DE19831143C1 - Zapfenkreuz für ein Kreuzgelenk für hohe Drehmomentbelastungen - Google Patents
Zapfenkreuz für ein Kreuzgelenk für hohe DrehmomentbelastungenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Zapfenkreuz für ein Kreuzgelenk mit einem Basiskörper 1 und mit vier, ausgehend vom Basiskörper 1, wegverlaufenden Zapfen 2. Um die Drehmomentbelastbarkeit des Zapfenkreuzes zu erhöhen, verläuft die Außenfläche der Zapfen 2, jeweils im Längsschnitt betrachtet, in einem Übergangsbereich 18 zum Basiskörper 1 kurvenförmig mit stetig größer werdendem Durchmesser und mit stetig kleiner werdendem Krümmungsradius R. In einer Schnittebene, durch die Achsen 4, 5 betrachtet, ist jeweils der Abstand X zwischen einer ersten Tangente 14 an der Außenfläche des Übergangsbereichs 18, die in einem Winkel von 45 DEG zur Achse 4 verläuft, und einer zur ersten Tangente 14 parallelen zweiten Tangente 15, die, vom Mittelpunkt 6 aus betrachtet, hinter der ersten Tangente 14 liegt und die an der Außenfläche des Basiskörpers 1 an einem Punkt 16 anliegt, welcher auf einer 45 DEG zur Achse 4 verlaufenden Symmetrielinie 17 des Zapfenkreuzes liegt, ·1·/10 des kleinsten Radius B des jeweiligen Zapfens 2 entspricht und daß die Zapfen 2 induktiv gehärtet sind und der Härteauslauf jeweils in einem im Betriebszustand spannungsarmen Bereich des Basiskörpers 1 liegt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Zapfenkreuz für ein Kreuzgelenk mit
einem um einen Mittelpunkt des Zapfenkreuzes angeordneten Ba
siskörper und mit vier ausgehend vom Basiskörper weg verlaufen
den Zapfen, welche paarweise eine gemeinsame Achse aufweisen,
wobei sich die Achsen im Mittelpunkt des Zapfenkreuzes einen
rechten Winkel einschließend schneiden und welche jeweils eine
zylindrische konzentrisch um die jeweilige Achse angeordnete
Lauffläche für Wälzkörper einer Wälzlagerung aufweisen, wobei
der Basiskörper jeweils im Übergang zu einem Zapfen eine ring
förmige und radial verlaufende Schulter aufweist, die koaxial um
die jeweilige Achse angeordnet ist.
In der DE-OS 27 21 706 ist ein Kreuzgelenk mit einem Zapfenkreuz
beschrieben, bei dem die Zapfen jeweils stufenförmig zu der
Ringschulter des Basiskörpers übergehen.
Kreuzgelenke dieser Art finden vornehmlich in Gelenkwellen An
wendung, bei denen jeweils zwei Kreuzgelenke drehfest über tele
skopartig miteinander verbundenen Wellenabschnitten verbunden
sind. Ein Kreuzgelenk umfaßt hierbei antriebsseitig und ab
triebsseitig jeweils eine Gelenkgabel, die mittels des Zapfen
kreuzes drehfest miteinander verbunden sind, wobei die Zapfen
des Zapfenkreuzes in Lagerbüchsen, die in Bohrungen der Gelenk
gabeln einsitzen, wälzgelagert sind. Die Drehmomentübertragungs
fähigkeit eines Kreuzgelenkes wird hierbei vornehmlich durch die
Gestaltung der Gelenkgabeln, des Zapfenkreuzes und der Lagerun
gen beeinflußt. Im besonderen Maße wird die Drehmomentübertra
gungsfähigkeit durch die Festigkeit der hoch beanspruchten Über
gangsbereiche zwischen den Laufflächen der Zapfen und dem Ba
siskörper begrenzt. Hieraus können sich in besonderem Maße für
den Schwergelenkbau, beispielsweise für Walzwerkantriebe, Nach
teile und Probleme ergeben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zapfenkreuz der
eingangs genannten Art zu schaffen, das bei gleichen äußeren Ab
messungen eine erhöhte Drehmomentbelastbarkeit beim Einsatz in
Kreuzgelenken aufweist.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Zapfen jeweils einen
Übergangsbereich zwischen Lauffläche und Basiskörper aufweisen,
dessen Außenflächen kurvenförmig mit stetig größer werdendem
Durchmesser und mit kleiner werdendem Krümmungsradius zur jewei
ligen Schulter des Basiskörpers verläuft, daß in einer Schnitt
ebene betrachtet, die durch die Achsen der Zapfen aufgespannt
wird, jeweils der Abstand zwischen einer ersten Tangente an der
Außenfäche des Übergangsbereichs eines Zapfens, die in einem
Winkel von 45° zur Achse des jeweiligen Zapfens verläuft, und
einer zur ersten Tangente parallelen zweiten Tangente, die vom
Mittelpunkt aus betrachtet hinter der ersten Tangente liegt und
die an der Außenfläche des Basiskörpers an einem Punkt anliegt,
welcher auf einer 45° zur Achse des jeweiligen Zapfens verlau
fenden Symmetrielinie des Zapfenkreuzes liegt, 1/10 des klein
sten Radius des jeweilgen Zapfens entspricht und daß der Zapfen
induktiv gehärtet ist und der Härteauslauf in dem im Betriebs
zustand des Zapfens spannungsarmen Bereich der Schulter des
Basiskörpers liegt. Somit wird ein kerbarmer Kurvenverlauf im
Übergangsbereich zwischen der Lagerfläche und dem Basiskörper
bereitgestellt, so daß eine hohe Drehmomentkapazität des Zapfen
kreuzes erzielt wird. Darüber hinaus sind die Zapfen des Zapfen
kreuzes bis über den Kurvenverlauf des Übergangsbereich induktiv
gehärtet. Somit werden metallurgische Kerben innerhalb des im
Betrieb hoch beanspruchten Übergangsbereichs vermieden. Der Här
teauslauf befindet sich in einem spannungsarmen Bereich der
Schulter. Das induktive Härten hat zudem den Vorteil, daß erfor
derliche Festigkeitswerte auch in großen Tiefen unterhalb der
Oberfläche des Werkstücks erzielbar sind.
Um eine ausreichende Länge einer Sitzfläche für einen Dichtring
im Übergangsbereich zu erzielen, können die Übergangsbereiche
der Zapfen in der jeweiligen Schulter des Basiskörpers enden und
jeweils eine ringförmige Vertiefung bilden.
Eine Durchmesserverringerung im Anschluß an die Lauffläche eines
Zapfens zwischen der Lauffläche und dem Übergangsbereich bildet
einen Schleifauslauf, der die Fertigung des Zapfenkreuzes er
leichtert.
Eine weitere Steigerung der Drehmomentbelastbarkeit des Zapfen
kreuzes wird dadurch erzielt, daß das Zapfenkreuz aus einem
Chrom-Nickel-Vergütungsstahl gefertigt ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der Zeichnung nä
her erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Zapfenkreu
zes und
Fig. 2 einen Ausschnitt des Zapfenkreuzes gemäß Fig. 1,
mit vergrößerter Darstellung eines Übergangsbe
reichs von einem Zapfen zum Basiskörper teilweise
geschnitten.
Fig. 1 und Fig. 2 werden im folgenden zusammen beschrieben.
Übereinstimmende Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen ver
sehen. Das Zapfenkreuz umfaßt einen Basiskörper 1 mit vier aus
gehend vom Basiskörper 1 abstehenden und von einem Mittelpunkt
6 des Zapfenkreuzes weg verlaufenden Zapfen 2, 2', 3, 3'. Die
Zapfen 2, 2' haben eine gemeinsame Achse 4 und die Zapfen 3, 3'
haben eine gemeinsame Achse 5. Die Achsen 4, 5 schneiden sich im
Mittelpunkt 6 des Zapfenkreuzes. Die Zapfen weisen jeweils eine
zylindrische und konzentrisch um die jeweilige Achse 4, 5 ange
ordnete Lauffläche 7, 7 ', 8, 8 ' für Wälzkörper 9, die in hier
nicht dargestellte Lagerbüchsen aufgenommen sind, auf. Die La
gerbüchsen sitzen in Bohrungen von Gelenkgabeln eines Kreuzge
lenke, wobei die Lagerbüchsen der Zapfen 2, 2' in einer Gelenk
gabel und die Lagerbüchsen der Zapfen 3, 3' in der anderen Ge
lenkgabel sitzen. Die Gelenkgabeln sind somit drehfest und zu
einander abwinkelbar verbunden.
Der Basiskörper 1 weist jeweils im Übergang zu einem Zapfen 2,
2', 3, 3' eine ringförmige und radial verlaufende Schulter 10,
10', 11, 11' auf. Die Zapfen 2, 2', 3, 3' weisen jeweils einen
Übergangsbereich 18, 18', 19, 19' auf, der zwischen den Laufflä
chen 7, 7', 8, 8' und dem Basiskörper 1 angeordnet ist.
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Übergangsbereichs
18. Zwischen Lauffläche 7, 7', 8, 8' und Übergangsbereich 18,
18', 19, 19' verringert sich zunächst der Radius des Zapfens 2
auf den Wert B, der geringer ist als der Radius des Zapfens 2 im
Bereich der Lauffläche 7. Im Übergangsbereich 18, 18', 19, 19'
vergrößert sich der Radius. Hierbei weist der kurvenförmige Ver
lauf der Außenfläche des Übergangsbereiches 18, 18', 19, 19' zu
nächst einen Krümmungsradius R1, im Anschluß daran einen Krüm
mungsradius R2, der gegenüber dem Krümmungsradius R1 verkleinert
ist, und zum Schluß einen gegenüber dem Krümmungsradius R2 ver
kleinerten Krümmungsradius R3 auf. Durch den Verlauf der Außen
fläche des Übergangsbereiches 18 zum Basiskörper 1 hin, ist eine
ringförmige Vertiefung 12 in der Schulter 10 des Basiskörpers 1
gebildet. Die Außenfläche des Übergangsbereiches 18 dient als
Sitz für einen Dichtring zum Abdichten einer hier nicht darge
stellten Lagerbüchse, die auf den Zapfen 2 aufsteckbar ist. In
Fig. 2 ist ferner eine Härtelinie 13 dargestellt, die die Linie
gleicher Härte, im Längsschnitt betrachtet, wiedergibt. Die Här
telinie 13 verläuft in konstantem Abstand zur Außenfläche des
Zapfens 2 bis in den Basiskörper 1 hinein und endet an der Ver
tiefung 12 der Schulter 10. Der Härteauslauf befindet sich somit
in einem Bereich des Zapfenkreuzes, der unter Belastung span
nungsarm ist.
In einer Schnittebene betrachtet, die durch die Achsen 4, 5 auf
gespannt ist, ist der Abstand zwischen einer ersten Tangente 14
an der Außenfläche des Zapfens 2 im Übergangsbereich 18, die in
einem Winkel von 45° zur Achse 4 des Zapfen 2 verläuft, und ei
ner zur ersten Tangente 14 parallelen zweiten Tangente 15, die
vom Mittelpunkt aus betrachtet hinter der ersten Tangente 14
liegt und die an der Außenfläche des Basiskörpers an einem Punkt
16 anliegt, welcher auf einer 45° zur Achse 4 des Zapfen 2 ver
laufenden Symmetrielinie 17 des Zapfenkreuzes liegt, 1/10 des
kleinsten Radius B des Zapfens 2 entspricht. Entsprechende Ver
hältnisse sind bei den übrigen Zapfen 2', 3, 3' verwirklicht.
Wird diese Bedingung erfüllt, kann auf besondere festigkeits
steigernde Maßnahmen, wie z. B. Kaltverfestigung durch Festrollen
des Basiskörpers 1 in einem Ringbereich um die jeweilige Achse
4, 5 der Zapfen 2, 2', 3, 3', der durch den Punkt 16 verläuft,
verzichtet werden. Die Grundfestigkeit des Materials reicht dann
für diesen Bereich aus.
1
Basiskörper
2
,
2
'Zapfen
3
,
3
'Zapfen
4
Achse
5
Achse
6
Mittelpunkt
7
,
7
'Lauffläche
8
,
8
'Lauffläche
9
Wälzkörper
10
,
10
'Schulter
11
,
11
'Schulter
12
Vertiefung
13
Härtelinie
14
erste Tangente
15
zweite Tangente
16
Punkt
17
Symmetrielinie
18
,
18
'Übergangsbereich
19
,
19
'Übergangsbereich
BRadius
R1
BRadius
R1
, R2
, R3
Krümmungsradius
XAbstand
XAbstand
Claims (4)
1. Zapfenkreuz für ein Kreuzgelenk,
mit einem um einen Mittelpunkt (6) des Zapfenkreuzes ange ordneten Basiskörper (1) und
mit vier ausgehend vom Basiskörper (1) abstehenden und vom Mittelpunkt weg verlaufenden Zapfen (2, 2', 3, 3'), welche paarweise eine gemeinsame Achse (4, 5) aufweisen, wobei sich die Achsen (4, 5) im Mittelpunkt (6) des Zapfenkreuzes einen rechten Winkel einschließend schneiden und welche je weils eine zylindrische und konzentrisch um die jeweilige Achse (4, 5) angeordnete Lauffläche (7, 7', 8, 8') für Wälzkörper (9) einer Wälzlagerung aufweisen, wobei der Ba siskörper (1) jeweils im Übergang zu einem Zapfen (2, 2', 3, 3') eine ringförmige und radial verlaufende Schulter (10, 10', 11, 11') aufweist, die koaxial um die jeweilige Achse (4, 5) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zapfen (2, 2', 3, 3') jeweils einen Übergangsbe reich (18, 18', 19, 19') zwischen Lauffläche (7, 7', 8, 8') und Basiskörper (1) aufweisen, dessen Außenfläche kurven förmig mit stetig größer werdendem Durchmesser und mit kleiner werdendem Krümmungsradius (R) zur jeweiligen Schulter (10, 10', 11, 11') des Basiskörpers (1) verläuft, daß in einer Schnittebene betrachtet, die durch die Achsen (4, 5) der Zapfen (2, 2', 3, 3') aufgespannt ist, jeweils der Abstand (X) zwischen einer ersten Tangente (14) an der Außenfläche des Übergangsbereichs (18, 18', 19, 19') eines Zapfens (2, 2', 3, 3'), die in einem Winkel von 45° zur Achse (4, 5) des jeweiligen Zapfens (2, 2', 3, 3') ver läuft, und einer zur ersten Tangente (14) parallelen zwei ten Tangente (15), die vom Mittelpunkt (6) aus betrachtet hinter der ersten Tangente (14) liegt und die an der Außen fläche des Basiskörpers (1) an einem Punkt (16) anliegt, welcher auf einer 45° zur Achse (4, 5) des jeweiligen Zap fens (2, 2', 3, 3') verlaufenden Symmetrielinie (17) des Zapfenkreuzes liegt, 1/10 des kleinsten Radius (B) des je weiligen Zapfens (2, 2', 3, 3') entspricht, und
daß die Zapfen (2, 2', 3, 3') induktiv gehärtet sind und jeweils der Härteauslauf in dem im Betriebszustand des Zap fenkreuzes spannungsarmen Bereich der Schulter (10, 10', 11, 11') des Basiskörpes (1) liegt.
mit einem um einen Mittelpunkt (6) des Zapfenkreuzes ange ordneten Basiskörper (1) und
mit vier ausgehend vom Basiskörper (1) abstehenden und vom Mittelpunkt weg verlaufenden Zapfen (2, 2', 3, 3'), welche paarweise eine gemeinsame Achse (4, 5) aufweisen, wobei sich die Achsen (4, 5) im Mittelpunkt (6) des Zapfenkreuzes einen rechten Winkel einschließend schneiden und welche je weils eine zylindrische und konzentrisch um die jeweilige Achse (4, 5) angeordnete Lauffläche (7, 7', 8, 8') für Wälzkörper (9) einer Wälzlagerung aufweisen, wobei der Ba siskörper (1) jeweils im Übergang zu einem Zapfen (2, 2', 3, 3') eine ringförmige und radial verlaufende Schulter (10, 10', 11, 11') aufweist, die koaxial um die jeweilige Achse (4, 5) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zapfen (2, 2', 3, 3') jeweils einen Übergangsbe reich (18, 18', 19, 19') zwischen Lauffläche (7, 7', 8, 8') und Basiskörper (1) aufweisen, dessen Außenfläche kurven förmig mit stetig größer werdendem Durchmesser und mit kleiner werdendem Krümmungsradius (R) zur jeweiligen Schulter (10, 10', 11, 11') des Basiskörpers (1) verläuft, daß in einer Schnittebene betrachtet, die durch die Achsen (4, 5) der Zapfen (2, 2', 3, 3') aufgespannt ist, jeweils der Abstand (X) zwischen einer ersten Tangente (14) an der Außenfläche des Übergangsbereichs (18, 18', 19, 19') eines Zapfens (2, 2', 3, 3'), die in einem Winkel von 45° zur Achse (4, 5) des jeweiligen Zapfens (2, 2', 3, 3') ver läuft, und einer zur ersten Tangente (14) parallelen zwei ten Tangente (15), die vom Mittelpunkt (6) aus betrachtet hinter der ersten Tangente (14) liegt und die an der Außen fläche des Basiskörpers (1) an einem Punkt (16) anliegt, welcher auf einer 45° zur Achse (4, 5) des jeweiligen Zap fens (2, 2', 3, 3') verlaufenden Symmetrielinie (17) des Zapfenkreuzes liegt, 1/10 des kleinsten Radius (B) des je weiligen Zapfens (2, 2', 3, 3') entspricht, und
daß die Zapfen (2, 2', 3, 3') induktiv gehärtet sind und jeweils der Härteauslauf in dem im Betriebszustand des Zap fenkreuzes spannungsarmen Bereich der Schulter (10, 10', 11, 11') des Basiskörpes (1) liegt.
2. Zapfenkreuz nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Übergangsbereiche (18, 18', 19, 19') der Zapfen (2,
2', 3, 3') in der jeweiligen Schulter (10, 10', 11, 11')
des Basiskörpers (1) enden und jeweils eine ringförmige
Vertiefung (12) bilden.
3. Zapfenkreuz nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils eine Durchmesserverringerung im Anschluß an die
Lauffläche (7, 7', 8, 8') des jeweiligen Zapfens (2, 2', 3,
3') zwischen der Lauffläche (7, 7', 8, 8') und dem Über
gangsbereich (18, 18', 19, 19') vorgesehen ist.
4. Zapfenkreuz nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Zapfenkreuz aus einem Chrom-Nickel-Vergütungsstahl
gefertigt ist.
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