligen Führungsfläche 20 des Gelenkaußenteils 12 ausgeführt ist. Die Innenfläche 25 des Kugelkäfigs 22 ist dagegen im wesentlichen spielfrei gegenüber einer Außenfläche 21 des Gelenkinnenteils 17. Die äußeren und inneren Kugelbahnen werden jeweils durch die genannte S-Form beschrieben, so daß das Gelenk ein Rzeppa-Gelenk mit umgekehrter Bahnöffnungsrichtung ist.
In Figur 1 ist an den Kugelkäfig 22 in Richtung zum Boden 13 des Gelenkaußenteils 12 hin, d. h. also in der Richtung, in der sich die Bahnpaare in der Gelenkmittelebene erweitern, ein kugelschalenförmiger Deckel 51 angesetzt, der sich zentral an einer ellipsoiden Innenfläche 29 des Bodens 13 abstützt. Im verbauten Gelenk ist der Dek- kel 51 axial elastisch vorgespannt.
Es ist leicht vorstellbar, daß die Innenfläche des Bodens als konzentrische Kugelfläche mit größerem Durchmesser relativ zum kugelschalenförmigen Deckel ausgebildet sein könnte, wobei ein in den Boden 13 zentral eingesetzter Stift oder eine gerin- ge begrenzte Auswölbung im Boden 13 eine gegenseitige Anlage mit axialer Vorspannung bilden würden. Der Deckel stützt sich auch bei Gelenkbeugung ständig mit gleichbleibender Vorspannungskraft an einem Kontaktpunkt in der Innenfläche 39, der auf der Längsachse L12 des Gelenkaußenteils 12 liegt, ab, wobei sich die Vorspannungskraft auch bei Abwinkelung des Gelenks um den Gelenkmittelpunkt M immer koaxial zur Längsachse L12 des Gelenkaußenteils verhält und über den gesamten Beugebereich des Gleichlaufdrehgelenks konstant ist.
In Figur 2 ist an den Kugelkäfig 22 auf der Seite des Bodens 13 des Gelenkaußenteils, also in der Richtung, in der sich die Bahnpaare in der Mittelebene E erweitern, ein kugelschalenförmiger Deckel 51 2 angesetzt, der mit konstantem Abstand zu einer konzentrischen kugelförmigen Innenfläche 29 2 des Bodens 13 liegt. In dem an den Boden 13 angeformten Zapfen 14 ist ein koaxiales Sackloch 37 vorgesehen, in das eine Schraubendruckfeder 38 und ein verschiebbarer Zapfen 36 eingesetzt sind, wo-
bei der Zapfen 36 eine kugelige Kontaktfläche 39 hat. An dieser Kontaktfläche 39 stützt sich der Deckel 51 2 ständig mit Vorspannung ab, wobei sich die Vorspannungskraft auch bei Abwinkelung des Gelenks um den Gelenkmittelpunkt M immer koaxial zur Längsachse L12 des Gelenkaußenteils verhält und über den gesamten Beugebereich des Gleichlaufdrehgelenks konstant ist.
In Figur 3 ist an den Kugelkäfig 22 auf der Seite des Bodens 13 des Gelenkaußenteils, also in der Richtung, in der sich die Bahnpaare in der Mittelebene E erweitern, ein Deckel 51 3 angeformt, der mit Abstand zu einer konzentrischen kugelförmigen Innenfläche 29 3 des Bodens 13 liegt. Der Deckel 51 3 hat einen zentralen Bereich 52 3 , der außenkugelig ist, jedoch vertieft ausgebildet ist gegenüber einem ebenfalls außenkugeligen äußeren Ringbereich 53 3 , der unmittelbar mit dem Kugelkäfig 22 verbunden ist. In dem am Boden 13 angeformten Zapfen 14 ist ein koaxiales Sackloch
37 vorgesehen, in das eine Schraubendruckfeder 38 und ein verschiebbarer Zapfen 36 eingesetzt sind, wobei der Zapfen 38 eine kugelige Kontaktfläche 39 hat. An dieser Kontaktfläche 39 stützt sich der Deckel 51 ständig mit Vorspannung ab, wobei sich die Vorspannungskraft auch bei Abwinkelung des Gelenks um den Gelenkmittelpunkt M immer koaxial zur Längsachse L12 des Gelenkaußenteils verhält. Der Zapfen 36 wirkt über dem gesamten Gelenkbeugebereich mit gleicher Vorspan- nungskraft auf den Zentralbereich 52 des Deckels 51 3 ein.
Der vorgespannte Deckel 51 (Figur 1) bzw. die vorgespannte Schraubendruckfeder
38 und damit der Zapfen 36 (Figuren 2, 3) verschiebt den Kugelkäfig 22 und damit das Gelenkinnenteil 17 zur öffnung 16 des Gelenkaußenteils 12 hin. Die Kugeln 31 stützen sich hierbei in den Käfigfenstern 23 ebenfalls zur öffnung hin ab, wodurch die Kugeln 31 in die zum Boden sich erweiternden Bahnpaare gedrückt werden. Der Kugelkäfig 22 stützt sich dabei mit seiner sphärischen Innenfläche 25 auf der kugeligen Außenfläche 21 des Gelenkinnenteils 17 axial ab. Die kugelige Außenfläche 24 des Kugelkäfigs 22 bleibt dabei mit Spiel gegenüber der innenkugeligen Innenfläche 20 des Gelenkaußenteils 12. Auf diese Weise ist das Gelenk spielfrei.
Die einzelnen Darstellungen der Figur 4 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Es ist der kugelschalenförmige Deckel 51 nach Figur 2 dargestellt, der zur Erzeugung axialer Federeigenschaft vom äußeren Rand 55 ausgehende radiale Schlitze 54 aufweist.
Bezugszeichenliste
11 Gleichlaufdrehgelenk
12 Gelenkaußenteil
13 Boden
14 Wellenzapfen
15 äußere Kugelbahn
16 öffnung (12)
17 Gelenkinnenteil
18 Innenöffnung
19 Innere Kugelbahn
20 kugelige Innenfläche (12)
21 Außenfläche (17)
22 Kugelkäfig
23 Käfigfenster
24 kugelige Außenfläche (22)
25 Innenfläche (22)
29 Innenfläche (12)
31 Kugel
36 Zapfen
37 Bohrung
38 Schraubendruckfeder
39 Kontaktfläche
51 Deckel
52 Zentralbereich
53 Ringbereich
54 Schlitz
55 Rand
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