DE1961962A1

DE1961962A1 - Kardan- bzw. Kreuzgelenk

Info

Publication number: DE1961962A1
Application number: DE19691961962
Authority: DE
Inventors: Kayser John Anthony
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1969-01-08
Filing date: 1969-12-10
Publication date: 1970-07-23
Also published as: GB1232909A; FR2033225A1; US3552811A

Description

Dana Corporation

Toledo, Ohio, V.St.A. * ^ DEZ. 1965

Kardan- bzw» Kreuzgelenk

Die Erfindung "betrifft ein Kardan- bzw. Kreuzgelenk.

Kardan- bzw. Kreuzgelenke bestehen normalerweise aus zwei an den Enden von Wellen angebrachten Gliedern, die zur praktisch homokinetischen Drehung durch ein antriebsmäßig an jedem dieser Glieder befestigtes Lagerkreuz miteinander verbunden sind, und zwar derart, daß sie eine Mißausrichtung ihrer Achsen relativ zueinander zulassen. Die normalerweise als Gabelköpfe bezeichneten Gelenkglieder weisen jeweils zwei einander radial gegenüberliegende, axial abstehende Arme bzw. Lappen auf. Das Lagerkreuz besteht aus einem zentralen Körper, von welchem, auf gleiche Umfangsabstände voneinander verteilt, zwei Paare von entgegengesetzt radial abstehenden Lagerzapfen abgehen, die in in den Lappen ausgebildeten Bohrungen festlegbar sind.

Bei der Herstellung eines Kardangelenks können seine Lagerzapfen durch eine Vielfalt verschiedener Mittel ausgerichtet und in Einbaulage festgelegt werden. Unabhängig von der jeweils angewandten Sicherungseinrichtung ist es außerordentlich wichtig, daß das Lagerkreuz einwandfrei im Gelenk zentriert ist, da die geringste Exzentrizität zu einer Unwucht der sich drehenden Welle und zu unerwünschten Schwingungen führt, die schließlich eine Zerstörung des Gelenks hervorrufen. Um Unwucht auf ein Mindestmaß herabzusetzen, muß das Axialspiel zwischen den Enden der einzelnen

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Lagerzapfen des Lagerkreuzes und den Böden der betreffenden Lagerschalen möglichst klein sein, ohne jedoch eine Berührung herzustellen, durch welche das Betriebsverhalten des Gelenks gefährdende Spannungen hervorgerufen werden würden.

Beim herkömmlichen Verfahren zur Ausrichtung des Lager— kreuzes gegenüber dem Gabelkopf des Gelenks werden die Lagerschalen in Form von die Lagerzapfen des Lagerkreuzes umgebenden liäpfen mit Hilfe von Sprengringen und zugeordneten Muten in den in den Lappen ausgebildeten Bohrungen festgelegt. Hierbei addieren sich jedoch-die Fertigungsto— leranzen für die Nut, die Dicke des Sprengrings, den Abstand zwischen den Enden der Lagerzapfen sowie die Dicke des Napf-Bodens. Das Ergebnis dieser !Toleranzen-Addition kann entweder ein zu einem Endspiel zwischen dem Lagerzapfen und dem Gabelkopf führender Zwischenraum oder ein unzureichendes Spiel zwischen den Bauteilen sein, was zu Wärme und Verschleiß verursachenden Spannungen führt; beide Zustände ergeben eine ungenügende Zentrierung und einen hiervon herrührenden Unwucht-Zustand, der schließlich zu einem Materialbruch führen kann.

Neben den oben genannten Schwierigkeiten weist die herkömmliche Anordnung mit Ring- und Nut-Anschlageinrichtung zum Festhalten der Lagerschale und des Lagerkreuzes in Einbaulage keine Einrichtung zum Absorbieren plötzlicher Belastungen auf. Diese Belastungen werden unmittelbar auf die Gabelkopfarme übertragen, die notwendigerweise starke, unnachgiebige Bauteile darstellen. Diese auf ein unnachgiebiges Glied ausgeübte Belastung verursacht häufig einen Bruch von Bauteilen geringerer Festigkeit. Da jedes dynamische System zeitweilig ungewöhnlichen Beanspruchungen unter-

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worfen ist, ist es wünschenwert, Belastungen aufnehmende Mittel im System vorzusehen, welche die zu erwartenden Belastungen ohne Beschädigung der betreffenden Teile und ohne hiervon herrührende Veränderung der dynamischen Eigenschaften der Gesamtanordnung zu absorbieren vermögen.

Im Hinblick auf die vorstehend genannten Schwierigkeiten besteht die Hauptaufgabe der Erfindung in der Schaffung eines verbesserten Kardan- bzw. Kreuzgelenks im allgemeinen und einer Lagerschale zur Verwendung bei einem solchen Gelenk im besonderen, welche infolge ihrer stoßdämpfenden I Eigenschaften ungewöhnliche Belastungen aufzunehmen vermag«

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß an der Lagerschale eine Endplatte vorgesehen, welche so ausgelegt ist, daß sie plötzliche Beanspruchungen aufzunehmen bzw. zu absorbieren vermag.

Ein anderes Erfindungsziel bezweckt die Schaffung eines Kardan- bzw. Kreuzgelenks, bei welchem die Lagerschalen im Einbauzustand die Lagerzapfen«Stirnfläehen mit einer vorbestimmten Vorbelastung berühren.

Zur Lösung dieser Aufgaben schafft die Erfindung ein Kardan- i bzw. Kreuzgelenk, bestehend aus einem Gabelkopf mit Abstand voneinander besitzenden, parallelen Armen mit darin ausgebildeten, miteinander fluchtenden Bohrungen, in welche ein Lagerkreuz mit seinen diametral entgegengesetzt abstehenden Lagerzapfen eingesetzt ist, und ein geschlossenes Ende aufweisenden, verschieblich in die Bohrungen eingesetzten und die Enden der Lagerzapfen umschließenden Lagerschalen, dessen Besonderheit darin besteht, daß am geschlossenen Ende jeder Lagerschale jeweils eine Lager-Endplatte zur axialen

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Vorbelastung der Lagerschale gegenüber dem Lagerzapfen und zur Festlegung der Lagerschale gegen eine Drehung relativ zur betreffenden Bohrung bei gleichzeitiger Ermöglichung einer begrenzten Axialverschiebung der Lagerschale relativ zur zugeordneten Bohrung befestigt ist, welche einen federnd nachgiebigen, länglichen, an der Lagerschale befestigten und in Radialrichtung über diese hinausragenden Hauptkörper aufweist, dessen größter Teil das geschlossene Ende der Lagerschale überspannt und in einem vorbestimmten Abstand davon angeordnet ist, wobei die nach außen überstehenden Abschnitte des Hauptkörpers eine Befestigung der Lagerschale und ihres zugeordneten Lagerzapfens in zentrierter Lage im Gelenk ermöglichen und dennoch eine Axialverschiebung der Lagerschale in der Bohrung zulassen, um Schubbela— stungen ohne Überlastung der Lagerschalen zu absorbieren.

Im folgenden ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

3?ige 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines Kardan- bzw« Kreuzgelenks mit den Merkmalen der Erfindung,

Pig. 2 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Stirnseitenansicht der in das Gelenk eingebauten Lagerschale, aus welcher die Konfiguration der erfindungsgemäßen Lagerschalen—Endplatte ersichtlich ist,

Mg. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Pig., 2 und Pig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in Pig. 2.

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Gemäß Fig. 1 laufen zwei Wellen 10, die praktisch, koaxial zueinander angeordnet sind, aber nicht unbedingt koaxial zueinander stehen müssen, jeweils in einen Gabelkopf 12 mit zwei parallelen Armen 14 aus. Jeder Arm 14 jedes Gabelkopfes 12 ist mit einer Bohrung 16 versehen, in die eine Lagerschale 18 eingesetzt ist. Die beiden Wellen 10 und die an ihnen befestigten Gabelköpfe 12 sind im Zusammenbauzustand so ausgerichtet, daß die Achsen der Gabelkopf-Bohrungen 16 unter einem rechten Winkel zueinander liegen. Zwischen die jeweiligen Bohrungen 16 ist ein Lagerkreuz 20 eingefügt, das in die Lagerschalen 18 hineinreichende Lagerzapfen 22 aufweist.

Wie am besten aus den Figo 2, 3 und 4 hervorgeht, ist eine Lagerschalen-Endplatte 24 in Form eines nicht-planen Elements vorgesehen, das zwei längere, auf einer gemeinsamen Linie liegende Arme 26 sowie zwei kürzere Arme 28 aufweist, die auf einer gemeinsamen Linie liegen, welche unter einem rechten Winkel zur die Arme 26 verbindenden Linie verläuft und diese schneidet. Gemäß den Fig* 3 und 4 ist die Endplatte 24 im Querschnitt im wesentlichen gekrümmt, wobei die Außenenden der Arme 26, 28 ungefähr in der gleichen Ebene liegen. Eine in der Mitte der Endplatte 24 liegende Fläche 30, in deren Bereich sich, die Mittenlinien der Arme 26, 28 schneiden, ist mit einer warzenartigen Einprägung versehen, deren tiefste Stelle ungefähr in derselben Ebene liegt wie die Enden der Arme 26, 28.

Die freien Enden der kürzeren Arme 28 der Endplatte 24 weisen jeweils eine abgeflachte Unterseite 32 auf. Die Lager« schaien-Endplatte 24 iet an der zugeordneten Lagerschale 18 mittels einer Schweißung an der eingedrückten Fläche 30 befestigt und wird durch die Berührung zwischen dem Außen-

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ende der Lagerschale und den abgeflachten Abschnitten 32 ' der Arme 28 stabilisiert.

Die längeren Arme 26 der Lagerschalen-Endplatte 24- erstrekken sich über den Außenumfang der Lagerschale 18 hinaus und sind, außer an der zentralen Schweißstelle, von der Lagerschale entfernt. Die freien Enden der längeren Arme 26 sind mit abgeflachten Abschnitten 34 und Bohrungen 36 versehen.

Aus den JPig. 3 und 4 sind die Ralativlage der Teile und deren Zusammenwirken erkennbar. Die Lagerschale 18 ist in eine im Gabelkopf-Arm 14 ausgebildete Bohrung 16 eingesetzt. An der Innenfläche der Lagerschale sind mehrere durch eine Dichtung 40 in ihrer Lage gehaltene Lagernadeln 38 angeordnet. Die Dichtung 40 verschließt den Zwischenraum zwischen der Lagerschale 18 und dem Lagerzapfen 22, hält die Lagernadeln 38 in ihrer Einbaulage und hält das Schmiermittel im Raum um die Lagernadeln zurück, während sie gleichzeitig eine Drehung zwischen dem Lagerzapfen 22 und der Lagerschale 18 zuläßt.

In der Außenfläche des Gabelkopf-Arms 14 sind zwei Gewindebohrungen ausgebildet, in welche die in den Armen 26 ausgebildeten Bohrungen 36 durchsetzende Schrauben 42 eingeschraubt sind.

In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß die Lagerschälen-Endplatte 24 nur an den abgeflachten End-Abschnitten 34 der längeren Arme 26 mit dem Gabelkopf-Arm 14 in Berührung steht, wobei diese Abschnitte mit Hilfe der Schrauben 42 festgelegt sind. Die einzige Berührung zwischen der Endplatte 24 und der Lagerschale 18 besteht an der eingeprägten zentralen Fläche 30 der Endplatte sowie an den abgeflachten Unterseiten 32 der kürzeren Arme. Wie erwähnt, besitzt die Endplatte 24 bogenförmig gekrümmte Konfiguration, ao daß gemäß Fig. 3

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zwischen dem Ende der Lagerschale 18 und der Endplatte 24 ein Spalt 44 festgelegt wird, welcher eine begrenzte Bewegung der Lagerschale 18 im Gabelkopf-Arm 14 ermöglicht.

Die Lagerschalen—Endplatte 24 kann "bezüglich ihrer Dicke und Zusammensetzung variieren, doch hat es sich herausgestellt, daß ein halbharter Stahl die wünschenswertesten Eigenschaften bietet. Selbst wenn die Endplatte beim Zusammenbau zur Anpassung an die Toleranzen der anderen Teile der Anordnung gebogen wird, legt sie dennoch den richtigen Zwischenraum zwischen ihr und der Lagerschale fest.

Infolge der Verwendung der gekrümmten Lagerschalen-Endplatte 24 mit dem zwischen dem Lagerschalen-Ende und der Endplatte festgelegten Zwischenraum werden ungewöhnliche Belastungen durch die Endplatte absorbiert und nicht auf die Gabelkopf«Arme 14 übertragen, die notwendigerweise steif sein müssen, um der Drehmomentb elas tung widerstehen zu können. Die hierdurch eingeführte Flexibilität ermöglicht den Einsatz der das erfindungsgemäße Gelenk enthaltenden Antriebs welle bei wesentlich höheren Umdrehungen als dies bisher möglich war.

Auf die Lagerschalen-Endplatte 24 ist ein Streifen 46 mit hochgebogenen Lappen 48 aufgesetzt, welche jeweils an einer Flachseite des Kopfes einer der Sehrauben 42 angreifen und hierdurch die Schrauben ohne Gefahr einer Lockerung durch Schwingungen auf dem richtigen Anzugsmoment halten.

Ersichtlieherweise soll die vorstehend dargestellte und beschriebene Ausführungsform die Erfindung lediglich beispielhaft erläutern und keinesfalls einschränken, da dem

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Fachmann selbstverständlich, zahlreiche Änderungen und Abwandlungen möglich sindι ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

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Claims

Patentansprüohe

Kardan- bzw« Kreuzgelenk, bestehend aus einem Gabelkopf mit Abstand voneinander besitzenden, parallelen Armen mit darin ausgebildeten, miteinander fluchtenden Bohrungen, in welche ein Lagerkreuz mit seinen diametral entgegengesetzt abstehenden-Lagerzapfen eingesetzt ist, und ein geschlossenes Ende aufweisenden, versohieblich ä in die Bohrungen eingesetzten und die Enden der Lagerzapfen umschließenden Lagerschalen, dadurch gekennzeichnet, daß am geschlossenen Ende jeder Lagerschale (18) jeweils eine. Lager—Endplatte (24) zur axialen'Vorbelastung der Lagerschale gegenüber dem Lagerzapfen (22) und zur Festlegung der Lagerschale gegen eine Drehung relativ zur betreffenden Bohrung (16) bei gleichzeitiger Ermöglichung einer begrenzten Axialverschiebung der Lagerschale relativ zur zugeordneten Bohrung befestigt ist, welche einen federnd nachgiebigen, länglichen, an der Lagerschale befestigten und in Radialrichtung über diese hinausragenden Hauptkörper aufweist, dessen größter Teil das geschlossene Ende der Lagerschale überspannt ■ ' und in einem vorbestimmten Abstand davon angeordnet ist, wobei die nach außen überstehenden Abschnitte (26) des Hauptkörpers eine Befestigung der Lagerschale und ihres zugeordneten Lagerzapfens in zentrierter Lage im Gelenk ermöglichen und dennoch eine Axialversohiebung der Lagerschale in der Bohrung zulassen, um Sohubbelastungen ohne Überlastung der Lagerschalen zu absorbieren.

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2. Kreuzgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager-Endplatte (24) mit Hilfe einer Schweißung ("bei 30) am geschlossenen Ende der Lagerschale (18) befestigt isto
3. Kreuzgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen überstehenden Abschnitte (Arme 26) der Endplatte (24) mit Bohrungen (36) zur lösbaren Befestigung der Lagerschale (18) an den Armen (14) des Gabelkopfes (12) versehen sind.
4· Kreuzgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager-Endplatte (24) aus halbhartem kaltgewalzten Stahl besteht.
5· Kreuzgelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager-Endplatte (24) kreuzförmige Gestalt mit senkrecht zueinander stehenden Armen (26, 28) besitzt, wobei die beiden kürzeren Arme (28) am Ende der Lagerschale (18) anliegen und die beiden längeren Arme (26) über den größten Teil ihrer Länge hinweg Abstand vom geschlossenen Ende der Lagerschale besitzen und dieses Ende überspannen.
6. Kreuzgelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager-Endplatte (24) ein längliohes, federndes Glied ist, das an gegenüberliegenden Seiten radial über die Lagerschale (18) hinausragt und zwei im wesentlichen senkrecht zum länglichen Abschnitt (Arme 26) verlaufende und am geschlossenen Ende der Lagerschale angreifende Arme (28) aufweist und daß der längliohe Abschnitt im wesentlichen Abstand vom gesohlossenen Ende der Lagerschale besitzt und dieses Ende übergreift, so daß die Lagerschale, wenn die nach

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außen überstehenden Abschnitte (Arme 26) im Betrieb befestigt sind, einwandfrei ausgerichtet und in endweiser Richtung vorbelastet ist, derart, daß eine endweise Bewegung der Lagerschale zum Absorbieren von Schubbelastungen ohne Überlastung des geschlossenen Endes der Lagerschale möglich ist.
7· Kreuzgelenk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager-Endplatte (24) ein kreuzförmiges Glied mit unter einem rechten Winkel zueinander stehenden Armen (26, 28) ist, von denen sich die beiden.kürzeren Arme (28) an das Ende der Lagerschale (18) anzulegen vermögen, während die beiden längeren Arme (26) über den größten Teil ihrer Länge hinweg Abstand vom geschlossenen Ende der Lagerschale besitzen und dieses Ende überspannen·
8. Kreuzgelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen überstehenden Abschnitte (Arme 28) der Lager-Endplatte (24) mit Bohrungen (36) zur lösbaren Befestigung der Endplatte an den Armen (14) des Gabelkopfes (12) versehen sind·

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