DE19654233A1 - Lagerschalen-Haltevorrichtung für Kardangelenk - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich allgemein mit Kardangelenken (Kreuzge­ lenken), und insbesondere mit einer Vorrichtung, welche in geeigneter Weise mit einer halbrunden Gabel zusammenarbeiten kann, um Lagerschalen bei Kardangelenken festzuhalten.

Kardangelenke sind bekannte Einrichtungen, welche eine Antriebs­ verbindung zwischen zwei Teilen bereitstellen, welche derart ausgelegt sind, daß sie um nicht fluchtende Drehachsen drehbar sind. Kardangelenke werden in großem Maßstab zwischen drehbaren Antriebswellenteilen in Fahrzeug-Antriebssträngen eingesetzt. Ein typisches Kardangelenk umfaßt einen Kreuzkopf, welcher einen zentralen Körperabschnitt mit vier zylindrischen Zapfen besitzt, welche von dem Kreuzkopf nach außen verlaufen. Die Zapfen sind in einer einzigen Ebene angeordnet und verlaufen rechtwinklig relativ zueinander. Die Zapfen haben einen gemeinsamen Schnitt­ punkt an dem Mittelteil des zentralen Körperabschnitts.

Eine hohle, zylindrische Lagerschale ist an einem Ende jedes Zapfens angebracht. Nadellager oder ähnliche Einrichtungen sind zwischen den äußeren zylindrischen Flächen der Zapfen und den inneren zylindrischen Flächen der Lagerschalen vorgesehen, um eine relative Drehbewegung zwischen den Zapfen und den Lagerscha­ len zuzulassen. Die Lagerschalen, welche auf einem gegenüber­ liegenden Paar von Zapfen angebracht sind, können mit einem ersten Gabelende verbunden werden, welches fest mit einem Ende eines jeden Antriebswellenteils verbunden ist, während die Lagerschalen, die auf einem zweiten gegenüberliegenden Paar von Zapfen angebracht sind, mit einem zweiten Gabelende verbunden werden können, welches fest mit einem Ende eines zweiten Antriebswellenteils verbunden ist.

Unterschiedliche Bauarten von Gabeln gibt es bei Kardangelenken. Häufig wird die Gabel von einem vollständig runden Gabelteil gebildet, welches mit einem Paar von gegenüberliegenden Armen mit zylindrischen Öffnungen in den Armen zum Einführen der Lagerscha­ len versehen ist. Eine weitere übliche Bauform einer Gabel ist ein halbrundes Gabelteil, bei dem jeder Arm eine gekrümmte, allgemein halbkreisförmige Gabelfläche zur Aufnahme der Lager­ schale bildet, und ein Halteband ist mittels einer Schraubverbin­ dung mit dem Joch verbunden, um die Lagerschale an Ort und Stelle zu halten. Typischerweise ist das Halteband für eine halbrunde Gabel mit einer gekrümmten inneren Fläche versehen, welche der zylindrischen Kontur der Lagerschale angepaßt ist.

Das Verhalten des Haltebandes ist beim Gesamtleistungsverhalten des Kardangelenks von Bedeutung. Das Halteband muß so ausreichend widerstandsfähig sein, daß es den Torsionskräften und anderen Kräften Stand halten kann, welche in Verbindung mit der Nieder­ haltefunktion der Lagerschalen des Kardangelenks auftreten. Ferner sollte es gewichtsmäßig leicht ausgelegt und möglichst platzsparend beschaffen sein. Ferner muß das Halteband sehr genaue Dimensionierungen haben, um sicherzustellen, daß die Lagerschale während des Betriebs des Kardangelenks sich nicht dreht. Eine übliche Auslegung für Haltebänder, welche bei halbrunden Gabeln eingesetzt wird, ist eine im allgemeinen ebene Platte, welche in ihrem Mittelteil passend gekrümmt zur Gestalt der Lagerschale ausgebildet ist. Schrauben sind an den End­ abschnitten des Haltebandes vorgesehen, um dieses fest mit der Gabel zu verbinden. Eine im Zusammenhang mit den üblichen Haltebändern auftretende Schwierigkeit ist darin zu sehen, daß man häufig an den Endabschnitten ein Materialversagen erhält, an welchen die Schraubverbindung mit der Gabel vorgesehen ist.

Übliche ebene, plattenförmige Haltebänder werden üblicherweise durch Stanzen hergestellt. Beim Stanzen wird das metallische Teil gestreckt, so daß eine präzise Passung bezüglich der Lagerschale nicht immer möglich ist. Eine bekannte Methode zum Sicherstellen der korrekten Dimensionierung der Öffnung, welche von dem Halteband gebildet wird, und der halbrunden Gabel ist darin zu sehen, daß das Halteband und die Gabel zusammengeschraubt werden und die Öffnung auf ihre Endabmessungen gefräst wird. Während hierbei sichergestellt wird, daß die Öffnung korrekte Abmessungen hat, macht diese Methode einen zusätzlichen Herstellungsschritt zur Fräsbearbeitung der Öffnung auf die auf gültigen Abmessungen erforderlich. Ferner führt diese Methode auch zu einer Paarung­ spassung aus Gabel und Halteband, so daß diese beiden Teile zusammen montiert und eingesetzt werden müssen. Diese Methode gestattet nicht die Herstellung von austauschbaren Haltebändern, und daher sind größere Herstellungskosten unausweichlich.

Es wäre zweckmäßig, ein Halteband für eine halbrunde Gabel bei einem Kardangelenk zu haben, bei dem das Halteband einfach aufgebaut und billig herzustellen ist und dennoch eine aus­ reichende Festigkeit und Widerstandsfähigkeit hat.

Es wird ein Halteband zum Einsatz bei einem Kardangelenk bereitgestellt, welches eine verbesserte Festigkeit gegenüber üblichen Haltebändern hat, während sich zugleich die Herstel­ lungskosten reduzieren lassen. Das Kardangelenk (Kreuzgelenk) nach der Erfindung umfaßt eine erste Gabel, eine zweite Gabel und einen Kreuzkopf. Wenigstens eine der Gabeln ist eine halbrunde Gabel, welche ein Paar von Armen hat, wobei jeder Arm derart beschaffen und ausgelegt ist, daß er ein Paar von Schenkeln hat, welche eine Gabelfläche zur Aufnahme der Lagerschale eines Zapfens bilden, und wobei jeder Schenkel mit einer Gabelfläche versehen ist. Die halbrunde Gabel umfaßt ein Halteband, welches zur Gabel paßt und welche die Lagerschale gegenüber der Gabelflä­ che festlegt. Das Halteband umfaßt einen Hauptkörperabschnitt und zwei Endabschnitte. Die Endabschnitte haben Halteflächen, welche in passender Zuordnung mit den Gabelflächen zusammenarbeiten. Der Hauptkörperabschnitt hat eine gekrümmt ausgebildete innere Haltefläche, welche zwischen den Endabschnitten liegt und derart beschaffen und ausgelegt ist, daß diese an die Form der Lager­ schalen angepaßt ist und mit der Gabelfläche zusammenarbeitet. Das Halteband hat eine gekrümmte äußere Fläche, welche sich von einem Ende des Haltebandes zum anderen erstreckt.

Das Halteband und das Kardangelenk nach der Erfindung stellen ein sicheres Erfassen der Lagerschalen bei geringeren Herstellungskosten als bei üblichen Haltebändern sicher. Auch sind die Haltebänder nach der Erfindung widerstandsfähiger als die üblichen Haltebänder.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung liegt der Krümmungsradius der gekrümmten äußeren Fläche in einem Bereich von dem etwa 1,1- bis etwa 1,7-fachen des Radius der gekrümmten inneren Haltefläche, und vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von dem etwa 1,3- bis etwa 1,5-fachen des Radius der gekrümmten inneren Haltefläche.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung wird das Halteband von einem Formelement an Stelle von einem ge­ stanzten Teil gebildet.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist jeder Endabschnitt des Haltebandes mit einem ausgenommenen Bereich versehen um zu ermöglichen, daß Befestigungsmittel, wie Schrauben oder dergleichen, von der gekrümmten äußeren Fläche zurückversetzt sind. Auch hat das Halteband vorzugsweise Querseitenflächen in den Endabschnitten, welche sich im wesentli­ chen zu den Enden des Haltebandes erstrecken.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausfüh­ rungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische, auseinandergezogene Darstellung eines Kardangelenks mit einer Gabel, einem Kreuzkopf und zwei Haltebändern,

Fig. 2 eine Draufsicht des in Fig. 1 gezeigten Kardangelenks im montierten Zustand,

Fig. 3 eine Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Halteban­ des,

Fig. 4 eine Draufsicht des Haltebandes entlang der Linie 4-4 in Fig. 3, und

Fig. 5 eine Querschnittsansicht des Endabschnitts des Hal­ tebandes entlang der Linie 5-5 in Fig. 4.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung ist in Fig. 1 eine Kardan­ gelenkanordnung (Kreuzgelenkanordnung) gezeigt, welche insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Das Kardangelenk 10 umfaßt ein Kreuz­ kopfteil, welches insgesamt mit 12 bezeichnet ist. Das Kreuz­ kopfteil umfaßt einen zentralen Körperabschnitt 14. Das Kreuz­ kopfteil umfaßt ferner vier zylindrische Zapfen 16. Die Zapfen verlaufen von dem Körperabschnitt 14 in einer gemeinsamen Ebene unter rechten Winkeln relativ zueinander radial nach außen. Lagerschalen 18 sind an dem Ende jedes Paars von gegenüberliegen­ den Zapfen vorgesehen. Nadellager (nicht gezeigt) sind zwischen der inneren Lagerfläche der Lagerschalen und der äußeren Lager­ fläche der Zapfen angeordnet. Es ist zu erwähnen, daß irgendein geeignetes Lager vorgesehen werden kann, um die Reibungskräfte bei der Drehverbindung zwischen der Lagerschale und den Zapfen zu verringern. Jede der Lagerschalen ist im allgemeinen in Gestalt eines hohlen Zylinders ausgebildet.

Das in Fig. 1 gezeigte Kardangelenk 10 umfaßt ferner eine halbrunde Endgabel, welche insgesamt mit 20 bezeichnet ist. Die Endgabel umfaßt ein Paar von gegenüberliegenden Armen 22, welche jeweils mit einem Paar von Schenkeln 24 versehen sind. Die Arme 22 haben gekrümmte Gabelflächen 26, welche teilweise durch die Schenkel 24 gebildet werden. Die Gabelflächen 26 sind derart geformt, daß sie genau zu der Gestalt der Lagerschalen 18 passen, so daß die Lagerschalen eng sitzend ohne eine Drehung bei der Drehbewegung des Kardangelenks festgehalten sind. Die Schenkel haben ebene Flächen und Gabelflächen 28 zum passenden Zusammenar­ beiten mit einem Halteband. Wenn das Kreuzkopfteil 12 an der Endgabel 20 angeordnet ist, sind die gegenüberliegenden Lager­ schalen 18 in innigem Kontakt mit den Gabelflächen 26 vorgesehen. Das gesamte Kardangelenk 10 umfaßt eine weitere Gabel (nicht gezeigt), welche mit der Gabel 26 zur Drehmomentübertragung zusammenarbeitet. Die Auslegung und die Anordnung der Kardan­ gelenke gemäß der voranstehenden Beschreibung sind an sich bekannt.

Ein Halteband 30 ist vorgesehen, um das Kreuzkopfteil 12 an Ort und Stelle an dem Kardangelenk dadurch zu halten, daß die Lagerschalen an den Gabelflächen 26 eingespannt werden. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist das Halteband an Ort und Stelle mit Schrauben 32 gehalten. Irgendein geeignetes Befestigungsmittel kann hierfür eingesetzt werden. Der Arm 22 kann mit einer Zunge 33 versehen sein, welche über die Gabelfläche 26 hinweg geht und eine axiale Bewegung der Lagerschale verhindert.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, weist das Halteband 30 einen zentralen Abschnitt oder einen Hauptkörperabschnitt 34 und zwei Endabschnitte 36 auf. Der Hauptkörperabschnitt 34 hat eine gekrümmte innere Haltefläche 38, welche zwischen den Halteband­ endabschnitten 36 angeordnet ist. Die gekrümmte innere Hal­ tefläche 38 ist derart beschaffen und ausgelegt, daß sie an die Gestalt der Lagerschale angepaßt ist und daß sie mit der Gabel­ fläche 26 zusammenarbeitet, um eine Öffnung mit denselben Abmes­ sungen wie die Lagerschale zu bilden. Das Halteband 30 ist auch mit einer gekrümmten Außenseitenfläche 40 versehen, welche sich von einem Ende 42 des Haltebandes zum anderen Ende 44 erstreckt.

Zur vereinfachten Herstellung ist die Gestalt der gekrümmten Außenseitenfläche 40 vorzugsweise in Form eines durchgehenden Kreisbogens ausgebildet, obgleich andere Gestaltsformen gewählt werden können. In ähnlicher Weise ist die Gestalt der Innen­ seitenhaltefläche vorzugsweise als ein durchgehender Kreisbogen ausgebildet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung liegt der Krümmungsradius der gekrümmten Außenseiten­ fläche innerhalb eines Bereiches von etwa dem 1,1- bis 1,7-fachen des Radius der gekrümmten Innenseitenhaltefläche, und insbesonde­ re innerhalb eines Bereiches von etwa dem 1,3- bis etwa 1,5-fachen des Radius der gekrümmten Innenseitenhalteflächen.

Das Halteband hat zwei Halteflächen 46, welche zu den zugeordne­ ten Gabelflächen 28 passen, wenn das Halteband an Ort und Stelle mittels Schrauben befestigt ist. Wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist, ist das Halteband mit Schraubenöffnungen 48 ver­ sehen, welche ermöglichen, daß die Schrauben durch das Halteband gehen und in mit Gewinde versehene Öffnungen 40 in den Gabelflä­ chen 28 geschraubt werden können. Die Schraubenöffnungen sind in einem ausgenommenen Bereich 52 angeordnet, welcher an den End­ abschnitten 36 ausgebildet ist. Die ausgenommenen Bereiche sind im allgemeinen zylindrisch ausgebildet, sie können aber geringfü­ gig in Richtung nach unten und innen konisch ausgebildet sein, um die Herstellung derselben zu erleichtern. Die ausgenommenen Bereiche 52 umgeben teilweise oder schützen die Schrauben, wie dies in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, und sie ermöglichen, daß die Schrauben etwas gegenüber der gekrümmten Außenfläche 40 zurückgesetzt sind.

Da die ausgenommenen Bereiche 52 im allgemeinen zylindrisch ausgestaltet sind, haben die Querseitenflächen 54 des Haltebandes 30 Endflächenabschnitte oder Endbunde 56, welche sich im wesentlichen zu den Enden 42, 44 des Haltebandes erstrecken. Somit endet an jedem Ende des Haltebandes die gekrümmte Außensei­ tenfläche in Form von zwei Endbunden 56. Der erhabene Abschnitt der Endbunde stellt eine Verstärkung gegenüber einer solchen Auslegungsform dar, bei der der Endabschnitt 36 des Haltebandes eben ausgebildet ist, und er ist aber dennoch so dünn wie bei üblichen Haltebandauslegungsformen. Die Endbunde sind ebenfalls aus Fig. 1 zu ersehen.

Das Halteband wird vorzugsweise von einem Element gebildet, welches einer Kaltformbearbeitung unterzogen worden ist, um die abschließenden Abmessungen zu erhalten. Hierdurch läßt sich vermeiden, daß das Halteband maschinell bearbeitet werden muß. Irgendein geeignetes Material hierfür kann eingesetzt werden, und vorzugsweise wird ein Feinkornstahl mit der Bezeichnung 1008 genommen. Der Begriff "geformtes Element" bedeutet, daß das Element gestaucht oder auf eine andere Weise zu der endgültigen Gestalt geformt wird, ohne daß ein Materialverlust auftritt, und zwar an Stelle einer maschinellen Bearbeitung, wie eine Drehbear­ beitung oder Fräsbearbeitung, bei der ein Materialabtrag erfolgt, um die abschließende Form zu erhalten. Da ein geformtes Element keine maschinelle Bearbeitung erforderlich macht, läßt sich das geformte Element kostengünstiger herstellen. Das Kaltumfor­ mungsverfahren umfaßt ein Pressen oder Ziehen eines Werkstückes in einem Formwerkzeug. Das Kaltformwerkzeug ist aus Formstahl hergestellt. Der relativ weiche, feinkörnige Stahl wird mittels eines einzigen Hubs zu der gewünschten Formgestalt verformt, und das Halteband wird in der gewünschten Gestalt geglättet.

Wie sich aus der voranstehenden Beschreibung ergibt, sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Claims (10)

1. Kardangelenk, welches eine erste Gabel (20), eine zweite Gabel und ein Kreuzkopfteil (12) aufweist, bei dem das Kreuzkopfteil (12) vier gegenüberliegende Zapfen (16) um­ faßt und eine Lagerschale (18) auf dem Ende jedes Zapfens (16) angeordnet ist, wenigstens eine der Gabeln (20) eine halbrunde Gabel ist, welche ein Paar von Armen (22) hat, jeder Arm (22) mit einem Paar von Schenkel (24) versehen ist, welche eine Gabelfläche zur Aufnahme der Lagerschale (18) eines Zapfens (16) bilden, jeder Schenkel (24) mit einer Gabelfläche (28) versehen ist und bei der die halb­ runde Gabel (20) ein Halteband (30) zum passenden Zusam­ menarbeiten der Gabel (20) und zum Festlegen der Lagerscha­ le (18) gegenüber der Gabelfläche umfaßt, wobei das Hal­ teband (30) folgendes aufweist:
einen Hauptkörperabschnitt (34) und zwei Endabschnitte (36), wobei die Endabschnitte (36) Halteflächen (46) zum passenden Zusammenarbeiten mit den Gabelflächen (28) haben, der Hauptkörperabschnitt (34) eine gekrümmte, innere Hal­ tefläche (38) hat, welche zwischen den Endabschnitten (36) angeordnet und derart ausgelegt ist, daß sie an die Gestalt der Lagerschale (18) angepaßt ist und mit der Gabelfläche (26) zusammenarbeitet, und wobei das Halteband (30) eine gekrümmte, äußere Fläche (40) hat, welche sich von einem Ende des Haltebandes (30) zu dem anderen desselben er­ streckt.

2. Kardangelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der gekrümmten, äußeren Fläche (40) innerhalb eines Bereiches von etwa dem 1,1- bis 1,7-fachen des Radius der gekrümmten inneren Haltefläche (38) liegt.

3. Kardangelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Halteband von einem geformten Element gebildet wird.

4. Kardangelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß jeder Endabschnitt (36) des Hal­ tebandes (30) mit einem ausgenommenen Bereich (52) versehen ist, um zu ermöglichen, daß Befestigungsmittel von der gekrümmten äußeren Fläche (40) zurückversetzt sind.

5. Kardangelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgenommene Bereich (52) im allgemeinen zylindrisch ausgebildet ist.

6. Kardangelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der gekrümmten, äußeren Fläche (40) innerhalb eines Bereiches von etwa dem 1,1- bis etwa 1,7-fachen des Radius der gekrümmten inneren Haltefläche (38) liegt.

7. Kardangelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Halteband (30) Quer­ seitenflächen (54) an den Endabschnitten (36) hat, welche im wesentlichen sich zu den Enden (42, 44) des Haltebandes (30) erstrecken.

8. Kardangelenk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der gekrümmten äußeren Fläche (40) innerhalb eines Bereiches von etwa dem 1,1- bis 1,7-fachen des Radius der gekrümmten inneren Haltefläche (38) liegt.

9. Kardangelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Endabschnitt (36) des Haltebandes (30) mit einem ausgenommenen Bereich (52) versehen ist, um zu ermöglichen, daß Befestigungsmittel gegenüber der gekrümmten äußeren Fläche (40) zurückversetzt sind.

10. Kardangelenk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgenommenen Bereiche (32) im allgemeinen zylindrisch ausgebildet sind.