DE102013203264A1 - Cross element of universal joint for use as integral component of drive shaft of vehicle e.g. passenger car, has pins that include cylindrical portion having diameter and length in axial direction - Google Patents

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Abstract

The cross element (1) comprises a base portion (2) that includes four pins (3-6). Each pin has a cylindrical portion (7) having a diameter (D) and a length in an axial direction (A) of the pins. One of the pins is formed of an inner recess (8) with 25% or 40% of volume in the cylindrical portion. A blind hole of cone-shaped is formed at the end of the inner recess.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zapfenkreuz eines Kreuzgelenks, umfassend einen Grundkörper, von dem aus sich vier Zapfen erstrecken, wobei jeder Zapfen einen zylindrischen Abschnitt aufweist, der einen Durchmesser und eine Länge in Achsrichtung des Zapfens aufweist.The invention relates to a spider of a universal joint, comprising a base body, from which four pins extend, wherein each pin has a cylindrical portion having a diameter and a length in the axial direction of the pin.

Im Stand der Technik sind Kreuzgelenke hinlänglich bekannt, deren zentraler Bestandteil ein Zapfenkreuz der genannten Art ist. Das Zapfenkreuz weist vier Zapfen mit einer zylindrischen Oberfläche auf, die an einem Grundkörper angeformt sind und die für die Aufnahme eines Lagers vorgesehen sind. Hierbei können sowohl Wälzlager (bevorzugt Nadelhülsen) als auch Gleitlager zum Einsatz kommen. Das Zapfenkreuz ist dabei als Massivteil ausgebildet, wobei gegebenenfalls kleine Zentrierbohrungen oder kleine Bohrungen zwecks Zuleitung von Schmiermittel im Bereich des zylindrischen Abschnitts eingebracht sein können. In the prior art universal joints are well known, the central part is a spider of the type mentioned. The spider has four pins with a cylindrical surface, which are integrally formed on a base body and which are provided for receiving a bearing. In this case, both rolling bearings (preferably needle sleeves) and plain bearings can be used. The journal cross is formed as a solid part, with possibly small centering holes or small holes for the purpose of supplying lubricant in the region of the cylindrical portion may be introduced.

Es hat sich gezeigt, dass die an sich angestrebte massive Ausbildung des Zapfenkreuzes und insbesondere der zylindrischen Abschnitte auch Nachteile haben kann. Hier ist zu nennen, dass die Anpassungsfähigkeit des zylindrischen Abschnitts bei verformungsbedingten Abweichungen von der Idelform kaum gegeben ist, so dass es im gegebenen Fall zu einem Kantentragen bei den Lagerungen kommen kann. Bei der Drehmomentübertragung entsteht am Ende des zylindrischen Abschnitts eines Zapfens eine Kontaktspannungsüberhöhung. It has been shown that the desired in itself massive training of the spider and in particular the cylindrical sections can also have disadvantages. Here it should be mentioned that the adaptability of the cylindrical portion is hardly given deformation-related deviations from the ideal shape, so that in the given case can lead to an edge support in the bearings. During torque transmission, a contact voltage increase occurs at the end of the cylindrical section of a pin.

Des weiteren hat auch das sich ergebende Gewicht eine nachteilige Wirkung, insbesondere im Falle der Anwendung im Fahrzeugbereich (sowohl bei der Anwendung im PKW als auch im LKW).Furthermore, the resulting weight has an adverse effect, especially in the case of application in the vehicle sector (both in the car and in the truck).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Zapfenkreuz so fortzubilden, dass sich in einfacher Weise eine bessere Anpassbarkeit des Bauteils bei lastbedingten Verformungen ergibt. Ferner soll das Bauteil leichter aufgeführt werden, ohne die Festigkeit des Materials zu beeinträchtigen.The invention has the object of providing a generic cross member so educate that results in a simple way better adaptability of the component under load-induced deformations. Furthermore, the component should be listed more easily, without affecting the strength of the material.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Zapfen in seinem Inneren mit einer Ausnehmung versehen ist, die mindestens 25 % des Volumens des zylindrischen Abschnitts beträgt. Bevorzugt beträgt die Ausnehmung mindestens 40 % des Volumens des zylindrischen Abschnitts.The solution of this object by the invention is characterized in that at least one of the pins is provided in its interior with a recess which amounts to at least 25% of the volume of the cylindrical portion. Preferably, the recess is at least 40% of the volume of the cylindrical portion.

Dabei ist vorzugsweise jeder der Zapfen mit einer Ausnehmung versehen. Die Ausnehmung weist bevorzugt zumindest abschnittsweise eine zylindrische Ausformung auf, wobei die Achse der zylindrischen Ausformung die Achsrichtung des Zapfens ist. In this case, each of the pins is preferably provided with a recess. The recess preferably has at least sections on a cylindrical shape, wherein the axis of the cylindrical shape is the axial direction of the pin.

Die Ausnehmung kann dabei als Sackloch ausgeführt sein. Das Sackloch ist bevorzugt an seinem Ende kegelförmig ausgebildet; alternativ kann aber auch eine halbkugelförmige oder halbellipsoide Ausgestaltung gewählt werden. The recess can be designed as a blind hole. The blind hole is preferably formed conically at its end; Alternatively, however, a hemispherical or halbellipsoide design can be selected.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Ausnehmung das Zapfenkreuz vollständig durchsetzt. Alternatively it can be provided that the recess completely passes through the spider.

Das Zapfenkreuz ist bevorzugt als einstückiges Massivteil ausgeführt. Es ist bevorzugt Bestandteil einer Gelenkwelle eines Fahrzeugs. Weitere Anwendungen sind Kreuzgelenkbüchsen verschiedener Art.The spider is preferably designed as a one-piece solid part. It is preferably part of a propeller shaft of a vehicle. Further applications are universal joint bushes of various types.

Das erfindungsgemäße Konzept stellt also darauf ab, dass der zylindrische Abschnitt eines Zapfens des Zapfenkreuzes gezielt in seinem Inneren mit einem Hohlraum versehen ist. The concept according to the invention thus depends on the fact that the cylindrical portion of a pin of the spider is specifically provided with a cavity in its interior.

Bei entsprechender Ausgestaltung desselben nimmt die erforderliche Festigkeit des Bauteils nur unwesentlich ab, während gleichzeitig eine wesentlich bessere Anpassungsfähigkeit an Verformungen möglich ist. Hiermit kann gegebenenfalls ein Kantentragen bei der Lagerung vermieden werden. Der lokale Kontaktduck kann so abgebaut werden.With a corresponding embodiment of the same, the required strength of the component decreases only slightly, while at the same time a much better adaptability to deformations is possible. This can possibly be an edge support during storage can be avoided. The local contact pressure can thus be reduced.

Ferner wird das Zapfenkreuz wesentlich leichter, was entsprechende Vorteile hat, insbesondere im Falle der Anwendung bei Kraftfahrzeugen. Hier ist insbesondere die Gelenkwelle betroffen, die insgesamt ein nicht unerhebliches Gewicht hat. Ein besonders bevorzugter Anwendungsfall sind Gelenkwellen von Nutzfahrzeugen, da hier die Zapfenkreuze oft überdimensioniert sind.Furthermore, the cross member is much easier, which has corresponding advantages, especially in the case of application in motor vehicles. Here, in particular, the PTO shaft is affected, which has a total of considerable weight. A particularly preferred application are cardan shafts of commercial vehicles, since here the spigots are often oversized.

Der erfindungsgemäße Vorschlag kann natürlich aber auch in anderen Fällen eingesetzt werden. Generell sind Anwendungen in der Industrie und im Bereich von Eisenbahnen genauso möglich und sinnvoll.Of course, the proposal according to the invention can also be used in other cases. In general, applications in the industry and in the area of railways are just as possible and meaningful.

Sehr vorteilhaft ist also neben dem geringeren Gewicht des Zapfenkreuzes eine höhere Flexibilität am Ende des Kreuzzapfens, wo die höchsten Kontaktspannungen durch verformungsbedingte Schiefstellung während des Betriebs entstehen. Eine höhere Flexibilität des Zapfenendbereiches kann die Spannungen im Wälzkörperkontakt minimieren und so zu einer längeren Lebensdauer beitragen.Very advantageous is in addition to the lower weight of the spider a higher flexibility at the end of the cross pin, where the highest contact stresses caused by deformation-induced misalignment during operation. Higher flexibility of the journal end area can minimize the stresses in the rolling element contact and thus contribute to a longer service life.

Weiterhin kann auch Material eingespart werden, was zu entsprechenden Kostenvorteilen führt.Furthermore, material can also be saved, which leads to corresponding cost advantages.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the drawings, embodiments of the invention are shown. Show it:

1 ein Zapfenkreuz eines Kreuzgelenks gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in der Vorderansicht, 1 a spider of a universal joint according to a first embodiment of the invention in front view,

2 die Ansicht C-C gemäß 1, 2 the view CC according to 1 .

3 ein Zapfenkreuz eines Kreuzgelenks gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in der Vorderansicht und 3 a spider of a universal joint according to a second embodiment of the invention in front view and

4 die Ansicht F-F gemäß 3. 4 the view FF according to 3 ,

In den 1 und 2 ist ein Zapfenkreuz 1 zu sehen, das Bestandteil eines Kreuzgelenks ist, das wiederum Teil einer Gelenkwelle ist. Das Zapfenkreuz 1 hat einen massigen Grundkörper 2, von dem aus sich vier Zapfen 3, 4, 5 und 6 erstrecken. Jeder Zapfen 3, 4, 5, 6 hat eine Achsrichtung A; die vier Achsen liegen alle in einer Ebene.In the 1 and 2 is a cone cross 1 to see, which is part of a universal joint, which in turn is part of a propeller shaft. The cone cross 1 has a massive body 2 , from which are four cones 3 . 4 . 5 and 6 extend. Every pin 3 . 4 . 5 . 6 has an axial direction A; the four axes are all in one plane.

Jeder Zapfen 3, 4, 5, 6 hat einen zylindrischen Abschnitt 7, der durch einen Außendurchmesser D und eine Länge L in Achsrichtung A gekennzeichnet ist. Der zylindrische Abschnitt 7 dient mit seiner Außenumfangsfläche zur Anlage von Nadeln einer Nadelhülse, die zur Lagerung des Zapfenkreuzes an seinen Umgebungsbauteilen eingesetzt werden. Entsprechend können alternativ die zylindrischen Abschnitte 7 auch zur Gleitlagerung des Zapfenkreuzes 1 an seinen Umgebungsbauteilen genutzt werden.Every pin 3 . 4 . 5 . 6 has a cylindrical section 7 , which is characterized by an outer diameter D and a length L in the axial direction A. The cylindrical section 7 serves with its outer peripheral surface to the plant of needles of a needle sleeve, which are used to support the spider on its surrounding components. Accordingly, alternatively, the cylindrical sections 7 also for plain bearing of the cone cross 1 be used on its surrounding components.

Wesentlich ist, dass der zylindrische Abschnitt 7 nicht massiv ausgebildet ist, sondern einen Hohlraum aufweist. Der Hohlraum ist als Ausnehmung 8 ausgebildet. Wie 1 und 2 entnommen werden kann, ist die Ausnehmung 8 im Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 als Sackloch ausgebildet, das sich von der Stirnseite des zylindrischen Abschnitts 7 aus koaxial zur Achsrichtung A erstreckt. It is essential that the cylindrical section 7 is not solid, but has a cavity. The cavity is as a recess 8th educated. As 1 and 2 can be removed, is the recess 8th in the exemplary embodiment 1 and 2 formed as a blind hole extending from the front of the cylindrical section 7 extends from coaxial to the axial direction A.

Das Sackloch hat einen Durchmesser d (s. 2), der kleiner als der Außendurchmesser D ist und beispielsweise 50 bis 70 % des Außendurchmessers D beträgt. Dann weist das Sackloch eine axiale Erstreckung a auf, die samt einem abschließenden kegelförmigen Auslauf des Sacklochs sich etwa über die Länge L des zylindrischen Abschnitts erstreckt. Auch kürzere oder längere Erstreckungen a sind möglich. The blind hole has a diameter d (s. 2 ), which is smaller than the outer diameter D and is for example 50 to 70% of the outer diameter D. Then, the blind hole has an axial extent a, which extends together with a final conical outlet of the blind hole approximately over the length L of the cylindrical portion. Even shorter or longer extensions a are possible.

In jedem Falle ist die Ausnehmung 8 so ausgeführt, dass diese mindestens 25 % des Volumens des zylindrischen Abschnitts 7 beträgt.In any case, the recess 8th designed so that this at least 25% of the volume of the cylindrical section 7 is.

Das Volumen V des zylindrischen Abschnitts 7 beträgt V = ¼ × D2 × π × L, wohingegen das Volumen VA der Ausnehmung 8 – abgesehen von dem kegelförmigen Auslauf am Ende des Sachlochs – VA = ¼ × d2 × π × a beträgt. Das Volumen VA der Ausnehmung 8 beträgt demgemäß mindestens 25 % des Volumens V.The volume V of the cylindrical section 7 is V = ¼ × D 2 × π × L, whereas the volume V A of the recess 8th - apart from the conical spout at the end of the blind hole - V A = ¼ × d 2 × π × a is. The volume V A of the recess 8th is accordingly at least 25% of the volume V.

Im Ausführungsbeispiel nach den 3 und 4 ist insofern eine Variante dargestellt, als dass hier die Bohrung mit dem Durchmesser d in den Zapfen 3, 4, 5, 6 das Zapfenkreuz 1 vollständig durchsetzt. Das gesamte Zapfenkreuz ist somit als hohles Gebilde ausgeführt. In the embodiment of the 3 and 4 is a variant shown so far as that here the hole with the diameter d in the pin 3 . 4 . 5 . 6 the cone cross 1 completely interspersed. The entire cone cross is thus executed as a hollow structure.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Zapfenkreuz  spider
22
Grundkörper  body
33
Zapfen  spigot
44
Zapfen  spigot
55
Zapfen spigot
66
Zapfen spigot
77
zylindrischer Abschnitt  cylindrical section
88th
Ausnehmung recess
DD
Durchmesser  diameter
dd
Durchmesser diameter
LL
Länge  length
aa
axiale Erstreckung axial extent
AA
Achsrichtung des Zapfens Axial direction of the pin

Claims (12)

Zapfenkreuz (1) eines Kreuzgelenks, umfassend einen Grundkörper (2), von dem aus sich vier Zapfen (3, 4, 5, 6) erstrecken, wobei jeder Zapfen (3, 4, 5, 6) einen zylindrischen Abschnitt (7) aufweist, der einen Durchmesser (D) und eine Länge (L) in Achsrichtung (A) des Zapfens (3, 4, 5, 6) aufweist,Cone cross ( 1 ) of a universal joint, comprising a main body ( 2 ), from which four pins ( 3 . 4 . 5 . 6 ), each pin ( 3 . 4 . 5 . 6 ) a cylindrical section ( 7 ) having a diameter (D) and a length (L) in the axial direction (A) of the pin ( 3 . 4 . 5 . 6 ) having, dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that zumindest einer der Zapfen (3, 4, 5, 6) in seinem Inneren mit einer Ausnehmung (8) versehen ist, die mindestens 25 % des Volumens des zylindrischen Abschnitts (7) beträgt. at least one of the cones ( 3 . 4 . 5 . 6 ) in its interior with a recess ( 8th ) which is at least 25% of the volume of the cylindrical section ( 7 ) is. Zapfenkreuz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) mindestens 40 % des Volumens des zylindrischen Abschnitts (7) beträgt.A spider according to claim 1, characterized in that the recess ( 8th ) at least 40% of the volume of the cylindrical section ( 7 ) is. Zapfenkreuz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Zapfen (3, 4, 5, 6) mit einer Ausnehmung (8) versehen ist. A spider according to claim 1 or 2, characterized in that each of the spigots ( 3 . 4 . 5 . 6 ) with a recess ( 8th ) is provided. Zapfenkreuz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) zumindest abschnittsweise eine zylindrische Ausformung aufweist, wobei die Achse der zylindrischen Ausformung die Achsrichtung (A) des Zapfens (3, 4, 5, 6) ist.A spider according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the recess ( 8th ) At least in sections, a cylindrical Forming, wherein the axis of the cylindrical shape, the axial direction (A) of the pin ( 3 . 4 . 5 . 6 ). Zapfenkreuz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) als Sackloch ausgeführt ist. A spider according to claim 4, characterized in that the recess ( 8th ) is designed as a blind hole. Zapfenkreuz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sackloch an seinem Ende kegelförmig ausgebildet ist.Spider according to claim 5, characterized in that the blind hole is conical at its end. Zapfenkreuz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sackloch an seinem Ende halbkugelförmig oder halbellipsoid ausgebildet ist.A spider according to claim 5, characterized in that the blind hole is formed at its end hemispherical or halbellipsoid. Zapfenkreuz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) das Zapfenkreuz (1) vollständig durchsetzt. A spider according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the recess ( 8th ) the cone cross ( 1 ) completely interspersed. Zapfenkreuz nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es als einstückiges Massivteil ausgeführt ist. Spider according to one of claims 1 to 8, characterized in that it is designed as a one-piece solid part. Zapfenkreuz nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es Bestandteil einer Gelenkwelle eines Fahrzeugs ist. A spider according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it is part of a propeller shaft of a vehicle.
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