DE102015010802A1

DE102015010802A1 - Kreuzgelenk, Verfahren zur Montage eines Kreuzgelenks und Verfahren zur Verbindung von zwei Wellen mit einem Kreuzgelenk

Info

Publication number: DE102015010802A1
Application number: DE102015010802.6A
Authority: DE
Inventors: Karl-Thomas Klingebiel
Original assignee: IFA Technologies GmbH
Current assignee: IFA Technologies GmbH
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2017-02-23
Also published as: WO2017032354A1; WO2017032354A8

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Kreuzgelenk zur Verbindung zweier Wellen einer kardanischen Drehmomentübertragung. Es besteht aus zwei Gelenkgabeln (1) mit jeweils zwei Gabelschenkeln (2), die an ihrem gegenüberliegenden Ende drehfest mit einer Welle (3) verbunden sind, und einem Kreuzgelenkstern (4) mit vier Lagerzapfen (5), die mittels einer Lagerbüchse (7, 11) drehbar in der Gelenkgabel (1) gelagert sind. Erfindungsgemäß ist mindestens ein Gabelschenkel (2) des Kreuzgelenks als eine in axialer Richtung der Wellen (3) zugängliche schalenförmige Aufnahme (9) für die Lagerbüchse (7, 11) ausgebildet, die einen Anschlag für die freie Stirnseite der Lagerbüchse (7, 11) aufweist und einen schmalen Bereich der Mantelfläche der Lagerbüchse (7, 11) umschließt. Die von dem mindestens einen Gabelschenkel (2) aufzunehmende Lagerbüchse (7, 11) besitzt eine der Innenkontur der schalenförmigen Aufnahme (9) entsprechende Außenkontur und ist in axialer Richtung der Wellen (3) in die schalenförmige Aufnahme (9) einsetzbar. An dem Gabelschenkel (2) und/oder der Lagerbüchse (7, 11) sind Mittel zur Sicherung der Lage der Lagerbüchse (7, 11) in der Gelenkgabel (1) in axialer Richtung der Welle (3) vorgesehen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Kreuzgelenk, wie es beispielsweise zur Verbindung zweier Wellen einer kardanischen Drehmomentübertragung verwendet wird, nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 1, einem Verfahren zur Montage eines Kreuzgelenks nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 14 und einem Verfahren zur Verbindung von zwei Wellen mit einem Kreuzgelenk nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 18.
Es ist seit langem bekannt, Wellen mit nichtfluchtenden Achsen winkelbeweglich mittels eines Kreuzgelenks miteinander zu verbinden. Ein solches Kreuzgelenk besteht aus einem Zapfenkreuz, auch Gelenkstern genannt, und zwei Gelenkgabeln. Jede Gelenkgabel weist an ihrem dem Gelenkstern zugewandten Ende zwei Gabelschenkel auf und ist mit ihrem gegenüberliegenden Ende drehfest mit einer der beiden Wellen verbunden ist. Jeder Gelenkgabelschenkel ist mit einer Aufnahme für eine Lagebuchse versehen, in der jeweils ein Zapfen des Zapfenkreuzes drehbar gelagert ist. In der Regel werden die Zapfen des Gelenksterns in die jeweils zugehörige Aufnahme eingesetzt und anschließend die Lagerbuchsen in die Aufnahmen der Gelenkgabelschenkel eingepresst, wodurch die axiale Lage des Zapfenkreuzes in den Gelenkgabeln gesichert ist. Je nach Gestaltung der Aufnahme sind auch die Verfahren zur Montage eines Gelenkkreuzes verschieden.
In der Regel sind die Aufnahmen der Gelenkgabelschenkel, die auch als Lager- oder Gabelaugen bezeichnet werden, als Bohrungen ausgebildet und mit einem Passsitz für die Lagerbuchsen versehen ( DE 35 37 234 C2 ); GB 2 184 200 A ).
Ferner ist ein Kreuzgelenk bekannt, bei dem die Gabelaugen der Gabelschenkel einen Passsitzbereich für Nadelbüchsen und an der Außenseite der Gabelschenkel einen gegenüber dem Passsitzbereich im Durchmesser erweiterten Freistich sowie eine Ringnut aufweisen, die der Aufnahme einer Axialsicherung für die Nadelbüchsen dient. Der Freistich ist nach innen über die Ringnut der Axialsicherung erstreckend ausgebildet. Der Passsitzbereich des Gabelauges umfasst die Nadelbüchsen im Bereich der Nadeln. Das Zapfenkreuz ist derart ausgebildet, dass es ausgehend von seiner Einbaulänge um die Länge in das Gabelauge einschiebbar ist, die gleich oder größer als der Passsitzbereich der Nadelbüchsen ist ( DE 31 28152 A1 ).
Häufig werden an den Kreuzgelenken auch Vorrichtungen zur Sicherung der Lagerbüchsen gegen Verdrehung vorgesehen. Bei einem diesbezüglichen Kreuzgelenk besteht eine solche Sicherungsvorrichtung aus mindestens einer Ausnehmung im Umfang des Lagerbüchsenmantels, in die eine an der Gelenkgabel ausbildbare Prägenase eingreift. Das Montageverfahren sieht vor, dass zumindest eine Prägenase dadurch gebildet wird, dass ein Stempel auf die Gelenkgabel im Bereich der Bohrung der Gelenkgabel gedrückt und dabei Material der Kreuzgelenkgabel in die Ausnehmung im Umfang des Lagerbüchsenmantels gepresst wird ( DE 10 2004 028 013 A1 ).
Der Nachteil dieser Kreuzgelenke besteht darin, dass ihre Montage verhältnismäßig aufwändig ist, da zunächst der Gelenkstern mit seinen Zapfen koaxial in den Gelenkgabelaugen positioniert werden muss. Danach erfolgen das Einpressen der Lagerbüchsen und ihre radiale Sicherung in den Gabelaugen.
Eine andere Art der Montage eines Kreuzgelenks ist möglich, wenn die Ausnehmungen für die Zapfen des Gelenksterns in den Gelenkgabeln als Halbschalen ausgebildet sind, die durch lösbar an den Gelenkgabeln befestigte Aufsatzdeckel geschlossen werden, und der Boden jeder Lagerbüchse durch eine mit dem Aufsatzdeckel einstückig verbundene Lasche axial abgestützt wird, die auf einer äußeren Stirnfläche des betreffenden Gelenkgabelarmes mittels Schrauben oder dgl. befestigt wird.
Bei der Montage werden zunächst die Lagerbüchsen auf die Zapfen des Gelenksterns aufgeschoben. Dann werden die beiden Lagerbüchsen zweier gegenüberliegender Zapfen in jeweils eine offene Halbschale einer Gelenkgabel eingelegt. Anschließend wird ein Aufsatzdeckel auf jede der beiden Lagerbüchsen aufgesetzt und die beiden Endabschnitte jedes Aufsatzdeckels mit Hilfe der Schrauben auf der Stirnfläche des Gabelarmes befestigt. Von außen wird gegen den Befestigungsabschnitt derart gedrückt, dass sich die Lasche durchbiegt und den Bodenabschnitt der Lagerbüchse unter Vorspannung berührt. Während dieser Berührung werden zwei weitere Schrauben in je ein Gewindeloch des Gelenkarmes eingeschraubt, bis der betreffende Flanschabschnitt auf der Stützfläche des Gabelarmes zur festen Anlage kommt. Schließlich wird die Andrückkraft weggenommen, so dass die Lasche infolge eigener Biegefederung dauernd gegen den Bodenabschnitt der Lagerbüchse drückt. Analog dazu erfolgt der Einbau der Lagerbüchsen in die zweite Gelenkgabel des Kreuzgelenks.
Der Nachteil dieser Verbindungsanordnungen besteht in dem immer noch verhältnismäßig hohen Montageaufwand, der durch das Verschrauben der Aufsatzdeckel und der Laschen mit den Gelenkgabeln verbunden ist. Zudem können bereits durch kleine radiale Verschiebungen der Laschen bzw. Aufsatzdeckel Unwuchten entstehen, die bei hohen Drehzahlen zu Laufgeräuschen führen.
Die Erfindung und ihre Vorteile
Das erfindungsgemäße Kreuzgelenk mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat gegenüber dem oben genannten Stand der Technik den wesentlichen Vorteil, dass es sich einfacher montieren lässt. Obwohl die Gelenkgabeln einteilig ausgebildet sind, kann der bereits mit der Lagerbüchse komplettierte Lagerzapfen des Gelenksterns ohne das bisher bei der Montage erforderliche Verkanten bzw. Einfädeln in die Gelenkgabel eingesetzt werden. Mit dem Einsetzen des bereits mit der Lagerbüchse komplettierten Gelenksterns in die Gelenkgabeln ist bereits sowohl die axiale Sicherung des Lagerzapfens in Richtung der durch das Kreuzgelenk gelenkig miteinander zu verbindenden Wellen, als auch seine spielfreie Lage innerhalb der Gelenkgabeln in Richtung seiner eigenen Achse gewährleistet. Gleichzeitig ist die Lagerbüchse mit dem Einsetzen in die Gelenkgabel auch gegen radiales Verdrehen gesichert. Ein nachträgliches Verstemmen, Verstiften, Verkeilen oder Verschrauben der Lagerbüchsen mit der Gelenkgabel ist nicht erforderlich, kann aber, sofern gewünscht, trotzdem immer noch in bekannter Weise vorgenommen werden.
Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass zur Fertigung mehrteiliger Kreuzgelenkwellen ein Baukasten aus verschiedenen Teilen des Kreuzgelenks erstellt werden kann, bei dem die Teile und/oder Wellenabschnitte mit Adapterstücken versehen sind und am Ende der Fertigung komplettiert und zusammengesetzt werden. Die Komplettierung und der Zusammenbau sind dann auch beim Endkunden möglich.
Diese Vorteile werden dadurch erreicht, dass mindestens ein Gabelschenkel der Gelenkgabeln als eine schalenförmige Aufnahme für die Lagerbüchse ausgebildet ist und diese Aufnahmeschale zum Einsetzen der Lagerbüchse in axialer Richtung der Wellen zugänglich ist. Die Lagerbüchse braucht also nicht mehr wie bisher nach dem Positionieren des Kreuzgelenksterns in den Augen der Gelenkgabeln senkrecht zur Achse der Wellen in die Augen der Gelenkgabeln eingepresst zu werden, sondern wird zusammen mit dem Lagerzapfen in Richtung der Achse der mit der Gelenkgabel verbundenen Welle in die Aufnahmeschale eingesetzt und dort in Richtung der zu der jeweiligen Gelenkgabel gehörenden Welle in ihrer Position gesichert.
Die Vorteile der Erfindung kommen selbstverständlich vor allem dann zur Geltung, wenn alle vier, zumindest aber die zu einer der beiden Gelenkgabeln gehörenden Gabelschenkel mit der schalenförmigen Aufnahme versehen sind, so dass alle vier, zumindest aber die zu einer der beiden Gelenkgabeln gehörenden komplettierten Lagerzapfen in die Öffnungen der Gabelschenkel eingesetzt werden.
Unter einer schalenförmigen Aufnahme ist hier zu verstehen, dass die Innenwandung der Aufnahmeschalen zumindest teilweise an die Außenkontur der Lagerbüchsen angepasst ist oder umgekehrt die Außenwandung der Lagerbüchsen so gestaltet ist, dass sie spielfrei und lagesicher in der Gelenkgabel positioniert ist. Die Sicherung ihrer Lage in der Aufnahmeschale erfolgt in zwei axialen Richtungen und in einer Drehrichtung. Die eine axiale Lagesicherung betrifft ihre Position in Richtung der Drehachse der Lagerzapfen des Kreuzgelenksterns, die durch einen Anschlag für die freie Stirnseite der Lagerbüchse an der Innenseite der schalenförmigen Aufnahme bestimmt ist. Im einfachsten Fall liegt die Lagerbüchse mit ihrer freien Stirnseite direkt an der Innenseite der schalenförmigen Aufnahme an. Die zweite axiale Lagesicherung betrifft die Position ihrer Drehachse in Richtung der Achse der zu der Gelenkgabel gehörenden Welle. Die dritte zu sichernde Position betrifft die Sicherung der Lagerbüchse gegen Verdrehen in der Gelenkgabel. Alle drei Sicherungen können mit an sich bekannten Mitteln erfolgen, nämlich durch Form- oder Kraftschluss. Selbst ein Einkleben der Lagerbüchsen in den Aufnahmeschalen ist möglich.
In der nachfolgenden Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird jedoch lediglich die Sicherung der Lagerbüchsen durch Formschluss beim Einsetzen in die Aufnahme der Gabelschenkel näher betrachtet, da eine solche Verbindung den Vorteil besitzt, in der Regel lösbar zu sein.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Sicherung der axialen Lage der Lagerbüchsen in der Gelenkgabel in Bezug auf den Abstand zur Welle mittels einer in axialer Richtung der Welle wirkenden Rastverbindung. Zwischen den Gelenkgabeln und der bzw. den von ihnen aufgenommenen Lagerbüchsen wird also ein gegenseitiger nicht selbständig lösbarer Formschluss geschaffen. Dabei ist es unerheblich, welcher der beiden miteinander zu verrastenden Teile konstruktiv mit den Rastmitteln versehen wird.
Nach einer diesbezüglich vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Rastverbindung durch die Innenkontur der schalenförmig ausgebildeten Aufnahme der Gabelschenkel und die Außenkontur der Lagerbüchsen () gebildet. Im einfachsten Fall hintergreifen Teile der Kontur der Gabelschenkel der Gelenkgabel Mantelbereiche der Lagerbüchse, d. h. an der Lagerbüchse selbst brauchen keine zusätzlichen Mittel vorgesehen zu werden. Eine besonders vorteilhafte technische Lösung besteht darin, die Breite der Öffnung der schalenförmig ausgebildeten Aufnahme () der Gabelschenkel () etwas kleiner auszubilden als die größte Breite der einrastenden Lagerbüchse. Hierbei kann die Außenkontur der Lagerbüchse wie üblich zylindrisch gestaltet sein. Beim Einsetzen in die Gelenkgabel wird ein etwas höherer Druck aufgewendet, um den gegenüber ihrem Durchmesser etwas kleineren Eintrittsbereich überwinden zu können. Dabei rastet die Lagerbüchse in die schalenförmige Aufnahme ein, deren Bodenbereich der zylindrischen Form des Außenmantels der Lagerbüchse angepasst, beispielsweise hohlzylindrisch ausgebildet ist.
Nach einer anderweitigen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Rastverbindung durch eine jeweils an der Stirnseite der Lagerbüchse angeordnete Rastnase gebildet, die in eine in Verlängerung der Zapfen des Kreuzgelenksterns in die Gabelschenkel eingearbeitete Ausnehmung einrasten. Bei dieser Ausführung sind die Rastmittel in Form einer elastisch beweglichen Rastnase an der Stirnseite der Lagerbüchse angeordnet, die beim Einschieben in die schalenförmige Aufnahme der Gabelschenkel in den Innenraum der Lagerbüchsen hineingedrückt werden und bei Erreichen ihrer Endstellung in eine Ausnehmung des Gabelschenkels einrasten. Vorteilhafterweise ist die Ausnehmung als eine von außen zugängliche Bohrung ausgeführt, so dass die Verrastung durch Zurückdrücken der Rastnase mit einem geeigneten Werkzeug aufgehoben und die Lagerbüchse mit dem Kreuzgelenkstern ohne größeren Kraftaufwand wieder aus der Gabel herausgenommen und das Kreuzgelenk so auf einfache Weise wieder demontiert werden kann. Dies ermöglicht auch für den Servicefall, z. B. verschlissene Lagerbüchsen zu ersetzen.
Anstelle von Rastverbindungen kann es insbesondere bei Kreuzgelenken, die als Komplettbaugruppe angeboten werden, von Vorteil sein, die Lagerbüchsen in die schalenförmigen Aufnahmen einzukleben, wobei selbstverständlich von vorn herein auch ein Formschluss zwischen schalenförmiger Aufnahme und Lagerbüchse vorgesehen sein kann.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der senkrecht zur Längsachse der zugehörigen Lagerzapfen verlaufende Querschnitt der schalenförmigen Aufnahme und der zu diesem Querschnitt kongruent ausgebildete Stirnbereich der Lagerbüchsen polygonförmig gestaltet. Durch diese beliebigen nicht kreisrunden Querschnittsformen werden die Lagerbüchsen bereits verdrehsicher in der schalenförmigen Aufnahme angeordnet und brauchen lediglich noch in ihrer Position in axialer Richtung der Welle gesichert zu werden. Die einfachste polygone Querschnittsform ist die eines Rechtecks, d. h. dass die in axialer Richtung der Wellen verlaufende Tiefe der schalenförmigen Aufnahme der Lagerbüchsen größer ist als ihre Breite. Demzufolge weist der von den Gabelschenkeln aufgenommene Bereich der Lagerbüchsen einen dementsprechend rechteckigen äußeren Querschnitt auf.
Nach einer anderweitigen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der axiale Anschlag für die freie Stirnseite der Lagerbüchse in Richtung der Drehachse der Lagerzapfen jeweils durch die gegenüberliegende Innenfläche der schalenförmig ausgebildeten Aufnahme gebildet, d. h. dass die freie Stirnseite der Lagerbüchse an der Innenfläche der schalenförmigen Aufnahme der Gabelschenkel anliegt. Dadurch werden keine zusätzlichen Anschlag- oder Sicherungsmittel für die axiale Arretierung der Lagerbüchsen benötigt.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Lagerbüchsen als Gleitlagerbüchsen ausgebildet. Gleitlager lassen sich ökonomisch günstig auch aus selbstschmierendem Kunststoff herstellen, so dass kein Schmierfett erforderlich ist und solche Kreuzgelenke dann auch in der Lebensmittelindustrie angewendet werden können.
Nach einer diesbezüglich vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Außenfläche der Lagerzapfen des Kreuzgelenksterns längs ihrer Achse leicht ballig und die Innenfläche der Gleitlagerbüchsen kongruent zu dieser Balligkeit entsprechend sphärisch ausgebildet. Somit ist der Öffnungsdurchmesser der Gleitlagerbüchse etwas kleiner als der größte Durchmesser des freien Endes des Lagerzapfens. Die Länge der Gleitlagerbüchse ist etwas größer ausgelegt als die Länge des von seinem größten Durchmesser ausgehenden freien Endes des Lagerzapfens. Dadurch hintergreift die Gleitlagerbüchse den Lagerzapfen auch noch über ein kurzes Stück hinter seinem größten Durchmesser, wodurch sie vor dem Einsetzen in die Gelenkgabeln verliersicher mit dem Kreuzgelenkstern verbunden sind. Ein zusätzlicher Vorteil der balligen Ausführung des Außenmantels der Lagerzapfen besteht darin, dass die Lagerlasten, die durch das Verbiegen bzw. Verkanten der Lagerzapfen unter Last entstehen, minimiert werden können.
Nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung besteht die Schaftgabel des Kreuzgelenks aus einem Rohr, in das die beiden schalenförmigen Aufnahmen eingepresst sind. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Wellen rohrförmig ausgebildet sind. In dem Fall ist keine separate Gelenkgabel erforderlich, sondern es werden lediglich die beiden Gabelschenkel in der gewünschten Form als schalenförmige Aufnahme für die Lagerbüchsen gefertigt und direkt in das Wellenrohr eingepresst.
Das Verfahren zur Montage eines Kreuzgelenks mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 14 hat gegenüber jenen Verfahren, bei denen der Kreuzgelenkstern zuerst in den Öffnungen der Gabelschenkel positioniert und erst nach dem Einpressen der Lagerbüchsen in die Gabelschenkel in seiner Lage gesichert wird, den Vorteil, dass die Vorpositionierung des Kreuzgelenksterns entfallen kann. Außerdem ist eine abschließende Sicherung der Lagerbüchsen in den Gabelschenkeln gegen Verdrehen nicht mehr erforderlich, kann aber auch, wenn gewünscht, nach wie vor in bekannter Weise, beispielsweise durch Verstemmen, Verstiften, Verkeilen oder Verschrauben senkrecht zu ihrer Achse erfolgen.
Gegenüber jenen Verfahren, bei denen der bereits mit den Lagerbüchsen komplettierte Kreuzgelenkstern in Halbschalen der Gabelschenkel eingelegt und dann durch Aufsetzen einer zweiten Halbschale auf die erst und Verschrauben mit der ersten Halbschale in seiner Lage gesichert wird, hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass es mit weniger Einzelteilen auskommt und damit zur Herstellung des Kreuzgelenks auch weniger Montageschritte erforderlich sind, wodurch sich der Montageaufwand für eine Kreuzgelenkverbindung insgesamt verringert.
Das Verfahren zur Verbindung von zwei Wellen mit einem Kreuzgelenk mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 18 hat die bereits bei der Beschreibung des Verfahrens zur Montage eines Kreuzgelenks mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 14 genannten Vorteile.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen entnehmbar.
Zeichnung
Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gegenstands sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen
1 eine erfindungsgemäße Kreuzgelenkverbindung in Einzelteildarstellung,
2 die Kreuzgelenkverbindung mit Welle im Halbschnitt,
3 ein erfindungsgemäßes Kreuzgelenk mit Gleitlagerung des Kreuzgelenksterns in Einzelteildarstellung,
4 das Kreuzgelenk aus 3 im montierten Zustand,
5 das Kreuzgelenk aus 3 im Halbschnitt und
6 eine Gelenkwellenanordnung mit Kreuzgelenk.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Wie aus den 1 und 2 erkennbar, besteht auch das erfindungsgemäße Kreuzgelenk in bekannter Weise aus zwei Gelenkgabeln 1, die an einem Ende jeweils zwei gegenüberliegende Gabelschenkel 2 aufweisen und an ihrem gegenüberliegenden Ende mit einer Welle 3 verbunden sind, sowie einem Kreuzgelenkstern 4, von dem vier in einer Ebene rechtwinklig zueinander angeordnete Lagerzapfen 5 abgehen, auf die jeweils eine ein Nadellager 6 aufweisende Lagerbüchse 7 aufgeschoben ist. 2 zeigt das erfindungsgemäße Kreuzgelenk, bei dem der Kreuzgelenkstern 4 mit seinen Lagerbüchsen 7 bereits in die erste Gelenkgabel 1 eingesetzt ist.
Im vorliegenden Beispiel ist jede Lagerbüchse 7 in ihrem äußeren Querschnitt nicht kreisförmig, sondern in Richtung der Achse der Welle 3 länger ausgebildet als senkrecht zu dieser Richtung. Dadurch weisen sie in Richtung der Welle 3 zwei parallele Seitenflächen auf, deren in Richtung der Welle 3 weisende Kanten durch eine zylindrische Mantelfläche miteinander verbunden sind. Die gegenüberliegenden, in der Darstellung der 1 also nach oben weisenden Kanten der Seitenflächen sind ebenfalls durch eine runde, jedoch wesentlich flacher gehaltene Mantelfläche miteinander verbunden, so dass längs der Lagerbüchse 7 eine kurze Längskante 8 entsteht. Für den äußeren Querschnitt der Lagerbüchsen 7 ist aber auch jede andere polygone Form, z. B. eine Ellipse, ein Quadrat oder ein Vieleck möglich.
Jeder Gabelschenkel 2 weist an seiner Innenseite eine in Richtung der Welle 3 zugängliche schalenförmige Aufnahme 9 auf, die der Außenkontur der Lagerbüchsen 7 zumindest bereichsweise angepasst ist, so dass die Lagerbüchse 7 in dieser Richtung, und zwar lediglich durch eine Linearbewegung in Richtung der Welle, in den Gabelschenkel 2 einsetzbar ist. Die schalenförmige Aufnahme 9 bietet der Lagerbüchse 7 mit ihrer Innenseite einen axialen Anschlag in Richtung der Drehachse der Gelenkgabel 1. Außerdem erstreckt sich die schalenförmige Aufnahme 9 über einen kurzen Mantelbereich 10 in Richtung der Mantelfläche der Lagerbüchse 7, so dass Letztere mit ihrem sich an ihre freie Stirnseite anschließenden Umfang von diesem Mantelbereich 10 formschlüssig umfasst wird (1, 3 u. 4). Formschlüssig bedeutet hier aber nicht, dass über den gesamten Mantelbereich 10 eine Berührung zwischen Lagerbüchse 7 und Aufnahme 9 bestehen muss. Die Berührung kann auch punktuell oder linienförmig sein. Sie muss aber auf jeden Fall eine gegen Verdrehen der Lagerbüchse 7 sichere Fixierung in dem Gabelschenkel 2 gewährleisten.
Zudem sind die Lagerbüchsen 7 und damit auch der Kreuzgelenkstern 4 sowohl im Ruhezustand als auch im Betriebszustand bei hohen Drehzahlen verliersicher in dem Gabelschenkel 2 angeordnet. Deshalb ist die Verbindung zwischen Lagerbüchse 7 und Aufnahme 9 im vorliegenden Beispiel als eine Rastverbindung ausgebildet. Eine solche Rastverbindung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die lichte Weite des Eingangsbereichs der schalenförmigen Aufnahme 9 um wenige Zehntel mm schmaler ausgebildet wird als die größte Breite der Lagerbüchse 7. Beim Einsetzen der Lagerbüchse 7 in die schalenförmige Aufnahme 9 weitet diese sich in ihrem oberen Mantelbereich 10 kurzzeitig auf bis die Längskante 8 der Lagerbüchse 7 unterhalb des schmaler ausgebildeten Eingangsbereichs der schalenförmigen Aufnahme 9 zu liegen kommt. Ein Lösen dieser Verbindung ist entweder mittels eines geeigneten Werkzeugs, mit dem die Aufnahme 9 im oberen Mantelbereich 10 aufweitet werden kann oder durch Aufbringen einer axialen Zugkraft auf die Gelenkgabel 1, die diese Rastverbindung überwindet, möglich.
Auch das in den 3 bis 5 dargestellte erfindungsgemäße Kreuzgelenk weist vom Grundaufbau her die gleichen Teile wie jenes aus 1 und 2 auf. Anstelle von Wälzlagerbüchsen 7 sind hier jedoch Gleitlagerbüchsen 11 verwendet.
Eine weitere Besonderheit dieses Kreuzgelenks besteht in der Verbindung der Gleitlagerbüchsen 11 mit den Lagerzapfen 5 des Kreuzgelenksterns 4. Hierzu ist insbesondere aus der Schnittdarstellung in 5 erkennbar, dass die Mantelfläche jedes Lagerzapfens 5 leicht ballig und die auf dieser sitzende Innenfläche der Gleitlagerbüchse 11 dementsprechend konkav ausgebildet ist (Darstellung in 5 ist zur Verdeutlichung stark übertrieben). Wie bereits in der Beschreibung der Vorteile der Erfindung näher erläutert, wird durch diese Balligkeit nicht nur eine Minimierung der beim Verkanten entstehenden Lagerlasten, sondern auch durch den leichten Hinterschnitt des Innenmantels der Gleitlagerbüchsen 11 die Verbindung mit dem Kreuzgelenkstern 4 verliersicher gestaltet, was deshalb wichtig ist, weil die Gleitlagerbüchsen 11 vor dem Einsetzen des Kreuzgelenksterns 4 in die Gelenkgabeln 1 auf die Lagerzapfen 5 aufgesteckt werden.
Der wesentliche Unterschied der in den 3 bis 5 dargestellten Ausführung eines erfindungsgemäßen Kreuzgelenks gegenüber jenem aus den 1 und 2 besteht in einer anderen Art der Rastverbindung zwischen dem Gabelschenkel 2 und den Gleitlagerbüchsen 11. In dieser Ausführung sind die Gabelschenkel 2 mit einer Bohrung 12 und die äußere Stirnfläche der Gleitlagerbüchsen 11 mit einer Rastnase 13 versehen, die bei in die Aufnahme 9 eingesetzter Gleitlagerbüchse 11 die obere Innenwandung der Bohrung 12 hintergreift (5).
6 zeigt die direkte Verbindung der Gabelschenkel 2 mit den schalenförmigen Aufnahmen 9 mit einem Rohr 14, das als Welle fungiert. Dadurch braucht keine separate Gelenkgabel angefertigt zu werden. Die Gabelschenkel 2 können beispielsweise in das Rohr 14 eingepresst werden.
Wie oben bereits beschrieben, besteht der wesentliche Vorteil der Erfindung in der einfacheren Montage des Kreuzgelenks, die nachfolgend anhand der 1 bis 5 beschrieben wird. Zunächst werden die Lagerbüchsen 7 bzw. Gleitlagerbüchsen 11 auf die Lagerzapfen 5 des Kreuzgelenksterns 4 aufgesteckt. Aus den 1 und 3 ist erkennbar, dass drei der Lagerzapfen 5 des Kreuzgelenksterns 4 bereits mit jeweils einer Lagerbüchse 7 bzw. bzw. Gleitlagerbüchse 11 versehen sind. Danach wird der so komplettierte Kreuzgelenkstern 4 in die Aufnahmen 9 der Gabelschenkel 2 der einen Gelenkgabel 1 eingesetzt bis die Lagerbüchsen 7 in die schalenförmigen Aufnahmen 9 der Gabelschenkel 2 einrasten. Bei der zweiten Ausführung der Erfindung rastet jeweils die von der freien Stirnseite jeder Gleitlagerbüchse 11 abstehende Rastnase 13 in die Bohrung 12 des Gabelschenkels 2 ein. Danach wird die zweite Gelenkgabel 1 auf die noch freien Lagerzapfen 5 des Kreuzgelenksterns 4 aufgeschoben bis ebenfalls die Lagerbüchsen 7 in die schalenförmigen Aufnahmen 9 der Gabelschenkel 2 bzw. die Rastnasen 13 dieser Gleitlagerbüchsen 11 in die Bohrung 12 der Gabelschenkel 2 einrasten. Bei der zweiten Ausführung kann die Demontage des Kreuzgelenks wesentlich einfacher als bei der erstbeschriebenen Rastverbindung dadurch erfolgen, dass die Rastnasen 13 von außen durch die Bohrungen 12 zurückgedrückt werden, die eine Gelenkgabel 1 vom Kreuzgelenkstern 4 abgezogen und danach der Kreuzgelenkstern 4 aus der anderen Gelenkgabel 1 herausgenommen wird.
Bezugszeichenliste

1: Gelenkgabel
2: Gabelschenkel
3: Welle
4: Kreuzgelenkstern
5: Lagerzapfen
6: Nadellager
7: Lagerbüchse
8: Längskante
9: Schalenförmige Aufnahme
10: Mantelbereich
11: Gleitlagerbüchse
12: Bohrung
13: Rastnase
14: Rohr

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3537234 C2 [0003]
GB 2184200 A [0003]
DE 3128152 A1 [0004]
DE 102004028013 A1 [0005]

Claims

Kreuzgelenk, bestehend aus zwei Gelenkgabeln (1) mit jeweils zwei Gabelschenkeln (2), die an ihrem den Gabelschenkeln (2) gegenüberliegenden Ende drehfest mit einer Welle (3) verbunden sind, und einem Kreuzgelenkstern (4) mit vier Lagerzapfen (5), von denen jeweils zwei gegenüberliegende Lagerzapfen (5) mittels einer Lagerbüchse (7, 11) drehbar in einer der Gelenkgabeln (1) gelagert sind, wobei die Gabelschenkel (2) jeweils eine Öffnung zur Aufnahme einer Lagerbüchse (7, 11) und jeder Gabelschenkel (2) und/oder jede Lagerbüchse (7, 11) Mittel zur Sicherung gegen Verdrehen und axiale Verschiebung der Lagerbüchsen (7, 11) innerhalb der Gelenkgabel (1) in Richtung der Achse der Lagerzapfen (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, – dass mindestens ein Gabelschenkel (2) des Kreuzgelenks als eine in axialer Richtung der Wellen (3) zugängliche schalenförmige Aufnahme (9) für die Lagerbüchse (7, 11) ausgebildet ist, die einen Anschlag für die freie Stirnseite der Lagerbüchse (7, 11) aufweist und die sich zumindest teilweise in Richtung der Drehachse der Lagerzapfen (5) erstreckt, so dass sie auch einen schmalen Bereich der Mantelfläche der Lagerbüchse (7, 11) umschließt, – dass die von dem mindestens einen Gabelschenkel (2) aufzunehmende Lagerbüchse (7, 11) eine der Innenkontur der schalenförmigen Aufnahme (9) der Gabelschenkel (2) entsprechende Außenkontur besitzt, so dass die Lagerbüchse (7, 11) in die schalenförmige Aufnahme (9) ihres zugehörigen Gabelschenkels (2) in axialer Richtung der Wellen (3) einsetzbar ist und – dass an dem mindestens einen Gabelschenkel (2) und/oder der von diesem aufzunehmenden Lagerbüchse (7, 11) Mittel zur Sicherung der Lage der Lagerbüchse (7, 11) in der Gelenkgabel (1) in axialer Richtung der der Gelenkgabel (1) zugehörigen Welle (3) vorgesehen sind.
Kreuzgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Sicherung der Lage der Lagerbüchsen (7, 11) in der Gelenkgabel (1) in axialer Richtung der Welle (3) eine gegenseitige Rastverbindung zwischen Lagerbüchse (7, 11) und Gabelschenkel (2) vorgesehen ist.
Kreuzgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastverbindung durch die Innenkontur der schalenförmigen Aufnahme (9) der Gabelschenkel (2) und die Außenkontur der Lagerbüchsen (7, 11) gebildet ist.
Kreuzgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lichte Weite der Öffnung der schalenförmigen Aufnahme (9) der Gabelschenkel (2) etwas kleiner ist als die größte Breite der einrastenden Lagerbüchse (7, 11).
Kreuzgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastverbindung durch eine jeweils an der freien Stirnseite der Lagerbüchsen (7, 11) angeordnete Rastnase (13) gebildet ist, die in eine in Verlängerung der Lagerzapfen (5) des Kreuzgelenksterns (4) in die Gabelschenkel (2) eingearbeitete Ausnehmung (12) einrastet.
Kreuzgelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastnase (13) von außen durch die Ausnehmung (12) der Gabelschenkel (2) hindurch in die Lagerbüchse (7, 11) eindrückbar ist.
Kreuzgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbüchsen (7, 11) in die schalenförmige Aufnahme (9) der Gabelschenkel (2) eingeklebt sind.
Kreuzgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der senkrecht zur Längsachse der zugehörigen Lagerzapfen (5) verlaufende Querschnitt der schalenförmigen Aufnahme (9) und der zu diesem Querschnitt kongruent ausgebildete Stirnbereich der Lagerbüchsen (7, 11) polygonförmig gestaltet ist.
Kreuzgelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in axialer Richtung der Wellen (3) verlaufende Tiefe der schalenförmigen Aufnahme (9) der Gabelschenkel (2) größer ist als ihre Breite und der von den Gabelschenkeln (2) aufgenommene Bereich der Lagerbüchsen (7, 11) einen dementsprechend rechteckigen äußeren Querschnitt aufweist.
Kreuzgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Anschlag für die freie Stirnseite der Lagerbüchse (7, 11) in Richtung der Drehachse der Lagerzapfen (5) jeweils durch die gegenüberliegende Innenfläche der schalenförmigen Aufnahme (9) gebildet wird.
Kreuzgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbüchsen als Gleitlagerbüchsen (11) ausgebildet sind.
Kreuzgelenk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche der Lagerzapfen (5) des Kreuzgelenksterns (4) längs ihrer Achse leicht ballig und die Innenfläche der Gleitlagerbüchsen (11) kongruent zu dieser Balligkeit entsprechend sphärisch ausgebildet sind, wobei die Länge der Gleitlagerbüchsen (11) etwas größer ist als die Länge des von seinem größten Durchmesser ausgehenden freien Endes des Lagerzapfens (5), so dass die Gleitlagerbüchse (11) den Lagerzapfen (5) in seinem größten Durchmesser hintergreift.
Kreuzgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkgabel (1) des Kreuzgelenks aus einem Rohr (14) besteht, in das die beiden schalenförmigen Aufnahmen (9) eingepresst sind.
Verfahren zur Montage eines Kreuzgelenks, bestehend aus zwei Gelenkgabeln (1) mit jeweils zwei Gabelschenkeln (2), die an ihrem den Gabelschenkeln (2) gegenüberliegenden Ende drehfest mit einer Welle (3) verbunden sind, und einem Kreuzgelenkstern (4) mit vier Lagerzapfen (5), von denen jeweils zwei gegenüberliegende Lagerzapfen (5) mittels einer Lagerbüchse (7, 11) drehbar in einer der Gelenkgabeln (1) gelagert sind, wobei auf die Lagerzapfen (5) des Kreuzgelenksterns (4) jeweils eine Lagerbüchse (7, 11) aufgesetzt wird, der so komplettierte Kreuzgelenkstern (4) in die Aufnahmeöffnungen der Gabelschenkel (2) der Gelenkgabeln (1) eingesetzt wird und die Lagerbüchsen (7, 11) gegenüber der Gelenkgabel (1) gegen Verdrehen gesichert werden, dadurch gekennzeichnet, dass der mit seinen Lagerbüchsen (7, 11) komplettierte Kreuzgelenkstern (4) zuerst in eine in axialer Richtung offene schalenförmige Aufnahmen (9) der Gabelschenkel (2) der einen Gelenkgabel (1) eingesetzt und in den Gabelschenkeln (2) in axialer Position sowohl bezüglich der Welle (3) als auch in der Drehachse seiner Lagerzapfen (5) arretiert wird und anschließend die zweite Gelenkgabel (1) mit ihren in axialer Richtung offenen schalenförmigen Aufnahmen (9) der Gabelschenkel (2) auf die Lagerbüchsen (7, 11) der beiden anderen Lagerzapfen (5) aufgesteckt und auf ihnen arretiert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Lagerzapfen (5) des Kreuzgelenksterns (4) aufgesteckten Lagerbüchsen (7, 11) in ihrer axialen Position bezüglich der Welle (3) durch Verrasten mit dem jeweiligen Gabelschenkel (2) arretiert werden.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherung Lagerbüchsen (7, 11) gegen Verdrehen in den schalenförmigen Aufnahmen (9) durch Verstemmen, Verstiften, Verkeilen oder Verschrauben senkrecht zu ihrer Achse erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Lagerbüchsen als Gleitlagerbüchse (11) ausgebildet ist und mit dem Lagerzapfen (5) des Kreuzgelenksterns (4) rastend verbunden wird.
Verfahren zur Verbindung von zwei Wellen mit einem Kreuzgelenk, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbindung der beiden Wellen (3) ein Kreuzgelenk verwendet wird, das die Merkmale des Anspruchs 1 oder Merkmale des Anspruchs 1 in Verbindung mit mindestens einem Merkmal der Ansprüche 2 bis 13 aufweist.