DE1914039C3 - Kardangelenk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kardangelenk mit einem Lagerzapfen in einer Gelenkgabel, bei dem der Lagerzapfen in einer unter Spiel in einer zweiteiligen Lagerausnehmung in den Gabelarmen eingesetzten Lagerschale umläuft, die an ihrem Umfang über einen federnden, in einer Umfangsnui der Lagerschale axial gehaltenen Klemmring gegen die beiden spannbaren Hälften der Lagerausnehmung abgestützt ist.

Ein solches Kardangelenk ist aus der US-PS 3 145574 bekannt. Bei diesem bekannten Kardangelenk ist dei Klemmring als Stahlring mit Ausformungen ausgebildet. Die durch die Anlage dieses Klemmrings erzeugte Stahl/Stahl-Paarung weist zumal mit Rücksicht auf die im wesentlichen nur lokal linienförmigen Anlagen des Klemmrings an der Lagerschale oder an der Bohrungsinnenwand nur eine vergleichsweise geringe Drehmitnahmefähigkeit auf. Andererseits aber ist durch die nur geringe Verformbarkeit des federnden Klemmringes aus Stahl eine saubere Führung des Lagerzapfens in der Gelenkgabel ohne die Gefahr eines Schiagens gewährleistet.

Aus aer GB-PS 1095084 ist ein Kardangelenk bekannt, bei dem an Stelle eines Klemmrings aus Stahl ein Klemmring aus härtbarem Kunststoff vorgesehen ist, zu dessen Erzeugung plastifizierter Kunststoff bei montiertem Gelenk in eine Umfangsnut an det Außenseite der Lagerschale eingespritzt wird. Dabei dient der ausgehärtete Kunststoffring als Formschlußsicherung gegen ein Herausfallen der Lagerschale, während eine definierte Klemmung der Lagerschale vom Kunststoffring selbst nicht ausgeht. Eine ToIeranzüberbrückung kann somit auch mittels eines solchen nachträglich eingespritzten Kunststoffringes nicht erzielt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kardangelenk der eingangs bezeichneten Gattung zu schaffen, bei dem die Lagerschale des Lagerzapfens trotz einer noch stärker elastischen, toleranzüberbrückenden Lagerung bestmöglich geführt ist, an einer drehenden Mitnahme durch den Lagerzapfen jedoch auf möglichst einfache Weise sicher gehindert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Klemmring aus elastomerem Werkstoff besteht, der in zusammengedrückter Einbaulage den Querschnitt der Umfangsnut voll ausfüllt, daß in der Lagerausnehmung der Gabelarme eine in Umfangsrichtung begrenzte Aufsparung zur Aufnahme von verdrängtem Elastomer-Werkstoff wenigstens im Gabelarm selbst vorgesehen ist und daß die Aussparung im mittleren Umfangsabschnitt der zugehörigen Hälfte der Lagerausnehmung, in den ein Spitzendruck gelegt ist, vorgesehen ist.

Durch die Verwendung eines Klemmringes aus elastomerem Werkstoff, der in zusammengedrückter Einbaulage den Querschnitt der Umfangsnut voll ausfüllt und für den eine Entlastungsaussparung für überschüssigen Werkstoff vorgesehen ist, wird erreicht, daß durch die bessere Reibpaarung zwischen einem elastomeren Werkstoff nind dem Stahl der Lagerausnehmung und der Lagerschale eine sichere drehende Mitnahme erzielt wird. Dabei kann der Elastomer-Klemmring entsprechend überdimensioniert werden, so daß im zusammengebauten Zustand eine satte Anlage gewährleistet ist, wobei überschüssiger Elastomer-Werkstoff zunächst den Querschnitt der Umfangsnut voll ausfüllt, bei weiterer Zusammendrükkung jedoch von den in Umfangsrichtung begrenzten Aussparungen aufgenommen wird. Dabei ist aber die Aussparung nicht an beliebiger Stelle am Umfang der Lagerausnehmung vorgesehen, sondern vielmehr im mittleren Umfangsabschnitt der zugehörigen Hälfte der Lagerausnehmung, in den ein Spitzendruck gelegt ist. Ein solcher Spitzendruck im mittleren Umfangsabschnitt der Hälfte der Lagerausnehmung kann etwa ohne Schwierigkeiten dadurch erzeugt werden, daß die beiden Hälften miit geringfügig vergrößertem Durchmesser gebohrt sind, jedoch an der Trennfuge etwas abgearbeitet sind, so daß die Ebene der Trennfuge geringfügig neben der Achse der Bohrungszylinderhälften liegt; auch andere Ausbildungen der Hälften dei Lagerausnehmung, die geringfügig von einer exakten Rundung abweichen, sind denkbar. Dabei ist selbstverständlich darauf zu achten, daß nicht eine weitere Spitzendruckzone im Bereich der Trennfuge entsteht, sondern hier vielmehr ausreichend Raum zur Aufnahme von aus der benachbarten Spitzendruckzone an einer Seite eimer Aussparung verdrängtem Elastomer-Werkstoff vorliegt, so daß dieser nicht in die Trenpebene hineingepreßt wird.

Durch eine solche besondere Anordnung der Aussparungen wird weitgehend unabhängig von auftretenden Toleranzen eine bestmögliche Führung der Lagerschale in der Lagerausnehmung gewährleistet, da der Elastomer-Werkstoff im mittleren Umfangsabschnitt der zugehörigen Hälfte der Lagerausnehmung zuerst unverstarkt zusammengedrückt wird und dabei in die dort vorgesehene Aussparung eintritt. Dadurch entsteht im Nachbarbereich der mittigen Ausnehmung eine bevorzugte Metall/Metallberührung zwischen der Lagerbohrung und der Außenwand der Lagerschale. Diese bevorzugte Metall/Metallberührung an zwei symmetrisch zur Ausnehmung und damit zur Symmetrieachse der Lagerhälfte liegenden Stellen gewährleistet eine optimale feste Abstützung

der Lagerschale in der Lagerausnehmung. Dabei entsteht im wesentlichen nur ein Linienkontakt, der bei hoher Flächenpressung zu einer Überbrückung von Toleranzen in diesem Bereich führt. Sorcit wird in einem vergleichsweise weiten Toleraa^ereich eine einerseits ausreichend feste symmetrische Abstützung der Lagerschale, andererseits aber auch keine zu starke Druckbelastung der Lagerschale, die zu eriieblichen Verformungen führen könnte, gewährleistet. Durch die Lage der Stützstellen im Abstand von den Trennfugen werden diese ohnehin hochbelasteten Bereiche um die Trennfuge von zusätzlichen Stützkräften entlastet.

Aus der DT-GmbS 1959383 ist es zwar bei einer Zahnkupplung an sich bekannt, Klemmringe in ähnlichen Einbaulagen aus Elastomer-Werkstoff auszubilden und im Bedarfsfalle eine Aussparung zur Aufnahme von verdrängtem Material vorzugehen. Dabei treten aber die bei einem hochbelasteten Kardangelenk auftretenden Probleme einer trotz der elastischen Abstützung auch bei hohen Kräften sicheren Führung der Lagerschale des Lagerzapfens nicht auf.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand zweier zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 teilweise im Längsschnitt ein erfindungsgemäßes Kardangelenk,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 in vergrößertem Maßstab einen AxialscHnitt durch eine Lagerschale des Kardangelenkes mit aufgezogenem Klemmring und

Fig. 4 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Das in Fig. 1 nur teilweise dargestellte Kardangelenk 10 weist eine drehbare Gelenkgabel 12 auf. Zwei einstückig mit der Gelenkgabel 12 ausgebildete Gabelarme 14 und 16 erstrecken sich vom Armzapfen 15 der Gelenkgabel 12 axial nach außen und enden jeweils in einer Planfläche 18, welche eine Trennfuge mit je einer zugeordneten Lagerkappe 20 bildet; die Planflächen 18 liegen in einer gemeinsamen Vertikalebene durch die Achse des Armzapfens 15 der Gelenkgabel 12. In jedem Gabelarm 14 und 16 der Gelenkgabel 12 ist eine Bohrungshälfte 22 vorgesehen, deren Achse im wesentlichen in der P'anfläche 18 liegt und von denen in der Zeichnung nur eine sichtbar ist.

Jede Lagerkappe 20 ist mit Hilfe von zwei Schraubbolzen 24 am betreffenden Gabelarm 14 bzw. 16 befestigt. Die Schraubbalzen 24 erstrecken sich axial zu den Gabelarmen und durchsetzen in jeaer Lagerkappe 20 ausgebildete glatte Bohrungen 26, hinter denen die Schraubbolzen 24 in in dem betreffenden Gabelarm 14 bzw. 1(5 vorgesehene Gewindebohrungen 28 eingeschraubt sind, die mit den Bohrungen 26 fluchten. Die beiden Lagerkappen 20 sind mit je zwei Planflächen 30 versehen, weiche mit den Planflächen 18 der Gabelarme 14 bzw. 16 Trennfugen bilden.

In jeder Lagerkappe 20 ist eine der Bohrungshälfte 22 des zugeordneten Gabelarmes 14 bzw. 16 entsprechende Bohrungshälfte 32 vorgesehen, die zusammen mit der Bohrungshäll^:te 22 eine Lagerausnehmung 33 für den Einbau einer Lagerschale 34 bildet.

Die Lagerschale 34 ist als dünnwandige zylindrische Büchse ausgebildet und durch ein Bodenteil 44 mit einer Bodenflächc 45 abgeschlossen und bildet so eine endseitig abgeschlossene Aufnahmekammer zur Aufnahme eines Lagers 35. Das Lager 35 ist als Nadellager mit Lagernadeln 36 ausgebildet und lagert einen Lagerabschnitt 38 eines Lagerzapfens 40. Die Lagernadeln 36 laufen zwischen dem Lagerabschnitt 38 und einer inneren zylindrischen Lagerfiäche 39 der Lager-

S schale 34.

Zur Gewährleistung einer einwandfreien Ausrichtung der Lagerschale 34 in der Lagerausnehmung 33 ist im wesentlichen auf halber Höhe der Zylinderwand der Lagerschale 34 eine Umfangsnut 42 von rechtekkigem Querschnitt eingestochen, die in weiter unten noch näher erläuterter Weise erheblich breiter ist als tief und über ihren gesamten Umfang gleichbleibenden Querschnitt besitzt. In die Umfangsnut 42 ist ein elastomerer Klemmring 46 aus Urethan, Gummi od. dgl. eingesetzt. Der Klemmring 46 besteht beispielsweise aus Urethan mit einer Shore Durometer-Härte im Bereich von 40 bis 80 und mit einer Mindest-Zugfestigkeit von 562 kg/cm². Es sind auch aus anderen Werkstoffen bestehende Klemmringe 46, wie

ao solche aus Hartgummi oder anderen nachgiebigen Kunststoffen, eingesetzt worden, doch sind mit dem Urethan-Werkstoff der vorstehend geschilderten Art die besten Ergebnisse erzielt worden. Der elastomere Klemmring 46 ist im unverformten Zustand gemäß

a5 Fig. 3 höher als die Umfangsnut 42 tief ist und besitzt eine geringere Breite als die Umfangsnut 42, so daß er radial über die Seitenränder der Umfangsnul 32 hinausragt und mit seitlichem Spiel in der Umfangsnut 42 sitzt. Im Einbauzustand gemäß Fig. 1 und 2 ist der elastomere Klemmring 46 in Richtung seiner Dicke zusammengedrückt und in Richtung seiner Breite breitgedrückt, so daß er die Umfangsnut 42 im wesentlichen ausfüllt und eine kraftschlüssige Verbindung mit starker Reibung zwischen der Lagerschale 34 und der Lagerkappe 20 bzw. dem Gabelarm 14 oder 16 herstellt. Die Umfangsnut 42 ist etwa in halber Höhe der zylindrischen Lagerwand der Lagerschale 34 angeordnet, so daß der elastomere Klemmring46 etwa in der Mitte der Länge der Lager-

₊₀ nadeln 36 zu liegen kommt und durch die dadurch erzielte Schwenkbeweglichkeit der Lagerschale 34 eine Selbstausrichtung der Lageranordnung gewährleistet.

Um nach dem Zusammenbau die richtigen Druckkräfte auf den Klemmring 46 zu erhalten und kleine Fehlausrichtungen oder geringe Durchmesserunterschiede zwischen den Bohiungshälften 22 und 32 zu berücksichtigen, ist die Lagerausnehmung 33 mit zwei einander gegenüberliegenden Aussparungen 47 und 47a versehen, von denen sich die Aussparung 47a achsparallel über die gesamite axiale Länge der Lagerausnehmung 33 und die Aussparung 47 in axialer Richtung über den größten Teil der Länge der Lagerausnehmung 33 hinweg erstreckt. Da die Aussparungen 47 und 47a einander diametral gegenüberliegen, wird eine Metall/Metall-BiL'rührung zwischen der Lagerkappe 20 und der Lagerschale 34 an den bei 48 und 50 angedeuteten Stellen der Umfangsfläche hergestellt, wenn diese beiden Teile fest gegeneinander ν .rspannt sind. Eine solche Berührung ist vorteilhaft, um eine fester verspannte und besser versteifte Anordnung zu gewährleisten, als sie durch die kraftschlüssige Verbindung durch den elastomeren Klemmring 46 allein hergestellt werden könnte. Bei-

6g spielsweise durch eine geringfügig von der Kreisform abweichende Ausbildung der Lagerausnehmung 33 ist im Bereich der Trennfuge zwischen den Planflächen 18 und 30 ebenfalls Raum für die Aufnahme von ver-

quetschten! elastomeren Material geschaffen, so daß dieses bei der Montage nicht in die Trennfuge eindringen kann.

Die Lagerung des Lagerabschnittes 38 des Lagerzapfens 40 an dem Gabelarm 14 oder 16 wird durch eine Dichtung 54 vervollständigt, weiche am offenen Ende der Lagerschale 34 und am Lagerabschnitt 38 unter Abdichtung anliegt und den Austritt von Schmiermittel aus diesem Bereich sowie das Eindringen von Schmutz oder Staub in den Bereich des Lagerabschnitts 38 und der Lagernadeln 36 verhindert.

Die Lagerschale 34, der Lagerzapfen 40 und die Gabelarme 14 und 16 werden folgendermaßen montiert: Zunächst wird der Klemmring 46 unter Bildung einer Unterbaugruppe in die Umfangsnut 42 der Lagerschale 34 eingesetzt und wird die Dichtung 54 unter Bildung einer weiteren Unterbaugruppe am Lagerabschnitt 38 angebracht. Sodann wird die Lagerschale 34 mit aufgezogenem Klemmring 46 auf den Lagerabschnitt 38 aufgesetzt, wobei die Dichtung 54 an jedem Lagerabschnitt 38 mit der Lagerschale 34 in Berührung gelangt. Danach wird der Lagerzapfen 40 mit den auf ihn aufgesetzten Lagerschalen 34 in die Bohrungshälften 22 der Gabelarme 14 und 16 eingesetzt, so daß die Enden der Lagerschalen 34 an zwei Schultern 52 anliegen, die an den Gabelarmen 14 bzw. 16 axial auswärts von den Aussparungen 47 vorgesehen sind und die Auf- und Abwärtsbewegung dieser Unterbaugruppe bezüglich der Achse des Armzapfens 15 der Gelenkgabel 12 begrenzen. Anschließend wird um jede Lagerschale 34 herum die zugeordnete Lagerkappe 20 aufgesetzt und werden die Schraubbolzen 24 in die Gewindebohrungen 28 eingeschraubt. Die Schraubbolzen 24 werden angezogen, bis die Planflächen 18 der Gabelarme 14 bzw. 16 fest an den Planflächen 30 der Lagerkappen 20 anliegen, so daß die Trennfuge zwischen den Planflächen 18 und 30 geschlossen ist. Während dieses Festziehens der Lagerkappen 20 wird der Klemmring 46 in Richtung seiner Dicke zusammengedrückt, so daß das Elastomer-Material relativ zur Achse des Lagerzapfens 40 in Axialrichtung fließt und die Breite der Umfangsnut 42 ausfüllt. Auf diese Weise wird eine feste reibende Kraftschlußmitnahme zwischen jeder Lagerschale 34, der zugeordneten Lagerkappe 20 und dem zugeordneten Gabelarm 14 bzw. 16 hergestellt. Gleichzeitig gewährleisten die Aussparungen 47 und 47a, daß die erste Berührung zwischen der Lagerkappe 20 bzw. dem Gelenkarm 14 oder 16 und dem Klemmring 46 an den bei 48 und 50 angedeuteten Stellen der Umf angsfläche auftritt, so daß auch die erste Zusammendrückung des Klemmrings 46 an diesen Stellen erfolgt. Der Klemmring 46 wird mithin an diesen Stellen zuerst und außerdem in stärkerem Umfang als im Bereich des restlichen Teiles seines Umfanges zusammengedrückt. Dabei fließt der Elastomerwerkstoff sowohl in die Aussparungen als auch in den Bereich der Trennfuge, in dem zur Aufnahme überschüssigen Werkstoffes Raum gelassen ist Durch die endgültige feste Anlage der Planflächen 18 und 30 an der Trennfuge wird dann eine Metall/Metall-Berührung an den bei 48 und 50 angedeuteten Stellen der Umfangsfläche gewährleistet, um eine noch festere Verbindung zwischen der Lagerkappe 20 und der Lagerschale 34 zu erzeugen.

In Fig. 4 ist eine mit 10' bezeichnete andere Ausführungsform des Kardangelenkes veranschaulicht. bei der ein U-Bolzen 56 an jedem Gabelarm einer Gelenkgabel 12' dazu dient, die ansonsten unveränderte Lagerschale 34 in ihrer Einbaulage zu halten. Bei dieser Ausführungsform ersetzt der U-Bolzen 46 die Lagerkappe 20 gemäß Fig. 1.
Der U-Bolzen 56 weist einen halbkreisförmigen Halterungsabschnitt 58 auf, der breiter ist, als der Schenkelbereich des U-Bolzens. Infolge seiner größeren Breite bildet dieser Halterungsabschnitt genügend Lagerfläche zur Halterung und zum Zusammendrükken der Lagerschale 34 bzw. des elastomeren Klemmrings 46 in einwandfrei zusammengesetztem Zustand, um auch bei Kardangelenken geringerer Größe eine einwandfreie Verbindung zwischen beiden Teilen herzustellen. Der U-Bolzen 56 weist an den einander ίο gegenüberliegenden Enden des Halterungsabschnittes 58 abgewinkelte Abschnitte 60 auf, von denen nur einer sichtbar ist, und die einen glatten Übergang zwischen dem Halterungsabschnitt 58 und zwei Gewindeabschnitten 64 herstellen, welche ihrerseits die a₅ Schenkel des U-Bolzens 56 bilden. Die Gewindeabschnitte 64 erstrecken sich durch glatte Bohrungen 66 in zwei Gabelarmen 14' und 16' der Gelenkgabel 12', so daß sie Muttern 68 aufnehmen können, welche den U-Bolzen 56 an die Lagerschale 34 andrücken. 3„ Die Muttern 68 werden bei der Montage mit einem vorbestimmten Anzugsdrehmoment festgezogen, um eine einwandfreie Zusammendrückung des elastomeren Klemmringes 46 zu gewährleisten.

Am U-Bolzen 56 ist keine Aussparung vorhanden, jedoch ist unverändert die Aussparung 47 in jedem Gabelarm 14' und 16' vorgesehen, so daß die Metall/ Metall-Berührung zwischen der Lagerschale 34, den Gabelarmen 14' bzw. 16' und dem U-Bolzen 56 dennoch erzeugt werden kann. Die Ausführungsform gemaß Fig. 4 eignet sich vor allem für kleinere Kardangelenke.

Ein Vergleich der Toleranzen eines erfindungsgemäßen Kardangelenks mit denjenigen eines üblicher Kardangelenks veranschaulicht die wesentlich einfächere Fertigung eines erfindungsgemäßen Kardangelenks.

Abmessungen beim erfindungsgemäßen Kardangelenk:

Nenndurchmesser der Lagerausnehmung 33 76,2 mm

Tatsächlicher Durchmesser der Lagerausnehmun; 33: 77,75 bis 77,953 mm (zulässige Differeni 0,203 mm)

Außendurchmesser der Lagerschale 34: 77,775 bi; 77,788 mm (Maßabweichung bis 0,013 mm).

Die entsprechenden Werte für ein übliches Kar dangelenk ohne elastomeren Klemmring 46:

Nenndurchmesser der Lagerausnehmung 33 76,2 mm

6ο Tatsächlicher Durchmesser der Lagerausnehmunj 33: 77,739 bis 77,815 mm (zulässige Differen; 0,076 mm)

Außendurchmesser der Lagerschale 34: 77,775 bi: 77,788 mm (Maßabweichung 0,013 mm).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

'•f Patentansprüche:

1. Kardangelenk mit einem Lagerzapfen in einer Gelenkgabel, bei dem der Zapfen in einer unter Spiel in einer zweiteiligen Lagerausnehmung in den Gabelamien eingesetzten Lagerschale umläuft, die an ihrem Umfang über einen federnden, in einer Umfangsnut der Lagerschale axial gehaltenen Klemmring gegen die beiden spannbaren »° Hälften der Lagerausnehmung abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmring (46) aus elastomerem Werkstoff besteht, der in zusammengedrückter Einbaulage den Querschnitt der Umfangsnut (42) voll ausfüllt, daß in d,u La- ¹S gerausnehmung (33) der Gabelarme (14 bzw. 16) eine in Umfangsrichtung begrenzte Aussparung (47; 47a) zur Aufnahme von verdrängtem Elastomer-Werkstoff wenigstens im Gabelarm (14 bzw. 16) selbst vorgesehen ist und daß die Aussparung *° (47; 47a) im mittleren Umfangsabschnitt der zugehörigen Hälfte der Lagerausnehmung (33), in den ein Spitzendruck gelegt ist, vorgesehen ist.

2. Kardangelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Aussparung (47, 47a) »5 an jeder Hälfte der Lagerausnehmung (33) vorgesehen ist.