WO2000022312A1

WO2000022312A1 - Kreuzgelenk

Info

Publication number: WO2000022312A1
Application number: PCT/EP1999/006741
Authority: WO
Inventors: Erich Lunz
Original assignee: INA Wälzlager Schaeffler oHG
Priority date: 1998-10-08
Filing date: 1999-09-11
Publication date: 2000-04-20
Also published as: DE19846355A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kreuzgelenk (1) mit einem Kreuzstück ( 2), dessen vier gegenüberliegende Zapfen (7, 8, 11, 12) paarweise über je zwei Wälzlager in je einer von zwei Anschlußkonstruktionen aufgenommen sind. Die Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß das Kreuzstück (2) beidseitig in Zug- und in Druckrichtung zwischen einem ersten Zapfenpaar (6) verstärkt ist, wobei dieses erste Zapfenpaar (6) von einer ersten fixierbaren Anschlußkonstruktion (3) schwenkbar aufgenommen ist, während ein zweites Zapfenpaar (10) von einer zweiten Anschlußkonstruktion in Form einer klauenförmigen Gabel (4) aufgenommen ist, die auf Zug und auf Druck beanspruchbar ist und in Richtung des ersten Zapfenpaares (6) nach beiden Seiten schwenkbar ist. Auf diese Weise ist ein besonders steifes Kreuzgelenk (1) geschaffen, das sich insbesondere für den Einsatz in Werkzeugmaschinen des Hexapode-Typs eignet.

Description

Bezeichnung der Erfindung

Kreuzgelenk

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Kreuzgelenk mit einem Kreuzstück, dessen vier gegenüberliegende Zapfen paarweise über je zwei Wälzlager in je einer von zwei Anschlußkonstruktionen aufgenommen sind.

Hintergrund der Erfindung

Ein derartiges Kreuzgelenk ist beispielsweise aus der DE-AS 16 25 791 vorbekannt. Die paarweise gegenüberliegenden Zapfen sind über je zwei Wälzlager von je einer Gabel aufgenommen. Derartige auch als Kardange- lenk bezeichnete Kreuzgelenke werden bevorzugt in der KFZ-Industrie für die Übertragung von Drehmomenten eingesetzt.

Nachteilig dabei ist, daß derartige Kreuzgelenke für spezielle Anwendungsfälle im Werkzeugmaschinenbau nicht geeignet sind, da sie bei Auftreten von Zug- oder Druckkräften eine zu geringe Steifigkeit aufweisen. Dies bedeutet, das Kreuzstück kann durch Zug- oder Druckkräfte deformiert werden, so daß ein Werkzeugträger nicht mit der erforderlichen Präzision geführt werden kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kreuzgelenk zu entwickeln, das auch für Zug- und Druckkräfte ausgelegt ist und einen möglichst großen Schwenkwinkel zuläßt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 dadurch gelöst, daß das Kreuzstück beidseitig in Zug- und in Druckrichtung zwischen einem ersten Zapfenpaar verstärkt ist, wobei dieses erste Zapfenpaar von einer ersten fixierbaren Anschlußkonstruktion schwenkbar aufgenommen ist, während ein zweites Zapfenpaar von einer zweiten Anschlußkonstruktion in Form einer klauenförmigen Gabel aufgenommen ist, die auf Zug und auf Druck beanspruchbar ist und in Richtung des ersten Zapfenpaares nach beiden Seiten schwenkbar ist.

Unter fixierbarer Anschlußkonstruktion ist im erfindungsgemäßen Sinne zu verstehen, daß diese Anschlußkonstruktion an einer weiteren befestigbar ist, von der Zug- und Druckkräfte, die über die klauenförmige Gabel eingeleitet werden, sicher aufgenommen werden können. Um zu verhindern, daß die zwischen den zwei Zapfen liegende Achse durch diese eingebrachten Zugoder Druckkräfte gekrümmt wird, ist das Kreuzstück in der erfindungsgemäßen Weise zu verstärken, so daß den einwirkenden Kräften ein erhöhter Biegewiderstand entgegengesetzt werden kann. Dadurch ist sichergestellt, daß örtliche Lageverschiebungen des Kreuzgelenkes ausgeschlossen sind.

Nach Anspruch 2 ist vorgesehen, daß diese Biegemomentverstärkung derartig erfolgt, daß das Kreuzstück im Längsschnitt gesehen entlang der Achse des ersten Zapfenpaares einen kreisrunden Mittelteil aufweist. Dies be- deutet, das Kreuzstück ist zwischen zwei Zapfen in seinem Mittelteil nach beiden Richtungen verstärkt, so daß in der Biegeachse ein erhöhter Biegewiderstand erzeugt wird.

In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung nach Anpruch 3 soll die erste Anschlußkonstruktion zwei voneinander beabstandete Vorsprünge mit je einer Bohrung zur Aufnahme des ersten Zapfenpaares aufweisen, wobei die Vorsprünge durch einen mit einer Ausnehmung versehen Mittelteil miteinander verbunden sind, der an seiner Unterseite eine ebene Fläche mit einem Zentrierstift besitzt.

Die ebene Fläche und der Zentrierstift sorgen dafür, daß dieses Mittelteil in unkomplizierter Weise an einer erforderlichen Anschlußkonstruktion befestigt werden kann. Die Ausnehmung ist der Kontur des verstärkten Kreuzstückes angepaßt, d. h. sie nimmt einen halbkugelförmigen Verlauf und si- chert die erforderliche Schwenkbeweglichkeit des Kreuzgelenkes.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung nach Anspruch 4 sollen die Wälzlager als Nadellager, Kugellager oder als Kegelrollenlager ausgebildet und radial vorgespannt sein. Die Art der Wälzlagerung richtet sich nach den zu bewältigenden Zug- oder Druckkräften und die radiale Vorspannung sorgt dafür, daß eine Lageverschiebung durch auftretendes Lagerspiel verhindert ist.

Nach Anspruch 5 ist vorgesehen, daß die erfindungsgemäßen Kreuzgelenke in Werkzeugmaschinen des Typs Hexpode eingesetzt sind. Diese Werkzeugmaschinen einer neuen Generation sind dem Fachmann bekannt und bewegen im Gegensatz zu konventionellen Werkzeugmaschinen geringere Massen. Dies hat zur Folge, daß höhere Stellgeschwindigkeiten gefahren werden, wobei insbesondere die Steifigkeit zwischen Rahmen und Werk- zeugaufnahme sehr hoch sein muß. Eine Werkzeugmaschine kann aus mehreren Armen bestehen, die einerseits am Rahmen und andererseits an der Werkzeugaufnahme gelenkig befestigt sind. Dabei können die erfindungsgemäßen Kreuzgelenke in vorteilhafter Weise eingesetzt werden.

Schließlich geht aus Anspruch 6 hervor, daß die in den gegenüberliegenden Zapfen des Kreuzstückes je eine Sackiochbohrung angeordnet ist, in die ein Laserreflektor eingesetzt ist.

Mit Hilfe dieser Laserreflektoren, auch als Retroreflektoren bezeichnet, wird die exakte Lage alier Gelenke zueinander bestimmt, indem die Laserreflektoren mit einem Laser bestrichen werden. Über eine angeschlossene Rechnerauswertung wird über die Lage der Gelenke zueinander die Standortbestimmung des Werkzeugs vorgenomen, d.h. die Kalibrierung der Werkzeugmaschine. Desweiteren wird es möglich, erforderliche Genauigkeiten in der Fertigung schnell und kontinuierlich zu überwachen und zu sichern.

Die Erfindung wird nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht durch ein erfindungsgemäßes Kreuzgelenk,

Figur 2 eine Längsschnitt entlang der Achse A-A in Figur 1 ,

Figur 3 einen Längsschnitt entlang der Achse B-B in Figur 1 ,

Figur 4 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen

Kreuzstückes und

Figur 5 eine schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine des Hexapode-Systems. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Das in den Figuren 1 , 2 und 3 erfindungsgemäß dargestellte Kreuzgelenk 1 setzt sich aus den drei Hauptbestandteilen Kreuzstück 2, erste Anschluß- konstruktion 3 und einer zweiten Anschlußkonstruktion in Form einer klau- enförmigen Gabel 4 zusammen.

Das in Figur 4 einzeln dargestellte Kreuzstück 2 besteht aus einem ersten Zapfenpaar 6 mit gegenüberliegenden Zapfen 7 und 8, die im vorliegenden Fall mit je zwei Laufrillen für ein Kugellager ausgestattet sind. Senkrecht zur Achse A-A des ersten Zapfenpaares 6 erstreckt sich entlang seiner Achse B- B ein zweites Zapfenpaar 10 mit seinen Zapfen 11 und 12, die ebenfalls mit Laufrillen für ein Kugellager versehen sind. Zwischen den Zapfen 7 und 8 weist das Kreuzstück 2 ein Mittelteil 9 auf, das kreisförmig ausgestaltet ist.

Wie die Figuren 1 , 2 und 3 weiter zeigen, besitzt die erste Anschlußkonstruktion 3 zwei voneinander beabstandete Vorsprünge 13 und 14, die durch ein Mittelteil 17 miteinander verbunden sind, wobei dieses Mittelteil 17 wiederum eine halbkreisförmige Ausnehmung 18 aufweist. Darüber hinaus be- sitzt das Mittelteil 17 an seiner Unterseite eine ebene Fläche, aus der aus Gründen einer erleichterten Montage ein Zentrierstift 19 hervorsteht. Das erste Anschlußteil 3 wird nun mit Befestigungsschrauben 5 an einer weiteren Anschlußkonstruktion gehalten.

Das Kreuzstück 2 ist mit seinen Zapfen 7 und 8 über je ein Nadellager 20 in Bohrungen 15 und 16 der Vorsprünge 13 und 14 schwenkbar gelagert, wobei die Halterung mittels Deckscheiben 21 erfolgt. In den Stirnseiten der Zapfen 7, 8, 11 , 12 sind Sacklochbohrungen 31 , 32 vorhanden, in denen Schmiernippel 22 eingeschraubt sind, die mit Hilfe einer Abdeckkappe 23 geschützt sind. Das zweite Zapfenpaar 10 mit seinen Zapfen 11 und 12 ist wiederum über zwei Nadellager 20 von einer klauenförmigen Gabel 4 aufgenommen, wobei diese beidseitig in Richtung der Vorsprünge 13, 14 schwenkbar ist. Die klauenförmige Gabel 4 besteht aus zwei voneinander beabstandeten nicht näher bezeichneten Teilstücken, die das Mittelteil 9 des Kreuzstückes 2 umschließen und sich anschließend zu einem Kompaktteil vereinen. Wie die Figuren 2 und 3 zeigen, ergibt sich aus einer Neutralstellung in Richtung der Vorsprünge 13 und 14, d. h. in Richtung der Achse A-A ein Schwenkwinkel von je 45° und in Richtung der Achse B-B von je 90°.

Wird nun, wie in Figur 2 durch eine Kraftkomponente F dargestellt, das Kreuzstück 2 über die klauenförmige Gabel 4 mit einer Druckkraft beaufschlagt, so wird durch das kreisförmige Mittelteil 9 die Biegung des Kreuzstückes 2 entlang der Achsen A-A bzw. B-B verhindert, so daß eine besonders stabile Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kreuzgelenkes 1 ent- standen ist.

Die in Figur 5 abgebildete Werkzeugmaschine 24 ist mit mehreren je aus einander angeordneten Rohren 25, 26 gebildeten Teleskoparmen 27 versehen. Diese Teleskoparme 27 sind einerseits an einem Rahmen 28 und an- dererseits an einer Werkzeugaufnahme 29 befestigt. Die Werkzeugaufnahme 29 ist mit einem nicht näher dargestellten Werkzeug versehen, das von einem Motor 30 angetrieben wird. Durch Ein- bzw. Ausfahren eines oder mehrere Teleskoparme 27 läßt sich die Werkzeugaufnahme 29 in jede gewünschte Position im Raum bewegen. Die erfindungsgemäßen Kreuzgelen- ke können bei der abgebildeten Werkzeugmaschine 24 mittels der Befestigungsschrauben 5 am Rahmen 28 sicher fixiert werden. Durch deren Steifheit, d. h. durch die spezielle Ausbildung des Kreuzgelenkes 1 mit einem Mittelteil 9, ist das Kreuzgelenk 1 sowohl in Zug- als auch in Druckrichtung über die klauenförmige Gabel 4 besonders beanspruchbar, ohne daß uner- wünschte Biegungen auftreten. Werden nun, wie in den Figuren 1 und 2 angedeutet, die gegenüberliegenden Zapfen 7, 8, 11 und 12 des Kreuzstückes 2 im Bereich der Sacklochbohrungen 31 und 32 mit dem bereits beschriebenen Laserreflektor verse- hen, so kann über eine rechnergestützte Abtastung mit dem Laser die exakte räumliche Lage der Gelenke zueinander bestimmt werden.

Bezugszeichen

Kreuzgelenk 28 Rahmen

Kreuzstück 29 Werkzeugaufnahme erste Anschlußkonstruktion 30 Motor klauenförmige Gabel 31 Sacklochbohrung

Befestigungsschraube 32 Sacklochbohrung erstes Zapfenpaar

Zapfen A-A Achse

Zapfen B-B Achse

Mittelteil zweites Zapfenpaar

Zapfen

Vorsprung

Bohrung

Mittelteil

Ausnehmung

Zentrierstift

Nadellager

Deckscheibe

Schmiernippel

Abdeckkappe

Werkzeugmaschine

Rohr

Rohr Teleskoparm

Claims

Patentansprüche

1. Kreuzgelenk (1 ) mit einem Kreuzstück (2), dessen vier gegenüberliegen- de Zapfen (7, 8, 11 , 12) paarweise über je zwei Wälzlager in je einer von zwei Anschlußkonstruktionen aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Kreuzstück (2) beidseitig in Zug- und in Druckrichtung zwischen einem ersten Zapfenpaar (6) verstärkt ist, wobei dieses erste Zapfenpaar (6) von einer ersten fixierbaren Anschlußkonstrukion (3) schwenkbar aufgenommen ist, während ein zweites Zapfenpaar (10) von einer zweiten Anschlußkonstruktion in Form einer klauenförmigen Gabel (4) aufgenommen ist, die auf Zug und auf Druck beanspruchbar ist und in Richtung des ersten Zapfenpaares (6) nach beiden Seiten schwenkbar ist.

2. Kreuzgelenk (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Kreuzstück (2) im Längsschnitt gesehen entlang der Achse A-A des ersten Zapfenpaares (6) einen kreisrunden Mittelteil (9) aufweist.

3. Kreuzgelenk (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die erste Anschlußkonstruktion (3) zwei voneinander beabstandte Vorsprünge (13, 14) mit je einer Bohrung (15, 16) zur Aufnahme des ersten Zapfenpaares (6) aufweist, wobei die Vorsprünge (13, 14) durch einen mit einer Ausnehmung (18) versehenen Mittelteil (17) miteinander verbunden sind, der an seiner Unterseite eine ebene Fläche mit einem Zentrierstift

(19) aufweist.

4. Kreuzgelenk (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzlager als Nadellager (20), Kugellager oder Kegelrollenlager ausge- bildet und radial vorgespannt sind.

5. Kreuzgelenk (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es in Werkzeugmaschinen (24) des Hexepode-Systems eingesetzt ist.

6. Kreuzgelenk (1) nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den gegenüberliegenden Zapen (7, 8, 11, 12) des Kreuzstük- kes (2) je eine Sacklochbohrung (32, 31 ) angeordnet ist, in die ein Laserreflektor eingesetzt ist.