DE102004028013A1

DE102004028013A1 - Kreuzgelenk

Info

Publication number: DE102004028013A1
Application number: DE102004028013A
Authority: DE
Inventors: Kai Dipl.-Ing. Schröder (FH)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-06-08
Filing date: 2004-06-08
Publication date: 2005-12-29

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Kreuzgelenk mit einer ersten und einer zweiten Gelenkgabel (1, 2) und einem die Gelenkgabeln (1, 2) verbindenden Zapfenkreuz (3) mit vier Lagerzapfen (4), wobei jeder Lagerzapfen (4) in einer hohlzylinderförmigen Lagerbüchse (10) gelagert ist und wobei jede Lagerbüchse (10) mit Hilfe einer Sicherungsvorrichtung (15) in einer Gelenkgabel (1, 2) gehalten ist, und einem Verfahren zum Zusammenbau eines Kreuzgelenks.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein belastbares und langlebiges Kreuzgelenk mit platzsparend sicherbaren Lagerbüchsen anzugeben. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Zusammenbau des Kreuzgelenks anzugeben, das die Lagerbüchsen einfach und präzise sichert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Sicherungsvorrichtung (15) mindestens eine Ausnehmung (16) im Umfang des Lagerbüchsenmantels (11) aufweist, in die eine an der Gelenkgabel (1, 2) ausbildbare Prägenase (17) eingreift. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass zumindest eine Prägenase (17) dadurch gebildet wird, dass ein Stempel auf die Gelenkgabel (1, 2) im Bereich der Bohrung (7) gedrückt und dabei Material der Kreuzlenkgabel (1, 2) in die Ausnehmung (16) im Umfang des Lagerbüchsenmantels (11) gepresst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kreuzgelenk nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 35 37 234 A1 ist ein Verfahren zum Zusammenbau von Kreuzgelenken und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bekannt. Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Lagerbüchse dadurch axial festgelegt wird, dass spanlos, z.B. durch Prägen, Werkstoff aus der Wandung der Bohrung der Gabel herausgeformt und am äußeren Rand der Außenseite des Bodens der Lagerbüchse zur Anlage gebracht wird. Dabei wird nach einer Ausführungsform an wenigstens drei über den Umfang der Bohrung verteilten Stellen in Umfangrichtung örtlich begrenzt Werkstoff aus der Wandung der Bohrung herausgeformt (Prägenasen).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein belastbares und langlebiges Kreuzgelenk mit platzsparend sicherbaren Lagerbüchsen anzugeben. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Zusammenbau des Kreuzgelenks anzugeben, dass die Lagerbüchsen einfach und präzise sichert.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 5 gelöst.

Erfindungsgemäß weist die Sicherungsvorrichtung mindestens eine Ausnehmung im Umfang des Lagerbüchsenmantels auf, in die eine an der Gelenkgabel ausbildbare Prägenase eingreift.

Die Sicherungsvorrichtung dient dazu, eine der Sicherungsvorrichtung zugeordnete Lagerbüchse in der ihr zugeordneten Gelenkgabel zu halten und in dieser Gelenkgabel axial zu sichern. Dazu ist eine Ausnehmung im Umfang des Lagerbüchsenmantels vorgesehen, in die eine an der Gelenkgabel ausbildbare Prägenase eingreift. Ebenso können auch mehrere Ausnehmungen vorgesehen sein. Ein Vorteil einer axialen Sicherung der Lagerbüchse am Umfang des Lagerbüchsenmantels liegt darin, dass sie keinen Einfluss auf die axiale Position der Lagerbüchse in der Gelenkgabel nimmt. Die erfindungsgemäße Sicherungsvorrichtung erlaubt es sogar, die Lagerbüchsen so in der Gelenkgabel zu positionieren, dass der Lagerbüchsenboden über die Gelenkgabel heraussteht. Dabei ist die Position der Lagerbüchse nur durch den zur Verfügung stehenden Bauraum begrenzt. Anders als bei einer Sicherung am Lagerbüchsenboden, kann die Position der Lagerbüchse bis an den vollen Rotationsdurchmesser des Kreuzgelenks (und bei vorhandenem Bauraum sogar darüber hinaus) nach Außen verlegt werden. Auch müssen die Lagerbüchsen, anders als beim Stand der Technik, nicht einen Teil dieses axialen Bauraums an die Sicherungsvorrichtung abtreten.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, die Lagerbüchsen eines Kreuzgelenkes bei unverändertem Rotationsdurchmesser bzw. unverändertem Bauraum in der Gelenkgabel vom Drehpunkt weg in Richtung Rotationsdurchmesser axial nach außen zu verschieben. Je weiter die Lagerbüchsen vom Drehpunkt des Kreuzgelenks entfernt angeordnet sind, um so geringer wird das auf die Lager wirkende Drehmoment. Die damit verbundene Verringerung der auf die Lagerkörper und die Laufflächen des Lagers wirkenden Flächenpressung reduziert den Verschleiß. Damit erhöht sich bei gleicher Last die Lebensdauer des Lagers bzw. bei gleicher Lebensdauer die Belastbarkeit. Insbesondere bei Nutzfahrzeugen werden die Belastungen der Kreuzgelenke immer größer und gleichzeitig steigen die Anforderungen an die Lebensdauer. Aus Platzmangel ist es dabei häufig nicht möglich, den Rotationsdurchmesser des Kreuzgelenkes zu erhöhen.

Das erfindungsgemäße Verfahren schlägt vor, dass zumindest eine Prägenase dadurch gebildet wird, dass ein Stempel auf die Gelenkgabel im Bereich der Bohrung gedrückt und dabei Material der Kreuzgelenkgabel in die Ausnehmung im Umfang des Lagerbüchsenmantels gepresst wird. Es können auch mehrere Prägenasen auf diese Weise gebildet werden.

Der Vorteil liegt in der Möglichkeit einer einfachen und präzisen automatisierten Montage. Bereits bekannt ist es, eine Lagerbüchse mittels eines Sicherungsrings am von Lagebüchsenboden entfernten oberen Ende der Lagerbüchse am Lagerbüchsenmantel durch eine Nut innen zu sichern. Nachteil dieser Sicherungsmethode ist, dass der Sicherungsring nicht von Außen montiert werden kann. Damit ist eine automatisierte Montage nicht möglich. Für die Sicherung mit Sicherungsring muss das schwere Kreuzgelenk von mehreren Personen mehrmals in eine andere Position gedreht und die Sicherungsringe umständlich manuell eingebaut werden. Dieses Verfahren ist zeitaufwändig. Eine für die Lebensdauer der Lager ebenfalls wichtige genaue Einstellung des Lagerspiels ist hier Gefühlssache des Monteurs. Wird das Lagerspiel ungenau und nicht symmetrisch eingestellt, so ergeben sich daraus Probleme beim Auswuchten der Gelenkwelle. Die Behebung eines Fehlers an dieser Stelle ist zeitaufwändig und teuer. Im Fahrzeug eingebaut erzeugt eine schlecht ausgewuchtete Gelenkwelle störenden Geräusche und verschleißt schneller.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung hingegen erfolgt die Sicherung maschinell über einen Stempel. Dazu wird das Kreuzgelenk in eine Maschine eingespannt. Dabei können in einer bevorzugten Ausführungsform die beiden einander gegenüberliegenden Lagerbüchsen zeitgleich gesichert werden. Ebenso ist es möglich, das über die Prägenasen festgelegte Spiel der beiden Lagerbüchsen aufeinander abzustimmen. Insgesamt ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, die Herstellung einer Gelenkwelle, beinhaltend die Sicherung der Lagerbüchse am Umfang des Lagerbüchsenmantels, zu automatisieren. Damit entfällt die schwere körperliche Arbeit der Monteure, die Montagezeit wird verkürzt und die Genauigkeit der Montage und der Einstellung des Lagerspiels verbessert.

In einer Ausführungsform ist die Ausnehmung über den gesamten Umfang des Lagerbüchsenmantels ausgedehnt. Dies hat den Vorteil, dass die Ausnehmung einfach und kostengünstig durch Abdrehen oder Ausstechen einer Nut hergestellt werden kann.

In einer günstigen Ausführungsform ist die Ausnehmung als stufenförmig abgesenkte Kante des Lagerbüchsenmantels ausgeführt ist. Dies hat den Vorteil, dass die Ausnehmung einfach durch Abdrehen der Kante zwischen Lagerbüchsenmantel und Lagerbüchsenboden hergestellt werden kann. Dabei dient der Lagerbüchsenboden als Orientierungsfläche von der aus die Tiefe der Kante bestimmt wird. Die Ausnehmung ist auch bei eingebauter Lagerbüchse von Außen zugänglich. Damit ist eine maschinelle Durchführung der Sicherung der Lagerbüchse einfach durchführbar.

In einer Ausführungsform sind mehrere voneinander beabstandete Prägenasen über den Umfang der Bohrung der Gelenkgabel verteilt. Die Verteilung der Sicherungsaufgabe auf mehrere Prägenasen erhöht die Sicherheit der Sicherungsvorrichtung. Die Tatsache das die Prägenasen voneinander beabstandet sind, eröffnet die Möglichkeit, bei Verschleiß des Lagers die Prägenasen abzuschlagen, das Lager auszutauschen und in die Lücken zwischen die abgeschlagenen Prägenasen neue Prägenasen abzuformen, welche die Lagerbüchse mit dem neu eingesetzten Lager sichern.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung, sowie den Zeichnungen. Im Folgenden wird anhand der Zeichnungen eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Kreuzgelenk im Halbschnitt,
2a, Detail II aus 1 ohne Anformung einer Prägenase,
2b Detail II aus 1 mit Anformung einer Prägenase.
1 zeigt ein Kreuzgelenk mit einer ersten Gelenkgabel 1 und einer zweiten Gelenkgabel 2. Die beiden Gelenkgabeln 1 und 2 sind über ein Zapfenkreuz 3 beweglich miteinander verbunden.
Jede der beiden Gelenkgabeln 1 und 2 weist einen Anschluss 19, ein erstes Gelenkgabelteil 5 und ein zweites Gelenkgabelteil 6 auf.
Der Anschluss 19 kann als Flansch ausgebildet sein und dient der Verbindung mit einer Welle oder einem antreibenden oder angetriebenen Bauteil. Ein derartiges Bauteil ist beispielsweise ein Motor, ein Getriebe oder ein anzutreibendes Rad.
Das erste Gelenkgabelteil 5 und das zweite Gelenkgabelteil 6 bilden zusammen die Gabel der Gelenkgabel 1 bzw. 2. Die beiden Gelenkgabelteile 5 und 6 liegen einander gegenüber und sind typischerweise spiegelsymmetrisch zueinander aufgebaut.
In jedem der beiden Gelenkgabelteile 5 und 6 ist eine Bohrung 7 vorgesehen. Dabei liegen in 1 die Bohrungen 7 der Gelenkgabelteile 5 und 6 der Gelenkgabel 1 auf einer gemeinsamen Mittellinie 8 einander fluchtend gegenüber. Ebenso liegen die Bohrungen 7 der Gelenkgabelteile 5 und 6 der Gelenkgabel 2 auf einer Mittellinie 9 einander fluchtend gegenüber. Dabei stehen die Mittellinien 8 der beiden Bohrung 7 der Gelenkgabel 1 und die Mittellinien 9 der Bohrung 7 der Gelenkgabel 2 senkrecht zueinander und kreuzen sich.
In jeder Bohrung 7 ist eine Lagerbüchse 10 angeordnet. Die Lagerbüchse 10 weist einen Lagerbüchsenmantel 11 und einen Lagebüchsenboden 12 auf. Die Lagerbüchse 10 dient der Lagerung des Zapfenkreuzes 3 in der Gelenkgabel 1 bzw. 2.
Das in 1 dargestellte Zapfenkreuz 3 besteht aus vier Zapfen 4, die in einer gemeinsamen Ebene kreuzförmig zueinander angeordnet sind. Jedem der vier Zapfen 4 des Zapfenkreuzes 3 ist eine Lagerbüchse 10 zugeordnet.
Zur Lagerung der Zapfen 4 des Zapfenkreuzes 3 in der Lagerbüchse 10 sind im Inneren der Lagerbüchse 10 zwischen dem Lagerbüchsenmantel 11 und dem der Lagerbüchse 10 zugeordneten Zapfen 4 des Zapfenkreuzes 3 Lagerkörper 13 angeordnet. In 1 sind die Lagerkörper 13 als Nadeln eines Doppellagers ausgebildet. Des Weiteren ist im Inneren der Lagerbüchse 10 zwischen Lagerbüchsenboden 12 und dem Zapfen 4 des Zapfenkreuzes 3 eine Gleitscheibe 14 angeordnet. Der Zapfen 4 des Zapfenkreuzes 3 ist in der Lagerbüchse 10 mittels der Lagerkörper 13 und der Gleitscheibe 14 drehbar gelagert.
Einem Paar einander gegenüberliegender Zapfen 4 des Zapfenkreuzes 3 ist die Lagerbüchse 10 des Gelenkgabelteils 5 der Gelenkgabel 1 für den einen Zapfen 4 des Zapfenpaares und die Lagerbüchse 10 des Gelenkgabelteils 6 der Gelenkgabel 1 für den anderen Zapfen 4 des Zapfenpaares zugeordnet. Damit ist das Zapfenkreuz 3 in der Gelenkgabel 1 in zwei Lagerbüchsen 10 gelagert.
Den beiden anderen, orthogonal dazu einander gegenüberliegenden Zapfen 4 des Zapfenkreuzes 3 ist ebenfalls jeweils eine Lagerbüchse 10 zugeordnet. Dabei ist die Lagerbüchse 10 des Gelenkgabelteils 5 der Gelenkgabel 2 dem einen Zapfen 4 des Zapfenpaares und die Lagerbüchse 10 des Gelenkgabelteils 6 der Gelenkgabel 2 dem anderen Zapfen 4 des Zapfenpaares zugeordnet. Damit ist das Zapfenkreuz 3 auch in der Gelenkgabel 2 in zwei Lagerbüchsen 10 gelagert. Damit ist die Gelenkgabel 1 über das Zapfenkreuz 3 mit der Gelenkgabel 2 verbunden.
Über die in den Lagerbüchsen 10 angeordneten Lagerkörper 13 und die Gleitlager 14 sind die Gelenkgabel 1 und die Gelenkgabel 2 gegeneinander am Zapfenkreuz 3 in den Lagerbüchsen 10 drehbar gelagert.
Der für die Bewegung des Kreuzgelenks von den Gelenkgabeln 1 und 2 benötigte Bauraum wird als Rotationsdurchmesser 18 bezeichnet und ist in 1 dargestellt.
Beim Zusammenbau des Kreuzgelenkes wird je eine Lagerbüchse 10 in die Bohrung 7 der Gelenkgabelteile 5 und 6 der Gelenkgabeln 1 und 2 eingepresst. Damit ist die Lagerbüchse 10 montiert aber noch nicht axial gesichert.
2a zeigt Die Sicherungsvorrichtung 15 der Lagerbüchse 10 im ungesicherten Zustand. Die Lagerbüchse 10 ist in die Bohrung der Gelenkgabel 1, 2 eingepresst. Die Lagerbüchse 10 steht über den Rand der Bohrung 7 hinaus, ohne den Rotationsdurchmesser 18 des Kreuzgelenks zu überschreiten. Der Rand der Bohrung 7 geht in dieser axialen Position der Lagerbüchse 10 über die Ausnehmung 16 der Lagerbüchse hinaus.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird das Material des überstehenden Randes der Bohrung 7 der Gelenkgabel 1, 2, wie in 2b dargestellt, in Form einer Prägenase 17 in die Ausnehmung 16 hinein gepresst. In 1 sind im nichtgeschnittenen unteren Teil der Zeichnung die Prägenasen 17 in der Draufsicht erkennbar. In der in 1 dargestellten Ausführungsform sind mehrere Prägenasen 17 voneinander beabstandet in einer umlaufenden Ausnehmung 16 des Lagerbüchsenmantels 11 angeordnet. Dabei bilden die Prägenasen 17 zusammen mit der Ausnehmung 16 die Sicherungsvorrichtung 15. Die Sicherungsvorrichtung 15 sichert die Lagerbüchse 10 axial. Da jede der vier Lagerbüchsen 10 auf diese weise fixiert wird und in jeder Lagerbüchsen 10 einer der vier Zapfen 4 des Zapfenkreuzes 3 angeordnet ist, ist das Zapfenkreuz 3 damit entlang der Achsen 8 und 9 jeweils in beide axialen Bewegungsrichtungen durch eine Sicherungsvorrichtung 15 axial fixiert.

Claims

Kreuzgelenk mit einer ersten und einer zweiten Gelenkgabel (1, 2) und einem die Gelenkgabeln (1, 2) verbindenden Zapfenkreuz (3) mit vier Lagerzapfen (4), wobei jeder Lagerzapfen (4) in einer hohlzylinderförmigen Lagerbüchse (10) gelagert ist, und wobei jede Lagerbüchse (10) mit Hilfe einer Sicherungsvorrichtung (15) in einer Gelenkgabel (1, 2) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungsvorrichtung (15) mindestens eine Ausnehmung (16) im Umfang des Lagerbüchsenmantels (11) aufweist, in die eine an der Gelenkgabel (1, 2) ausbildbare Prägenase (17) eingreift.
Kreuzgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (16) über den gesamten Umfang des Lagerbüchsenmantels (11) ausgedehnt ist.
Kreuzgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (16) als stufenförmig abgesenkte Kante des Lagerbüchsenmantels (11) ausgeführt ist.
Kreuzgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, voneinander beabstandete Prägenasen (17) über den Umfang der Bohrung (7) der Gelenkgabel (1, 2) verteilt sind.
Verfahren zum Zusammenbau eines Kreuzgelenks nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Zapfenkreuz (3) und zugehörige Lagerbüchsen (10) in Bohrungen (7) der Gelenkgabel (1, 2) eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass anschließend zumindest eine Prägenase (17) einer Sicherungsvorrichtung (15) dadurch gebildet wird, dass ein Stempel auf die Gelenkgabel (1, 2) im Bereich der Bohrung (7) gedrückt und dabei Material der Kreuzgelenkgabel (1, 2) in die Ausnehmung (16) im Umfang des Lagerbüchsenmantels (11) gepresst wird.