DE3208780A1 - Gelenkwelle mit richtvorrichtung - Google Patents

Description

G 3894 Voith Getriebe KG

Kennwort: "Verstellanschlag" Heidenheim

Gelenkwelle mit Richtvorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Kreuzgelenk mit zwei Kupplungshälften und mit einem axial stufenlos verstellbaren, radial außerhalb des Kreuzgelenks befindlichen Anschlag zum Begrenzen des Beugungswinkels zwischen den Gelenkhälften.

Eine solche Einrichtung an den Kreuzgelenken findet man insbesondere im Schwermaschinenbau, z.B. bei Walzwerksantrieben, also bei Wellen sehr großer Abmessungen. Solche Wellen lassen sich aufgrund des Gewichts und der Reibung in den Gelenken nicht mehr von Hand in die notwendige Montageposition bringen und in die Zentrierung einschieben. Beispielsweise beim Walzenwechsel muß die Welle mit Hebezeugen abgestützt und die frei· bewegliche Gelenkhälfte in Montageposition ausgerichtet werden.

Eine Montagehilfe stellt die aus dem DE-GM 7716089 bekannte Schwenkwinkelbegrenzung dar. Dort sorgen feste Anschläge an den Gelenkhälften dafür, daß eine Gelenkhälfte nur bis zu einem

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maximalen Schwenkwinkel gebeugt wird, der kanpp über dem im Betrieb auftretenden Beugewinkel liegt. Eine andere Beugewinkelbegrenzung ist aus der DE-PS 27 11 177 bekannt. Zwei in eine zentrale Bohrung des Zapfenkreuzes eintauchende und an jeweils einer Gelenkhälfte befestigte Bolzen begrenzen dort bei gegenseitigem Anliegen die Winkelbeweglichkeit des Gelenks. In der US-PS 4 195 495 ist darüber hinaus eine Beugewinkelbegrenzung offenbart, die aus zwei an jeweils einer Gelenkhälfte befestigten Rohrhülsen besteht, welche das Gelenk umgeben und sich bei Erreichen des maximalen Beugungswinkels berühren. Der maximale Beugungswinkel ist durch Verdrehen der Rohrhülsen verstellbar. Bekannt ist außerdem die SE-AS 420 64O. Dort wird der maximale Beugungswinkel von einem Anschlag an zwei ineinander gleitenden Kugelschalen begrenzt, die das Gelenk umschließen. Eine weitere Beugewinkelbegrenzung ist aus der US-PS 3,339,379 bekannt, bei der hakenförmige Begrenzungselemente das Gelenk an zu großer Beugung hindern-

Nachteilig bei den bisher bekannten Einrichtungen ist, daß nach Abbau des anschließenden Maschinenteiles, z.B. einer Walze, das Gelenk frei beweglich ist und durch sein Gewicht bis zu seinem Anschlag nach unten fällt. Diese erschwert die anschließende Wiedermontage erheblich. Außerdem ist die zulässige Beugung des Gelenks während des Betriebs erheblich eingeschränkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung für eine Gelenkwelle zu schaffen, die in der Lage ist, die Beweglichkeit des Gelenks im Ruhezustand, d.h. nicht während der Rotation, in einer größten Beugelage zu begrenzen, das Gelenk aus jeder Beugelage heraus bis zur gestreckten Lage zu richten und in jeder Zwischenlage zu halten, wobei keine unzulässigen äußeren Kräfte einwirken. Darüber hinaus soll während des Betriebes eine von Rückstellkräften freie uneingeschränkte Bewegungsmöglichkeit des Gelenks gewährleistet sein.

Diese Aufgabe wird durch Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Gemäß der Erfindung weist das Gelenk in dem radial äußeren Bereich eine Kolben-Zylinder-Einheit auf, die bei Beaufschlagung durch Druckmittel einen Hub ausführen kann. Die Vorderkante des beweglichen Kolbens kommt alsdann mit einer äußeren Fläche der zweiten Kupplungs- oder Gelenkhälfte in Berührung. Vollzieht der Kolben eine weitere Hubbewegung, so wird die zweite Kupplungs- oder Gelenkhälfte, falls diese sich in einer Beugelage befindet, und frei beweglich, d.h. nicht an einem Maschinenteil befestigt ist, solange um den Gelenkmittelpunkt bewegt, bis der Beugewinkel null Grad erreicht hat. Mit anderen Worten: Das Gelenk wird in Strecklage gebracht, in der die Längsachsen der beiden Kupplungs- oder Gelenkhälften fluchten. Dabei kann es sich um ein vertikales oder horizontales - oder beides gleichzeitig - Ausrichten handeln. Es ist durch gesteuerte Druckmittelzufuhr auch möglich, die frei bewegliche Kupplungs- oder Gelenkhälfte nur bis zu einem beliebigen Beugewinkel auszurichten, wie es beispielsweise zur Montage erforderlich ist.

Eine weitere Verwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die auf einer Kupplungshalfte angeordnete Kolben-Zylinder-Einheit einen Anschlag für die zweite Kupplungshälfte bildet, und zwar sowohl einen starren Anschlag bei ganz in seiner Rulielage befindlichen Verstellkolben, als auch in jeder Winkelstellung des Gelenks zwischen Strecklage und maximaler Beugung. Dazu ist es lediglich erforderlich, die Druckmittelzufuhr zur Kolben-Zylinder-Einheit zu unterbrechen und gleichzeitig ein Rückströmen des Druckmittels zu verhindern.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der bewegliche Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit durch Druckmittelzufuhr auch dann schon an eine äußere Fläche der zweiten Kupplungshalfte herangeführt und angedrückt werden kann, wenn die zweite Kupplungshälfte, also z.B. Der -Flanschmitnehmer an einer Gelenkwelle, noch an dem treibenden oder angetriebenen Maschinenteil befestigt ist. Wird nun die drehfeste Verbindung

zu diesem Maschinenteil gelöst, so verharrt das Gelenk in der zuletzt eingenommenen Lage und fällt nicht durch Schwerkraft in montageungünstige Lage. Diese Lagefixierung des Gelenkes erleichtert erheblich die Wiedermontage. Wesentlich aber ist, daß der Kolben nach erfolgter Montage des Gelenks an das benachbarte Maschinenteil wieder in seine Endlage zurückkehren kann und somit dem Gelenk seine volle Beweglichkeit wiedergibt.

Vermieden werden durch die Erfindung vor allem auch die Nachteile, die Gelenke beispielsweise cjemäß der DE-OS 29 26 oder der SU-PS 239721 aufweisen. Bei diesen Gelenken nämlich behindert ein an den beiden Kupplungshälften befestigter und das Zapfenkreuz durchdringender Stab eine freizügige Beweglichkeit des Gelenkes.

In den Ansprüchen 2 und 3 ist eine Ausführungsform der Kolben-Zylindereinheit angegeben, die das ganze Kreuzgelenk rohrförmig umschließt und einen Ringkolben aufweist. Vorzugsweise ist diese konstruktive Bauart auf derjenigen Gelenkhälfte angebracht, die mit dem Gelenkwellen-Mittelteil verbunden ist. Die Vorderkante des ringförmigen Kolbens legt sich bei Druckaufbau an die Rückseite der anderen Kupplungshälfte, z.B einen Gelenkwellenflansch an. Dieser Flansch wird nun bei weiterer Druckaufgabe entweder in dieser Lage gehalten oder zur Strecklage hin bewegt, unabhängig davon, in welcher Lage er sich bislang befand.

Die Ansprüche 4 bis 6 betreffen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, und zwar ist die Kolben-Zylinder-Einheit als selbständiges Bauteil ausgebildet. Dieses ist auf der Rückseite, d.h. der dem Gelenk zugewandten Seite der Kupplungshälften so befestigt, daß die Lageraugen der Gabelstücke bei Beugung sich auf den Kolben zu bewegen. Zur Verstellung .des Gelenks schiebt der druckbeaufschlagte Kolben das Gabelstück in die gewünschte Lage. Gleichzeitig stellt der Kolben bei jedem durch Druckaufgabe eingestellten Hub den Anschlag für das Lagerauge bzw. das Gabelstück dar.

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Die Ansprüche 7 bis 9 betreffen ein Druckhalteventil in der Zuleitung zu der Kolben-Zylinder-Einheit. Die Aufgabe dieses Ventils ist es, die Druckmittel-Zufuhr zum Kolben zu schließen, wenn sich in der Kolben-Zylinder-Einheit ein hoher statischer Druck aufgebaut hat, d.h. wenn der Kolben trotz Druckbeaufschlagung keinen Hub mehr ausführt. Das Druckhalteventil enthält einen Kolben mit zwei unterschiedlich großen Stirnflächen, die durch eine Längsbohrung verbunden sind. Überwiegt der von der Druckmittelquelle ausgehende Druck auf der größeren Kolbenfläche, so bewegt sich der Kolben gegen Federkraft und verschließt den Druckmittelaustritt aus der kleineren Kolbenfläche und somit die Druckmittelzufuhr und den Rückfluß zum Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit. Dadurch wird das Gelenk in der momentanen Lage fixiert.

Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung in Gelenkwellen beschränkt, sondern auch z.B. für Bogenzahnspindeln und Flachzapfenspindeln anwendbar.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung näher dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Kardangelenk mit hülsenförmiger Verstelleinrichtung in Strecklage;

Fig. 2 Kardangelenk gemäß Fig. 1 in Beugelage;

Fig. 3 ein Steuerschema für eine Verstelleinrichtung mit vier einzelnen Stellkolben;

Fig. 4 ein Kardangelenk mit vier an den Lageraugen angreifenden Verstellkolben;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Verstellkolben mit Druckhalteventil gemäß Figur 4.

In der Figur 1 ist ein Kreuzgelenk dargestellt, bestehend aus einer ersten Kupplungshälfte 1 und einer zweiten Kupplungshälfte 2, die als Gelenkgabeln ausgebildet sind und über ein ■ Zapfenkreuz 3 miteinander in bekannter Weise verbunden sind. Die mit einem Gelenkwellenmittelteil 4 verbundene Gelenkgabel 1 trägt die in einer ersten Ausführungsform dargestellte Kolben-Zylinder-Einheit 5. Diese setzt sich zusammen aus einem inneren Zylinderschaft 6 und einem äußeren Zylinderschaft 7, die mit einem Zylinderdeckel 8 verbunden sind und einen Ringkolben 9 in sich aufnehmen. Dieser Ringkolben 9 weist eine Abdichtung zu den Zylinderschäften 6 und 7 auf und wird mittels einer Feder 11 gegen den Zylinderdeckel 8 gepreßt. Im Bereich des Zylinderdeckels befindet sich ein Anschluß 12 für die Zufuhr von Druckmittel. Auf der dem Gelenkmittelpunkt und der Rückseite 15 des Flansches 14 der Gelenkgabel 2 zugewandten Stirnseite des Ringkolbens 9 ist eine rohrförmige Hülse 13 befestigt, deren Innendurchmesser geringfügig größer ist als der Rotationsdurchmesser des Kreuzgelenks. Die axiale Länge der Hülse 13 ist so bemessen, daß die Gelenkgabel 2 ungehindert den im Betrieb erforderlichen Beugewinkel vollziehen kann, ohne daß die Rückseite 15 der beispielsweise als Flansch 14 ausgebildeten Gelenkgabel 2 mit der Hülse 13 in Berührung kommt.

Wenn über den Anschluß 12 ein Druckmittel zugeführt wird, so bewegt sich der Ringkolben 9 gegen Federdruck mit der Hülse auf die Rückseite 15 des Flansches 14 zu, legt sich an diese an und bringt die Gelenkgabel 2 so in Strecklage, daß die Achsen der Gelenkgabeln 1 und 2 wie dargestellt fluchten, sofern die Gelenkgabel frei beweglich ist.

In der Figur 2 ist das Gelenk gemäß Figur 1 dargestellt, jedoch in gebeugter Lage, wobei sich der Ringkolben 9 in seiner oberen Totlage befindet. Die Vorderkante der Hülse 13 ist dann eine Beugewinkelbegrenzung für die Gelenkgabel 2. Durch gesteuerte Druckmittelzufuhr kann der Beugewinkel a zur Montage stufenlos eingestellt werden.

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In Figur 4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel einer Kolben-Zylinder-Einheit gemäß der Erfindung dargestellt. Mit 21 und 22 sind zwei Gelenkgabeln eines Kreuzgelenks bezeichnet, die über ein Zapfenkreuz 23 verbunden sind. Jeweils an denjenigen Stellen, an denen bei extremer Beugung des Gelenks das Lagerauge 25 der einen Gelenkgabel mit der anderen Gelenkgabel in Berührung kommt, sind Kolben-Zylinder-Einheiten 26 angebracht. Dies sind pro Gelenk vier Stück, wobei zwei auf der Rückseite des Flansches 27 und zwei Stück am Gelenkwellen-Mittelteil 24 angeordnet sind. Zu jeder Kolben-Zylinder-Einheit 26 führt ein Druckmittelanschluß 28 unter Zwischenschaltung eines Druckhalteventils 40. Der Abstand der Kolben-Vorderkante 29 vom benachbarten Lagerauge 25 ist so groß, daß in der Ruhelage des Kolbens eine uneingeschränkte Beweglichkeit des Gelenks gewährleistet ist.

Die Figur 5 zeigt einen Schnitt durch die Kolben-Zylinder-Einheit 26 und das Druckhalteventil 40 gemäß Figur 4. Einander entsprechende Teile sind mit derselben Nummer bezeichnet. In einem Zylinder 30, der auf der Rückseite des Flansches 27 der Gelenkgabel 22 befestigt ist, befindet sich ein Kolben 31. Eine Rückholfeder 32 hält den Kolben 31 in seiner Ruhelage. Die Kolben-Zylinder-Einheit stellt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine selbständige Baueinheit dar, die komplett montiert austauschbar ist.

In den Flansch 27 direkt eingebaut ist das Druckhalteventil 40, gehalten mit einer Schraube 41, die mit entsprechenden Bohrungen 42 zur Druckmittelzufuhr versehen ist. Das Druckhalteventil 40 besteht aus einem Ventilgehäuse 43, in dem ein Kolben 44 dichtend und axial gegen die Kraft einer Feder 45 verschiebbar angeordnet ist. Der Kolben 44 hat eine große Kolbenfläche 47, die dem Druckmittel-Zufluß durch die Bohrung 46 zugewandt ist, und eine gegenüberliegende kleinere Kolbenfläche 48. Beide Kolbenflächen sind durch eine axiale Bohrung 49 miteinander verbunden. Der durch die unterschiedlichen Kolbenflächen entstehende Ringraum 50 wird durch in einen drucklosen Raum führende Bohrungen 51 entlastet.

Der Zufluß zur Kolben-Zylinder-Einheit 26 erfolgt über eine Bohrung 52 im Gehäuse 43 und Bohrung 53 im Flansch 27.

Wird über den Anschluß 28 ein Druckmittel zugeführt, dann strömt dieses zunächst durch die Bohrungen 42 in der Haltes'chraube 41, dann durch die Bohrungen 46, 49 und 52 des Druckhalteventils 40 und die Bohrungen 53 und 34 in einen Druckraum 33 der Kolben-Zylinder-Einheit. Die Stirnfläche 29 des Kolbens 31 legt sich alsdann nach entsprechendem Hub an das Lagerauge 25 an. Ist der Gelenkwellenflansch noch an einem Maschinenteil, z.B. einer Walze, befestigt und soll das Gelenk in dieser Position fixiert werden, so bewirkt eine weitere Druckaufgabe folgendes: Aufgrund der unterschiedlich großen Stirnflächen 47 und 48 überwiegt die Kraft auf der größeren Fläche 47, wodurch sich der Kolben 44 gegen die Feder 45 axial verschiebt und sich gegen eine Dichtung 54. anlegt. Dadurch aber ist ein weiterer Zufluß zum Druckraum 33 vor dem Kolben 31 unterbrochen, so daß dieser in der in diesem Moment eingenommenen Lage verharrt. Erst nach Entspannen der Zuleitung 28, d.h. nach beendeter Montagearbeit, hebt sich der Kolben 44 wieder von der Dichtung 54 ab, wodurch ein Rückströmen des Druckmittels aus dem Druckraum 33 erfolgt. Der Kolben 31 geht in seine Ruhelage und gibt dem Gelenk seine volle Beweglichkeit wieder.

Figur 3 zeigt ein Steuerschema, nach dem alle vier Kolben-Zylinder-Einheiten 26, die an einem Gelenk angeordnet sind, gespeist werden. Alle Kolben-Zylinder-Einheiten und Druckhalteventile 40 sind an derselben Druckmittelquelle 60 angeschlossen und werden zentral- von einem Ventil 61 und einer Steckverbindung 62 gesteuert. Das betreffende Gelenk wird dadurch allseitig fest in einer vorbestimmten Beugelage oder in der Strecklage fixiert.

Es besteht ferner die Möglichkeit, in der Sammel-Leitung 63 einen hydraulischen Federspeicher anzuordnen (nicht dargestellt). Auf diese Weise kann die Kolben-Zylinder-Einheit in vorteilhafter

Weise als federnde Beugewinkelbegrenzung verwendet werden, wenn das Leitungssystem ohne die Druckhalteventile 40 dauernd mit einem Druckmittel gefüllt bleibt.

Darüberhinaus können alle an einem kompletten Gelenk angeordneten Kolben-Zylinder-Einheiten auch jeweils separat, also nicht über eine gemeinsame Sammel-Leitung, mit Druckmittel beaufschlagt werden (nicht dargestellt). Es besteht dadurch die Möglichkeit, die frei bewegliche .Kupplungshälfte in jede gewünschte Richtung zu schwenken, wie es beispielsweise für das Einfahren des Treffers an einem Walzwerk erforderlich ist.

Ferner eröffnet die erfindungsgemäße Richtvorrichtung über hydraulisch beaufschlagte Kolben-Zylinder-Einheiten die Möglichkeit, die frei bewegliche Kupplungshälfte mittels ruckartiger oder pulsierender Druckmittelzufuhr zu Kipp-Bewegungen anzuregen, was das Einfädeln der Zentrierung zum benachbarten Maschinenteil erleichtert.

04.03.1982
DK/GKü

Claims (9)

1. Patentansprüche

   Gelenkwelle mit zwei kardanischen Gelenken, die aus je zwei Kupplungshälften, insbesondere zwei Kreuzgelenkgabeln mit dazwischen liegendem Zapfenkreuz bestehen, sowie mit einem axial stufenlos verstellbaren, radial außerhalb des Kreuzgelenkes befindlichen Anschlag zum Begrenzen des Beugungswinkels zwischen beiden Kupplungshälften,

   dadurch gekennzeichnet, daß dem Anschlag zum Zweck seiner Schnellverstellung eine an eine Druckmittelquelle anschließbare Kolben-Zylinder-Einheit zugeordnet ist.
2. 2. Gelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylindereinheit aus einem das Kreuzgelenk rohrförmig umschließenden Kolben (9, 13) besteht, der in einem ringförmigen und auf einer der beiden Kupplungshälften (1) befestigten Zylinder (6, 7) mit Druckmittel verschiebbar ist und mit seinem freien Ende einen Anschlag für die andere Kupplungshalfte (2) bildet.
3. 3. Gelenkwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder-Einheit auf derjenigen Kupplungshälfte (1) befestigt ist, die mit dem Gelenkwellen-Mittelteil (4) verbunden ist, und daß der Kolben einen Anschlag für die Rückseite der anderen Kupplungshälfte (2) bildet, die mit dem anzutreibenden Maschinenteil verbindbar ist.
4. 4. Gelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylindereinheit als selbständiges Bauteil (26) ausgebildet und an der einen Kupplungshälfte (22) angebracht ist, und daß der verschiebbare Kolben (31) einen Anschlag für das Lagerauge (25) der anderen Kupplungshälfte (21) bildet.
5. 5. Gelenkwelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder-Einheit auf der Rückseite derjenigen Kupplungshälfte (22) befestigt ist, die mit dem angetriebenen

   • Maschinenteil verbindbar ist und daß der Kolben (31) den Anschlag für das Lagerauge (25) derjenigen Kupplungshälfte (21) bildet, die mit dem Gelenkwellen-Mittelteil (24) verbunden ist.
6. 6. Gelenkwelle nach Anspruch 1, 4 und 5, wobei das Gelenk aus zwei als Gelenkgabeln ausgebildete und durch ein Zapfenkreuz verbundene Kupplungshälfte besteht, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kupplungshälfte (21, 22) zwei Kolben-Zylinder-Einheiten (26) aufweist, die den jeweils gegenüberliegenden Gelenkgabeln zugeordnet sind und zueinander diametral auf der dem Gelenk zugewandten Seite der Kupplungshälften angeordnet sind.
7. 7. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet/ daß zum Zweck der Fixierung des Gelenks in einem bestimmten Beugungswinkel in der Druckmittel-Leitung (63) zu der Kolben-Zylinder-Einheit (26) ein ■Druckhalteventil (40) angeordnet ist.
8. 8. Gelenkwelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckhalteventil die Zuströmung von Druckmedium solange freigibt, bis der Kolben (44) der Kolben-Zylinder-Einheit (26) an der gegenüberliegenden Kupplungshälfte (21, 22) anliegt, und das den Zu- und Abfluß von Druckmittel schließt, wenn sich nach Anlegen des Kolbens (44) ein Druck in der Leitung (63) aufgebaut hat.
9. 9. Gelenkwelle nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckhalteventil (40) ein Gehäuse (43) aufweist, in dem ein Kolben (44) mit einer dem Druckmittelzufluß zugewandten großen Kolbenfläche (47) und einer durch eine axiale Bohrung (49) verbundene kleinere Kolbenfläche (48) gegen Federkraft axial verschiebbar angeordnet ist und eine Dichtung (54) aufweist, die bei Überwiegen der Kolbenkraft auf die größere Kolbenfläche (47) durch Axialverschiebung einen gegen Druckmittelströmung zur Kolben-Zylinder-Einheit (26) dichtenden Anschlag bildet.

   04.03.1982
   DK/GKü