DE3806655A1 - Zapfenkreuz fuer ein kreuzgelenk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zapfenkreuz für ein Kreuzgelenk, mit einem zentralen Körper, mit vier rechtwinklig zueinander umfangsverteilt angeordneten radial davon abstehenden Zapfen, von denen jeweils zwei eine gemeinsame Achse aufweisen, und wobei die Zapfen zur Aufnahme in Lagerbüchsen unter Zwischenschaltung von Wälzkörpern und mit Kanälen zur Versorgung derselben mit Schmiermittel ausgebildet sind.

Zapfenkreuze werden üblicherweise als Schmiederohlinge aus Stahl hergestellt und anschließend spanend bearbeitet. So wird die Außenkontur mindestens im Bereich der Laufflächen für die Wälzkörper bearbeitet. Die Schmiermittelkanäle werden durch Bohren hergestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zapfenkreuz vorzuschlagen, das bei verringertem Herstellungsaufwand festigkeitsmäßig optimiert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Zapfenkreuz unter gleichzeitiger Bildung der durch die Zapfen und den zentralen Körper verlaufenden Schmiermittelkanäle, die an den Zapfenendfächen münden, aus einem Faserverbundwerkstoff besteht und die Zapfen von einer Hülse zumindest teilweise umschlossen sind, deren zylindrische Außenfläche als Laufbahn für die Wälzkörper ausgebildet ist.

Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß aufgrund der Hülsenform der die Laufbahn für die Wälzkörper aufweisenden Bestandteile des Zapfenkreuzes eine verbesserte Lastverteilung und damit eine höhere Lebensdauer erreicht wird. Schließlich wird durch die Verwendung des Faserverbundwerkstoffes auch erreicht, daß Schwingungen gedämpft werden. Ferner wird eine vereinfachte Herstellung erreicht, da die Schmiermittelkanäle bei der Herstellung des Zapfenkreuzes mit eingeformt werden können. Es kann eine Außenkontur für das Zapfenkreuz gewählt werden, die festigkeitsmäßig optimiert ist. Schließlich kann aufgrund der Wahl der Werkstoffe auf Stirnanlaufscheiben, die zwischen dem Boden der zugeordneten Lagerbüchse und der Zapfenendfläche normalerweise angeordnet sind, verzichtet werden.

Zur Erzielung einer innigen Verbindung der Hülsen mit den zugehörigen Zapfen ist vorgesehen, entweder diese durch eine Klebeschicht miteinander zu verbinden oder aber die Hülse auf den zugehörigen Zapfen aufzupressen.

Die Fixierung der Hülse auf den Zapfen kann dadurch verbessert werden, daß diese im Bereich der Zapfenendflächen mit einem nach innen gerichteten Steg versehen sind.

Zur Optimierung der Lebendauereigenschaften und der Lastverteilung an der Drehmomentübertragung dienenden Wälzkörpern ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Schmiermittelkanäle im Bereich deren Mündung in den Zapfenendflächen einen zum übrigen Verlauf vergrößerten Querschnitt aufweisen. Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich dann, wenn die zwischen dem Schmiermittelkanal und der Zapfenaußenfläche gebildete Wandstärke in der Ebene, die quer zur Ebene, die die Achsen der Zapfen enthält, kleiner ist, als in der die Achsen enthaltenden Ebene.

Eine besonders günstige Gestaltung und Kraftübertragung durch das Zapfenkreuz ergibt sich dann, wenn die Fasern des Faserverbundwerkstoffes mit steigendem Abstand zu der Achse, die quer zu einer Zapfenachse und quer zu der Ebene, die alle Zapfenachsen enthält, vermehrt und zur Mantelfläche des Zapfenkreuzes massiert, jeweils zwei im rechten Winkel zueinander stehende Zapfen verbindend, angeordnet sind.

Ferner ist zur Vereinfachung der Herstellung ein insbesondere aus Kunststoff hergestellter und die Schmiermittelkanäle enthaltender verlorener Kern vorgesehen.

In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Gelenkwelle,

Fig. 2 in der linken Hälfte einen Schnitt D-E gemäß Fig. 1 und in der rechten Hälfte nur das Zapfenkreuz mit Hülse geschnitten,

Fig. 3 einen Schnitt B-C gemäß Fig. 2 und

Fig. 4 eine Ansicht auf eine Zapfenendfläche gemäß Pfeilrichtung A nach Fig. 2.

Die in Fig. 1 dargestellte Gelenkwelle 1 weist 2 Kreuzgelenke 2 und 3 sowie eine beide verbindende Zwischenwelle auf. Jedes der beiden Kreuzgelenke 2, 3 besitzt eine Mitnehmergabel 4 und eine Flanschgabel 5. Flanschgabel 5 und Mitnehmergabel 4 sind über ein Zapfenkreuz 8 miteinander verbunden. Dazu besitzen die Mitnehmergabel 4 und die Flanschgabel 5 im Bereich ihrer Gabelarme Bohrungen 24, in denen die Lagerbüchsen 9, die den Zapfen des Zapfenkreuzes 8 zugeordnet sind, aufgenommen sind. Die Mitnehmergabel 4 des Kreuzgelenkes 2 ist mit einem als Hülse ausgebildeten Außenteil 6 der Zwischenwelle einstückig verbunden. Die Mitnehmergabel 4 des Kreuzgelenkes 3 ist über ein Distanzrohr 26 mit einem als Zapfen ausgebildeten Innenteil 7 verbunden. Außenteil 6 und Innenteil 7 besitzen Verzahnungen 25, die eine Längenveränderung der Gelenkwelle 1 zulassen, andererseits aber für eine drehmomentmäßige Verbindung sorgen. Die Flanschgabeln 5 besitzen Flansche zum Anschluß an ein treibendes oder getriebenes Maschinenteil. Die Drehmomentübertragung erfolgt von den Flanschgabeln über die Zapfenkreuze 8 auf die Mitnehmergabeln 4 des einen Gelenkes 2 zum anderen Gelenk 3 hin und von diesem über die gleichen Teile und den Flansch der Flanschgabel 5 an das anzutreibende Teil.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, besitzt das Zapfenkreuz 8 einen zentralen Körper 20 und vier davon abstehende Zapfen 19. Die Zapfen 19 sind mit ihren Achsen 21, 22 in einer Ebene liegend angeordnet. Die zwei Zapfen 19, besitzen eine gemeinsame Achse 21, bzw. 22. Auf die im Querschnitt kreisförmig ausgebildeten Zapfen 19 ist im Bereich deren Enden eine Hülse 12 aufgesetzt. Die Außenfläche 23 der Hülse 12 dient als Lauffläche für Wälzkörper 10, die an einer Bordfläche 17 geführt sind und darüberhinaus in einer Lagerbüchse 9 aufgenommen sind, welche in der Bohrung 24 der zugehörigen Gelenkgabel 4, bzw. 5 aufgenommen sind. Die Lagerbüchsen 9 und damit die Zapfenkreuzgarnitur sind in der zugehörigen Bohrung 24 der Gelenkgabeln 4, 5 durch Sicherungsringe 24 fixiert. Die Lagerbüchsen 9 stützen sich darüberhinaus über ihren Boden 18 an der Zapfenendfläche 14 des zugehörigen Zapfens 19 ab. Das Zapfenkreuz ist aus einem Faserverbundwerkstoff, beispielsweise Glasfasern und/oder Kohlefasern aufweisenden Werkstoff hergestellt. Die Fasern sind in einer Harzmatrix eingebettet. Der Fasern verlaufen dabei vorzugsweise zwischen zwei benachbarten senkrecht aufeinanderstehenden Zapfen, mit wie aus Fig. 3 hervorgeht, größer werdender Anhäufung zur Mantelfläche des Zapfenkreuzes bzw. Zapfens 19 hin, also steigendem Abstand von der Achse x-x.

Aufgrund der Ausbildung aus einem Faserverbundwerkstoff ist es möglich, eine freie Wahl der Außenkontur vorzunehmen. Aus Festigkeitsgründen wird beispielsweise ein Übergang in Form eines Kreisbogens zwischen zwei benachbarten Zapfen 19 gewählt. In Fig. 2 ist der Verlauf der Kontur mit 15 bezeichnet. Die Hülse 12 kann beispielsweise als Blechhülse ausgebildet sein und durch Tiefziehen hergestellt worden sein. Sie weist in ihrem der Zapfenendfläche 14 zugehörigen Bereich einen nach innen weisenden Steg 13 auf. In ihrem dem zentralen Körper 20 des Zapfenkreuzes 8 zugewandten Bereich ist sie mit einem Anlaufbord 17 für die radiale Fixierung der Wälzkörper 10 versehen. Die Bohrung der Hülse 12 ist in diesem Bereich ebenfalls erweitert ausgebildet. Die Hülse 12 kann auf den zugehörigen Zapfen 19 aufgepreßt sein. Es ist jedoch auch möglich, diese mit dem Zapfen 19 durch Kleben zu verbinden. Das Zapfenkreuz 8 ist unter gleichzeitiger Bildung der Schmiermittelkanäle 11, 16 hergestellt worden. Die Möglichkeit der gleichzeitigen Herstellung der Schmiermittelkanäle erlaubt es, daß die Schmiermittelkanäle im Bereich der Laufflächen, d. h. der axialen Erstreckung der Außenfläche 23 der Hülsen 12, im Schmiermittelkanal zur Verbesserung der Lastverteilung auf die Wälzkörper 10 eine veränderte Querschnittsgestaltung vorzunehmen. Hierzu ist es beispielsweise möglich, die Schmiermittelkanäle in einen erweitertem Bereich 16 übergehen zu lassen, dessen größter Querschnitt im Bereich der Zapfenendfläche 14 liegt. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Wandstärke, die sich zwischen der Bohrungswandung des erweiterten Bereiches 16 und der Außenfläche 23 ergibt in einer Ebene, welche quer zu der Zeichenebene, d. h. rechtwinkelig zu den die Zapfenachsen 22 und 21 enthaltenden Ebene verläuft, geringer auszubilden, als in der Zeichenebene. Durch diese Gestaltung wird erreicht, daß sich die Hülse 12 zwecks Anpassung der Anlage an die Wälzkörper 10 verformen kann. Es wird hierdurch ferner erreicht, daß mehr Wälzkörper 10 an der Drehmomentübertragung aufgrund der elastischen Verformung der Zapfen 19 und damit der Hülse 12 an der Drehmomentübertragung beteiligt werden.

Die Formgebung der Ausnehmung 16 bzw. des erweiterten Bereiches der Schmiermittelkanäle 11 ist insbesondere aus den Zeichnungsfiguren 3 und 4 ersichtlich. Die Schmiermittelkanäle 12, 16 können Bestandteil eines Kunststoffteiles sein, welcher einen verlorenen Kern bildet.

Bezugszeichenliste

1 Gelenkwelle
2, 3 Kreuzgelenke
4 Gabelmitnehmer
5 Flanschmitnehmer
6 Außenteil der Verschiebung
7 Innenteil der Verschiebung
8 Zapfenkreuz
9 Lagerbüchse
10 Wälzkörper
11 Schmiermittelkanal
12 Hülse
13 Steg der Hülse
14 Zapfenendfläche
15 Außenkontur des Zapfenkreuzes
16 Erweiterter Bereich des Schmiermittelkanals
17 Anlaufbord für Wälzkörper
18 Boden der Lagerbüchse
19 Zapfen
20 Zentraler Körper
21, 22 Zapfenachsen
23 Außenfläche der Hülse
24 Bohrung
25 Verzahnung
26 Distanzrohr
27 Fixierring

Claims (8)

1. Zapfenkreuz für ein Kreuzgelenk, mit einem zentralen Körper, mit vier rechtwinklig zueinander umfangsverteilt angeordneten radial davon abstehenden Zapfen, von denen jeweils zwei eine gemeinsame Achse aufweisen, und wobei die Zapfen zur Aufnahme in Lagerbüchsen unter Zwischenschaltung von Wälzkörpern und mit Kanälen zur Versorgung derselben mit Schmiermittel ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Zapfenkreuz (8) unter gleichzeitiger Bildung der durch die Zapfen (19) und den zentralen Körper (20) verlaufende Schmiermittelkanäle (11, 16), die in den Zapfenendflächen (14) münden, aus einem Faserverbundwerkstoff besteht und die Zapfen (19) von einer Hülse (12) zumindest teilweise umschlossen sind, deren zylindrische Außenfläche (23) als Laufbahn für die Wälzkörper (10) ausgebildet ist.

2. Zapfenkreuz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (12) auf den zugehörigen Zapfen (19) aufgeklebt sind.

3. Zapfenkreuz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (12) auf den zugehörigen Zapfen (19) aufgepreßt sind.

4. Zapfenkreuz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (12) im Bereich der Zapfenendfläche (14) mit einem nach innen gerichteten Steg (13) versehen ist.

5. Zapfenkreuz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiermittelkanäle (11, 16) im Bereich ihrer Mündung in der Zapfenendläche (14) einen zu ihrem übrigen Verlauf vergrößerten Querschnitt aufweisen.

6. Zapfenkreuz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Schmiermittelkanal (16) und der Zapfenaußenfläche (23) gebildete Wandstärke in der Ebene, die quer zur Ebene, die die Achsen (21, 22) der Zapfen (19) enthält, kleiner ist, als in der die Achsen (21, 22) der Zapfen (19) enthaltenden Ebene.

7. Zapfenkreuz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern des Faserverbundwerkstoffes mit steigendem Abstand zu der Achse (x-x), die quer zu einer Zapfenachse (21, 22) und quer zu der Ebene, die alle Zapfenachsen (21, 22) enthält, vermehrt und zur Mantelfläche des Zapfenkreuzes massiert, jeweils zwei im rechten Winkel zueinander stehende Zapfen verbindend, angeordnet sind.

8. Zapfenkreuz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiermittelkanäle (11) Bestandteil eines verlorenen Kernes, insbesondere aus Kunststoff sind.