Kreuzgelenk, besonders für schwere Gelenkwellen Für die Kraftübertragung in schweren Fahrzeu gen, die von Brennkraftmaschinen angetrieben wer den, verwendet man im allgemeinen Gelenkwellen mit Kreuzgelenken. Die Kreuzgelenke, von denen die Er findung ausgeht, bestehen aus zwei Gelenkgabeln mit Lageraugen, gegebenenfalls mit Lagerbuchsen, in denen ein Zapfenkreuz mit zylindrischen Lagerzap fen gelagert ist. Es gibt eine Bauart mit deckellosen, das Lager umschliessenden Augen aus einem Stück und eine andere Bauart mit Lageraugen, die mit Deckeln geschlossen sind.
Besonders im schweren Schienenfahrzeugbetrieb haben sich infolge der ständig steigenden Leistungen und Drehzahlen an solchen Kreuzgelenken mehr und mehr Schäden gezeigt. Diese Schäden traten vor wiegend an den Enden der Lager auf, z. B. durch Bruch der meistbeanspruchten Nadeln, wenn Na dellager verwendet werden. Auch übernormale Ab nutzung, die sogar zu Ausbrüchen in den Lager flächen führte, wurde festgestellt.
Es wurde daher planmässig untersucht, wie eigentlich die Last in derartigen Lagern mit Nadeln bei einem statischen Höchstdrehmoment verteilt ist. Hierzu wurden die zylindrischen Lagerzapfen eines Zapfenkreuzes verkupfert, und das Kreuzgelenk wur de dem Höchstdrehmoment unterworfen. Auf der Kupferschicht ergaben sich dann Eindrücke der Nadeln von einer gewissen Breite. Durch Eichen der artiger Eindrücke kann man an jeder Stelle die Last unmittelbar aus der jeweiligen Breite der Eindruck stelle ablesen. Hieraus kann man die Lastverteilung über die Nadellänge erkennen.
In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Zapfenkreuz 11 üblicher Bauart dargestellt. Über den zylindrischen Lagerzapfen 12 und 13 des Zapfenkreuzes sind Kur ven 14 und 15 aufgetragen, die sich aus einzelnen Messwerten ergeben und die Verteilung der Last im Lastbereich längs der höchstbelasteten Nadel in dem Nadellager zeigen. In beiden Kurven 14 und 15 be trägt die Last an dem äusseren Ende gegenüber der mittleren Last fast das Doppelte. Auch an dem inne ren Ende steigt die Last an.
In Fig. 2 der Zeichnung ist ein Schnitt durch den zylindrischen Lagerzapfen 12 dargestellt. Die Strah len am Umfang des zylindrischen Lagerzapfens 12 geben die Gesamtlast auf jeder einzelnen Nadel an. Auch hier zeigt sich, dass die Gesamtlast 16 der Nadel im Lastbereich weit höher ist als die Gesamt last 17 bzw. 18 auf den beiden benachbarten Nadeln in diesem Bereich. Hiernach weist auch die Last verteilung über dem Umfang des zylindrischen Lager zapfens ebenfalls eine unerwünschte Spitze auf.
Gemäss der Erfindung werden diese Spitzen in der Lastverteilung dadurch beseitigt, dass die Lage rung der Zapfen in den Lageraugen federnd nach giebig so gestaltet ist, dass die Last, die infolge des zu übertragenden Drehmomentes auf jedes der vier Lager des Zapfenkreuzes entfällt, sowohl über die Länge als auch über den Umfang jedes Lagers mög lichst gleichförmig verteilt ist. Hierdurch wird in al len Teilen des Gelenkes, besonders aber in den kraft übertragenden Bereichen, eine gleichmässige Aus nutzung des Werkstoffes erzielt, so dass das Gelenk trotz der hohen Übertragungsleistungen und Dreh zahlen verhältnismässig leicht gebaut werden kann.
Eine Möglichkeit für die federnd nachgiebige Ge staltung der Lagerung der Zapfen in den Lageraugen besteht nach einer Ausbildung der Erfindung darin, dass die Querschnitte jedes Lagerauges gegen das Zapfenende zu abnehmen und dass diese Quer schnitte aus dem Lastbereich heraus nach beiden Seiten, besonders gegen das Ende der Gelenkgabel zu, zunehmen.
Eine zweite Möglichkeit für die federnd nach giebige Gestaltung der Lagerung der Zapfen in den Lageraugen unter Anwendung einer Lagerbuchse be steht nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung darin, dass die Lagerbuchse nur mit einen Teil ihrer Aussenfläche im Lagerauge festsitzt. Vorteilhaft lässt man die Lagerbuchse nur mit dem nach der Gelenk mitte zu gelegenen Teil ihrer Aussenfläche im La gerauge festsitzen.
Man kann aber auch beide Möglichkeiten zu gleich anwenden, nämlich Verringerung der Quer schnitte des Lagerauges und teilweise fester Sitz der Lagerbuchse.
Die gleichförmige Lastverteilung in den vier Zapfenlagern kann ferner noch dadurch verbessert werden, dass auch das Zapfenkreuz entsprechend ge staltet ist. Hierfür ist es zweckmässig, dass die vier Arme des Zapfenkreuzes in an sich bekannter Weise sich aus einer gemeinsamen, zwischen den Armen ausgehöhlten Wurzel erstrecken und im wesentlichen je aus einem nach aussen kegelig abnehmenden Teil sowie dem zylindrischen Lagerzapfen bestehen.
Wenigstens der zylindrische Lagerzapfen kann - ausser der üblichen Schmiermittelbohrung -, wie an sich bekannt, eine als Schmiermittel-Vorratsraum dienende Ausnehmung haben, die sich nach einer Ausbildung der Erfindung nach aussen so erweitert, dass auch der zylindrische Lagerzapfen zur gleich- förmigen Lastverteilung im Lager beiträgt.
Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 bis 4 ein Kreuzgelenk der bisherigen Bauart und in den Fig. 5 bis 9 ein Ausführungsbeispiel eines Kreuz gelenkes gemäss der Erfindung, teils in Ansicht, teils im Schnitt nach den entsprechenden Schnittlinien.
In den Fig. 3 und 4 bedeutet 19 die eine Gelenk gabel mit einem Lagerauge 20 rechteckigen Quer schnittes. 21 ist die andere gleichartige Gelenkgabel mit dem Auge 22. Das Zapfenkreuz 11 mit den vier zylindrischen Lagerzapfen 12 und 13 (die zwei übri gen sind nicht dargestellt) ist in den beiden Gelenk gabeln 19 und 21 gelagert. Für die Lagerung sind Nadeln 23 in Käfigen 24 und Büchsen 25 verwendet. Diese Lagerbüchsen 25 sind in die Augen 20 einge- presst und mit Sprengringen 26 gesichert. Die Nadel lager 23, 24, sind nach innen zu in üblicher Weise, z. B. durch Profilringe, abgedichtet und werden durch Bohrungen 27 und 28 mit Schmiermittel versorgt.
Das Kreuzgelenk gemäss der Erfindung nach den Fig. 7 bis 9 besteht aus den gleichartigen Gelenk- gabeln 29 und 30 mit Lageraugen 31 und 32. In den Lageraugen 31 und 32 ist ein Zapfenkreuz 33 gela gert. Die Lager dieses Zapfenkreuzes 33 bestehen je aus Nadeln 34 in einem Käfig 35 und einer Buchse 36.
Die Buchse 36, die mit dem nach der Gelenk- mitte zu gelegenen Teil ihrer Aussenfläche im Lager auge 31 festsitzt, wird durch einen einschraubbaren Deckel 37 in axialer Richtung gehalten, der durch Verstemmen an seinem Gewinde 38 an einigen durch kleine Kreise bezeichneten Stellen (Fig. 8) seines Um fanges gegen Herausdrehen gesichert ist. Der Deckel 37 drückt mit einem Rand 39 auf einen Bund 40 der Buchse 36 und hat zwischen seiner inneren Grund fläche 41 und der Stirnfläche des zylindrischen Lager zapfens 42 des Zapfenkreuzes 33 ein Spiel von einigen Hundertstel Millimeter.
Wie aus Fig. 7, die einen Schnitt nach Linie 7-7 in Fig. 8 zeigt, ersichtlich, nimmt der Querschnitt des Lagerauges 31 nach aussen zu in bestimmter Weise ab. Dies und das nur teilweise Festsitzen der Lager buchse 36 im Auge 31 bewirken, dass die Last in diesem Bereich über die Länge des Lagers gleich förmig verteilt ist, wie aus der Lastverteilung nach Kurve 43 der am meisten belasteten Nadel in Fig. 5 über dem Lagerzapfen 42 hervorgeht. Die Belastung entsteht dadurch, dass die Gabel 30 das Zapfenkreuz 33 an dem zylindrischen Lagerzapfen 44 in Pfeil richtung mit dem Höchstdrehmoment mitnehmen will. Über das Zapfenkreuz 33 wird die Belastung auf den zylindrischen Lagerzapfen 42 übertragen.
Die Lastverteilung der hauptbelasteten Nadel am zylind rischen Lagerzapfen 44 zeigt die Kurve 45. Die Kur ven 43 und 45 weisen keine Spitzen mehr auf, sondern die Last ist je nahezu gleichförmig über die gesamte Länge der Lager verteilt.
Damit nun auch die Verteilung über den Umfang des Lagers möglichst gleichförmig wird, nimmt er- findungsgemäss der Querschnitt des Auges 31 bzw. 32 der Gelenkgabel 29 bzw. 30 aus dem Lastbereich heraus nach beiden Seiten, besonders gegen das Ende der Gelenkgabel, in bestimmter Weise zu. Dies ist durch den grössten Querschnitt 46 in Fig. 9 veran schaulicht, die den Schnitt nach Linie 9-9 durch das Lagerauge 32 in Fig. 8 wiedergibt.
Damit die Zu nahme des Querschnittes 46 gegenüber dem Quer schnitt nach Fig. 7 verglichen werden kann, ist der Schnitt in Fig. 9 nach rechts in die gleiche Lage ge dreht dargestellt. Infolge der Querschnittsvergrösse- rung ergibt sich eine Lastverteilung auf die einzelnen Nadeln, wie sie in Fig. 6 über dem Querschnitt des zylindrischen Lagerzapfens 42 gezeigt ist. Der Last bereich wird etwa durch die jeweiligen Gesamtlasten 47, 48 und 49 auf den Nadeln in Fig. 6 dargestellt.
Es zeigt sich, dass diese Gesamtlasten 47, 48 und 49 untereinander nahezu gleich sind, im Gegensatz zu den Lasten 16, 17 und 18 in Fig. 2. Die Querschnitte des Lagerauges und der Anteil der Aussenfläche der Lagerbuchse als feste Sitzfläche werden am besten durch Probieren bestimmt. Aus der Fig. 7 ist ersicht lich, dass die Lagerbuchse 36 auf etwa zwei Drittel ihrer Länge festsitzt, während das vordere Ende nur durch Reibschluss vom Deckel 37 in radialer Rich tung gehalten wird.
Die Gleichförmigkeit der Lastverteilung wird noch dadurch unterstützt, dass die vier Arme des Zapfenkreuzes in an sich bekannter Weise aus einer vertieft gekrümmten Wurzel 50 sich erstrecken und im wesentlichen je aus einem nach aussen kegelig ab nehmenden Teil 51 bzw. 52 und den zylindrischen Lagerzapfen 42 bzw. 44 bestehen.
Die Nadellager 34, 35 sowie die Spielräume zwi schen dem Deckel 37 und der Lagerbuchse 36 wer den in üblicher Weise durch Schmierbohrungen 53 und 54 mit Schmiermittel versorgt, das an den Stirn flächen der zylindrischen Lagerzapfen 42 und 44 in Radialnuten 55 gelangen kann.
Wenn der zylindrische Lagerzapfen nach einer Weiterbildung der Erfindung eine sich nach aussen erweiternde Ausnehmung hat, die in an sich bekann ter Weise als Schmiermittel-Vorratsraum dient, so trägt auch diese Formgebung zur gleichförmigen Last verteilung im Lager bei.
Die Erfindung lässt sich sinngemäss auf jede Art von Lager, also auch auf Gleitlager, anwenden.