DE3644204C2 - - Google Patents
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- DE3644204C2 DE3644204C2 DE3644204A DE3644204A DE3644204C2 DE 3644204 C2 DE3644204 C2 DE 3644204C2 DE 3644204 A DE3644204 A DE 3644204A DE 3644204 A DE3644204 A DE 3644204A DE 3644204 C2 DE3644204 C2 DE 3644204C2
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Description
Die Erfindung betrifft ein Kreuzgelenk für eine zur Übertragung
hoher Drehmomente geeignete Gelenkwelle nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1. Ein Kreuzgelenk dieser Gattung ist bekannt
aus der DE-PS 26 25 960 (GB-PS 15 39 497).
Beim Einsatz derartiger Gelenkwellen im Großmaschinenbau sind
die Gelenke je nach Einsatzfall nicht nur hohen Drehmomenten,
sondern auch in beträchtlichem Maße Querkräften ausgesetzt. Die
Kreuzgelenke sind daher außer mit Radiallagern, die in erster
Linie die Umfangskräfte zu übertragen haben, auch noch mit
Axiallagern ausgerüstet zur Aufnahme der Querkräfte und zur
Einstellung des Querspiels innerhalb des Gelenks. Die Übertra
gung der Querkräfte vom Zapfenkreuz auf die Gelenkgabel oder
umgekehrt erfolgt über die betreffenden Wälzlagerringe, die in
der Aufnahmebohrung in der Gelenkgabel axial gesichert sein
müssen, wobei diese Sicherung in vollem Umfang der Querkraft
unterworfen ist.
Aus der DE-PS 26 25 960 ist bekannt, die in Zapfenlängsachse
wirkenden Querkräfte direkt von der Zapfenstirnseite aus in den
Lagerdeckel einzuleiten. Es besteht dann die Möglichkeit, die
Querkraft entweder über Schrauben in die Gelenkgabel einzulei
ten oder über einen Sicherungsring, der in Nuten innerhalb der
Lagerbohrung eingelegt ist. Die Sicherungsringe aber sind den
im Großmaschinenbau auftretenden Belastungen oft nicht gewach
sen, sie werden aus der Nut gesprengt, was zu einer Zerstörung
des Lagers führt.
Daher wurde versucht, die Querkraft vom Bereich der Zapfenwur
zel aus, also dem Übergangsbereich zwischen zwei benachbarten
Zapfen, auf einen mit Bund versehenen Radiallager-Außenring in
die Gelenkgabel einzuleiten (Fig. 1 der genannten PS, DE-GM 18 58 494). Dazu muß jedoch
der Außenring entweder vor der Montage des Zapfenkreuzes einge
setzt oder das Lagerauge mit der Lagerbohrung in der Gelenkga
bel zweiteilig ausgeführt werden. Die letztere Maßnahme bringt
eine beträchtliche Schwächung des Gelenks sowie des Zapfenkreu
zes im Bereich der Zapfenwurzel mit sich, weil durch diese An
ordnung des Axiallagers im Bereich der Zapfenwurzel gerade der
jenige Bauraum in Anspruch genommen wird, der für eine kräftige
Ausbildung des Zapfenkreuzes notwendig ist.
Bei allen bisher beschriebenen Lösungen wird auch die betref
fende Gelenkgabel mit der vollen Querkraft zusätzlich zur Um
fangskraft beaufschlagt. Die gerade betroffene Gelenkgabelhälf
te verformt sich dabei nach radial außen von der Gelenkachse
weg. Durch diese Verformung wird das gegenüberliegende Axialla
ger entlastet, und es entsteht ein entsprechendes Spiel. Das
Spiel in der Gelenkwelle vermindert nicht nur die Laufruhe der
Gelenkwelle und die Standzeit aller Lager des Gelenks, sondern
beeinträchtigt ferner beim Einsatz der Gelenkwelle in Walzwer
ken die Qualität des gewalzten Gutes.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das bekannte Kreuzge
lenk derart weiterzubilden, daß alle Lager mit dem Ziel höherer
Lebensdauer gleichmäßig belastet werden, und daß die Entstehung
von Spiel im Gelenk infolge Einwirkung von Querkräften vermie
den wird.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An
spruches 1 gelöst. Der Erfinder hat erkannt, daß für die Trag
fähigkeit der Wälzlager die Steifigkeit des ganzen Gelenks ver
antwortlich ist, in erster Linie aber die Steifigkeit im Be
reich der geschlossenen Lagerbohrungen in den einteiligen Ge
lenkhälften sowie innerhalb der Lager selbst. Es wird demnach
angestrebt, die Lager im Gelenk von der Verformung der übrigen
Gelenkteile freizuhalten. Dies geschieht gemäß der Erfindung
durch folgende Maßnahmen:
Das Zapfenkreuz weist eine zentral entlang der Zapfenachse ver
laufende Längsbohrung durch die Zapfen auf, in der sich ein
stabförmiger Anker befindet. An diesem Anker sind die Lager
deckel der beiden einander gegenüberliegenden Lagerungen befe
stigt. Die Lagerdeckel tragen auf ihrer Innenseite die radial
äußere Laufbahn der Axiallager und liegen drehfest, aber ver
schiebbar an den Stirnseiten der Gelenkgabel im Bereich der
Lagerbohrungen auf. Der Lagerdeckel ist als ein separates Bau
teil ausgebildet und frei von einer radialen Verbindung mit dem Gabel
auge.
Ein Kreuzgelenk, dessen Zapfenkreuz mit Längsbohrungen versehen
ist und durch die hindurch sich ein Zuganker erstreckt, ist aus
der GB-PS 10 33 628 bzw. DE-AS 12 83 037, Fig. 2, bekannt. Die
Zapfen sind dort in stirnseitig geschlossenen Lagerbüchsen mit
Nadellagern ohne Innen- und Außenringe gelagert, wobei diese
Lagerbüchsen selbst die Gelenkgabelhälften bilden und an die
Stirnseite eines Flansches geschraubt sind. Der Zuganker hat
vor allem die Aufgabe, die Fliehkräfte der beiden Lagerbüchsen
als Ganzes aufzunehmen, wobei zu berücksichtigen ist, daß das
Gelenk für hohe Drehzahl geeignet sein soll. Aufgrund der mehr
teiligen Bauart eignet es sich aber nicht zur Übertragung hoher
Drehmomente.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung hingegen wird folgendes er
reicht: Die vom Zapfenkreuz auf die Gelenkgabel zu übertragende
Querkraft, die sich bei entsprechender Winkelstellung der Ge
lenkwelle als Axialkraft in Richtung der Zapfenachse von der
Gelenkachse weg auswirkt, geht von der Stirnseite des Zapfens
über die innere Laufbahn des Axiallagers und die Axiallagerrol
len auf die andere Laufbahn am Lagerdeckel über. Dabei wird die
Kraft aber nicht wie bei den bekannten Kreuzgelenken auf kürze
stem Wege über den Lagerdeckel oder die Lagerbüchse mittels
Schrauben, oder über den Schaft des mit dem Lagerdeckel verbun
denen Radiallager-Außenringes mittels Sicherungsringen auf die
Gelenkgabel übertragen. Gemäß der Erfindung wird die Querkraft
von dem einen Lagerdeckel, der mit der Gelenkgabelhälfte nicht
fest verbunden ist, in den mit diesem verbundenen Anker gelei
tet, welcher bis zum Lagerdeckel der gegenüberliegenden Lage
rung führt und dort in gleicher Weise befestigt ist. An dieser
Stelle wird die Kraft mit Wirkungsrichtung zur Gelenkachse hin
an dieser Gelenkgabelhälfte abgestützt. Der Lagerdeckel kann
sich direkt an der Stirnseite der Gelenkgabel bzw. des Gabel
auges abstützen, so daß er eine axiale Sicherung des Radialla
ger-Außenringes darstellt. Der Lagerdeckel kann sich auch an
der Stirnseite des Radiallager-Außenringes abstützen, wenn die
ser von außen her in die Lagerbohrung bis zu einem Anschlag
einschiebbar ausgebildet ist.
Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die beiden La
gerdeckel der Gelenkgabel mittels des durch das Zapfenkreuz
hindurchführenden Ankers zusammengespannt werden und dabei
gleichzeitig die Radiallager-Außenringe in ihrer Lage halten.
Eine gegen den einen Lagerdeckel wirkende Querkraft wird somit
nicht von demjenigen Gelenkgabelauge aufgenommen, gegen das die
Querkraft von der Gelenkachse her gerichtet ist, sondern vom
gegenüberliegenden Gelenkgabelauge. Es kommt dadurch nicht zu
einer Verformung desjenigen Gelenkgabelauges, in der das Axial
lager von Querkraft beaufschlagt ist, weil die Querkraft von
demjenigen Gelenkgabelauge aufgenommen wird, dessen Axiallager
unbelastet ist. Die von der Gelenkgabel aufzunehmende Querkraft
ist bei der erfindungsgemäßen Lösung immer
zur Gelenkachse hin gerichtet, so daß Einrichtungen zur Siche
rung von Lagerringen gegen Ausweichen nach radial außen entfal
len können. Die axiale Sicherung für das Radiallager auf der
einen Seite des Ankers übernimmt der Lagerdeckel am Radialla
ger-Außenring der gegenüberliegenden Lagerung.
Wesentlich dabei ist vor allem der Umstand, daß durch diese
Anordnung das belastete Lager von Verformungen im Bereich der
Lagerbohrung in der Gelenkgabel freigehalten ist. Dadurch ist
ein optimales Tragverhalten sowohl im Radiallager als auch im
Axiallager gewährleistet und ohne Verlust an Bauraum auch eine
optimale Lebensdauer.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung angegeben. Die Länge des die beiden Lagerdeckel ver
bindenden Ankers kann so bemessen werden, daß beide Axiallager
unter einer definierbaren Vorspannung stehen, die der Anker als
Zugspannung ausübt. Die geschilderten Querkräfte treten immer
gleichzeitig mit den aus der Drehmomentübertragung resultieren
den Radialkräften in das Gelenk auf. Daher steht das Zapfen
kreuz und auch die Gelenkgabel unter einer Verformung, die von
der Drehmomentübertragung herrührt. Um das Axiallager auf der
Innenseite des Lagerdeckels möglichst gleichmäßig zu belasten,
ist vorgesehen, die eine Laufbahn des Axiallagers möglichst
nahe an der Zapfenachse im stirnseitigen Bereich des Zapfens
anzuordnen, vorzugsweise an der Stirnseite des Radiallager-In
nenringes. Der Lagerdeckel, der gemäß der Erfindung weder mit
dem Radiallager-Außenring noch mit der Gelenkhälfte selbst di
rekt verbunden ist, kann mit einer radialen Bewegungsmöglich
keit sowie einer Abdichtung gegen das Lagerinnere ausgestattet
sein, so daß sich der Lagerdeckel mit dem daran befestigten
Ende des Ankers den Verformungen anpassen kann, ohne sich von
dem Radiallager-Außenring abzuheben. Dies gelingt besonders
dann, wenn der Lagerdeckel in seinem äußeren Durchmesserbereich
biegeelastisch, im Bereich der äußeren Laufbahn für die Rollen
des Axiallagers hingegen biegesteif ausgeführt ist. Zwischen
den beiden Lagerringen des Radiallagers kann im Bereich der
Zapfenwurzel eine Dichtung gegen Austritt von Schmiermittel
bzw. Eintritt von Schmutz angeordnet sein. Es ist ferner ohne
Verlust von Bauraum möglich, am Radiallagerinnenring einen von
der Zapfenachse wegweisenden Bund vorzusehen, der bis zum Au
ßendurchmesser des Radiallager-Außenringes reicht und mit dem
der Außenring gemeinsam mit dem Innenring aus der Lagerbohrung
herausgezogen werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch ein Kreuzgelenk in einer
durch die Zapfenachse gelegten und senkrecht auf der
Gelenkachse stehenden Ebene
Fig. 2 eine andere Ausführungsform im Kontaktbereich des La
gerdeckels an der Gelenkgabel.
Das Kreuzgelenk gemäß Fig. 1 weist eine aus zwei Hälften beste
hende Gelenkgabel 1 auf, in deren Lagerbohrung 2 ein Zapfen
kreuz 3 mittels einer Wälzlagerung drehbar gelagert ist. Die
Wälzlagerung besteht aus einem Radiallager 5 mit einem Außen
ring 6, den Rollen 7 und einem Innenring 8 sowie aus einem
Axiallager 9. Die Rollen 10 des Axiallagers 9 wälzen sich auf
einer inneren Laufbahn 11 ab, die sich stirnseitig am Innenring
8 des Radiallagers 5 befindet sowie auf einer äußeren Laufbahn
12, die an der Innenseite eines Lagerdeckels 14 angebracht ist.
Zur radialen Führung der Rollen 10 kann ein Bund 13 am Innen
ring 8 dienen.
Das Zapfenkreuz 3 weist eine entlang der Zapfenachse 15 durch
die Zapfen 4 verlaufende zentrale Längsbohrung 16 auf, die von
der einen Stirnseite bis zur gegenüberliegenden Stirnseite des
Zapfenkreuzes 3 reicht. In der Längsbohrung 16 befindet sich
ein langgestreckter Anker 17, an dem die Lagerdeckel 14 beider
in der Zapfenachse 15 angeordneten Lagerungen befestigt sind,
z.B. mittels Schrauben 18. Der Lagerdeckel 14 liegt ferner
stirnseitig am Außenring 6 des Radiallagers 5 an, ist mit die
sem aber nicht verbunden. Der Außenring 6 ist entlang der
Zapfenachse 15 von radial außen her in Richtung zur Gelenkachse
19 bis zu einem Anschlag einschiebbar. Dieser Anschlag kann wie
dargestellt ein von der Zapfenachse 15 wegweisender Bund 20 am
Außenring 6 sein, der an der Gelenkgabel 1 zum Anliegen kommt.
Stattdessen kann auch ein zur Zapfenachse 15 weisender Bund in
der Bohrung 2 der Gelenkgabel 1 vorgesehen sein. Der Lager
deckel 14 weist gegenüber der Stirnseite des Außenringes 6 bzw.
der Gelenkgabel 1 eine radiale Bewegungsmöglichkeit auf und ist
ferner gegen Austritt von Schmiermittel aus der Lagerung mit
einer Abdichtung 21 versehen. Außerdem ist der Lagerdeckel 14
gegenüber dem Außenring 6 oder der Gelenkgabel 1 gegen Verdre
hung gesichert (nicht dargestellt). Eine weitere Abdichtung 22
befindet sich zwischen dem Außenring 6 und dem Innenring 8. Der
Innenring 8 weist ferner in dem der Gelenkachse 19 zugewandten
Wurzelbereich 23 des Zapfens 4 einen sich von der Zapfenachse
15 weg erstreckenden Bund 24 auf, der bis in den Durchmesserbe
reich des Außenringes 6 reicht. Mit diesem Bund kann bei der
Demontage des Gelenks der Außenring 6 mit dem Innenring 8 ge
meinsam aus der Bohrung 2 herausgezogen werden.
Das bekannte Gelenk weist an der Stirnseite der Zapfen stufen
förmige Absätze auf. Dadurch läßt sich das Zapfenkreuz von in
nen in die Lagerbohrungen einfädeln, bevor die Lager von außen
eingesetzt werden. Dieser stufenförmige Absatz läßt sich bei
der Erfindung dadurch nutzen, daß der Innenring 8 mit einem
Bund 25 versehen wird, der als Anschlag bei der Montage dient
sowie als innere Laufbahn 11 für die Rollen 10 des Axiallagers 9.
Es ist beim bekannten Kreuzgelenk nicht möglich, die Axiallager
unter eine kontrollierbare Vorspannung zu stellen. Die Siche
rungsringe für den Außenring, die die Querkraft in die Gelenk
gabel einleiten sollen, lassen sich nur in die Nut einsetzen,
wenn der betreffende Lagerring nicht unter Vorspannung steht.
Bei der Erfindung dagegen ist der Anker 15 in der Lage, die
Axiallager durch exakte Längenbemessung unter definierbare Vor
spannung zu setzen. Dadurch, daß die Axiallager 9 an den Stirn
seiten der Zapfen 4 angeordnet sind, unterliegen sie nicht der
Verformung des Zapfens 4 an deren Zapfenwurzel 23. Die Verfor
mung der Bohrung 2 in der Gelenkgabel und der Lagerung unter
der Wirkung der Umfangskraft kann von dem Lagerdeckel 14 ela
stisch aufgenommen und in den Anker 15 eingeleitet werden. Da
bei ist es vorteilhaft, den äußeren Durchmesserbereich des La
gerdeckels 14 so biegeweich auszubilden, daß dennoch kein Abhe
ben von der Stirnseite des Außenringes 6 eintritt. Als Vorteil
erweist es sich, daß bei der Übertragung der Querkraft von ei
ner Gelenkhälfte zur anderen diese elastisch unter der vom An
ker 17 ausgeübten Zugvorspannung stehen. Dadurch können die
Lagerdeckel 14 ohne Bildung von Spiel in den Lagern (infolge
radialer Aufweitung beim Auftreten von Querkräften) und somit
Spiel im Gelenk den unvermeidbaren Verformungen folgen. Der
Anker 17, der die Lagerdeckel 14 und Axiallager 9 gegeneinander
verspannt, trägt somit zu einer beträchtlichen Erhöhung der
Steifigkeit des Gelenkes und somit der Lebensdauer aller Lager
bei.
Ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Kreuzgelenk ist besonders
vorteilhaft anwendbar bei Gelenkwellen mit einem Zapfenkreuz,
dessen Zapfen in zwei entlang der Gelenkachse versetzten Ebenen
angeordnet sind, ferner bei Gelenkwellen, deren Stirnseiten
rohrförmig enden, z.B. gemäß dem DE-GM 87 17 365.4.
In Fig. 2 ist eine andere Anordnung des Lagerdeckels 14 im Be
reich der Gelenkgabel dargestellt. Der Radiallager-Außenring 6
ist stirnseitig ohne Bund ausgeführt und schließt glatt mit der
Lagerbohrung 2 ab. Der Anschlag für den Außenring befindet sich
(nicht dargestellt) an der Innenseite der Lagerbohrung 2. Der
Lagerdeckel 14 stützt sich mit radialer Beweglichkeit und Ab
dichtung sowie Verdrehsicherung (nicht dargestellt) direkt am
äußeren Ende an einer bearbeiteten Fläche der Gelenkgabel ab.
Claims (13)
1. Kreuzzapfengelenk für eine zur Übertragung hoher Drehmomen
te geeignete Gelenkwelle, mit zwei Gelenkgabeln, von denen
jede mit zwei Zapfen eines Zapfenkreuzes verbunden ist, mit
den folgenden Merkmalen:
- a) jede Gelenkgabel ist einteilig, d.h. eine Gelenkga bel-Nabe und zwei Gabelaugen bilden miteinander ein einstückiges Bauteil;
- b) jeder Zapfen des Zapfenkreuzes ist mittels eines Ra diallagers, dem ein Außenring (6) zugeordnet ist, und mittels eines hiervon separaten Axiallagers in dem zugeordneten, mit einem Lagerdeckel versehenen Gabel auge gelagert;
- c) das Axiallager befindet sich zwischen der Stirnseite des Zapfens und dem Lagerdeckel, der (mittelbar oder unmittelbar) auf einer von der Gelenkwellen-Drehachse abgewandten Stützfläche des Gabelauges ruht;
gekennzeichnet durch die folgenden teilweise an sich be
kannten Merkmale:
- d) entlang der Achsen der Zapfen (4) erstreckt sich eine zentrale Längsbohrung (16) durch das Zapfenkreuz (3);
- e) durch die zentrale Längsbohrung (16) erstreckt sich ein Zuganker (17), der zwei einander gegenüberliegende Lagerdeckel (14) miteinander verbindet;
- f) der Lagerdeckel (14) ist ein vom Außenring (6) separa tes Bauteil und ist frei von einer radialen Verbindung mit dem Gabelauge.
2. Kreuzgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Lagerdeckel (14) gegenüber der Gelenkgabel gegen Ver
drehung gesichert und radial beweglich ist.
3. Kreuzgelenk nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Länge des Ankers (17) so bemessen
ist, daß beide Axiallager (9) nach der Befestigung der
Deckel (14) an dem Anker (17) unter axialer Vorspannung
stehen.
4. Kreuzgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Radiallager (5) einen Innenring (8)
aufweist mit einer der Stirnseite des Zapfens (3) zuge
wandten Ringfläche (11) als Laufbahn für das Axiallager (9).
5. Kreuzgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Ende des Zapfens (4) gegenüber dessen
Schaft stufenförmig verjüngt ist und der Innenring (8) des
Radiallagers (5) mit einem in diese Verjüngung eintauchen
den zur Zapfenachse weisenden Bund (25) versehen ist, auf
dem sich die eine Laufbahn (11) des Axiallagers (9) befin
det.
6. Kreuzgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß einer der Außen- oder Innenringe (6, 8)
des Radiallagers (5) mit einem zum anderen Ring weisenden
Bund (24) versehen ist zum gemeinsamen Abziehen bei der
Demontage aus der Lagerbohrung.
7. Kreuzgelenk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Abziehbund (24) am Innenring (8) des Radiallagers (5)
angebracht ist und sich von der Zapfenachse weg erstreckt
bis in den Durchmesserbereich des Außenrings (6).
8. Kreuzgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß zwischen dem Innenring (8) und Außenring
(6) in dem der Zapfenwurzel (23) zugewandten Bereich eine
Dichtung (22) vorgesehen ist.
9. Kreuzgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Lagerdeckel (14) im Bereich der ande
ren Laufbahn des Axiallagers (9) biegesteif und im Bereich
der Auflagefläche auf dem Außenring (6) des Radiallagers
(5) biegeelastisch ausgebildet ist.
10. Kreuzgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Rollen (10) des Axiallagers (9) im
Lagerdeckel (14) oder im Innenring (8) des Radiallagers (5)
geführt sind.
11. Kreuzgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge
keinnzeichnet, daß die Lagerbohrungen (2) in einer als rohr
förmig endenden Stirnseite einer Welle angeordnet sind.
12. Kreuzgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Zapfenkreuz (3) zwei Paare von Zapfen
(4) aufweist, die in zwei parallelen und entlang der Ge
lenkachse (19) versetzten Ebenen angeordnet sind.
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