DE3211612C2

DE3211612C2 - Kreuzgelenk

Info

Publication number: DE3211612C2
Application number: DE3211612A
Authority: DE
Inventors: Michel Alexandre Conflans-Sainte-Honorine Orain
Original assignee: Glaenzer Spicer SA
Current assignee: Glaenzer Spicer SA
Priority date: 1981-06-01
Filing date: 1982-03-30
Publication date: 1987-03-05
Also published as: FR2506875A1; IT8267702A0; IT1156351B; SU1145936A3; DE3211612A1; ES265495Y; ES265495U; JPS58630A; GB2101271A; GB2101271B; FR2506875B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kreuzgelenk, bei dem zwecks Lagerung des Zapfens (3B) gegenüber dem Kreuz (2B) die Wälzkörper (8) als Diabolo- oder Tonnenrollen ausgebildet sind und diese geneigte Achsen (X-X) besitzen und auf einer kugelförmigen Lauffläche (4) und einer entsprechenden kreisringförmigen Lauffläche (7) abrollen. Dadurch werden die verschiedenen Nachteile der sonst üblichen Nadellager oder Rollenlager vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kreuzgelenk, bestehend aus zwei Mitnehmern und einem diese verbindenden Übertragungsglied, wobei jeweils zwei Mitnahmestellen zwischen dem Übertragungsglied und den beiden Mitnehmern mit als konkave Spindelrollen (Diabolorollen) geformten Wälzkörpern ausgebildet sind und die Drehachse der beiden dem einen Mitnehmer zugeordneten Lagerungen zu der Drehachse der dem anderen Mitnehmer zugeordneten Lagerungen senkrecht steht und die Verlängerungen der Mittelachsen der Wälzkörper die Drehachse der jeweiligen zugehörigen Lagerung in einem Punkt schneiden, wobei das Übertragungsglied ein als zentrales Mittelstück ausgebildetes hohles Kreuz aufweist, welches vier jeweils paarweise gegenüberliegende Augen umfaßt, in denen kreisringförmige Laufflächen als Lageraußenringe ausgebildet sind, in welche jeweils mit den Mitnehmern verbundene Zapfen mit kreisringförmigen Laufflächen eingreifen, die als Lagerinnenring ausgebildet sind.
In der DE-OS 30 46 641 wurde bereits ein Kreuzgelenk vorgeschlagen, das ein hohles Kreuz als zentrales Mittelstück sowie je zwei diametrale, darin über Wälzlager eingreifende und mit den Mitnehmern verbundene Zapfen aufweist. Das Einstellen der Spielfreiheit erfolgt mittels der Wälzlager. Dazu sind aber noch weitere Baumaßnahmen erforderlich, so die Anordnung eines Einstellgewindes in den Kreuzachsbolzen, eine schräge Kugellaufbahn und - bei Bedarf - eine zylindrische Überlastlaufbahn.
Wenngleich mit den angegebenen Mitteln allenfalls ein in Axial- und Radialrichtung spielfrei einstellbares Kreuzgelenk dargestellt werden kann, so weist ein solches Gelenk jedoch den Nachteil auf, daß es, bedingt durch eine nicht unerhebliche Anzahl hochpräzis herzustellender Einzelteile, nur unter Inkaufnahme eines relativ hohen Fertigungs- und Kostenaufwands hergestellt werden kann. Unter derartigen Gegebenheiten ist aber ein Kreuzgelenk der angegebenen Art für eine Massen- oder Mengenanfertigung ungeeignet.
Während in der FR-PS 15 38 608 bereits ein Kreuzgelenk vorgeschlagen wurde, das ein aus vier Segmenten zusammengesetztes, in einem ringförmigen Gehäuse gehaltenes Übertragungsglied aufweist, lassen sich der Monographie "Die Wälzlager" von Wilhelm Jürgensmeyer, Springer-Verlag, 1937 (S. 85/86) einerseits Diabolorollen als Wälzkörper und der DE-PS 3 31 454 die Schräganordnung solcher Wälzkörper entnehmen.
Demgegenüber soll mit der vorliegenden Erfindung die Aufgabe gelöst werden, ein Kardangelenk bereitzustellen, das sich gleichermaßen durch einen einfachen Aufbau und durch wenige, nur durchschnittliche Präzision erfordernde Einzelteile auszeichnet, die zugleich aber eine ausreichend genaue Lagerung der diaboloförmig ausgebildeten Wälzkörper sowie im Bedarfsfalle auch den leichten Austausch der einzelnen Gelenkteile gestatten.
Gelöst wird diese Aufgabe im wesentlichen dadurch, daß jeder Zapfen am Ende eines als radialer Abstandshalter ausgebildeten Ankers befestigt ist, welcher diesen Zapfen mit dem jeweils gegenüberliegenden Zapfen und dem zugehörigen Mitnehmer verbindet, und daß sich die beiden Abstandshalter berührungslos kreuzen, wobei der eine Abstandshalter eine Zentralbohrung aufweist, durch welche der andere Abstandshalter mit Spiel hindurchtritt ( Fig. 1).
Nach einem weiteren Merkmal wird der vorstehende Erfindungsgedanke noch dadurch vervollkommnet, daß die in dem einen Abstandshalter angeordnete Zentralbohrung doppelkegelförmig ausgebildet ist.
Ein zum vorstehend erörterten Gelenk alternatives Kreuzgelenk, das ebenfalls aus zwei Mitnehmern und einem diese verbindenden Übertragungsglied besteht, wobei jeweils zwei Mitnahmestellen zwischen dem Übertragungsglied und den beiden Mitnehmern mit als konkave Spindelrollen (Diabolorollen) geformten Wälzkörpern ausgebildet sind und die Drehachse der beiden dem einen Mitnehmer zugeordneten Lagerungen zu der Drehachse der am anderen Mitnehmer zugeordneten Lagerungen senkrecht steht und die Verlängerungen der Mittelachsen der Wälzkörper die Drehachse der jeweiligen zugehörigen Lagerung in einem Punkt schneiden, und wobei das Übertragungsglied einen als zentrales Mittelstück ausgebildeten hohlen Ring aufweist, welcher aus vier an radialen Trennflächen aneinanderliegenden, eine zylindrische Außenfläche bildenden, in einem ringförmigen Gehäuse gehaltenen Segmenten besteht, die Augen bilden, in denen jeweils eine kreisringförmige Lauffläche als Lageraußenring ausgebildet ist, in welche jeweils ein mit den Mitnehmern verbundener Zapfen mit einer kreisringförmigen Lauffläche eingreift, die als Lagerinnenring ausgebildet ist, besteht nach einem ebenfalls erfindungswesentlichen Merkmal darin, daß die radialen Trennflächen der Segmente zwischen den Augen angeordnet sind.
Sinnvolle Ausgestaltung erfährt dieser Erfindungsgedanke noch durch das Merkmal, daß jeder Zapfen am Ende eines zugleich als radialer Abstandshalter wirkenden Mitnehmers befestigt ist, welcher diesen Zapfen mit dem jeweils gegenüberliegenden Zapfen verbindet, und daß sich die beiden Mitnehmer berührungslos kreuzen, wobei beide Mitnehmer entgegengesetzt U-förmig ausgebildet und mit jeweils einem Wellenende verbunden sind.
Mit der Anwendung der beiden vorstehenden, zueinander alternativen Lösungsvorschläge ergibt sich ein Kreuzgelenk mit folgenden Vorteilen:

1. Die konkaven Laufflächen der Lagereinheiten ermöglichen elastische Verformungen der Zapfen und des Kreuzes oder der Mitnehmer, ohne daß dabei die gleichmäßige Druckverteilung entlang der Mantellinie der als konkave Spindelrollen (Diabolorollen) ausgebildeten Wälzkörper verändert wird.
2. Die Rollen stellen sich selbständig in axialer Richtung ein, ohne daß ein Anschlag an der Stirnseite der Zapfen vorgesehen sein muß, wie das bei Nadeln oder zylindrischen Rollen der Fall ist. Dadurch bedarf die Form der Stirnseiten keiner besonders genauen Bearbeitung.
3. Durch ihre Berührung mit der kreisringförmig-konvexen Fläche können die dazu korrespondierend ausgebildeten Wälzkörper sich auf keinen Fall neigen oder eine Schiefstellung einnehmen; ein Klemmen ist daher nicht möglich und ein Käfig nicht unbedingt erforderlich.
4. Die Gegenkräfte in Richtung der Schwenkachsen des Kreuzes, die durch zusätzliche Momente erzeugt werden, werden von den Wälzkörpern ohne zusätzliche Hilfsmittel und ohne Erwärmung und Freßgefahr aufgenommen.
5. Das Einstellen der Axial- und Radialspiele bzw. Vorspannungen erfolgt auf relativ einfache Weise und ohne besonders große Genauigkeit oder Paarung der Teile, damit zugleich auch wirtschaftlich und sicher.
6. Die Übertragungskapazität und Zuverlässigkeit der Lagereinheiten wird auf wirtschaftliche Weise sichergestellt, ebenso auch ein geräuscharmes Arbeiten.
7. Die Hauptbestandteile des Kardangelenkes, etwa solche aus Stahl, sowie ihre Laufflächen eignen sich gut zur Präzisionsumformung, z. B. zur Kaltverformung. Das Nachschleifen der Laufflächen ist entbehrlich, ebenso auch die in Kreuzgelenken konventioneller Art erforderlichen zusätzlich eingesetzten Büchsen.

Es zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Kreuzgelenk,
Fig. 2 und 3 einen Teilschnitt entlang der Linie 5-5 von Fig. 3 und 6-6 von Fig. 2 für eine andere Ausführungsart des erfindungsgemäßen Gelenkes,
Fig. 4 eine Ansicht eines Teils des Gelenkes von Fig. 2 und 3.
Nach Fig. 1, bei der die Achsen X-X der Rollen 8 nach innen zusammenlaufen, ist das Kreuz 2 B hohl und besitzt einen großen Hohlraum 18. Jeder Zapfen 2 B ist ringförmig ausgebildet und weist innen die kreisringförmige Lauffläche 7 auf. Die kugelförmige Lauffläche 4 ist einem Zapfen 19 zugeordnet, der zusammen mit einem Blechteller 21 an einem Ende eines Mitnehmers 20 durch eine Schraube 26 befestigt ist. Der Blechteller 21 überdeckt mit Spiel den entsprechenden Zapfen 3 B des zentralen Mittelstücks zusammen mit einer Dichtung 22, die die Dichtigkeit gewährleistet und das Schmiermittel im Gelenk zurückhält.
Jedes Paar von Zapfen 19 ist zusammen mit den Enden des entsprechenden Mitnehmers 20 an den beiden Stirnseiten eines Abstandshalters 23 bzw. 24 durch Schrauben gehalten. Der Abstandshalter 23 weist eine doppelkegelförmige Zentralbohrung 25 auf, durch die der rohrförmige Abstandshalter 24 hindurchgeführt ist. Zwei der Zapfen 19 sind durch separate Schrauben 26 an den ersten Abstandshalter 23 und die anderen beiden Zapfen 19 durch eine gemeinsame Schraube 27 mit Mutter an den zweiten Abstandshalter 24, durch den diese Schraube 27 hindurchverläuft, befestigt.
Die Mitnehmer 20 können vorteilhaft außen zylindrisch ausgebildet sein, um die Herstellung zu erleichtern und den Einbauraum zu reduzieren. Ihr Festsitz gegen die Abstandshalter 23 und 24 ergibt eine große Starrheit der ganzen Baugruppe und ermöglicht eine genaue Wahl der Vorspannung. Man erhält somit ein Kreuzgelenk, dessen Genauigkeit und Leichtgängigkeit für bestimmte mechanische Anwendungen unerläßlich ist.
Die Fig. 2 bis 4 zeigen eine weitere Ausführungsart, bei der die Achsen X-X der Rollen 8 gegenüber dem Gelenkmittelpunkt auseinanderlaufen. Auch hier ist das zentrale Mittelstück 2 C hohl ausgebildet. Es besteht aus vier zusammengebauten Ringen oder Segmenten 28, von denen einer in Fig. 4 dargestellt ist.
Jeder Ring 28 weist eine von der kreisringförmigen Fläche 7 begrenzte runde Öffnung 29 auf. An jedem Ende dieser Öffnung 29 befindet sich eine ebene Fläche 30. Diese ist senkrecht zur Achse Y-Y der Öffnung 29 angeordnet und etwa quadratisch ausgebildet. Die Flächen 30 sind jeweils an zwei Seiten durch ebene Flächen 31, die senkrecht zu ihnen verlaufen, und an ihren beiden anderen Seiten durch zwei zylindrische Flächen 32, die durch zwei zusammenlaufende und senkrecht zueinander liegende ebene Flächen 33 verlängert sind, verbunden.
Die Ringe 28 mit einer im allgemeinen quadratischen Form sind über ihre ebenen Flächen 33 aneinander angeschlossen. Sie bilden somit durch ihre Flächen 32 eine zylindrische Fläche, die mit Vorspannung von dem zylindrischen Schaft 34 eines Gehäuses 35 umfaßt ist, das seinerseits aus zwei Gehäusehälften 36 besteht, die als ringförmiger Teller mit flachem Boden 37 ausgebildet sind.
Genauer gesagt, bedeckt die zylindrische Randfläche 34 A eines Tellers 36 die Randfläche 34 B des anderen Tellers, und ihr Rand 38 wird nach dem Zusammenbau gefalzt, um somit den Schaft 34 zu bilden.
Die Mitnehmer des Gelenkes sind aus zwei Paaren von Armen 39 gebildet, die innerhalb des zentralen Mittelstücks 3 C liegen und ein U bilden, wodurch ein Zwischenraum 40 entsteht, der ihre Bewegungen einander gegenüber ermöglicht. Jeder Mitnehmer 39 ist mit einer der beiden Wellen 41 bzw. 42 verbunden. Die Abdichtung und das Zurückhalten des Schmiermittels erfolgen durch das Gehäuse 35 sowie durch zwei Faltenbälge 43, die mit ihrem großen Ende zwischen den Böden 37 des Gehäuses 35 und den ebenen Flächen 31 der Segmente 28 eingeklemmt und mit ihrem kleinen Ende an den beiden Wellen 41 und 42 dichtend befestigt sind.
Da die Ringe 28 durch Präzisionsumformung, insbesondere Kaltverformung hergestellt werden können, ist es nicht notwendig, ihre Ecken 44, die keine besondere Funktion haben, genau zu formen. Diese Ecken 44 können also durch Abrundungen 45 ersetzt werden, wie in Fig. 4 dargestellt.
Bei den Diabolorollen 8 sind die Käfige nicht notwendig; man kann aber kreisförmig zwischen diese Rollen eingefügte Abstandsvorrichtungen vorsehen, um die Berührung der Rollen untereinander zu vermeiden.
Im Rahmen der Erfindung kann z. B. die Konvergenzrichtung der Achsen X-X der Rollen 8 geändert werden.

Claims

1. Kreuzgelenk, bestehend aus zwei Mitnehmern und einem diese verbindenden Übertragungsglied, wobei jeweils zwei Mitnahmestellen zwischen dem Übertragungsglied und den beiden Mitnehmern mit als konkave Spindelrollen ( Diabolorollen) geformten Wälzkörpern ausgebildet sind und die Drehachse der beiden dem einen Mitnehmer zugeordneten Lagerungen zu der Drehachse der dem anderen Mitnehmer zugeordneten Lagerungen senkrecht steht und die Verlängerungen der Mittelachsen der Wälzkörper die Drehachse der jeweiligen zugehörigen Lagerung in einem Punkt schneiden, wobei das Übertragungsglied ein als zentrales Mittelstück ausgebildetes hohles Kreuz aufweist, welches vier jeweils paarweise gegenüberliegende Augen umfaßt, in denen kreisringförmige Laufflächen als Lageraußenringe ausgebildet sind, in welche jeweils mit den Mitnehmern verbundene Zapfen mit kreisringförmigen Laufflächen eingreifen, die als Lagerinnenring ausgebildet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Zapfen (19) am Ende eines als radialer Abstandshalter (23, 24) ausgebildeten Ankers befestigt ist, welcher diesen Zapfen mit dem jeweils gegenüberliegenden Zapfen und dem zugehörigen Mitnehmer (20) verbindet, und daß sich die beiden Abstandshalter (23, 24) berührungslos kreuzen, wobei der eine Abstandshalter (23) eine Zentralbohrung (25) aufweist, durch welche der andere Abstandshalter (24) mit Spiel hindurchtritt (Fig. 1).

2. Kreuzgelenk nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die im Abstandshalter (23) angeordnete Zentralbohrung (25) doppelkegelförmig ausgebildet ist.

3. Kreuzgelenk, bestehend aus zwei Mitnehmern und einem diese verbindenden Übertragungsglied, wobei jeweils zwei Mitnahmestellen zwischen dem Übertragungsglied und den beiden Mitnehmern mit als konkave Spindelrollen ( Diabolorollen) geformten Wälzkörpern ausgebildet sind und die Drehachse der beiden dem einen Mitnehmer zugeordneten Lagerungen zu der Drehachse der dem anderen Mitnehmer zugeordneten Lagerungen senkrecht steht und die Verlängerungen der Mittelachsen der Wälzkörper die Drehachse der jeweiligen zugehörigen Lagerung in einem Punkt schneiden, wobei das Übertragungsglied einen als zentrales Mittelstück ausgebildeten hohlen Ring aufweist, welcher aus vier an radialen Trennflächen aneinanderliegenden, eine zylindrische Außenfläche bildenden, in einem ringförmigen Gehäuse gehaltenen Segmenten besteht, die Augen bilden, in denen jeweils eine kreisringförmige Lauffläche als Lageraußenring ausgebildet ist, in welche jeweils ein mit den Mitnehmern verbundener Zapfen mit einer kreisringförmigen Lauffläche eingreift, die als Lagerinnenring ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die radialen Trennflächen (33) der Segmente (28) zwischen den Augen (29) angeordnet sind.

4. Kreuzgelenk nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Zapfen am Ende eines zugleich als radialer Abstandshalter wirkenden Mitnehmers (39) befestigt ist, welcher diesen Zapfen mit dem jeweils gegenüberliegenden Zapfen verbindet, und daß sich die beiden Mitnehmer berührungslos kreuzen, wobei beide Mitnehmer (39) entgegengesetzt U-förmig ausgebildet und mit jeweils einem Wellenende (41, 42) verbunden sind.