DE3327297A1

DE3327297A1 - Kardangelenk

Info

Publication number: DE3327297A1
Application number: DE19833327297
Authority: DE
Inventors: Robert G. 43612 Toledo Ohio Joyner
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1982-08-09
Filing date: 1983-07-28
Publication date: 1984-02-09
Anticipated expiration: 2003-07-29
Also published as: FR2531508B1; SE454798B; IT1186796B; CA1228487A; JPS5947526A; GB8320933D0; NL8302637A; ES273934Y; KR840005779A; US4522608A; SE8304302D0; AU1767883A; BE897315A; AU562670B2; JPH0475402B2; SE8304302L; ES273934U; IT8348825A0; DE8321788U1; DE3327297C2

Description

Patantanwälie Dr. rer. nat. Thomas Deren dt

Br.-Jng. Kane Leyh Innere IVicr.cr ΓΊγ. 20 - D ßCCO Möncnsn CO

Unser Zeichen: A 14 676 Lh/fi

DANA CORPORATION 4500 Dorr Street Toledo, Ohio, U.S.A.

Kardangelenk

A 14 676

Dana Corporation

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Kardangelenk oder Kreuzgelenk und insbesondere den Gabelkopf oder das Joch von Kreuzgelenken.

Kardangelenke, insbesondere solche für den Antrieb von Fahrzeugen, werden für schnelle Drehung unter beträchtlichen Torsionsbelastungen entworfen. Wie bekannt, müssen bei Kardangelenken die Komponenten, z.b. die Joche, sorgfältig ausgewuchtet sein. Besonders bei den Jochen ist das Auswuchten wichtig, da diese einen relativ hohen Anteil an der Masse des Gelenkes haben, der in einem beträchtlichen Abstand von den Drehachsen der Gelenke angeordnet ist.

Die einzelnen Teile der Kardangelenke, wie z.B. die Joche,werden vor dem Zusammenbau ausgewuchtet. Ein typisches Auswuchtverfahren für die Joche besteht darin, in das fertige Joch Löcher zu bohren, um überschüssiges Material auf der schweren Seite des Joches zu entfernen. Eine typische Praxis beim Auswuchten der Joche umfaßt das Bohren verschiedener flacher Auswuchtlöcher auf der Rückfläche des Flansches des Joches nahe seinem äußeren Umfang. Die traditionelle Praxis besteht darin, die Auswuchtlöcher radial auswärts zum Umfang des Flansches zu legen, soweit wie möglich von der Drehachse des Flansches entfernt, um eine möglichst hohe Wirkung zu erreichen.

Hier entstehen eine Reihe von Problemen. Die Tiefe der Auswuchtbohrungen ist begrenzt durch die Dicke des Flansches und ihr Durchmesser muß klein genug sein, um eine Beschädigung des Führungsringes an der Rückfläche des Flansches zu vermeiden. Es ist dabei oft der Fall, daß eines oder zwei der kleinen flachen Auswuchtlöcher nicht ausreichen, um genügend Material an der schweren Seite des Flansches zu entfernen, weshalb mehrere Löcher längs des Umfangs des Flansches in Bereichen gebohrt werden müssen, in denen sie nicht sehr wirksam sind.

Mit der zunehmenden Verwendung von leichteren Materialien mit niedrigerer Dichte₅ wie z.B. Gußeisen, ist es oft erforderlich, ein größeres Materialvolumen beim Auswuchten zu entfernen, d.h. größere Auswuchtbohrungen zu verwenden. Bei den Herstellern entstehen dabei Probleme, weil wenig Platz zur Entfernung zusätzlichen Materials vorhanden ist. Diese Probleme könnten reduziert werden durch größere Sorgfalt und Genauigkeit bei den vorherigen Herste!!schritten, z.B. beim Gießen und der maschinellen Bearbeitung, durch Einhaltung enger Toleranzen. Kleine Toleranzen erfordern jedoch zusätzliche Anstrengungen und Arbeitszeit und führen zu höheren Kosten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Gabelkopf oder das Joch eines Kardangelenkes so auszubilden, daß Ausgleichsbohrungen an einer optimalen Stelle angebracht werden können. Ferner sollen Ausgleichsbohrungen mit größerem Durchmesser und größerer Tiefe möglich sein. Die Erfindung ermöglicht es, mit größeren Toleranzen bei der Herstellung zu arbeiten, die auch bei der Verwendung von leichten Materialien größer gehalten werden können. Erfindungsgemäß ist hierzu ein Joch vorgesehen, mit einer Stirnfläche mit zwei axial verlaufenden Ansätzen, von denen jeder eine querverlaufende Lagerbohrung aufweist. Die Rückfläche des Flansches umfaßt eine Ausgleichsbohrung oder Auswuchtbohrung, die unterhalb von einem der Ansätze und radial einwärts von der radialen äußeren Fläche des Ansatzes angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Joch mit einer Konsole unter dem Ansatz versehen, in welche die Auswuchtbohrung gebohrt ist. Das Bohrloch kann sich vollständig durch den Flansch, und in den Ansatz hinein erstrecken. Die Erfindung eignet sich besonders für Jocheaus Gußeisen.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert.

Fig. 1 zeigt hierbei in Ansicht ein Joch eines Kardangelenkes nach dem Stand der Technik.

Fig. 2 zeigt eine Ansicht von unten auf das Joch nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt in Ansicht ein Joch nach der Erfindung und Fig. 4 zeigt eine Ansicht von unten auf das Joch von Fig. 3.

Zum vollen Verständnis der Erfindung ist es zweckmäßig, zunächst ein bekanntes Joch zu beschreiben. Die Fig. 1 und 2 zeigen ein typisches Joch aus geschmiedetem Stahl für ein Hochleistungs-Kardangelenk. Das Joch 10 hat einen ringförmigen Flansch 12 mit einer Stirnfläche 11 und einer Rückenfläche 13. Das Joch 10 hat eine Längsachse 18, um welche es drehbar ist.

Im wesentlichen senkrecht zur Stirnfläche 11 erstrecken sich zwei symmetrisch und in radialem Abstand angeordnete Ansätze 16. Jeder Ansatz enthält eine querverlaufende Lagerbohrung 22 zur Aufnahme eines Kreuzgelenkzapfens. Die Außenfläche jedes Ansatzes 16 enthält Sackbohrungen 23 zur Aufnahme von Deckel schrauben, die einen äußeren Laufring halten.

Jeder Ansatz 16 hat eine radiale Außenfläche 31 angrenzend an die Stirnfläche 11. Die Ansätze sind durch eine Rippe 35 verbunden, durch welche die Ansätze abgestützt und versteift werden. Die Rippe 35 ist mit sich gegenüberliegenden Aussparungen 43 versehen, die symmetrisch im Abstand zwischen den Ansätzen 16 liegen, um maximale Gelenkwinkel zu erlauben, wie an sich bekannt ist.

Wie Fig. 2 zeigt, ist die Rückfläche 13 des Flansches mit einem Absatz von etwa 1,5-3mm versehen, der als Führungsring 30 dient zur Zentrierung mit einem passenden Gegenflansch, wie an sich bekannt ist. Die Führungsringe können jeden geeigneten Durchmesser haben, der eine ausreichende Führung und Anpassung aneinander erlaubt. Auf einem Schraubenlochkreis sind in Umfangsrichtung Löcher 14 in Abständen ausgebildet zur Montage des Flansches an einem Gegenflansch. Die Löcher 14 erstrecken sich vollständig durch den Flansch 12. Die Rückfläche 13 ist mit einer Ausnehmung 16 unterhalb der Rippe 15 versehen zur Montage des Gegenflansches auf einer Transmissionswelle oder auf dem Ritzel einer Welle.

Die Rückfläche 13 ist ferner mit Auswuchtbohrungen 40 versehen, die in das Joch gebohrt sind, um.es um die Achse 18 auszuwuchten. Bei den bisher bekannten Kardangelenken sind die Auswuchtbohrungen 40 soweit wie möglich radial auswärts angeordnet und radial außerhalb der Außenflächen 31 der Ansätze 16. Dies ist die übliche Praxis, weil die Wirksamkeit einer Auswuchtbohrung geometrisch mit ihrem Abstand von der Drehachse 18 zunimmt,, Die Bohrungen 40 sind sehr flach, um zu vermeiden, daß sie durch den Flansch 12 hindurchbrechen und das Joch beschädigen. Es ist übliche Praxis, mehrere Auswuchtlöcher zu bohren, um genügend Material für die Auswuchtung des Joches entfernen zu können.

Eine bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Gemäß Fig. 3 besteht ein Joch 110 aus Gußeisen aus einem ringförmigen Flansch 112 mit einer Stirnfläche 111 und einer Rückfläche und es ist drehbar um eine Längsachse 118. Das Joch 110 hat zwei Ansätze die sich axial von der Stirnfläche 111 aus erstrecken und symmetrisch zur Achse 118 angeordnet sind. Jeder Ansatz hat eine querverlaufende Lagerbohrum 122 und Deckel schrauben 123. Die Ansätze 116 sind dicker ausgebildet als die Ansätze der Joche aus geschmiedetem Stahl, um ihnen zusätzliche Torsionsfestigkeit zu geben.

Jeder Ansatz 116 hat eine radiale Außenfläche 131 angrezend an die Stirnfläche 111 des Flansches. Die Ansätze sind durch eine Rippe 135 verbunden., durch welche sie abgestützt sind. Die Rippe 135 ist mit gegenüberliegenden Aussparungen 143 versehen, die symmetrisch im Abstand zwischen den Ansätzen ausgebildet sind, um einen maximalen Gelenkwinkel zu ermöglichen, wie an sich bekannt.

Wie Fig. 4 zeigt, ist die Rückfläche 113 des Flansches mit einem Führungsring 130 versehen. Montagebohrungen 114 sind angrenzend" an den Außenumfang des Flansches auf einem Lochkreis 115 ausgebildet. Die Rückfläche 113 hat eine Ausnehmung 136 unterhalb der Rippe 135 zur Aufnahme einer Ausgangswelle oder dergleichen.

Die Rückfläche 113 ist mit vier Auswucht-Konsolen 141 ausgestattet, die all-

gemein an den Ecken der elliptischen Ausnehmung 136 ausgebildet sind. Jede Konsole 141 ist um ein Maß 144 von etwa 3 mm gegen die axial äußerste Oberfläche der Rückfläche 113 zur Ausnehmung 136 hin zurückgesetzt (Fig. 3). Die Konsolen sind ersichtlich voneinander getrennt und unterscheidbar angeordnet, was eine schnelle Lokalisierung der entsprechenden Stellen zum Bohren der Auswuchtlöcher ermöglicht. Jede Konsole 141 ist generell unterhalb einer Seite jedes Ansatzes 116 angeordnet und sie verläuft in Axial richtung und geht in den zugeordneten Ansatz im wesentlichen gleichmäßig über.

Die Auswuchtbohrung 140 ist in eine der Konsolen 141 gebohrt, um das Joch TIO um die Achse 118 auszuwuchten. Eine zweite Auswuchtbohrung 140' kann in eine andere Konsole 141 gebohrt werden, wenn der schwere Abschnitt des Joches zwischen den Konsolen 141 liegt. Die Löcher 140 und 140' können unterschiedliche Größen oder Tiefen haben, wenn der Schwerpunkt nicht halbwegs zwischen den Konsolen 141 liegt.

Im Gegensatz zu bisherigen Geräten, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, sind die Auswuchtbohrungen 140 radial einwärts von den radialen Außenflächen 131 der Ansätze 116 angeordnet. Dieses Konzept steht im Gegensatz zu dem orthodoxen bisherigen Verfahren, da die Auswuchtbohrungen 140 näher bei der Drehachse 118 liegen und daher an sich weniger wirksam sind, als Ausgleichslöcher gleicher Größe, die radial weiter auswärts angeordnet sind. Der radiale Außenumfang jeder Auswuchtbohrung liegt in einem Abstand von der Außenfläche 131 der Ansätze, der gleich oder größer ist als der Radius der Auswuchtbohrung, um ausreichend Material zu schaffen, um die strukturelle Integrität bzw. Festigkeit des Joches aufrechtzuerhalten.

Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Anordnung liegt darin, daß die Ausgleichsbohrungen, wie die Bohrung 140, wesentlich tiefer sein können, als dies bisher möglich war. Wie Fig. 3 zeigt, erstreckt sich die Bohrung 140 vollständig durch den Flansch 112 hindurch und in den Ansatz 116 hinein. Es können solche tiefen Bohrungen vorgesehen werden, ohne das Joch einschließlich der Ansätze 116 strukturell zu beeinträchtigen.

Alternativ können Auswuchtkonsolen 142 vorgesehen werden, generell eine unter jedem Ansatz 116, wie gestrichelt in Fig. 4 angedeutet ist. Die Konsolen 142 liegen im Mittelteil unter den Lagerbohrungen 122 und zwischen jedem Satz von Konsolen 141. Wenn die größeren Auswuchtkonsolen 142 benutzt werden, ist beim Bohren der Auswuchtlöcher im Mittelabschnitt der Konsolen 142 darauf zu achten, extrem tiefe Löcher zu vermeiden, und zu verhindern, daß diese sich bis in die Lagerbohrungen 122 erstrecken.

Die Erfindung ermöglicht in einfacherer Weise die Verwendung von Gußeisen für das Joch 10 anstelle von geschmiedetem Stahl. Obwohl ein Joch 110 aus Gußeisen etwa 10% mehr Material hat als Joche aus geschmiedetem Stahl, ist sein Gewicht nicht höher, da das spezifische Gewicht von Gußeisen etwa 90% desjenigen von geschmiedetem Stahl beträgt. Das spezifische Gewicht von Gußeisen beträgt etwa 7,03 kg/cm³ und dajenige von geschmiedetem Stahl etwa 7,77 kg/cm³.

Das Gußeisenmaterial für das Joch 110 ist ein perlitisches duktiles Eisen (SAE Spezifikation D7003). Das Gußeisen hat eine Zugfestigkeit von 70 kp/mm² und eine Streckgrenze von 49 kp/mm². Sein Dehnungsfaktor beträgt 3-5% und sein Elastizitätsmodul 1,53-1,67 · 10 kp/cm². Das Gußeisen hat eine Rockwell-Härte von C20-30 und eine Brinell-Härte von 229-285 BHN. Es ist ausreichend hart für die maschinelle Bearbeitung.

Claims

Dana Corporation - A 14 676 - Patentansprüche

1. Kardangelenk mit einem Joch mit einem ringförmigen Flansch mit einer Stirnfläche und einer Rückfläche, das um eine Achse drehbar ist, zwei Ansätze, die sich axial von der Stirnfläche aus erstrecken und symmetrisch zur Drehachse liegen, wobei jeder Ansatz eine radiale Außenfläche hat und mit einer quer zur Drehachse verlaufenden Lagerbohrung versehen ist, wobei die Lagerbohrungen miteinander fluchten_s dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückfläche wenigstens eine Auswuchtbohrung 140 ausgebildet ist, die unterhalb von einem der Ansätze (116) und radial einwärts von der radialen Außenfläche (131) dieses Ansatzes (116) liegt.

2. Kardangelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abstand zwischen dem radialen Außenumfang der Auswuchtbohrung (140) und der radialen Außenfläche (131) des Ansatzes (116) gleich oder größer als der Radius der Auswuchtbohrung(140) ist.

3. Kardangelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswuchtbohrung (140) sich axial durch den Flansch (112) und in den Ansatz (116) erstreckt.

4. Kardangelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückfläche (113) eine Mehrzahl von Schraubenlöchern ausgebildet ist, und daß sie mit einem Führungsring (130) zur Positionierung auf einem Gegenflansch versehen ist, und daß die Ausgleichsbohrung (140) radial im Abstand einwärts von dem Führungsring (130) angeordnet ist.

5. Kardangelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückfläche (113) eine Ausnehmung (136) zur Aufnahme einer Montage-Mutter ausgebildet ist, und daß die Rückfläche unterhalb von jedem der Ansätze (116) eine Konsole (141) aufweist, in der die Auswuchtbohrung (140) ausgebildet ist.

6. Kardangelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückfläche mit zwei Konsolen (141) unterhalb von jedem Ansatz (116) versehen ist, und daß die Konsolen (141) im Abstand voneinander auf gegenüberliegenden Seiten der querverlaufenden Lagerbohrung (122) der Ansätze (116) angeordnet sind.

7. Kardangelenk nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Konsole (141) gegen die Rückfläche (113) zurückgesetzt ist.

8. Kardangelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Konsole (141, 142) einen Querschnittsbereich hat, der im wesentlichen gleich dem Querschnittsbereich des Ansatzes (116) ist.

9. Kardangelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (110) aus Gußeisen besteht.