DE3321348C2

DE3321348C2 - Kreuzgelenkhälfte und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE3321348C2
Application number: DE19833321348
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 5200 Siegburg Krude
Original assignee: Uni Cardan AG
Current assignee: GKN Automotive GmbH
Priority date: 1983-06-13
Filing date: 1983-06-13
Publication date: 1985-04-25
Also published as: DE3321348A1

Abstract

Der aus faserverstärktem Kunststoff bestehende Kreuzgelenkkörper hat an einem Ende eines Rohrstückes zwei sich diametral gegenüberstehende, an ihren Enden durch einen Quersteg verbundene Längsstege, in welchen in Fluchtrichtung zueinander je eine Bohrung zur Aufnahme der Lagerbuchsen enthalten ist. Die Verstärkungsfasern oder -faserverbände sind wenigstens teilweise durch die Längsstege und den Quersteg geführt. Der Kreuzgelenkkörper erlaubt bei geringem Gewicht eine stabile Zapfenkreuzlagerung, weil die Längsstege auch beim Übertragen größerer Drehmomente keine unzulässigen Dreh- oder Biegeverformungen erfahren. Gelenke mit diesen Gelenkkörpern haben eine große Winkelbeweglichkeit, zumal auch die Form des Gelenkkörpers für die Wickeltechnik günstig ist.

Description

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chen je eine der Bohrungen enthalten ist und die Ver- ausgebildet. Damit ergibt sich eine Anlagefläche für das Stärkungsfasern oder FaserVerbände von dem einen Befestigungsmittel der Lagerbuchse, z. B. fur einen Si-Längssteg ausgehend, durch den Quersteg in den ande- cherungsring. Die innenseitige Abflachung wird zweck« ren Längssteg verlaufend angeordnet sind. Durch die mäßigerweise schon beim Herstellen des Körpers nach Anordnung der Bohrungen für die Aufnahme der La- 5 dem Wickelverfahren vorgesehen,
gerbuchsen des Zapfenkreuzes in an einem Rohrstück Der Quersteg ist vorzugsweise an beiden Schmalseiangeformten Längsstegen wird gegenüber der insoweit ten zur Mitte hin mit einer Einbuchtung versehen, schon bekannten Lagerung, in einem verstärkten Rohr- Durch diese wird die Winkelbeweglichkeit des am Zapende nicht nur eine Materialersparnis, sondern vor al- fenkreuz angelenkten Abtriebskörpers und damit auch lern auch eine irhöhte Winkelbeweglichkeit der am 10 der maximal mögliche Beugungswinkel vergrößert.
Zapfenkreuz angelenkten Übertragungsgabel erreicht, Das Rohrstück der erfindungsgemäßenJCreuzgelenkohne daß das Übertragungsrohr einen für die Drehmo- hälfte ist zweckmäßigerweise zum anderen Ende hin, mentübertragung an siclr nicht erforderlichen großen d. h. zu dem sich an das Übertragungsrohr anschäeßen-Durchmesser haben muß. Die mit der Zapfenlagerung den Ende, zylindrisch geformt, so daß ein Verbinden mit in Längsstegen im Vergleich zum verstärkten Rohrende 15 dem ebenfalls .zylindrischen Übertragungsrohr, etwa nach dem Stand der Technik eingetretene Schwächung mittels Kleben, unproblematisch ist.
der Gesamtkonstruktion wird ausreichend durch den , Die Kreuzgelenkwelle läßt sich auch dahingehend die Längsstege verbindenden Quersteg ausgeglichen. ausbilden, daß deren Überträgungsrchr mit zwei der Hierbei wird zugleich die Biege- und Torsionssteifigkeit vorstehend beschriebenen Kreuzgelenkhälften bestückt der Längsstege verstärkt. Die Längsstege und der Quer- 20 ist. Dabei sind die Kreuzgelenkhälfte einer Kreuzgesteg bestehen im allgemeinen ebenso wie das sich an- lenkwelle vorzugsweise durch Kleben c=it dem Übertraschiießende Rohrstück aus demselben faserversiärkten gungsrohr verbunden, insbesondere ^, dieses eir.ge-Kunststoffwie das Übertragungsrohr. Es bestell jedoch klebt Kreuzgelenkhälfte und Übertragungswelle könauch die Möglichkeit entsprechend den erhöhton Bean- nen in diesem Falle getrennt hergestellt werden, so daß spruchungen des Kreuzgelenkkörpers Faser- und 25 als Matrixmaterial und Faserverstärkung entsprechend Kunstharzmaterialien mit höherwertigen mechanischen den jeweiligen Anforderungen unterschiedliche Werk-Eigenschaften als beim Übertragungsrohr anzuwenden. stoffe eingesetzt werden können. Außerdem ergeben Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Kreuzgelenk- sich bei getrenntem Herstellen von Übertragungsrohr hälften ist eine Verbindung zwischen Stahlgabel und und Kreuzgelenkhälften fertigungstechnische Vereinfafaserverstärktem Kunststoffrohr mittels Kleben, Ver- 30 chungen. Bei einer anderen Ausführungsform der schrauben oder dgl. entbehrlich. Ein wesentlicher Man- Kreuzgelenkwelle kann die Kreuzgelenkhälfte jedoch gel derartiger Konstruktionen ist damit beseitigt Die auch an das aus faserverstärktem Kunststoff gebildete erfindungsgemäßen Kreuzgelenkhälften können bei der Übertragungsrohr einer Kreuzgelenkwelle angewickelt Fertigung des Übertragungsrohres unmittelbar mit an- sein. Auch bei dieser Ausführung lassen sich wenigstens geformt werden. Sie können aber auch in ein separat 35 teilweise unterschiedliche Verstärkungsmaterialien gefertigtes Übertragungsrohr eingeklebt werden. Eine oder Verstärkungsstrukturen im Übertragungsrohr eiderartige Klebeverbindung ist im Vergleich zu einer nerseits und den Gelenkhälften andererseits anwenden. Stahl/Kunststoff-Verbindung unproblematisch, weil der Das Verfahren zum Herstellen von Kreuzgelenkhälf-Wärme-Ausdehnungskoeffizient und die Torsionsstei- ten ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß figkeit gleich sind. Zwischen den Längsstegen weist die 40 man auf einen Wickeldorn, welcher eine der Kreuzge-Kreuzgelenknälfte zwei Seitenöffnungen auf, durch lenkhälften entsprechende Form hat und mit zwei entweiche die Lagerbuchsen und das Zapfenkreuz einge- ferngaren Seitendornpaaren für das Bilden der Seitensetzt und montiert werden können. öffnungen und Bohrungen versehen ist, Fasern oder Fa-

Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfin- serverbände (Rovings) in der Weise wickelt, daß sie wedung sind die Fasern oder Faserverbände im Quersteg 45 nigstens teilweise in Längsrichtung zwischen den Seiunter einem Winkel Λ ^ 40° zur Stegmittellinie verlau- tendornen und an der Stirnseite des Wickeldoms in fend angeordnet Zweckmäßigerweise werden die Fa- Querrichtung verlaufen, die Fasern oder Faserverbände sern bzw. Faserverbäride in mehreren Lagen übereinan- vor, während oder nach dem Wickeln mit einem ungeder verlegt, wobei sich im Quersteg die Faserrichtungen härteten Harz tränkt, das Harz des Wickelkörpers aus-Cbereinander liegender Lagen kreuzen. Der Kreuzungs- 50 härtet und schließlich die so gebildeten Kreuzgelenkwinkel ist demnach vorzugsweise kleiner als 80°, insbe- hälften nach Entfernen der Seitendorne vom Wickelsondere liegt er in dem Bereich von 30 bis 60". Durch die dorn abzieht Die auf solche Art und Weise hergestellkreuzweise Anordnung wenigstens eines Teils der durch ten Kreuzgelenkhälften bedürfen im allgemeinen keiner den Quersteg laufenden Faserverbände wird eine be- weiteren Nachbarbeitung, weil die Formgebung bereits sonders gute Stabilisierung der Längsstege gegen Ver- 55 bei der Fertigung erfolgte. Entsprechend den späteren formungen unter Einwirkung starker Drehmomente er- Beanspruchungen dsr Hälften können.geeignete Faierreicht. werkstoffe und Matrix-Harze und ein Faser^Lageplan

Zweckmäßigerweise sind die durch die Längsstege ausgewählt werden, wobei dem letzteren im allgemeigeführten Fasern oder Faserverbände an den für die nen eine spezielle Berechnung zugrunde liegt. Die Dor-Lagerbuchsen vorgesehenen Bohrungen umgelenkt. 60 ne sind für eine Vielzahl von Wicklungen wiederver-Auf diese Weise wird ein gutes Abstützen der Lager- wendbar und bestehen beispielsweise aus verchromten buchse sowie eine gute Kraftübertragung von der La- Stahl. Als Material für die Verstärkungsfasern kommen gerbuchse durch den Längssteg in das ubertragungs- Glas (insbesondere Al₂O₃ und MgO-rciches; S-Glas), rohr erzielt. Zudem Werden die Fasern selbst nicht be- Kohlenstoff, Stahl sowie Kunststoffe, wie etwa Polyaschädigt, wie dies btfi mechanischer Bearbeitung der 65 mid, in Betracht. Geeignete Matrix-Kunstharze sind Po-Fall ist. lyepoxid- oder Polyesterharze.

Die Längsstege sind vorzugsweise wenigstens innen- Zweckmäßigerweise wickelt man die Fasern bzw. Fa-

seitig in einem Bereich uifj ihre Bohrungen herum eben serverbände in mehreren sich kreuzenden Lagen über-

einander. Zum Bilden des Querstegs wickelt man die Fasern oder Faserverbände unter einem Winkel λ £ 40° zur Mittellinie zwischen den Seitendornen für die Seitenöffnungen über die Stirnseite des Wickeldorns. Der Kreuzungswinkel zwischen aufeinanderlie- genden Lagen wird insbesondere im Bereich von 30 bis 60° gewählt. Kleinere Kreuzungswinkel sind jedoch auch möglich. Um ein gutes Übertragen der Kraft aus den Stegen in den Rohrbereich der Kreuzgelenkhälfte zu gewährleisten, lenkt man zweckmäßigerweise beim Wickeln die aus dem Rohrbereich kommenden Fasern bzw. Faserverbände zum Teil an den Seitendornen um und/oder führt sie um die Seitendorne herum wieder in den Rohrbereich zurück. Hierdurch werden auch die Randzonen der Stege verstärkt und ein breiter Abstütz- is winkel für die Längsstege realisiert.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. t die Seitenansicht eines Kreuzgelenks mit einer

eriiiiuüiigsgeinSucn GcrcrikiiSiitc. teilweise im SCnfiiü; 3ü

Fig.2 einen Schnitt nach der Linie H-Il der Fig. I. und

F i g. 3 eine Seitenansicht einer Kreuzgelenkwelle mit erfindungsgemäß ausgebildeten Kreuzgelenkhälften an beiden Enden, teilweise im Schnitt.

Bei der in den F i g. t und 2 dargestellten Ausführungsform des Kreuzgelenks weist die Kreuzgelenkhälfte 2 ein zylindrisches Rohrstück 5 auf. an welches sich zwei einander diametral gegenüberstehende Längsstege 13 anschließen, deren Enden über einen Quersteg 10 verbunden sind. In den Längsstegen 13 sind zueinander fluchtende Bohrungen 9 vorgesehen, in welchen die Lagerbüchsen 7 mittels Befestigungsmitteln 8. etwa Sicherungsringe, angeordnet sind. Wie aus F i g. 2 ersichtlich, sind die Längsstege 13 zumindest in der Umgebung J5 der Bohrungen 9 eben ausgebildet, so daß sich eine ebene Anlagefläche 11 für die Befestigungsmittel 8 ergibt Ir. den Lagerbuchsen 7 ist ein Zanfenkreuz 14 mit einem Zapfenpaar in herkömmlicher Weise, insbesondere in Nadeln, gelagert. An dem anderen Zapfenpaar des Zapfenkreuzes 14 ist die Übertragungsgabel 4 angelenkt, welche den Flansch 16 trägt. Der Quersteg 10 verläuft zwischen den beiden Gabelarmen 17, 18 der Übertragungsgabel 4, von denen in F i g. I der vordere Arm nicht dargestellt ist

Wie aus F i g. 2 weiterhin ersichtlich ist, hat der Quersteg 10 an seinen beiden Längsseiten Einbuchtungen 10a, welche eine erhöhte Winkelbeweglichkeit des Zapfenkreuzes 14 um seine vertikale Achse ermöglichen. Aus F i g. 2 ist ferner erkennbar, daß der Steg 10 Faserverbände 6 enthält, von weichen ein Teil im wesentlichen parallel zur Stegmittellinie 12 verläuft, während ein anderer Teil der Faserverbände 6 unter einem Winkel λ zur Stegmittellinie 12 angeordnet ist Der Bahnwinkel α zur Mittellinie, der im allgemeinen kleiner als 40° ist, beträgt bei der dargestellten Ausführungsform etwa 27°. Der Kreuzungswinkel β aufeinanderliegender Bahnen ist demgemäß etwa 54°.

F i g. 3 zeigt ein aus faserverstärktem Kunststoff bestehendes Übertragungsrohr 1, in welches mittels KIe- beschichten 15 beidendig die erfindungsgemäßen Kreuzgelenkhälften 2 eingesetzt sind.

Die erfindungsgemäße Kreuzgelenkwelle zeichnet sich bei geringem Gewicht durch gute Winkelbeweglichkeit der Gelenke aus, ohne daß hierzu der Rohr- durchmesser größer ist als für die Drehmomentübertragung erforderlich. Die Form der Gelenkhälften ist für die hier angewandte Wickeltechnik günstig; die auf diese Weise hergestellte Kreuzgelenkhälften enthalten bereits die Seitenöffnutigen 3 und Bohrungen 9. Hierdurch ist eine weitere Bearbeitung im wesentlichen entbehrlich.

Bezugszeichenhste	Übertragungsrohr
1	Kreuzgelenkhälfte
2	Seitenöffnungen
3	Übertragungsgabel
4	Rohrsiück
5	Faserverband
6	Lagerbuchsen
7	Befestigungsmittel
8	Bohrungen
9	Quersteg
10	Einbuchtungen
10<i	Anlagefläche
U	rvüitcüinic des Quersiegs
■2	Längsstege
13	Zapfenkreuz
14	Klebeschichten
IS	Flansch
16	Gabelarm der Übertragungsgabel
17	Gabelarm der Übertragungsgabcl
18	Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

- mehreren, sich kreuzenden Lagen übereinander wik-

- Patentansprüche: : " kelt ij . < : :'

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch

' I^ Kreuzgelenkhälfte aus faserverstärktem Kunst- ■ gekennzeichnet, daß man die Fasern oder Faserverstoff, insbesondere für hohe Drehmomentkapazität, 5 bände unter einem Winkel λ S 40° zur Mittellinie in welchem ein Zapfenkreuz mit angelenktem Ab- über die Stirnseite des Wickeldorns wickelt,
triebskörper in einander radial gegenüberliegenden 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, Bohrungen schwenkbar gelagert werden kann, da- dadurch gekennzeichnet, daß man beim Wickeln die durch gekennzeichnet, daß am Ende eines Fasern bzw. Faserverbände zum Teil an deri Seiten-Rohrstücks (5) zwei sich diametral gegenüberste- 10 dornen umlenkt und/oder um diese herumführt
hende, an ihren Enden durch einen Quersteg (10) -

einstückig verbundene Längsstege (13) angeordnet

sind, in weichen je eine der Bohrungen (9) enthalten
ist, und die Verstärkungsfasern oder Faserverbände

(6) von dem einen Längssteg (13) ausgehend durch is Die Erfindung betrifft eine Kreuzgelenkhälfte aus faden Quersteg (10) in den anderen Längssteg (13) serverstärktem Kunststoff, insbesondere für hohe Drehverlaufend angeordnet sind, momentkapazität, in welchem ein Zapfenkreuz mit an-

2. Kreuzgelenkhälfte nach Anspruch 1, dadurch gelenktem Abtriebskörper in einander; radial gegengekennzeichnet, daß die Fasern oder Faserverbände überliegenden Bohrungen schwenkbar gelagert werden (6) im Quersteg (10) zur Stegmittellinie (12) unter 20 kann. Die Erfindung erstreckt sich auch auf ein Verfaheinem Winkel cc S 40° verlaufend angeordnet sind. ren zum Herstellen solcher Kreuzgelenkhälften.

3. Kreuzgeienkhälfte nach Anspruch 1 oder 2,~da- Bei Kreuzgelenkwellen für größere Belastungen müsdurch gekennzeichnet, daß die Fasern oder Faser- sen die das Zapfenkreuz lagernden Übertragungsgabeln verbände (6) in mehreren Lagen übereinander ange- so beschaffen sein, daß die bei der Drehmomentübertraordnet sind, wobei sich im Quersteg (10) die Faser- 25 gung wirksamen Kräfte an den Gabelarmpaaren sicher richtungen benachbarter Lagen kreuzen. aufgenommen werden können, ohne daß sie sich ausein-

4. Kreuzgelenkhälfte nach finem der Ansprüche 1 . anderbiegen oder anderweitig verformen. Diese Vorbis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die aussetzung ist bei Kreuzgelenkwellen aus Stahl allein Längsstege (13) geführten Fasern oder Faserverbän- schon aufgrund der Materialeigenschaften erfüllt.

de (6) an den Bohrungen (9) umgelenkt sind. 30 Im Zuge der Gewichtseinsparung im Automobilbau

5. Kreuzgelenkhälfte nach einem der Ansprüche 1 geht das Bestreben dahin, auch das Gewicht der Gebis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsstege fenkwellen zu verringern. In der DE-OS 28 18 167 wur-(13) wenigstens innenseitig in einem Bereich um ihre de bereits eine Kreuzgelenkwelle vorgeschlagen, deren Bohrungen (9) herum eben ausgebildet sind. Übertragungsrohr aus faserverstärktem Kunststoff be-

6. Kreuzgelenkhälfte nach er*«m der Ansprüche 1 35 steht und auf dem Wege des Wickeins von harzgetränkbis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des ten Fasern auf einem Dorn hergestellt ist Das Rohrende Querstegs (10) zur Stegmitte hin verringert ist ist dabei verdickt ausgebildet; nach Fertigstellen des

7. Kreuzgelenkhälfte nach einem der Ansprüche 1 Übertragungsrohres werden an den verdickten Enden bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (5) Bohrungen für die Aufnahme der Lagerbuchsen angezum anderen Ende hin zylindrisch geformt ist. 40 bracht Infolge der Lagerung des £apfenkreuzes in ειδ. Kreuzgelenkhälfte nach einem der Ansprüche 1 nem verstärkten Rohrende können zwar festigkeitsmä-

bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (5) ßige Nachteile des faserverstärkten Kunststoffs gegen-

durch Klebeschichten (15) mit dem Übertragung:-- über Stahl verringert werden, jedoch muß der das Zap-

rohr (1) einer Kreuzgelenkwelle verbunden ist, ins- fenkreuz aufnehmende Endteil der Rohrwelle einen so

besondere in dieses eingeklebt ist 45 großen Durchmesser haben, daß sich der anschließende

9. Kreuzgelenkwelle nach einem der Ansprüche I gabelartige Übertragungsteil innerhalb des Rohres gebis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrsiück (5) nügend frei bewegen kann, also ein ausreichender Beuan das aus faserverstärktem Kunststoff gebildete gungswinkel gewährleistet ist. Bei dieser Lösung ist da-Übertragungsrohr (1) einer Kreuzgelenkwelle ange- her ein Rohrdurchraesser erforderlich, welcher für die wickelt ist 50 zu übertragenden Drehmomente an sich nicht benötigt

10. Verfahren zur Herstellung des Kreuzgelenk- wird. Die in der EP-Anmeldung 00 30 996 beschriebene körpers nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch und dargestellte Lösung, eine Rohrwelle aus faservergekennzeichnet, daß man auf einen Wickeldorn, wel- slärktem Kunstharzmaterial mit Gelenkgabeln aus eher eine der Kreuzgelenkhälfte entsprechende Stahl zu bestücken, ist durch die Stahl/Kunstharz-VerForm hat und mit zwei entfernbaren Seitendornpaa- 55 bindung relativ problematisch.

ren für das Bilden der Seitenöffnungen und Bohrun- Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zügen versehen ist, Fasern oder Faserverbände (Ro- gründe, eine Kreuzgelenkhälfte für die Zapfenkreuzlavings) in der Weise wickelt, daß sie wenigstens teil- gerung an Gelenkwellen, insbesondere für höhere weise in Längsrichtung zwischen den Seitendornen Drehmomentkapazitäten, zu schaffen, bei welcher bei und an der Stirnseite des Wickeldorns in Querrich- 60 geringem Gewicht und geringem Rotationsdurchmestung verlaufen, die Fasern oder Faserverbände vor, ser sowie großem Beugewinkel auch beim Übertragen während oder nach dem Wickeln mit einem unge- größerer Drehmomente keine unzulässigen Dreh- oder härteten Harz tränkt, das Harz des Wickelkörpers Biegeverformungen auftreten.

aushärtet und schließlich den so gebildeten Kreuz- Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung im

gelenkkörper nach Entfernen der Seitendorne von 65 wesentlichen durch eine Kreuzgelenkhälfte, bei welcher

dem Wickeldorn abzieht. am Ende eines Rohrstücks zwei sich diametral gegen-

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn- überstehende, an ihren Enden durch einen Quersteg einzeichnet, daß man die Fasern oder Faserverbände in stückig verbundene Längsstege angeordnet sind, in wel-