DE60127008T2

DE60127008T2 - Kreuzgelenk

Info

Publication number: DE60127008T2
Application number: DE60127008T
Authority: DE
Inventors: Robert A. Rochester Hills Wehner; Thomas J. Swartz Creek Oldenburg; Donald J. Rochester Hills Kurecka; Salvatore N. Rochester Hills Grupido
Original assignee: American Axle and Manufacturing Inc
Current assignee: American Axle and Manufacturing Inc
Priority date: 2000-02-01
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2021-01-31
Also published as: BR0100820A; JP2001234943A; EP1122452A1; BR0100820B1; KR20010078231A; DE60127008D1; US6280335B1; EP1122452B1; KR100673672B1; ES2281381T3

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Kreuzgelenk für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Im engeren Sinne betrifft die vorliegende Erfindung ein Kreuzgelenk, das mit einem Haltelement zum Befestigen einer Lagerschale in einer Gabel ausgerüstet ist.
2. Beschreibung
Wie allgemein bekannt ist, werden Kreuzgelenke im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen eingesetzt, um zwei Drehwellen unter variablen Winkelstellungen miteinander zu koppeln. Viele bekannte Kreuzgelenke haben zwei Gabeln, die an den Drehwellen befestigt sind. Die Gabeln sind durch eine Spinne oder ein Gelenkkreuz miteinander verbunden und dabei um unabhängige Achsen schwenkbar. Das Gelenkkreuz hat vier orthogonale Zapfen, wobei jeweils zwei einander gegenüber stehende und aufeinander ausgerichtete Zapfen in zwei fluchtenden Bohrungen einer Gabel befestigt sind. Typisch ist in jeder Bohrung eine Lagerschale befestigt, in der eine Lageranordnung so gehalten ist, dass jede Gabel um eines der Zapfenpaare geschwenkt werden kann.
Verschiedene Halteprinzipien wurden zum Befestigen der Lagerschalen an den Gabeln entwickelt, wobei die Drehachse einer jeden Gabel zentral auf die Drehachse des Gelenkkreuzes ausgerichtet ist. Bisherige Halteprinzipien für Lagerschalen sehen Nuten, Federscheiben und Sprengringe vor. Jedoch treten dabei ein oder mehrere Nachteile auf, zum Beispiel umfangreicher Fertigungsaufwand, begrenzte Wartungsmöglichkeit und hohe Herstellkosten. Insbesondere wird bei einem vorbekannten Kreuzgelenk zum axialen Halten der Lagerschalen ein ebener Sprengring verwendet, der in einer in die Bohrung der Gabelarme eingearbeiteten Umfangsnut sitzt. Durch die Abmessungstoleranzen einer jeden Komponente ergibt sich jedoch ein für die Sicherheit der Anordnung zu großer Abstand zwischen der Lagerschale und dem Sprengring. Daher ist zwischen der Lagerschale und dem Sprengring eine Federscheibe angeordnet, um das Lager vorzuspannen und auch das Gelenkkreuz in der Gabel zu zentrieren.
Andere Kreuzgelenk-Haltevorrichtungen sollen die Abmessungstoleranzen der Komponenten kompensieren, jedoch leidet darunter die Wartungsfreundlichkeit. Mehrere Beispiele von Lagerschalen-Halteanordnungen und -verfahren für konventionelle Kreuzgelenke sind in den Dokumenten US-A-3062026, 3178907 und 4000628 beschrieben.
Ein Kreuzgelenk nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus CH 358633 A bekannt. Dieses Kreuzgelenk enthält ein Halteelement mit einem Außenring, der eine erste Seite und eine zweite, in einer Nut einer Öffnung eines Gabelarms sitzende Seite hat. Die erste Seite des Halteelements liegt an der Stirnfläche einer Lagerschale an, um dadurch ein axiales Schieben der Lagerschale zu verhindern. In der Stirnfläche der Lagerschale ist eine Nut vorgesehen, in die ein abgebogenes Element eingesetzt ist, welches radial aus dem Ring nach innen steht, um dadurch ein Drehen der Lagerschale zu verhindern.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung soll nun die Nachteile vermeiden, die allgemein mit der Fertigung und der späteren Wartung vorbekannter Kreuzge lenke verbunden sind. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Anzahl der Komponenten und die erforderlichen Kosten zu reduzieren, die zur Konstruktion einer leicht zu wartenden Kreuzgelenkanordnung erforderlich sind.
Die vorliegende Erfindung ist auf ein Kreuzgelenk zum Verbinden zweier Drehwellen gerichtet. Das Kreuzgelenk enthält eine Gabel, deren Arm eine Öffnung hat. Diese enthält eine Ringnut. Das Kreuzgelenk enthält auch ein Gelenkkreuz mit einem Zapfen, wobei eine in der Öffnung vorgesehene Lagerschale auf dem Zapfen befestigt ist und ein Halteelement mit einem Außenring vorgesehen ist, der eine erste und eine zweite Seite hat. Das Halteelement hat ferner eine Federnase, die axial über die erste Seite hinaus ragt und in der Öffnung so angeordnet ist, dass sie auf die Lagerschale spannend einwirkt. Die zweite Seite des Halteelements ist mindestens teilweise in der Nut angeordnet.
Weitere Einsatzbereiche der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden eingehenden Beschreibung. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die eingehende Beschreibung sowie spezielle Beispiele zwar vorzugsweise Ausführungsformen der Erfindung betreffen, jedoch nur der Erläuterung dienen, da zahlreiche Änderungen und Modifikationen innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, dem Fachmann aus der eingehenden Beschreibung geläufig sind.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird besser verständlich aus der eingehenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen, in denen
1 eine perspektivische Darstellung eines Kreuzgelenks nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Kreuzgelenks nach 1 zeigt,
3 eine perspektivische Darstellung des Halteelements nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung zeigt,
4 eine Schnittansicht des in 3 gezeigten Halteelements zeigt, und
5 einen Teilschnitt einer der Gabeln des in 1 und 2 dargestellten Kreuzgelenks zeigt.
Eingehende Beschreibung des vorzugsweisen Ausführungsbeispieles
Allgemein ist die vorliegende Erfindung auf ein Kreuzgelenk für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zum Verbinden von Drehwellen gerichtet, deren Winkelstellung dabei veränderbar sein soll.
In 1 und 2 ist ein Kreuzgelenk dargestellt, das eine erste Welle 12 mit einer zweiten Welle 14 verbindet. Allgemein enthält das Kreuzgelenk 10 eine an einem Ende der ersten Welle 12 befestigte erste Gabel 16, eine an einem Ende der zweiten Welle 14 befestigte zweite Gabel 18 und ein die erste Gabel 16 mit der zweiten Gabel 18 verbindendes Gelenkkreuz 20. Die erste Gabel 16 hat zwei seitlich beabstandete Arme 22, die vorzugsweise zur Drehachse der ersten Welle 12 symmetrisch sind, welche durch die Konstruktionslinie A dargestellt ist. Die Arme 22 haben eine In nenfläche 24 und eine Außenfläche 26, zwischen denen eine Öffnung 28 liegt. Die Öffnungen 28 liegen auf einer ersten, durch eine Konstruktionslinie Y dargestellten Zapfenachse, welche die Drehachse A der ersten Welle 12 orthogonal schneidet. Jede Öffnung 28 ist eine Durchgangsöffnung und enthält eine Ringnut 30 zwischen der Innenfläche 24 und der Außenfläche 26.
Die zweite Gabel 18 hat zwei seitlich beabstandete Arme 32, die vorzugsweise symmetrisch zur Drehachse der zweiten Welle 14 sind, welche durch die Konstruktionslinie B dargestellt ist. Die Arme 32 haben eine Innenfläche 34 und eine Außenfläche 36 mit einer zwischen ihnen liegenden Öffnung 38. Die Öffnungen 38 sind auf eine zweite, durch die Konstruktionslinie Z dargestellte Zapfenachse ausgerichtet, die die Drehachse B der zweiten Welle 14 orthogonal schneidet. Die Öffnungen 38 sind Durchgangsöffnungen und haben eine Ringnut 40 zwischen der Innenfläche 34 und der Außenfläche 36. Es sei bemerkt, dass die Form und die Abmessung der Öffnungen 28 und 38 identisch oder unterschiedlich sein können, was von den Abmessungen des Gelenkkreuzes 20 abhängt. Es sei ferner bemerkt, dass die Ringnuten 30 und 40 durch Bearbeiten, durch Gießen oder ein ähnliches Verfahren eingebracht sein können.
Wie 2 am besten zeigt, hat das Gelenkkreuz 20 eine zentrale Nabe 42, von der ein erstes Paar Zapfen 44 und ein zweites Paar Zapfen 46 abstehen. Die ersten Zapfen 44 liegen orthogonal zu den zweiten Zapfen 46. Die ersten Zapfen 44 können in die Öffnungen 28 der Arme 22 der ersten Gabel 16 eingesetzt werden und sind dann axial mit der ersten Zapfenachse Y ausgerichtet. Ähnlich können die zweiten Zapfen 46 in die Öffnungen 38 der Arme 32 der zweiten Gabel 18 eingesetzt werden und sind dann axial mit der zweiten Zapfenachse Z ausgerichtet. Wenn die ersten Zapfen 44 und die zweiten Zapfen 46 in die erste Gabel 16 und die zweite Gabel 18 eingesetzt sind, liegen die Zapfenachsen Y und Z in einer gemeinsamen Ebene, die die Drehachse des Gelenkkreuzes 20 orthogonal schneidet, die in 1 durch die Konstruktionsebene C dargestellt ist. Das Kreuzgelenk 10 hat auch ein erstes Paar Lagerschalen 48, die in den Öffnungen 28 montiert werden können, und ein zweites Paar Lagerschalen 50, die in den Öffnungen 38 montiert werden können. Die ersten Lagerschalen 48 dienen zur Aufnahme und drehbaren Lagerung der ersten Zapfen 44 in den Öffnungen 28. Ähnlich dienen die zweiten Lagerschalen 50 zur Aufnahme und drehbaren Lagerung der zweiten Zapfen 46 in den Öffnungen 38. Die Lagerschalen 48 und 50 haben jeweils ein rohrförmiges Hülsensegment 49, das mit einem Endsegment 51 abgeschlossen ist. Eine Wälzlageranordnung 52 ist in dem Hülsensegment befestigt und hält darin drehbar die Zapfen 44 und 46. Außerdem sind elastomere Ringdichtungen 54 auf den Zapfen 44 und 46 angeordnet, um eine Abdichtung gegenüber dem offenen Ende der Hülsensegmente 49 der Lagerschalen 48 und 50 zu erzeugen.
Um das Kreuzgelenk 10 zu montieren, wird eine der Lagerschalen 48 auf einem der ersten Zapfen 44 befestigt, bevor dieser in seine entsprechende Öffnung 28 eingesetzt wird, so dass die Stirnfläche des Zapfens an das Endsegment 51 seiner zugeordneten Lagerschale anschlägt. Alternativ können die Zapfen 44 und 46 auch in die entsprechenden Öffnungen 28 und 38 eingesetzt und die Lagerschalen 48 und 50 danach in die Öffnungen 28 und 38 eingesetzt werden. Zum Beschreiben der Gelenkkreuzausrichtung und der Haltevorrichtung in Zuordnung zu den Gabeln 16 und 18 wird nun auf die 3, 4 und 5 Bezug genommen. Die folgende Beschreibung ist zwar speziell auf das Halten des Gelenkkreuzes 20 relativ zu der ersten Gabel 16 gerichtet, ein ähnlicher Prozess kommt aber auch für die zweite Gabel 18 in Betracht.
Ist die Drehachse A der ersten Welle 12 auf die Drehachse B der zweiten Welle 14 ausgerichtet, so bewirkt ein Halteelement 60 zusammen mit jeder Lagerschale 48, dass die vorstehend beschriebenen Komponenten ihre gegenseitige Zuordnung beibehalten. Wie 3 zeigt, hat das Halteelement 60 einen allgemein ebenen, C-förmigen Außenring 62 mit einer Oberseite 64 und einer Unterseite 66. Der Außenring hat ein erstes und ein zweites Ende 68 und 70 und darin vorgesehene Öffnungen 71, um das Einsetzen des Halteelements 60 zu erleichtern, wie im folgenden noch genauer beschrieben wird.
Wie 4 und 5 zeigen, hat das Halteelement 60 ferner mehrere radiale und konvergierende Federnasen 72, die über die Ebene der Unterseite 66 des Außenrings 62 um einen Betrag 74 hinausstehen. Um einen Widerstand gegen permanente Verformung während des Betriebs zu erzeugen, besteht das Halteelement 60 vorzugsweise aus einem elastischen Material wie Federstahl. Ferner ist dem Fachmann geläufig, dass eine einzelne Federnase 72 anstelle mehrerer, in den Zeichnungen dargestellter Federnasen verwendet werden kann, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Das vorzugsweise Ausführungsbeispiel zeigt die Federnase 72 als ein allgemein rechteckiges, ebenes Element. Es können aber auch andere geometrische Formen dafür vorgesehen sein, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen.
5 zeigt ein Kreuzgelenk 10 nach der vorliegenden Erfindung im montierten Zustand. Vorzugsweise wird das Halteelement 60 eingesetzt, indem der Außendurchmesser des Außenrings 62 mit einem (nicht dargestellten) Werkzeug, eingesetzt in die Öffnungen 71, reduziert und das Hal teelement 60 dann in die Öffnung 28 eingesetzt wird. Das Halteelement 60 wird in die Öffnung 28 eingesetzt, bis die Federnasen 72 axial komprimiert sind und federnd an dem Endsegment 51 der Lagerschale 48 anliegen. Nachdem das Halteelement 60 in der zugeordneten Ringnut 40 positioniert ist, wird das Werkzeug gelockert, und der Außenring 62 dehnt sich in die Ringnut 40 hinein. Der Fachmann wird erkennen, dass die Federnase als Element 72A gestrichelt dargestellt ist, um ihre Orientierung vor dem Anliegen an dem Endsegment 51 der Lagerschale 48 zu zeigen, während sie als Element 72 durchgezogen dargestellt ist, wenn sie installiert und gegenüber dem Normalzustand abgelenkt ist. Der Fachmann wird ferner erkennen, dass die Federnasen 72 vor dem Einsetzen um den Betrag 74 schräg stehen, um das Addieren von Komponententoleranzen zu kompensieren, wie oben beschrieben. Daher sollte der Betrag 74 so groß bemessen sein, dass nicht nur Komponententoleranzen berücksichtigt werden, sondern auch eine Vorspannung auf die Lagerschalen ausgeübt wird.
Es ist daher erkennbar, dass die Konfiguration und die Arbeitsweise des Kreuzgelenks 10 zu Fertigungsvorteilen und funktionellen Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik führt. Speziell verwendet das Kreuzgelenk 10 nach der vorliegenden Erfindung ein Halteelement zum Minimieren der Einzelteile, wodurch die Montage erleichtert und der Kostenaufwand für die Fertigung verringert wird.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf ein vorzugsweises Ausführungsbeispiel vorstehend beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt. Dem Fachmann ist jedoch geläufig, dass zahlreiche Abänderungen und äquivalente Ausführungen der einzelnen Elemente möglich sind, ohne vom Grundgedanken der in den Ansprüchen definierten Erfindung abzuweichen. Außerdem können zahlreiche Modifikationen zur Anpassung der durch die Erfindung gegebenen Lehre an eine bestimmten Situation oder ein Material vorgesehen werden, ohne vom wesentlichen Erfindungsumfang abzuweichen. Deshalb soll die Erfindung nicht auf das in den Zeichnungen dargestellte und vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel als bestmögliche Ausführungsart der Erfindung begrenzt werden, sondern die Erfindung soll jegliche Ausführungsformen einschließen, die unter die Beschreibung in den beigefügten Ansprüchen fallen.

Claims

Kreuzgelenk (10) umfassend: eine Gabel (16) mit einem Schenkel (22), den eine mit einer Ringnut (30) versehene Öffnung (28) durchsetzt; ein Gelenkkreuz (20) mit einem Zapfen; eine auf dem Zapfen (44) befestigte Lagerschale (48), die in der Öffnung (28) sitzt, und ein Halteelement (60) in der Ringnut (30) mit einem Außenring (62) mit einer ersten Seite (66) und einer mindestens teilweise in der Ringnut (30) sitzenden zweiten Seite (64), dadurch gekennzeichnet, das Halteelement (60) eine axial über die erste Seite (66) hinausragende Federnase (72) hat, die auf die Lagerschale (48) spannend einwirkt.
Kreuzgelenk nach Anspruch 1, bei dem das Halteelement (60) mehrere konvergierende Federnasen (72) hat, die von dem Außenring (62) radial abstehen.
Kreuzgelenk nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Lagerschale (48) ein Hülsensegment (49) und ein Endsegment (51) hat und die Federnase (72) auf das Endsegment (51) der Lagerschale (48) einwirkt.
Kreuzgelenk umfassend: eine erste, um eine erste Drehachse (A) drehbare Gabel (16) mit zwei ersten Armen (22), die jeweils eine sie durchsetzende erste Öffnung (28) haben, in der eine erste Ringnut (30) vorgesehen ist; eine zweite, um eine zweite Drehachse (B) drehbare Gabel (16) mit zwei zweiten Armen (32), die jeweils eine sie durchsetzende zweite Öffnung (38) haben, in der eine zweite Ringnut (40) vorgesehen ist; wobei die Drehachse (A) der ersten Gabel (16) mit der Drehachse (B) der zweiten Gabel (18) fluchtet, ein Gelenkkreuz (20) mit einem Paar erster Zapfen (44) und einem Paar zweiter Zapfen (46); ein Paar erster Lagerschalen (48) auf den ersten Zapfen (44) und in den ersten Öffnungen (28); ein Paar zweiter Lagerschalen (50) auf den zweiten Zapfen (46) und in den zweiten Öffnungen (38); und Haltelementen (60) in den ersten und in den zweiten Ringnuten (30; 40), die jeweils einen Außenring (62) mit einer ersten und einer zweiten Seite (66, 64) haben, wobei die zweiten Seiten (64) mindestens teilweise in den Ringnuten (30, 40) sitzen, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Halteelement (60) eine radiale Federnase (72) hat, und dass die Federnasen (72), axial über die ersten Seiten (66) so hinausragen, dass sie auf die ersten und die zweiten Lagerschalen (48, 50) spannend einwirken.
Kreuzgelenk nach Anspruch 4, bei dem die Federnase (72) auf ein Endsegment (51) der ersten und der zweiten Lagerschale (48, 50) einwirkt.
Kreuzgelenk nach Anspruch 4 oder 5, bei dem das Halteelement (60) mehrere Federnasen (72) hat, die von dem Außenring (62) radial und konvergierend abstehen.
Kreuzgelenk nach Anspruch 6, bei dem die Federnasen (72) axial um einen vorbestimmten Betrag über eine durch die erste Seite (66) definierte Ebene hinausragen, um Dimensionsunterschiede der Komponenten auszugleichen.