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Die Erfindung betrifft ein Zapfenkreuz für ein Kreuzgelenk umfassend mindestens ein erstes Zapfenpaar mit einem ersten und zweiten Zapfen, die in Richtung einer ersten Schwenkachse orientiert sind, und ein zweites Zapfenpaar mit einem dritten und vierten Zapfen, die in Richtung einer zweiten, zur ersten Schwenkachse senkrechten Schwenkachse orientiert sind. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung des Zapfenkreuzes.
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Ein derartiges Zapfenkreuz ist insbesondere Bestandteil eines Kreuz- oder Kardangelenks, das im Bereich des Maschinenbaus oder der Fahrzeugtechnik häufig innerhalb eines Antriebsstrangs Verwendung findet. Ein Kreuz- oder Kardangelenk ist ein speziell ausgebildetes Gelenk, das eine Abwinklung in einer sich drehenden Welle des Antriebsstrangs gestattet, wobei zugleich die Kraft- und Drehmomentübertragung gewährleistet bleibt. Dazu sind die auf beiden Seiten des Kreuz- oder Kardangelenks angeordneten Wellenteilabschnitte jeweils schwenkbar an eines der beiden Zapfenpaare angelenkt.
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Oft besteht aber neben der durch das Kreuz- oder Kardangelenk ermöglichten Ausgleichs- oder Umlenkbewegung in eine von der Richtung der Wellendrehachse abweichende Richtung auch die Forderung nach einem Längsausgleich in Richtung der Wellendrehachse. Dieser Längsausgleich wird derzeit anhand von gesonderten Ausgleichsmitteln realisiert, die mindestens in einen der auf beiden Seiten des Kreuz- oder Kardangelenks angeordneten Wellenteilabschnitte integriert sind.
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Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus der
DE 42 04 598 C1 bekannt. Die dort beschriebene Kreuzgelenkwelle umfasst zwei Kreuzgelenke, zwischen denen eine Längsverschiebungseinheit angeordnet ist. Die beim Stand der Technik zum Längsausgleich vorgesehenen gesonderten Mittel bedingen einen Zusatzaufwand. Außerdem benötigen diese Mittel ein gewisses Einbauvolumen, das bei vielen Anwendungen nicht ohne weiteres vorhanden ist.
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Weiterhin ist aus der
GB 861 088 A ein Zapfenkreuz mit zwei Zapfenpaaren bekannt, welches zur Verbindung von Wellenabschnitten dient und welches einen Längsausgleich in Richtung der Wellendrehachse ermöglicht. Dies wird mittels eines separaten Paares von Schiebeblöcken realisiert, welche ein Zapfenpaar aufnehmen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein Zapfenkreuz der eingangs bezeichneten Art anzugeben, das bei einem ein Kreuzgelenk umfassenden Antriebsstrang einen Längsausgleich auf einfache und Platz sparende Weise ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Zapfenkreuz entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 angegeben. Bei dem erfindungsgemäßen Zapfenkreuz sind das erste und das zweite Zapfenpaar in Richtung einer zur ersten und zur zweiten Schwenkachse senkrechten Längsachse mittels mindestens eines Linearwälzlagers gegeneinander verschiebbar.
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Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Längsverschiebbarkeit der beiden Zapfenpaare gegeneinander ist es möglich, ein Kreuzgelenk zu realisieren, das auch eine Ausgleichsbewegung des Antriebsstrangs in Richtung der Längsachse gestattet. Im Unterschied zum Stand der Technik bedarf es hierzu keiner zusätzlichen, gesondert in den Antriebsstrang einzubindenden Ausgleichsmittel. Die vorzugsweise vorgesehene Integration einer wälzgelagerten und längsverschiebbaren Einheit direkt in das Zapfenkreuz erübrigt die gesonderten Ausgleichsmittel. Dadurch sinken zum einen der Realisierungsaufwand und zum anderen auch der Platzbedarf. Es ergeben sich geringere Herstellungskosten, wenn die auf beiden Seiten des Kreuz- oder Kardangelenks angeordneten Wellenteilabschnitte zur Realisierung des Längsausgleichs nicht bearbeitet werden müssen. Außerdem bewirkt die Integration des Wälzlagers in das Zapfenkreuz niedrige Reibungsverluste und ein sehr gutes Ansprechverhalten.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Zapfenkreuzes ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche.
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Günstig ist eine Variante, bei der das Linearwälzlager als Rollen-, Nadel- oder Kugelwälzlager ausgebildet ist. Diese Lagertypen eignen sich gut für eine Längsbewegung. Außerdem können sie sehr gut hinsichtlich der spezifischen Anforderungen des jeweiligen Anwendungsfalls dimensioniert werden.
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Weiterhin kann das Linearwälzlager vorzugsweise mindestens eine V-förmige Laufnut umfassen. Diese eignet sich sehr gut zur Kraft- und/oder Drehmomentübertragung in einer von der Längsverschiebungsrichtung abweichenden Richtung. Insbesondere können Drehmomente in Richtung einer der beiden Schwenkachsen so sehr gut übertragen werden. Dieses günstige Kraft- und/oder Drehmomentübertragungsverhalten stellt sich insbesondere dann ein, wenn die V-förmige Laufnut in Verbindung mit kugelförmigen Wälzkörpern zum Einsatz kommt. Außerdem ermöglichen die schräg zulaufenden Flanken der V-förmigen Laufnut eine vorteilhafte Spielfreiheit der Lagerung.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Variante sind der erste und der zweite Zapfen des ersten Zapfenpaars an zwei einander gegenüber liegenden Außenseiten eines ersten Zapfenträgerteils sowie der dritte und der vierte Zapfen des zweiten Zapfenpaars an zwei einander gegenüber liegenden Außenseiten eines zweiten Zapfenträgerteils insbesondere fest angebracht. Diese Zweiteilung des Zapfenkreuzes, insbesondere eines Mittenteils desselben oder einer die beiden Zapfenträgerteile umfassenden Trägereinheit, ermöglicht in besonderes einfacher Weise die Längsverschiebbarkeit der beiden Zapfenpaare gegeneinander.
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Vorzugsweise umgreift das erste Zapfenträgerteil außerdem das zweite Zapfenträgerteil zumindest teilweise, insbesondere U-förmig. Dadurch ergibt sich ein mechanisch sehr stabiler Aufbau.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass das erste Zapfenträgerteil eine erste obere und eine erste untere Längslaufseite sowie das zweite Zapfenträgerteil eine zweite obere und eine zweite untere Längslaufseite hat, wobei die erste und die zweite obere Längslaufseite sowie die erste und die zweite untere Längslaufseite jeweils einander zugewandt sind und sowohl zwischen den oberen als auch zwischen den unteren Längslaufseiten jeweils mindestens ein oberes bzw. ein unteres Linearwälzlager angeordnet ist. Insbesondere sind das obere und das untere Wälzlager symmetrisch bezüglich der zentralen Längsachse, entlang der die Längsverschiebung erfolgt, angeordnet. Dadurch werden die Kräfte gleichmäßig verteilt und/oder übertragen. Der Einsatz eines oberen und eines unteren Wälzlagers gewährleistet darüber hinaus eine besonders gute und reibungsarme Längsverschiebbarkeit der beiden Zapfenpaare gegeneinander.
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Günstig ist weiterhin eine Variante, bei der das obere und das untere Linearwälzlager an den beiden einander zugeordneten oberen Längslaufseiten bzw. an den beiden einander zugeordneten unteren Längslaufseiten jeweils eine V-förmige Laufnut umfasst. Wenn an jeweils beiden Längslaufseiten eines Wälzlagers derartig ausgestaltete Laufnuten vorgesehen sind, resultiert ein besonders vorteilhaftes Kraft- und/oder Drehmomentübertragungsverhalten in einer von der Längsverschiebungsrichtung abweichenden Richtung. Insbesondere lassen sich Drehmomente in Richtung einer der beiden Schwenkachsen so sehr gut aufnehmen und/oder übertragen.
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Vorteilhaft ist es außerdem, wenn zwischen den beiden oberen Längslaufseiten zwei obere Linearwälzlager und zwischen den beiden unteren Längslaufseiten zwei untere Linearwälzlager angeordnet sind. Dadurch resultiert eine sehr gute Kraft- und/oder Drehmomentübertragung in Richtung der beiden Schwenkachsen. Insbesondere sind die beiden oberen und die beiden unteren Linearwälzlager weiterhin jeweils symmetrisch bezüglich der Längsachse angeordnet, sodass sich eine symmetrische Kraft- und/oder Drehmomentübertragung in beide Drehrichtungen bezüglich der Schwenkachsen einstellt.
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Erfindungsgemäß wird das Zapfenkreuz außerdem in einem Kreuzgelenk eines Antriebsstrangs eingesetzt. Bei dieser Verwendung kommt die günstige Wirkung des direkt im Zapfenkreuz realisierten Längsausgleichs mit Vorteil zum Tragen. So lassen sich ein besonders günstiges Kreuzgelenk und auch ein besonders günstiger Antriebsstrang insgesamt aufbauen.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt:
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1 ein Ausführungsbeispiel eines Kreuzgelenks mit einem zweiteiligen Zapfenkreuz, dessen zwei Zapfenträgerteile gegeneinander längsverschiebbar sind, in montiertem Zustand und
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2 das Kreuzgelenk gemäß 1 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung.
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Einander entsprechende Teile sind in den 1 und 2 mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Kreuzgelenks 1 mit einem im Wesentlichen zweiteiligen Zapfenkreuz 2 gezeigt. Das Zapfenkreuz 2 umfasst zwei Zapfenträgerteile 3 und 4, die in Richtung einer Längsachse 5 gegeneinander längs verschiebbar sind. Das Zapfenträgerteil 3 ist in etwa U-förmig ausgebildet. Es umgreift mit seinen zwei U-Schenkeln 6 und 7 das in etwa quaderförmige Zapfenträgerteil 4.
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Das Zapfenträgerteil 3 ist mit einem Zapfenpaar 8 zweier sich diametral gegenüber liegenden Zapfen 9 und 10 versehen. Die beiden Zapfen 9 und 10 sind an zwei einander gegenüber liegenden Schenkelaußenseiten 11 und 12 des Zapfenträgerteils 3 fest angeformt und weisen in Richtung einer zur Längsachse 5 senkrechten Schwenkachse 13.
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Dementsprechend ist auch das Zapfenträgerteil 4 ist mit einem Zapfenpaar 14 zweier sich ebenfalls diametral gegenüber liegenden Zapfen 15 und 16 versehen. Die beiden Zapfen 15 und 16 sind an zwei einander gegenüber liegenden Quaderaußenseiten 17 und 18 des Zapfenträgerteils 4 fest angeformt und weisen in Richtung einer Schwenkachse 19, die sowohl zur Längsachse 5 als auch zur Schwenkachse 13 senkrecht orientiert ist.
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Das Kreuzgelenk 1 umfasst neben dem Zapfenkreuz 2 zwei Anschlussstücke 20 und 21, die um die Schwenkachse 13 bzw. 19 schwenkbar am Zapfenpaar 8 bzw. 14 angelenkt sind. Hierzu enthalten die im Wesentlichen baugleichen, um 90° um die Längsachse 5 gegeneinander verdreht angeordneten Anschlussstücke 20 und 21 jeweils zwei Schwenkarme 22 und 23 bzw. 24 und 25. Letztere enthalten jeweils eine Bohrung, in die jeweils einer der Bolzen 9, 10, 15 und 16 drehbar eingesteckt ist. An einer axialen Anschlussstirnseite sind die Anschlussstücke 20 und 21 jeweils mit einem Flansch 26 bzw. 27 zur Befestigung von in 1 und 2 nicht näher gezeigten Wellenteilabschnitten eines ebenfalls nicht gezeigten Antriebsstrangs versehen.
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Zwischen den Zapfenträgerteilen 3 und 4 sind insgesamt vier einreihige in Richtung der Längsachse 5 orientierte Linearwälzlager 28 bis 31 vorgesehen. Zwei davon, nämlich die oberen Linearwälzlager 28 und 29, befinden sich zwischen einer Schenkelinnenseite 32 des U-Schenkels 6 und einer Quaderoberseite 33 des Zapfenträgerteils 4. Die anderen beiden, nämlich die unteren Linearwälzlager 30 und 31, befinden sich zwischen einer Schenkelinnenseite 34 des U-Schenkels 7 und einer Quaderunterseite 35 des Zapfenträgerteils 4. Die Schenkelinnenseite 32 und die Quaderoberseite 33 bilden einander zugeordnete und zugewandte obere Längslaufseiten, wohingegen die Schenkelinnenseite 34 und die Quaderunterseite 35 einander zugeordnete und zugewandte untere Längslaufseiten bilden.
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Die Begriffe „obere” und „untere” beziehen sich auf die in 1 und 2 gezeigte aktuelle Lage des Kreuzgelenks 1. Sie sind nicht einschränkend zu verstehen. Bei einer anderen Drehlage, die sich während des Betriebs ohnehin laufend ändert, kann sich ersichtlich die Zuordnung zu „oben” und „unten” vertauschen.
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Die beiden oberen Linearwälzlager 28 und 29 sind ebenso wie die beiden unteren Linearwälzlager 30 und 31 spiegelsymmetrisch bezüglich einer durch die zentrale Längsachse 5 und die Schwenkachse 13 aufgespannten Ebene angeordnet. Sie haben jeweils den gleichen Abstand zur Längsachse 5. Insofern sind sie auch symmetrisch bezüglich der Längsachse 5 angeordnet. Die Längsachse 5 stellt dabei die gedachte Drehachse des Antriebsstrangs bei unausgelenktem Kreuzgelenk 1 dar. Eine vergleichbare Symmetrie gilt auch für die Linearwälzlager 28 und 30 einerseits sowie für die Linearwälzlager 29 und 31 andererseits. Sie sind jeweils spiegelsymmetrisch zu einer durch die zentrale Längsachse 5 und die Schwenkachse 19 aufgespannten Ebene angeordnet. Auch sie sind symmetrisch bezüglich der Längsachse 5. Trotz der relativen Längsverschiebbarkeit der Zapfenträgerteile 3 und 4 resultiert so ein mechanisch sehr stabiler Aufbau, anhand dessen Kräfte und Drehmomente in Richtung der Schwenkachsen 13 und 19 sehr gut übertragen werden können.
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Die Linearwälzlager 28 bis 31 enthalten jeweils zwei V-förmige Laufnuten 36, die an den Schenkelinnenseiten 32 und 34, an der Quaderoberseite 33 sowie an der Quaderunterseite 35 vorgesehen sind. Sie sind dort beispielsweise eingefräst. Sie nehmen im montierten Zustand kugelförmige Wälzkörper 37 der Linearwälzlager 28 bis 31 auf und führen diese insbesondere spielfrei.
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Jedes der Linearwälzlager 28 bis 31 hat mehrere kugelförmige Wälzkörper 37. Auch die Kombination der V-förmigen Laufnuten 36 mit den kugelförmigen Wälzkörpern 37 bewirkt eine sehr gute Kraft- und Drehmomentübertragung senkrecht zur Längsachse 5. Zugleich erlauben die Linearwälzlager 28 bis 31 eine einfache und reibungsarme Relativverschiebung der Zapfenträgerteile 3 und 4 gegeneinander.
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In anderen Ausführungsformen können die Wälzkörper der Linearwälzlager natürlich auch in einem Käfig angeordnet sein, der zusätzlich in an sich bekannter Weise auch zwangsgesteuert ausgebildet sein kann.
