DE4108218A1 - Kreuzgelenk fuer lenkwellen in kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kreuzgelenk für Lenkwellen in Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein solches Kreuzgelenk ist aus der EP 01 72 398 A1 bekannt. Zur Erzielung einer drehfesten Verbindung zwischen den Armen der Gelenkgabeln und dem Kupplungsglied dienen kleine Kugeln, die einerseits in Ausnehmungen am Außenumfang des Kupplungsgliedes und andererseits in Ausnehmungen an der Innenseite der Arme der Gelenkgabeln einfassen. Diese Ausbildung ist auf Kreuzgelenke aus einem spritzbaren Werkstoff beschränkt und für metallische Lenkwellen mit metallischen Gelenkgabeln nicht geeignet.

Aus der DE 34 07 826 C2 ist ein Kreuzgelenk mit einer glockenförmigen Ausbildung an dem einen Wellenende bekannt, die einen sphärischen Innenraum aufweist, der ein darin um eine quer zur Längsachse der Welle liegende Gelenkachse bewegliches Kupplungsglied aufnimmt, welches mit dem anderen Wellenende um eine zweite, zu der ersteren um 90° versetzten, jedoch in gleicher Ebene liegenden Gelenkachse gelenkig verbunden ist. Diese Gelenkverbindung liegt innerhalb des Kupplungsgliedes in einer einseitig offenen und die Gelenkbewegung begrenzenden Ausnehmung. Eine solche Gelenkkupplung weist geringe Außenabmessungen auf und eignet sich daher besonders für die Anwendung in Lenkwellen von Kraftfahrzeugen mit verstellbarer Neigung des Lenkrades, bei denen im allgemeinen nur wenig Einbauraum zur Verfügung steht.

Aufgabe der Erfindung ist die Weiterentwicklung solcher Kreuzgelenke im Hinblick auf die Sicherheit bei der spielfreien und leichtgängigen Übertragung größerer Drehmomente auf engstem Raum unter Berücksichtigung einer wirtschaftlichen Herstellung großer Stückzahlen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Merkmale nach dem Patentanspruch 1.

Eine solches Kreuzgelenk erfüllt die aus der Aufgabenstellung abgeleiteten Forderungen. Es wird eine größtmögliche Sicherheit bei der spielfreien und leichtgängigen Übertragung größerer Drehmomente, wie sie zum Beispiel von Servolenkeinrichtungen ausgehen, erreicht, ergibt minimale Einbaumaße und gestattet die Herstellung in großen Stückzahlen mit wirtschaftlichen Mitteln.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sollen die Kugelflächen einen Krümmungsradius aufweisen, welcher kleiner ist als der Abstand der kugeligen Flächen vom Mittelpunkt des Gelenkachsenkreuzes, vorzugsweise etwa 50% dieses Abstandes beträgt.

In den Unteransprüchen 3 bis 5 sind weitere vorteilhafte Gestaltungsmerkmale der Erfindung in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsbeispielen enthalten.

Bevorzugt wird bei der Realisierung der Erfindung eine Gestaltung der Gelenkgabeln aus Blech, weil solche Blechteile einerseits eine wirtschaftliche Herstellung der Kupplungselemente ermöglichen und andererseits die spielfreie Montage einer Gelenkkupplung mit den Erfindungsmerkmalen erleichtert, wie es weiter unten in Verbindung mit Ausführungsbeispielen noch näher erläutert wird.

Solche Ausführungsbeispiele sind auf der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer als Kreuzgelenk ausgebildeten Gelenkkupplung mit teilweiser Schnittdarstellung,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Darstellung entsprechend Fig. 1, einer gegenüber dieser jedoch abgeänderten Ausführung eines Kreuzgelenks,

Fig. 4 ein Schaubild zur Veranschaulichung eines Arbeitsverfahrens zur Herstellung eines Kreuz­ gelenkes nach Fig. 3,

Fig. 5 in Seitenansicht und Längsschnitt ein Kreuz­ gelenk, bei dem das Kupplungsglied durch Zapfen um deren Längsachse drehbeweglich mit den Gelenkgabeln an den Wellenenden verbunden ist, und

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 5,

In der Fig. 1 ist ein Kreuzgelenk dargestellt. Die beiden benachbarten, koaxial zueinander angeordneten Wellenenden 1 und 2 sind in Gelenkgabeln 4 und 5 befestigt und durch ein Kupplungsglied 3 gelenkig miteinander verbunden. Die beiden Gelenkgabeln 4 und 5 sind um 90° zueinander versetzt angeordnet, so daß die Gelenkgabel 4 gegenüber dem Kupplungsglied 3 um die Querachse 6 und die Gelenkgabel 5 gegenüber dem Kupplungsglied 3 um die Querachse 7 beweglich ist. Beide Querachsen 6 und 7 liegen bei dem Ausführungsbeispiel in einer Ebene quer zur Längsachse 16 der Lenkwelle. Beide Gelenkgabeln 4 und 5 übergreifen mit einer sphärischen Innenkontur eine entsprechend gestaltete Außenkontur des Kupplungsgliedes 3. Zur Erzielung einer um die Längsachse 16 drehfesten und in Längsrichtung der Welle zug­ und druckfesten Verbindung ist das Kupplungsglied 3 kreuzförmig mit je zwei sich diametral zur Längsachse 16 gegenüberliegenden Kreuzarmen 8 und 9 ausgebildet, von denen die Kreuzarme 8 mit der Gelenkgabel 4 und die Kreuzarme 9 mit der Gelenkgabel 5 zusammenwirken. Die Außenkontur der Kreuzarme 8 und 9 ist kugelig ausgebildet, und entsprechend kugelig ist die Innenseite der die Kugelflächen der Kreuzarme berührenden Innenfläche der Arme der Gelenkgabeln 4 und 5 gestaltet. Der Krümmungsradius 10 der Kugelflächen an der Außenseite der Kreuzarme 8 und 9 des Kupplungsgliedes 3 ist jedoch kleiner als der Abstand 11 der Kugelflächen vom Mittelpunkt 12 des Gelenkachsenkreuzes. Jede Gelenkgabel übergreift mit ihren beiden Gabelarmen je zwei diametral zueinander am Kupplungsglied 3 angeordnete Kugelflächen spielfrei, jedoch auf diesen Kugelflächen gleitend beweglich, so daß diese Gelenkgabel um die zwischen ihren beiden Gabelarmen quer verlaufende Achse gegenüber dem Kupplungsglied verschwenkbar ist. Bewegungen in anderen Richtungen sind jedoch ausgeschlossen, so daß beide Gelenkgabeln die Funktion eines Kreuzgelenkes erfüllen und in Längsrichtung der Wellenenden 1 und 2 Zug- und Druckkräfte übertragen können. Dazu ist es erforderlich, daß die Arme der Gelenkgabeln 4 und 5 die ihnen zugeordneten Kugelflächen am Verbindungsglied über die Scheitelebene der Kugelflächen hinaus spielfrei umgreifen, wie es auf der Zeichnung in den Fig. 1 und 3 dargestellt ist.

Das Kupplungsglied 3 kann aus Sinterwerkstoff oder auch aus einem geeigneten Kunststoff bestehen. Bei Herstellung des Kupplungsgliedes aus einem geeigneten Kunststoff kann das Kupplungsglied 3 im Wege eines Spritzverfahrens in an sich bekannter Weise durch Einspritzen hergestellt werden, wozu die beiden Gelenkgabeln 4 und 5 in einer Form paßgerecht fixiert werden, bevor das Einspritzen des Werkstoffes für das Kupplungsglied erfolgt. Solche Arbeitsverfahren sind bekannt und werden hier nicht näher erläutert. Bei Herstellung des Kupplungsgliedes 3 aus Metall, vorzugsweise aus einem Sinterwerkstoff, werden die Gelenkgabeln 4 und 5 zunächst in eine Vormontageposition gebracht, bei der die Gabelarme schräg nach außen gerichtet sind, so daß das Kupplungsglied 3 in die beiden etwas geöffneten Arme beider Gelenkgabeln eingesetzt werden kann, bevor diese in ihre endgültige Position zur Längsachse 16 hin zusammengedrückt werden. Dieser Montagevorgang wird durch die Darstellung in der Fig. 4 veranschaulicht, wobei das Maß der Aufbiegung der beiden Gabelarme jeder Gelenkgabel 4, 5 in der Fig. 4 mit 13 bezeichnet ist. Eine Abflachung 14 im Polbereich der Kugelausbildungen an den Kreuzarmen 8 und 9 erleichtert die Montage, ohne die Funktion des Kreuzgelenkes zu beeinträchtigen. Diese Abflachung 14 erleichtert außerdem die Herstellung und verbessert die Funktion des Gelenkes.

Das Ausführungsbeispiel in der Fig. 5 zeigt eine zusätzliche Verbindung des Kupplungsgliedes 3 mit den Armen der Gelenkgabel 4 bzw. 5 durch Zapfen 15, die mit ihren Achsen konzentrisch zur Schwenkachse der zugehörigen Gelenkgabel angeordnet sind. Das Beispiel der Fig. 5 zeigt die Befestigung solcher Zapfen 15 durch Verschweißung mit den Armen der Gelenkgabel 5, so daß die Gelenkgabel 5 zusammen mit den Zapfen um die zugehörige Schwenkachse 7 gegenüber dem Kupplungsglied 3 beweglich ist. Entsprechend sind auch mit den Armen der anderen Gelenkgabel 4 Zapfen 15 verbunden, die zusammen mit dieser Gelenkgabel 4 um die andere Querachse 6 schwenkbar sind.

In der Fig. 6 ist eine vergleichbare Ausbildung in Verbindung mit einem Kupplungsglied 3 dargestellt, welches nachträglich in einer Form durch einen Spritzvorgang hergestellt wurde.

Bezugszeichenliste:

 1 Wellenende
 2 Wellenende
 3 Kupplungsglied
 4 Gelenkgabel
 5 Gelenkgabel
 6 Querachse
 7 Querachse
 8 Kreuzarme
 9 Kreuzarme
10 Krümmungsradius
11 Abstand
12 Mittelpunkt
13 Aufbiegemaß
14 Abflachung
15 Zapfen
16 Längsachse

Claims (6)

1. Kreuzgelenk für Lenkwellen in Kraftfahrzeugen, bei dem Gelenkgabeln an den einander axial gegenüberliegenden Wellenenden durch ein Kupplungsglied um zwei Gelenkachsen beweglich miteinander verbunden sind, die in einer Querebene zur Längsachse der Lenkwelle einen Winkel von 90° miteinander einschließen, und bei dem Kugelkonturen an der Innenseite der Gabelarme und komplementäre Kugelkonturen, die dem Kupplungsglied zugeordnet sind, um die Längsachse der Lenkwelle drehfest ineinandergreifen, dadurch gekennzeichnet, daß Kugelflächen sich paarweise diametral zur Längsachse (16) der Lenkwelle gegenüberliegend am Außenumfang des Kupplungsgliedes (3) mit einem Radius (10), der kleiner ist als der Abstand der Kugelfläche von der Mitte (12) des Gelenkachsenkreuzes, ausgebildet sind und in komplementäre Kugelausnehmungen an der Innenseite der Gabelarme spielfrei eingreifen.

2. Kreuzgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (10) der kugeligen Bereiche etwa 50% des Abstandes der kugeligen Flächen vom Mittelpunkt (12) des Gelenkachsenkreuzes beträgt.

3. Kreuzgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Armen der Gelenkgabeln (4, 5) Zapfen (15) vorgesehen sind, die koaxial zur Gelenkachse (6, 7) drehbeweglich in eine Bohrung des Kupplungsgliedes (3) eingreifen.

4. Kreuzgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsglied (3) aus einem Kunststoff mit begrenzter Elastizität und guten Gleiteigenschaften besteht.

5. Kreuzgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsglied (3) aus einem Sinterwerkstoff besteht.

6. Arbeitsverfahren zur Herstellung eines Kreuzgelenks nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelausnehmungen an im vormontierten Zustand offenen, nach außen gespreizten Armen der Gelenkgabeln (4, 5) angeordnet sind und diese erst nach dem Einsetzen des Kupplungsgliedes (3) in den Endzustand nach innen verformt werden.