BE1030684A1

BE1030684A1 - Gelenkkreuz für ein Kreuzgelenk einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, Kreuzgelenk und Lenkwelle für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: BE1030684A1
Application number: BE20225530A
Authority: BE
Inventors: Michael Bugl; Stefan Frick; Markus Fleissner
Original assignee: Thyssenkrupp Presta Ag; Thyssenkrupp Ag
Priority date: 2022-06-30
Filing date: 2022-06-30
Publication date: 2024-01-25
Also published as: BE1030684B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gelenkkreuz (4) für ein Kreuzgelenk (3), umfassend zwei Paare von Zapfen (41), die rechtwinklig zueinander gekreuzt in einer Kreuzebene (AB) liegende Zapfenachsen (A, B) aufweisen, und die jeweils eine koaxial zur Zapfenachse (A, B) ausgebildete zylindrische Mantelfläche (42) und eine axiale Stirnfläche (43) aufweisen, wobei die Mantelfläche (42) und die Stirnfläche (43) über einen in Umfangsrichtung umlaufenden Kantenabschnitt (44) verbunden sind. Um eine verbesserte Montage bei einer kompakten und leichten Bauweise zu ermöglichen, schlägt die Erfindung vor, dass in dem Kantenabschnitt (44) mindestens eine partielle Ausnehmung (5) ausgebildet ist.

Description

' BE2022/5530

Gelenkkreuz für ein Kreuzgelenk einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, Kreuzgelenk und

Lenkwelle für ein Kraftfahrzeug

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Gelenkkreuz für ein Kreuzgelenk, umfassend zwei Paare von Zapfen, die rechtwinklig zueinander gekreuzt in einer Kreuzebene liegende Zapfenachsen aufweisen, und die jeweils eine koaxial zur Zapfenachse ausgebildete zylindrische Mantelfläche und eine axiale Stirnfläche aufweisen, wobei die Mantelfläche und die Stirnfläche über einen in Umfangs- richtung umlaufenden Kantenabschnitt verbunden sind. Ein Kreuzgelenk mit einem derartigen

Gelenkkreuz und eine Lenkwelle für ein Kraftfahrzeug umfassend ein derartiges Kreuzgelenk sind ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

In einem Kraftfahrzeug dient die Lenkwelle zur Übertragung des in das Lenkrad eingebrachten

Lenkmoments von der Lenkspindel und die Zwischenwelle zum Lenkgetriebe. Zum Ausgleich von

Winkelversatz sind im Verlauf der Lenkwelle mindestens ein, üblicherweise zwei Kreuzgelenke eingegliedert, üblicherweise zwischen Lenkspindel und Zwischenwelle sowie zwischen Zwi- schenwelle und Lenkgetriebe.

Im Grundaufbau weist jedes Kreuzgelenk zwei jeweils an einem Wellenende angebrachte Ge- lenkgabeln auf, welche jeweils zwei axial in Wellenrichtung erstreckte, einander quer zur Wellen- achse gegenüberliegende Arme aufweisen, die ein Joch bilden. Ein Gelenkkreuz weist zwei

Paare von entgegengesetzt radial vorstehenden Gelenkzapfen, kurz als Zapfen bezeichnet, auf, die auf rechtwinklig gekreuzten, in einer Kreuzebene liegende Zapfenachsen angeordnet sind.

Die beiden Zapfen eines Paars sind jeweils in einem Arm einer Gelenkgabel in einer Bohrung, die auch als Zapfenarmloch bezeichnet wird, in einem Zapfenlager um ihre Zapfenachse drehbar gelagert.

Um eine sichere und belastbare Lagerung zu ermöglichen ist die Länge des Zapfenpaars, der

Zapfenpaarlänge, gemessen in Richtung der Zapfenachse über die beiden äußeren freien Stirn- flächen der Zapfen, größer als der Abstand der Arme, dem Armabstand, der zwischen den ge- genüberliegenden Innenseiten der Arme gemessen wird. Dadurch kann jeder der Zapfen mit ei- ner Lagerlänge entsprechend der halben Differenz von Armabstand und Zapfenpaarlänge radial in der Bohrung gestützt sein.

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Zur Montage wird die Zapfenachse relativ zur Bohrungsachse verkippt, und das Zapfenpaar wird schräggestellt in Wellenrichtung zwischen die Innenseiten der Arme eingeführt. Der erste

Zapfen wird schräg bis zur zugeordneten ersten Bohrung bewegt, dann in diese eingeschwenkt und in axialer Richtung tiefer als die vorgesehene axiale Lagerlänge in die erste Bohrung einge- taucht, so dass der zweite Zapfen fluchtend vor die zugeordnete zweite Bohrung geschwenkt werden kann. Anschließend wird durch axiales Herausziehen des ersten Zapfens aus der ers- ten Bohrung der zweite Zapfen axial in die zweite Bohrung eingetaucht, bis beide Zapfen mit derselben axialen Lagerlänge in den zugeordneten Bohrungen aufgenommen sind.

Durch eine relativ zum Armabstand große Zapfenpaarlänge kann eine entsprechend große La- gerlänge jedes Zapfens realisiert werden, wodurch eine hohe Belastbarkeit erreicht wird. Um die Montage zu ermöglichen, darf der Armabstand relativ zur Zapfenpaarlänge jedoch nicht zu klein sein, damit das beschriebene schräge Einschwenken noch durchführbar ist. Um diesen

Zielkonflikt zu lösen, ist in der EP 0651 170 A1 vorgeschlagen worden, auf den Innenseiten der

Arme im Bereich der Bohrungen Aussparungen vorzusehen. Dadurch wird der freie Zwischen- raum zwischen den Armen und dadurch die Montage der Zapfen vereinfacht. Nachteilig ist je- doch, dass die Steifigkeit der Arme geschwächt wird. Um dies auszugleichen, kann die Materi- alstärke der Arme vergrößert werden, wodurch jedoch in nachteiliger Weise das Gewicht und die Abmessungen vergrößert werden.

Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Er- findung, eine verbesserte Montage bei einer kompakten und leichten Bauweise zu ermöglichen.

Darstellung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Lenksystem mit den Merkmalen des An- spruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei einem Gelenkkreuz für ein Kreuzgelenk, umfassend zwei Paare von Zapfen, die rechtwink- lig zueinander gekreuzt in einer Kreuzebene liegende Zapfenachsen aufweisen, und die jeweils eine koaxial zur Zapfenachse ausgebildete zylindrische Mantelfläche und eine axiale Stirnfläche aufweisen, wobei die Mantelfläche und die Stirnfläche über einen in Umfangsrichtung umlaufen- den Kantenabschnitt verbunden sind, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in dem Kantenab- schnitt mindestens eine partielle Ausnehmung ausgebildet ist.

Die Stirnfläche eines Zapfens kann gleichbedeutend auch als axiale Endfläche bezeichnet sein.

In dem umlaufenden Kantenabschnitt geht die Stirnfläche in die Mantelfläche über. Ein Zapfen

9 BE2022/5530 hat eine zylindrische Grundform, so dass ein Querschnitt der Mantelfläche außerhalb der erfin- dungsgemäßen Ausnehmung einen kreisförmigen Umfang hat, welcher einer Projektion der

Stirnfläche in Richtung der Zapfenachse entspricht.

Im Sinne der Erfindung bedeutet partiell, dass sich die Ausnehmung in Umfangsrichtung über einen Umfangsteilabschnitt erstreckt. Dabei schneidet die Ausnehmung die Mantelfläche und in die in dem Umfangsteilabschnitt daran angrenzende Stirnfläche, so dass der radiale Quer- schnitt, gemessen quer zur Zapfenachse, partiell im Bereich der Ausnehmung kleiner als im üb- rigen Umfang des Kantenabschnitts ist. Dadurch wird im Bereich der Ausnehmung ein unrunder

Querschnitt ausgebildet.

Erfindungsgemäß weist der Kantenabschnitt, der bei einem im Stand der Technik zugrundelie- genden zylindrischen Zapfen kreisrund ist, eine von der Kreisform abweichende, unrunde Um- fangskontur auf. Insbesondere ist die radiale Querschnittabmessung im Bereich der partiellen

Ausnehmung kleiner als in dem übrigen Umfangsbereich, der nach wie vor kreisabschnittförmig sein kann. Die Ausnehmung bildet eine Art Aussparung der Stirnfläche und der Mantelfläche im

Kantenbereich.

Ein Vorteil der Erfindung ist, dass durch die partielle Ausnehmung die Abmessung des Zapfen- kreuzes schräg zur Zapfenachse gemessen verringert wird. Dadurch, dass die Ausnehmung bei der Montage gegen die Innenseite der Arme ausgerichtet wird, kann das Zapfenkreuz zwischen den Innenseiten der Arme stärker schräggestellt werden. Darüber hinaus kann durch die im Be- reich der Ausnehmung partiell reduzierte Querschnittsabmessung des ersten Zapfens bzw. dort verkleinerten Stirnfläche aus der Schrägstellung mit einer engeren Bogenbewegung in die erste

Bohrung eingeschwenkt werden. Im Ergebnis kann eine im Verhältnis zum Armabstand größere

Zapfenpaarlänge realisiert werden, so dass die Lagerlänge, mit der jeder Zapfen in die zugeord- nete Bohrung eintaucht, in vorteilhafter Weise im Vergleich zum Stand der Technik bei ansons- ten gleichen Abmessungen der Gelenkgabel vergrößert werden kann. Dadurch kann ein kleiner

Armabstand und entsprechend eine kompakte und leichte Bauweise des Kreuzgelenks realisiert werden. Durch die erfindungsgemäß nur partielle Ausnehmung kann die Mantelfläche in dem übrigen Umfangsbereich außerhalb der Ausnehmung nach wie vor als aktive Lagerfläche fun- gieren, wodurch eine belastbare hohe radiale Steifigkeit des Zapfenlagers sichergestellt werden kann.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die Schwächung der Gelenkgabel durch die im Stand der Technik vorgeschlagene Aussparung des Arms der Gelenkgabel vollständig vermieden werden kann.

Vorzugsweise erstreckt sich die Ausnehmung über einen axialen Teilabschnitt des Zapfens.

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Dieser axiale Teilabschnitt erstreckt sich von Stirnfläche aus in Richtung der Zapfenachse.

Durch die Ausnehmung weist der Querschnitt der Mantelfläche nur in einem axial an die Stirn- fläche angrenzenden, vorderen oder äußeren Teilabschnitt eine von der Kreisform abwei- chende, unrunde Umfangskontur auf, während der übrige, von der Stirnfläche axial abge- wandte, bezüglich der Gelenkachse innere Bereich der Mantelfläche im Anschluss an die Aus- nehmung nach wie vor einen kreisrunden Querschnitt aufweisen kann.

Bevorzugt kann sich die Ausnehmung von der Stirnseite in Richtung der Zapfenachse gemes- sen über 20% bis 50% der axialen Länge der Mantelfläche erstrecken, besonders bevorzugt über 25% bis 40%.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass zwei Ausnehmungen bezüglich der Zapfenachse ra- dial gegenüberliegend angeordnet sind. Durch diese symmetrische Anordnung ist es in vorteil- hafter Weise möglich, das Gelenkkreuz in zwei entgegengesetzten Orientierungen gleicherma-

Ben vereinfacht zu montieren, wodurch die Handhabung und Montage erleichtert wird.

Bevorzugt sind in der vorgenannten Ausführung die zwei Ausnehmungen spiegelsymmetrisch zur Kreuzebene angeordnet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass zwei Ausneh- mungen an zwei Zapfen ausgebildet sind, deren Zapfenachsen senkrecht zueinander stehen oder, besonders bevorzugt, deren Zapfenachsen sich in einem rechten Winkel schneiden. Be- sonders bevorzugt ist hier eine Ausführungsform, in der eine Ausnehmung eines ersten Zap- fens oberhalb einer durch das Zentrum des Glelenkkreuzes verlaufenden Zapfenebene, welche durch die Zapfenachsen definiert wird, angeordnet ist und eine zweite Ausnehmung eines zwei- ten Zapfens unterhalb der selben Ebene angeordnet ist. Auf diese Weise kann ein Gelenkkreuz realisiert werden, welches die erfindungsgemässen Vorteile an beiden Gabeln des Gelenkes ermöglicht.

Es ist vorteilhaft, dass eine Ausnehmung in einem nach außen von der Kreuzebene abgewand- ten Umfangsteilabschnitt angeordnet ist. Die Ausnehmung ist dabei derart an dem Gelenkkreuz ausgerichtet, dass sie auf einer außen liegenden, in Normalenrichtung der Kreuzebene nach außen von dem Gelenkkreuz weg gerichteten Außenseite des Gelenkkreuzes angeordnet ist.

Dadurch wird das Einsetzen der Zapfen in die zugeordneten Bohrungen in der bevorzugten

Montageposition erleichtert, in der die Zapfenachse des zweiten, vorliegend nicht eingeführten

Zapfenpaars, quer zur Erstreckung der Arme steht, oder anders ausgedrückt das Gelenkkreuz wie bei einem gerade gestellten Gelenk ausgerichtet ist.

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Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Ausnehmung sich auf einer Sekante eines kreis- förmigen Zapfenquerschnitts erstreckt. Der zylindrische Zapfenquerschnitt, wie auch die axiale

Projektion der Stirnfläche in Richtung der Zapfenachse, weist einen kreisrunden Umfang auf.

Eine Sekante bildet eine quer zur Zapfenachse stehende Schnittlinie, die den Umfangskreis in zwei in Umfangsrichtung beabstandeten Punkten schneidet. Damit überspannt die Sekante ei- nen Umfangsteilabschnitt, in dem die erfindungsgemäße Ausnehmung ausgebildet sein kann.

Vorteilhaft ist dabei, dass eine entlang dieser Sekante geradlinig verlaufende Ausnehmung kon- struktiv und fertigungstechnisch mit geringem Aufwand realisierbar ist, beispielsweise durch eine einfache ebene Abschrägung. Beispielsweise kann die Ausnehmung durch eine diagonal, bevorzugt unter etwa 45° gegen die Zapfenachse geneigte, die Sekante aufweisende Schnitt- ebene ausgebildet sein.

Die Sekante verläuft bevorzugt mit Abstand parallel zur Kreuzebene. Dadurch kann sich die

Ausnehmung in einem senkrecht nach außen von der Kreuzebene abgewandten Umfangsteil- abschnitt von Mantel- und Stirnfläche erstrecken. Auf diese Weise kann durch einfache Ausrich- tung der Sekante eine besonders montagefreundliche Ausgestaltung realisiert sein.

Es kann vorgesehen sein, dass die Ausnehmung eine ebene Abschrägung aufweist. Die Ab- schrägung wird dabei durch einen ebenen Flächenabschnitt gebildet, der schräg zur Zapfen- achse steht und in dem eine Sekante des zylindrischen Zapfenquerschnitts liegt. Die Abschrä- gung kann bevorzugt unter einem Winkel von etwa 45° gegen die Zapfenachse geneigt sein.

Vorzugsweise kann die Abschrägung sich axial von der Stirnseite in Richtung der Zapfenachse gemessen über 20% bis 50% der axialen Länge der Mantelfläche erstrecken, besonders bevor- zugt über 25% bis 40%. Vorteilhaft ist, dass eine ebene Abschrägung mit geringem konstrukti- ven und fertigungstechnischen Aufwand realisierbar und an unterschiedliche Bauformen und

Abmessungen anpassbar ist.

Es ist möglich, dass die Ausnehmung konkav ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Ausneh- mung als rinnen- oder nutartige Vertiefung mit bogenförmigem Ausnehmungsquerschnitt ausge- bildet sein. Die Vertiefung kann bevorzugt quer zur Zapfenachse geradlinig entlang einer Se- kante des zylindrischen Zapfenquerschnitts verlaufen. Dadurch kann ein lokal vergrößertes

Spiel zur Vereinfachung der Einsetzbewegung bei der Montage bereitgestellt werden.

Es kann vorteilhaft sein, dass die Ausnehmung stufenförmig ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Ausnehmung eine im Querschnitt V-förmige oder rechtwinklige nutartige Vertiefung aufweisen, die bevorzugt quer zur Zapfenachse geradlinig entlang einer Sekante des zylindri- schen Zapfenquerschnitts verlaufen kann. Dabei verläuft die Stufenkante ebenfalls auf einer

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Sekante des Zapfenquerschnitts. Eine derartige Ausführung ist konstruktiv und fertigungstech- nisch mit geringem Aufwand realisierbar und kann für die Montage vorteilhaft sein.

Es kann vorgesehen sein, dass die Mantelfläche eine Wälzkörperlaufbahn aufweist. Die Wälz- kôrperlaufbahn bildet eine zum Abrollen von Wälzkörpern ausgebildete Laufbahn, beispiels- weise Nadelrollen oder dergleichen. Dabei kann die Wälzkörperlaufbahn direkt auf der Mantel- flâche eines einstückig mit dem Gelenkkreuz geformten Zapfens ausgebildet sein, oder an einer auf dem Zapfen angebrachten Innenlaufring eines Wälzlagers, die beispielsweise als Innen- hülse auf den Zapfen aufgepresst sein kann. Aus diese Weise können die erfindungsgemäfBen

Vorteile bei einem als Wälzlager ausgebildeten Zapfenlager realisiert sein, bei dem in der Boh- rung ein AuBenlagerring des Wälzlagers angeordnet ist.

Eine bevorzugte Ausführung kann vorsehen, dass das Gelenkkreuz ein einstückiges Umformteil aufweist. Dieses Umformteil, welches das Gelenkkreuz oder zumindest den Grundkôrper des … Gelenkkreuzes bilden kann, kann bevorzugt als kaltumgeformtes Fliesspressteil ausgebildet sein, bevorzugt aus Stahl. Dadurch wird eine vorteilhaft hohe Festigkeit realisiert, die eine hohe

Belastbarkeit und einen kompakten Aufbau ermöglicht.

Bei einem Kreuzgelenk, umfassend ein Gelenkkreuz und zwei Gelenkgabeln, wobei das Ge- lenkkreuz zwei Paare von Zapfen aufweist, die rechtwinklig zueinander gekreuzt in einer Kreuz- ebene liegende Zapfenachsen aufweisen, und jeweils eine koaxial zur Zapfenachse ausgebil- dete zylindrische Mantelfläche aufweisen, und die Gelenkgabeln jeweils zwei einander gegen- überliegende Arme mit jeweils einer Lagerbohrung aufweisen, in denen jeweils ein Zapfen um eine Zapfenachse drehbar in einem Zapfenlager gelagert ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Gelenkkreuz ausgestaltet ist gemäß einer der vorangehend beschriebenen Ausfüh- rungen oder Kombinationen davon. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Gelenk- kreuzes kann ein kompakter und leichter Aufbau des Kreuzgelenks bei reduziertem Fertigungs- und Kostenaufwand realisiert werden.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Mantelfläche eine innere Wälzkörperlaufbahn auf- weist, und die Lagerbohrung eine innen umlaufende äußere Wälzkörperbahn aufweist, wobei zwischen den inneren und äußeren Wälzkörperlaufbahnen abrollbare Wälzkörper angeordnet sind. Dies ermöglicht eine Ausbildung des Zapfenlagers als Wälzlager.

Eine Lenkwelle für ein Kraftfahrzeug, umfassend zwei über ein Kreuzgelenk drehschlüssig ver- bundene Wellen, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass das Kreuzgelenk ausgebil- det ist gemäß einer der vorangehend beschriebenen Ausführungen oder Kombinationen davon.

Üblicherweise weist eine Lenkwelle zwei Kreuzgelenke auf, welche die fahrerseitige Lenkspin- del über eine Zwischenwelle mit einer lenkgetriebeseitigen Ausgangswelle kuppeln. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kreuzgelenks kann ein vorteilhaft kompakter und leichter

Aufbau bei reduziertem Fertigungs- und Kostenaufwand realisiert werden.

Beschreibung der Zeichnungen

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:

Figur 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Lenksystems umfassend erfindungsgemäße Kreuzgelenke,

Figur2 eine vergrößerte Darstellung eines Kreuzgelenks aus Figur 1,

Figur 3 ein erfindungsgemäßes Gelenkkreuz in einer perspektivischen Ansicht,

Figur 4 das Gelenkkreuz gemäß Figur 2 in einer Draufsicht senkrecht zur Kreuzebene,

Figur 5 schematisch aufeinander folgende Schritte bei der Montage eines Gelenkkreuzes gemäß Figur 2,

Figur 6 eine Teilansicht eines Zapfens eines Gelenkkreuzes einer ersten Ausführung ge- mäß Figur 2,

Figur 7 eine Teilansicht eins Zapfens wie in Figur 6 eines Gelenkkreuzes in einer zweiten

Ausführungsform,

Figur 8 eine Teilansicht eins Zapfens wie in Figur 6 eines Gelenkkreuzes in einer dritten

Ausführungsform,

Figur 9 eine Teilansicht eins Zapfens wie in Figur 6 eines Gelenkkreuzes in einer vierten

Ausführungsform,

Figur 10 einen Querschnitt C-C durch den Zapfen gemäß Figur 6,

Figur 11 einen Querschnitt D-D durch den Zapfen gemäß Figur 6.

Ausführungsformen der Erfindung

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen verse- hen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.

Fig. 1 zeigt ein Lenksystem 1 eines Kraftfahrzeugs als Ganzes in einer schematischen perspek- tivischen Ansicht. Dieses weist eine Lenksäule 11 auf, die an einer nicht dargestellten Fahr- zeugkarosserie anbringbar ist.

Eine Lenkwelle 2 umfasst eine in der Lenksäule 11 um ihre Längsachse (Wellenachse) drehbar gelagerte Lenkspindel 21, eine Zwischenwelle 22 und eine mit einem nicht dargestellten Lenk- getriebe verbindbare Ausgangswelle 23. Die Zwischenwelle 22 ist eingangs- und ausgangssei- tig jeweils über ein erfindungsgemäßes Kreuzgelenk 3 gelenkig mit der Lenkspindel 21 und der

Ausgangswelle 23 drehschlüssig gekuppelt. Die Lenkspindel 21, die Zwischenwelle 22 und die

Ausgangswelle 23 werden im Folgenden zusammenfassend auch verkürzt als die Wellen 21, 22, 23 bezeichnet.

Figur 2 zeigt in einer vergrößerten Darstellung das zwischen der Zwischenwelle 22 und der

Ausgangswelle 23 angeordnete Kreuzgelenk 3, welches gleich aufgebaut ist wie das zwischen der Lenkspindel 21 und der Zwischenwelle 22 angeordnete Kreuzgelenk 3.

Das Kreuzgelenk 3 umfasst zwei gleich aufgebaute Gelenkgabeln 31, die jeweils am Ende einer der Wellen 22 und 23 drehfest angebracht sind. Jede Gelenkgabel 31 weist zwei Arme 32 auf, die sich in axialer Richtung der jeweiligen Welle 22, 23 erstrecken und quer dazu in einem Arm- abstand x gegenüberliegen.

Die zwei Arme 32 der einen Gelenkgabel 31 weisen in Richtung einer ersten Zapfenachse A durchgehende Bohrungen 33 auf, und die zwei Arme 32 der anderen Gelenkgabel 31 weisen in

Richtung einer zweiten Zapfenachse B durchgehende Bohrungen 33 auf. Die Zapfenachse A und B stehen senkrecht aufeinander und spannen eine Kreuzebene AB auf.

Ein erfindungsgemäßes Gelenkkreuz 4, welches in Figur 3 separat in einer perspektivischen

Ansicht und in Figur 5 in einer Draufsicht auf die Kreuzebene AB gezeigt ist, weist insgesamt vier Zapfen 41 auf, die jeweils paarweise auf einer der Zapfenachse A oder B angeordnet sind

9 BE2022/5530 und so jeweils ein Zapfenpaar bilden. In dem Betriebszustand gemäß Figur 2 sind die beiden

Zapfen 41 eines solchen Zapfenpaars jeweils in den Bohrungen 33 einer Gelenkgabel 31 um die jeweilige Zapfenachse A bzw. B in drehbar gelagert, wobei die derart gebildeten Zapfenla- ger in an sich bekannter Weise als Wälzlager ausgebildet sein können, beispielsweise als Na- dellager.

Jeder Zapfen 41 weist eine zylindrische Mantelfläche 42 und eine axiale Stirnfläche 43 auf, wel- che eine äußere Endfläche bildet, und die mit besagter Mantelfläche 42 über einen umlaufen- den Kantenabschnitt 44 verbunden ist. Mit anderen Worten geht die Mantelfläche 42 über den

Kantenabschnitt 44 zur Stirnfläche 43 über.

Die Zapfenpaarlänge z ist die in Richtung einer Zapfenachse A oder B gemessene Länge zwi- schen den einander abgewandten Stirnseiten 43 der zwei auf dieser Zapfenachse A oder B paarweise angeordneten Zapfen 41, wie in Figur 4 eingezeichnet ist. Die Zapfenpaarlänge z ist größer als der Armabstand x (siehe Figur 2 oder Figur 5a)).

Erfindungsgemäß ist in dem Kantenabschnitt 44 jeweils mindestens eine Ausnehmung 5 ausge- bildet, die sich über einen Umfangsteilabschnitt des zylindrischen Querschnitts der Mantelfläche 42 erstreckt. In dem gezeigten Beispiel ist die Ausnehmung 5 als ebene Abschrägung ausgebil- det, die sich bezogen auf den kreisrunden Querschnitt des Zapfens 31 im Bereich der Mantel- fläche 42 über die Länge einer Sekante S erstreckt, die in der schrägen Fläche der Ausneh- mung 5 liegt.

Die zur Zapfenachse oder B geneigte Orientierung der die Ausnehmung 5 bildenden Ebene ist in den Figuren 6 und 7 erkennbar, die einen einzelnen Zapfen 41 quer zur Zapfenachse A (oder

B) zeigen. Dabei schließt die Abschrägung mit der Zapfenachse A einen Winkel a von bevor- zugt etwa 45° ein, wie in den Figuren 3, 4, 6 und 7 exemplarisch gezeigt ist.

Der Unterschied zwischen den in Figur 6 und 7 gezeigten Ausführungen ist, dass in Figur 6, wie auch in Figur 3, Ausnehmungen 5 beiderseits nach außen von der Zapfenebene AB senkrecht abgewandt ausgebildet sind. Die Anordnung der Ausnehmungen 5 ist gemäß Figur 6 somit spiegelsymmetrisch zur Zapfenebene AB.

Figur 10 zeigt einen Querschnitt C-C gemäß Figur 6 durch die zylindrische Mantelfläche 42, der erkennbar kreisrund ist.

Figur 11 zeigt einen Querschnitt D-D gemäß Figur 6 durch den Zapfen 41 im Bereich der Aus- nehmungen 5, der unrund, gegenüber der Kreisform durch die Sekante S abgeflacht ist.

In den einzelnen Abbildungen von Figur 5 a) bis d) sind aufeinanderfolgende Phasen bei der

Montage eines Gelenkkreuzes 5 in eine Gelenkgabel 31 dargestellt.

Im ersten Schritt gemäß Figur 5a) wird die Zapfenachse A des Gelenkkreuzes 4 relativ zu einer gemeinsamen Bohrungsachse G der beiden Bohrungen 33 schräg gestellt — und wie mit dem abgewinkelten Pfeil angedeutet — zunächst gerade in der Wellenrichtung zwischen die Arme 32 positioniert, nach links bewegt, so dass der in Figur ba) linke Zapfen 41 schräg nach links in die

Bohrung 31 des linken Arms 32 eintritt.

Anschließend wird — wie in Figur 5b) mit dem nach links gerichteten Pfeil angedeutet — das Ge- lenkkreuz 5 so weit wie möglich nach links bewegt. Dabei kann der Zapfen 41 durch seine in dieser Darstellung unten liegende Ausnehmung 5 unten liegende tiefer in die linke Bohrung ein- tauchen, als dies ohne die Ausnehmung 5 möglich wäre.

Außerdem hat der rechts liegende Zapfen 41 im Bereich seiner Ausnehmung 5 genügend Luft zur Innenseite des rechten Arms 31, so dass das Gelenkkreuz 4 bogenförmig von oben nach unten in die linke Bohrung 41 eingeschwenkt werden kann, wie in Figur 5c) dargestellt ist. Da- bei erfolgt eine überlagerte translatorische Bewegung des linken Zapfens 41 nach links, und eine Schwenk- bzw. Drehbewegung, bei der sich die Zapfenachse A auf die Bohrungsachse G zu bewegt wird.

Die bogenförmige Bewegung gemäß Figur 5c) wird so lange fortgesetzt, bis die Zapfenachse A mit der Bohrungsachse G fluchtet, wie in Figur 5d) gezeigt ist. Im letzten Schritt — der in Figur 5d) mit dem gerade nach rechts gerichteten Pfeil angedeutet ist — wird das Gelenkkreuz 4 rela- tiv zur Gelenkgabel 31 zwischen den Armen 32 symmetrisch ausgerichtet, so dass die Zapfen 41 eines Zapfenpaars axial gleich tief in die zugeordneten Lagerbohrungen 33 eintauchen.

Damit ist die Montage des einen Zapfenpaars abgeschlossen, und das noch freie, verbleibende

Zapfenpaar kann auf dieselbe Weise in der anderen Gelenkgabel 31 montiert werden.

Figuren 8 und 9 zeigen alternative Ausführungen der Ausnehmung 5. In Figur 8 ist diese als konkave Aussparung in Form eine Nut oder Rinne mit bogenförmig gerundetem Querschnitt

Kk BE2022/5530 ausgeführt, die sie quer zur Zapfenachse A gerade in Richtung einer Sekante S erstreckt. In Fi- gur 9 ist eine stufenförmig eingeformte Ausnehmung gezeigt, diebeispielhaft im Wesentlichen rechtwinklig dargestellt ist, wobei die Stufenkante auf einer Sekante verläuft.

Die in Figuren 8 und 9 einseitig eingezeichneten Ausnehmungen 5 können auch, analog zu Fi- gur 6, spiegelsymmetrisch auf beiden Seiten der Kreuzebene AB abgeordnet sein.

Es ist auch denkbar, unterschiedlich geformte Ausnehmungen 5 gemäß der Figuren 5 bis 8 an einem Gelenkkreuz 4 kombiniert auszubilden.

Die in den Figuren dargestellten Gelenkkreuze 4 können bevorzugt einstückig ausgebildet sein, beispielsweise als kaltumgeformtes FlieBpressteil aus Stahl.

Bezugszeichenliste 1 Lenksystem 11 Lenksäule 2 Lenkwelle 21 Lenkspindel (Welle) 22 Zwischenwelle (Welle) 23 Ausgangswelle (Welle) 3 Kreuzgelenk 31 Gelenkgabel 32 Arm 33 Bohrung 4 Gelenkkreuz 41 Zapfen 42 Mantelfläche 43 Stirnfläche 44 Kantenabschnitt 5 Ausnehmung

X Armabstand z Zapfenpaarlänge

A,B Zapfenachsen

AB Kreuzebene a Winkel

S Sekante

G Bohrungsachse

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Gelenkkreuz (4) für ein Kreuzgelenk (3), umfassend zwei Paare von Zapfen (41), die rechtwinklig zueinander gekreuzt in einer Kreuzebene (AB) liegende Zapfenachsen (A, B) aufweisen, und die jeweils eine koaxial zur Zapfenachse (A, B) ausgebildete zylindri- sche Mantelfläche (42) und eine axiale Stirnfläche (43) aufweisen, wobei die Mantelflä- che (42) und die Stirnfläche (43) über einen in Umfangsrichtung umlaufenden Kantenab- schnitt (44) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kantenabschnitt (44) mindestens eine partielle Ausnehmung (5) ausgebil- det ist.

2. Gelenkkreuz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Ausnehmungen (5) bezüglich der Zapfenachse (A, B) radial gegenüberliegend angeordnet sind.

3. Gelenkkreuz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (5) sich über einen axialen Teilabschnitt des Zapfens (41) erstreckt.

4. Gelenkkreuz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (5) in einem nach außen von der Kreuzebene (AB) abgewandten Um- fangsteilabschnitt angeordnet ist.

5. Gelenkkreuz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (5) sich auf einer Sekante (S) eines zylindrischen Zapfenquerschnitts erstreckt.

6. Gelenkkreuz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (5) eine ebene Abschrägung aufweist.

7. Gelenkkreuz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (5) konkav ausgebildet ist.

8. Gelenkkreuz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (5) stufenförmig ausgebildet ist.

9. Gelenkkreuz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (42) eine Wälzkörperlaufbahn aufweist.

10. Gelenkkreuz nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein einstückiges Umformteil aufweist.

11. Kreuzgelenk (3), umfassend ein Gelenkkreuz (4) und zwei Gelenkgabeln (31), wobei das Gelenkkreuz (4) zwei Paare von Zapfen (41) aufweist, die rechtwinklig zueinander gekreuzt in einer Kreuzebene (AB) liegende Zapfenachsen (A, B) aufweisen, und jeweils eine koaxial zur Zapfenachse (A, B) ausgebildete zylindrische Mantelfläche (42) aufwei- sen, und die Gelenkgabeln (31) jeweils zwei einander gegenüberliegende Arme (32) mit jeweils einer Lagerbohrung (33) aufweisen, in denen jeweils ein Zapfen (42) um eine Zapfenachse (A, B) drehbar in einem Zapfenlager gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkkreuz (4) ausgestaltet ist nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 10.

12. Kreuzgelenk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (42) eine innere Wälzkörperlaufbahn aufweist, und die Lagerbohrung (33) eine innen umlau- fenden äußere Wälzkörperbahn aufweist, wobei zwischen den inneren und äußeren Wälzkörperlaufbahnen abrollbare Wälzkörper angeordnet sind.

13. Lenkwelle für ein Kraftfahrzeug, umfassend zwei über ein Kreuzgelenk (3) drehschlüssig verbundene Wellen (21, 22, 23), dadurch gekennzeichnet, dass das Kreuzgelenk (3) ausgebildet ist nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 12.