Kreuzgelenk Die Erfindung betrifft ein Kreuzgelenk mit zwei einander gegenüberliegenden, um 90° gegeneinander versetzten Gabeln, die jeweils Bestandteil je einer von zwei gelenkig miteinan- der zu verbindenden Wellen sind, oder die jeweils mit je einem von zwei gelenkig miteinander zu verbindenden Wellenenden verbindbar sind, und mit zwei um 90° gegeneinan- der versetzten und ein loses Zapfenkreuz bildenden Zapfenpaa- ren, die an den jeweiligen Gabelenden gelagert sind, wobei die beiden Zapfenpaare in der durch das Zapfenkreuz gebildeten Ebene um einen vorausbestimmten Winkelbetrag gegeneinander schwenkbar sind, wobei mindestens ein Gelenkzapfen mit seinen beiden äußeren Verbindungszapfen in je einer elastischen Elastomerbuchse gelagert ist, und zumindest diese beiden Elastomerbuchsen über einen starren Umfangsring miteinander verbunden sind, und wobei der starre Umfangsring in Richtung der Achse der Gelenkzapfen radiale Ausnehmungen für mindestens zwei Elastomerbuchsen enthält, die zur Aufnahme der Verbindungszapfen samt Elastomerbuchsen geeignet sind, und der starre Umfangsring so gestaltet ist, daß er ringförmig und um 90° versetzt über den Schnittpunkt der Achsen der das Zapfenkreuz bildenden Zapfenpaare verläuft.

Kreuzgelenke bilden drehmomentübertragende Verbindungen von Wellen, deren Drehachsen im Betrieb ständig oder zeitweise nicht miteinander fluchten, sondern einen Beugewinkel aufweisen. Neben den seit langen bekannten und gebräuchlichen starren Kreuzgelenken, die keine elastischen Elemente aufweisen, sind zur Vermeidung von Schwingungsübertragungen insbesondere im Kraftfahrzeugbau elastische Kreuzgelenke entwickelt worden. Elastisch verformbare Elemente im Kreuzgelenk vermindern hierbei die Übertragung von axialen Schwingungen und Drehmomentschwingungen durch das Kreuzge- lenk. Elastische Kreuzgelenke werden deshalb bevorzugt im Antriebsstrang und im Lenkungsstrang von Kraftfahrzeugen eingesetzt.

Bei einem bekannten elastischen Kreuzgelenk (EP 0 563 940 B1, Fig. 1) sind die beiden Paare von miteinander fluchtenden Gelenkzapfen, von denen das eine Gelenkzapfenpaar mit der einen Gabel und das andere Gelenkzapfenpaar mit der anderen Gabel des Kreuzgelenks verbunden ist, durch elastische Bauelemente so voneinander entkoppelt, daß zwar eine Drehmomentübertragung erfolgt, eine Schwingungsübertragung in axialer Richtung und in Umfangsrichtung jedoch vermindert ist. Bei dem bekannten Kreuzgelenk ist der alle radial vorspringenden Verbindungszapfen verbindende gemeinsame Umfangsring elastisch ausgeführt. In den elastischen Umfangsring sind schlingenförmige Verstärkungseinlagen aus hochfesten Cordfäden eingebettet, die, jeweils zwei benachbar- te Verbindungszapfen in Umfangsrichtung miteinander verbinden.

Die Auswahl und Bemessung dieser schlingenförmigen Verstär- kungseinlagen muß nach dem maximal zu übertragenden Drehmoment erfolgen. Daraus ergibt sich zwangsläufig die mögliche Schwingungsentkopplung in Umfangsrichtung, die somit nur sehr begrenzt möglich ist. Bei einem Bruch der schlingen- förmigen Verstärkungseinlagen, insbesondere infolge einer oftmals unvermeidbaren Überlastung, geht die Fähigkeit des Kreuzgelenks zur Drehmomentübertragung größtenteils verloren.

Das Kreuzgelenk hat somit kaum Notlaufeigenschaften. Dies führt beim Einsatz an einem Kraftfahrzeug im Antriebsstrang, insbesondere aber beim Einsatz im Lenkstrang zu einer Gefährdung des Kraftfahrzeugs, seiner Insassen und anderer Verkehrsteilnehmer und muß deshalb mit hoher Zuverlässigkeit ausgeschlossen werden. Dies ist nur möglich durch zusätzliche mechanische Fangmechanismen wie metallische Stoppvorrichtun- gen, Fangbügel oder dergleichen.

Bei einem bekannten Kreuzgelenk der eingangs genannten Gattung (US 1 855 640) sind alle Gelenkzapfen in allen daran angreifenden Teilen in Elastomerbuchsen gelagert, d. h. auch die beiden Gabeln greifen über Elastomerbuchsen an den Gelenkzapfen an. Dadurch ist die Drehmomentübertragung zwischen den beiden Wellen bzw. Wellenenden stark beeinträch- tigt. Insbesondere ist nicht gewährleistet, daß es zu dem gewünschten Aufbau einer Torsionsrate zwischen der jeweiligen Antriebswelle und Abtriebswelle kommt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kreuzgelenk der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß bei hoher, weitgehend frei beeinflußbarer Schwingungsdämpfungswirkung, insbesondere auch hinsichtlich Drehmomentschwingungen, eine wirksame und unter allen Betriebsbedingungen zuverlässige Drehmomentübertragung zwischen den beiden Wellen bzw.

Wellenenden ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsge- mäß dadurch gelöst, daß die Gabelenden an den das Zapfenkreuz bildenden Gelenkzapfen in starren Zapfenlagern drehbar gelagert sind. Nur durch die Ausbildung der Zapfenlager als starre, d. h. nicht wesentlich elastisch verformbare Drehlager wird gewährleistet, daß zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle in dem geforderten Maße eine Torsions- rate aufgebaut und somit ein Drehmoment übertragen wird.

Die Verwendung von Elastomerbuchsen als elastische, schwingungsdämpfende Elemente in einem Kreuzgelenk hat den Vorteil, daß die zu erzielende schwingungsdämpfende Wirkung durch die Wahl der Abmessungen und des Materials der Elastomerbuchsen in einem weiten Rahmen frei beeinflußbar ist, wobei aber eine zuverlässige Notlaufeigenschaft des Kreuzgelenks auch dann erhalten bleibt, wenn die Elastomer- teile zerstört werden. Die radial vorspringenden Verbindungs- zapfen der Gelenkzapfen greifen dann immer noch formschlüssig -wenn auch mit einem gewissen Spiel-in die Aufnahmebohrun- gen des starren Umfangsrings ein, so daß auch in diesem Extremfall noch eine hohe Drehmomentübertragung sicherge- stellt ist. Die Verwendung von Elastomerbuchsen gestattet außerdem eine gezielte Steuerung der schwingungsdämpfenden Eigenschaften, und zwar sogar gesondert in axialer Richtung und in Umfangsrichtung.

Während bei bekannten Kreuzgelenken wegen der im Regelfall unzureichenden Schwingungsdämpfungswirkung in vielen Fällen zusätzliche schwingungsdämpfende Elemente neben dem Kreuzgelenk vorgesehen werden müssen, wodurch sich der axiale Platzbedarf erhöht, verursacht die beliebig gestaltbare Schwingungsdämpfung beim erfindungsgemäßen Kreuzgelenk keinen zusätzlichen Platzbedarf, und zwar weder in axialer Richtung noch hinsichtlich des Durchmessers, denn der starre Umfangsring, der die Elastomerbuchsen aufnimmt, hat im wesentlichen den gleichen Raumbedarf wie der elastische Umfangswulst des bekannten elastischen Kreuzgelenks.

Vorzugsweise sind die Zapfenlager als Wälzlager, insbesondere als Nadellager ausgeführt.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn jeder Verbindungszapfen undrehbar mit einer Innenhülse der Elastomerbuchse verbunden ist. Dadurch wird im Betrieb eine Verdrehung der Gelenkzapfen zueinander verhindert, so daß die beiden Zapfenstege ihren gegenseitigen Abstand beibehalten.

Vorzugsweise besitzt die Elastomerbuchse an ihrem gabelseiti- gen Ende einen elastischen Umlaufflansch, etwa einem 0-Ring nachempfunden, der einen Dichtungsring zwischen der Aufnahmebohrung im Umfangsring und dem benachbarten Gabelende bildet. Damit wird eine Abdichtung des vorzugsweise als Nadellager mit einer Dauerschmierungsfüllung ausgeführte Zapfenlager des Gelenkzapfens nach außen abgedichtet, so daß ein Schmiermittelverlust und das Eindringen von Verunreini- gungen vermieden werden.

Vorteilhafterweise sind die Randflansche der Elastomerbuchsen mit in Zapfenlängsrichtung wirkender Vorspannung zwischen dem Umfangsring und dem jeweils benachbarten Gabelende angeord- net. Durch diese Vorspannung in Richtung zum Gelenkzentrum wird ein Spielabbau erreicht. Die Vorspannkraft kann größer gewählt werden als die aus dem jeweiligen Beugemoment resultierende Kraft.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt : Fig. 1 Ein elastisches Kreuzgelenk in einem Axialschnitt, Fig. 2 das Kreuzgelenk gemäß Fig. 1 teilweise in einem Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 und teilweise in einer Ansicht in radialer Richtung und Fig. 3 in einem Axialschnitt entsprechend der Fig. 1 die Verwendung des elastischen Kreuzgelenks nach Fig. 1 und 2 in einem Doppelkreuzgelenk.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kreuzgelenk, das beispielsweise im Antriebsstrang oder im Lenkungsstrang eines Kraftfahrzeugs eingesetzt ist, weist zwei einander gegenüber- liegende Gabeln 1,2 auf, die mit den zu verbindenden, drehmomentübertragenden Wellenenden (nicht dargestellt) 0 verbunden sind. Die um 90 in Umfangsrichtung gegeneinander versetzten Gabelenden la bzw. 2a der Gabeln 1,2 sind durch ein axial und in Umfangsrichtung zueinander bewegliches Zapfenkreuz 3 gelenkig miteinander verbunden.

Das geteilte Zapfenkreuz 3 weist zwei Paare von jeweils zwei miteinander fluchtenden Gelenkzapfen 4 bzw. 5 auf. Die beiden Gelenkzapfen 4,5 des ersten Paares sind über einen Zapfensteg 6 starr miteinander verbunden und sind über jeweils ein als Nadellager ausgeführtes Zapfenlager 7 in den beiden Gabelenden la der Gabel 1 drehbar gelagert.

Die beiden miteinander fluchtenden Gelenkzapfen 4a und 5a des zweiten Paares, die rechtwinklig zu den Gelenkzapfen 4,5 verlaufen, sind ebenfalls über einen Zapfensteg 8 starr miteinander verbunden und über als Nadellager ausgeführte Zapfenlager 9 in den Gabelenden 2a der Gabel 2 drehbar gelagert.

An jeden Gelenkzapfen 4,5 bzw. 4a, 5a schließt sich fluchtend radial nach außen jeweils ein Verbindungszapfen 10 an, der eine Elastomerbuchse 11 trägt. Der an seiner Außenfläche mit Längsprofilierungen versehene Verbindungszapfen 10 ist undrehbar in einen Innenring 12 der Elastomerbuchse 11 eingepreßt und mit einem Sicherungselement 13 axial positioniert.

Jede Elastomerbuchse 11 ragt in eine radiale Aufnahmebohrung 14 eines starren Umfangsrings 15, der somit jeweils über eine Elastomerbuchse 11 alle vier Verbindungszapfen 10 und somit auch alle Gelenkzapfen 4,5 sowie 4a, 5a des gesamten beweglichen Zapfenkreuzes 3 verbindet.

Jede Elastomerbuchse 11 weist an ihrem gabelseitigen Ende einen elastischen Randflansch 16 auf, der in den Spalt zwischen dem Ende der Aufnahmebohrung 14 und der Außenfläche des jeweils benachbarten Gabelendes la bzw. 2a ragt. Der elastische Randflansch 16 bildet dort einen Dichtungsring zwischen der Aufnahmebohrung 14 und dem Gabelende la bzw. 2a, der das Zapfenlager 7 nach außen oben abdichtet. Die Randflansche 16 der Elastomerbuchsen 11 sind mit in Zapfenlängsrichtung wirkender Vorspannung zwischen dem Umfangsring 15 und dem jeweils benachbarten Gabelende la bzw.

2a angeordnet. Dadurch wird jegliches Spiel in Zapfenlängs- richtung eliminiert und eine Vorspann. kraft aufrechterhalten, die höher ist als die mögliche resultierende Kraft aus dem Beugemoment im Betrieb des Kreuzgelenks.

Jeder Gelenkzapfen 4,5 bzw. 4a, 5a weist benachbart zu jedem Zapfenlager 7 einen axial am Zapfenlager 7 abstützbaren Stützflansch 7a auf. Dadurch werden alle Teile des Kreuzge- lenks in radialer Richtung so zueinander ausgerichtet gehalten, daß ein unveränderliches Momentzentrum im Gelenkzentrum besteht.

Fig. 3 zeigt die Verwendung des beschriebenen elastischen Kreuzgelenks bei einem Doppel-Kreuzgelenk. Die eine Gabel 1 des elastischen Kreuzgelenks bildet hierbei einen Teil eines Zentralgehauses 17, das in entgegengesetzter Richtung zum elastischen Kreuzgelenk ein weiteres, nicht-elastisches, d. h. starres Kreuzgelenk 18 trägt.

Das nicht-elastische Kreuzgelenk 18 weist ein starres Zapfenkreuz 19 auf, dessen Gelenkzapfen 20 paarweise in einer Gabel 21 des Zentralgehäuses 17 und einer Gabel 22 gelagert sind. Die Gabel 22 ist an ihrem, dem elastischen Kreuzgelenk zugekehrten Ende mit einem Kalottenlager 23 aus elastischem Dämmwerkstoff versehen. Darin ist eine Kugel 24 frei drehbar und schwenkbar eingebettet, die mit der Gabel 2 des elastischen Kreuzgelenks verbunden ist. Im Gegensatz zu einem bekannten starren Doppel-Kreuzgelenk findet infolge der elastischen Nachgiebigkeit im elastischen Kreuzgelenk eine Drehung auch im Bereich des Kugelgelenks 23,24 statt. Das Kugelgelenk 23,24 bewirkt eine Winkelsynchronisierung der beiden miteinander verbundenen Kreuzgelenke. Eine elastische Entkoppelung in axialer Richtung und in Umfangsrichtung ist auch beim elastischen Doppel-Kreuzgelenk gemäß Fig. 3 durch die Elastomerbuchsen 11 gewährleistet.

Die Elastomerbuchsen 11 können-wie in der Zeichnung dargestellt-zylindrisch ausgeführt sein. Statt dessen sind auch ovale oder eckig gestaltete Elastomerbuchsen aus elastisch nachgiebigem Elastomer möglich, um unterschiedliche Dämpfungseigenschaften in Umfangsrichtung und in axialer Richtung zu erreichen. Es ist auch möglich, längliche, nierenförmige oder in anderer Weise gestaltete Ausnehmungen in der Elastomerbuchse 11 vorzusehen, um die Federungswirkung in unterschiedlichen Richtungen unterschiedlich zu gestalten.