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Die Erfindung betrifft ein Kreuzgelenk aufweisend ein Zapfenkreuz mit zwei, jeweils auf einer Achse gegenüberliegend angeordneten Paaren von Zapfen, von denen jeder Zapfen eine Innenlaufbahn aufweist, auf welcher Wälzkörper eines jeweils zugeordneten Wälzlagers laufen, dessen Außenlaufbahn zum Verbinden mit einem Lagerauge ausgebildet ist.
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Die
DE 198 46 355 A1 beschreibt ein Kreuzgelenk mit einem Kreuzstück, dessen vier gegenüberliegende Zapfen paarweise über je zwei Wälzlager in je einer von zwei Anschlusskonstruktionen aufgenommen sind, bei dem das Kreuzstück beidseitig in Zug- und in Druckrichtung zwischen einem ersten Zapfenpaar verstärkt ist, wobei dieses erste Zapfenpaar von einer ersten fixierbaren Anschlusskonstruktion schwenkbar aufgenommen ist, während ein zweites Zapfenpaar von einer zweiten Anschlusskonstruktion in Form einer klauenförmigen Gabel aufgenommen ist, die auf Zug und auf Druck beanspruchbar ist und in Richtung des ersten Zapfenpaares nach beiden Seiten schwenkbar ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kreuzgelenk mit einer verbesserten Lagerung zu schaffen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Kreuzgelenk aufweisend ein Zapfenkreuz mit zwei, jeweils auf einer Achse gegenüberliegend angeordneten Paaren von Zapfen, von denen jeder Zapfen eine Innenlaufbahn aufweist, auf welcher Wälzkörper eines jeweils zugeordneten Wälzlagers laufen, dessen Außenlaufbahn zum Verbinden mit einem Lagerauge ausgebildet ist, bei dem das Zapfenkreuz eine Einstellvorrichtung für das Lagerspiel wenigstens eines der Wälzlager aufweist.
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Mit der erfindungsgemäßen Einstellvorrichtung wird somit ein Kreuzgelenk mit einer verbesserten Lagerung dadurch geschaffen, dass mittels der Einstellvorrichtung das Lagerspiel zwischen einem Zapfen und einem zugeordneten Lagerauge des Kreuzgelenks veränderbar ist. Insbesondere kann mittels der erfindungsgemäßen Einstellvorrichtung ein vor einer Montage des Kreuzgelenks vorbestimmtes Lagerspiel nach der Montage verringert werden. So kann die Montage erleichtert werden, da das Kreuzgelenk und insbesondere dessen Wälzlager zunächst mit großem Spiel einfach bzw. beschädigungsfrei montiert werden können und anschließend d. h. nach der Montage das für den Betrieb des Kreuzgelenks vorgesehene Lagerspiel der Wälzlager nachträglich eingestellt, beispielsweise das Lagerspiel reduziert und gegebenenfalls die Wälzlager spielfrei eingestellt werden können. Zudem ist es möglich, eine Vorspannung im Wälzlager zu erzeugen.
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Zapfenkreuze von Kreuzgelenken weisen generell zwei, jeweils auf einer Achse gegenüberliegend angeordnete Paare von Zapfen auf. Mit anderen Worten erstrecken sich zwei Zapfen mit ihren Symmetrielinien entlang einer gemeinsamen Achse, wobei die freien Enden d. h. die einem Verbindungsknoten des Zapfenkreuzes gegenüberliegenden Zapfenstirnseiten voneinander wegweisend orientiert sind. Zwei weitere Zapfen erstrecken sich mit ihren Symmetrielinien entlang einer gemeinsamen weiteren Achse, wobei auch hier die freien Enden d. h. die einem Verbindungsknoten des Zapfenkreuzes gegenüberliegenden Zapfenstirnseiten voneinander wegweisend orientiert sind. Die beiden Achsen der Paare von Zapfen stehen dabei senkrecht aufeinander d. h. in einem Winkel von 90 Grad, wobei die beiden Achsen sich im Zentrum des Verbindungsknotens des Zapfenkreuzes schneiden. An jedem dieser vier Zapfen kann eine Innenlaufbahn für Wälzkörper eines Wälzlagers angebracht sein. Die Wälzkörper können beispielsweise Nadelrollen eines Nadellagers oder Zylinderrollen eines Zylinderrollenlagers sein. Die Außenlaufbahn des Wälzlagers kann an einer Innenwand einer Lagerbüchse oder unmittelbar an einem Lagerauge des Kreuzgelenks vorgesehen sein. Die Lageraugen können an einer Gelenkgabel des Kreuzgelenks ausgebildet sein.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Lagerspiel nicht durch eine vorgegebene Baueinheit eines Standardwälzlagers vorgegeben ist, sondern das Lagerspiel durch eine Einstellvorrichtung veränderbar bzw. einstellbar ist. Insbesondere kann eine spielfreie oder vorgespannte Einstellung des Kreuzgelenks erfolgen. In einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung kann das Kreuzgelenk mit einem deutlichen Lagerspiel montiert werden und erst anschließend d. h. nach der Montage eine Reduzierung des Lagerspiels eingestellt werden. Alternativ kann das deutliche Lagerspiel nach der Montage derart reduziert werden, dass sich eine spielfreie Wälzlagerung einstellt.
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Die Einstellvorrichtung kann eine Einrichtung zum Weiten des Durchmessers der Innenlaufbahn aufweisen. Durch ein Weiten des Durchmessers der Innenlaufbahn wird ein Ringspalt zwischen Innenlaufbahn und Außenlaufbahn verengt, so dass der verengte Ringspalt die Wälzkörper mit geringerem Spiel umfängt. Wenn der Durchmesser der Innenlaufbahn derart geweitet wird, dass sich zwischen Innenlaufbahn und Außenlaufbahn ein Ringspalt einstellt, dessen Ringspaltweite den Durchmessern der Wälzkörper entspricht, ist eine spielfreie Wälzlagereinstellung bzw. eine spielfrei Kreuzgelenkeinstellung erreicht.
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Die Einrichtung zum Weiten des Durchmessers der Innenlaufbahn kann eine den Zapfen radial aufdehnende Spanneinrichtung aufweisen. Ist die Innenlaufbahn auf einer Mantelfläche des Zapfens vorgesehen, so kann die Innenlaufbahn im Durchmesser dadurch geweitet werden, dass der Zapfen radial aufgedehnt wird d. h. der Zapfendurchmesser wird, beispielsweise elastisch oder plastisch, geweitet.
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In einer Weiterbildung der Erfindung kann die Spanneinrichtung ein in eine Axialbohrung des Zapfens eingesetztes Spannelement aufweisen. Das Spannelement kann einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein. Das Spannelement kann eine vom Zapfen unabhängige Baueinheit bilden, die beispielsweise nachträglich in eine Axialbohrung des Zapfens eingesteckt bzw. eingeschoben wird. Durch eine Platzierung des Spannelements in einer Axialbohrung des Zapfens, insbesondere in einer koaxialen Bohrung zur Mantelfläche des Zapfens bzw. zur Innenlaufbahn kann eine über den Umfang gleichmäßige Spannkraft ausgeübt werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Innenlaufbahn gleichförmig aufgedehnt wird. Die Innenlaufbahn behält dadurch ihre gleichmäßige Kreisform bzw. Ringform mit kreisförmigem Querschnitt.
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Das Spannelement kann dabei an einer Stirnseite des Zapfens in die Axialbohrung eingesetzt sein. Indem das Spannelement an einer Stirnseite des Zapfens in die Axialbohrung eingesetzt werden kann, kann das Spannelement auf einfache Weise in das Zapfenkreuz eingefügt bzw. eingepresst werden. Eine der Stirnseite des einen Zapfens gegenüberliegende Stirnseite des weiteren Zapfens des Zapfenpaares kann dabei als Widerlager dienen für einen Montagevorgang und/oder einen Einnpressvorgang des Spannelements.
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In allen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann folglich das Spannelement einen in die Axialbohrung des Zapfens einpressbaren Zylinderstift aufweisen, der gegenüber der Axialbohrung ein Übermaß aufweist. Der einzupressende Zylinderstift kann eine zur Kontur der Axialbohrung kongruente Gestalt bzw. einen kongruenten Querschnitt aufweisen. Der einzupressende Zylinderstift kann dabei einen Durchmesser aufweisen, der um einen Betrag größer ist, als der Durchmesser der Axialbohrung und zwar um einen solchen Betrag größer, der geeignet ist, in Abhängigkeit des Werkstoffes des Zapfens und der Baugröße, insbesondere des Außendurchmessers des Zapfens, den Zapfen an seinem Außendurchmesser um den gewünschten Betrag aufzudehnen.
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In allen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann wenigstens eine der Außenlaufbahnen an einer Innenwand einer Lagerbüchse vorgesehen sein, welche zum Verbinden mit einem Lagerauge ausgebildet ist. Die Wälzkörper laufen dabei nicht unmittelbar auf einer Bohrungsinnenwand der Lageraugen, sondern auf einer Innenwand der Lagerbüchse. Die Lagerbüchse kann dabei hinsichtlich Werkstoff und Gestalt an die Wälzanforderungen angepasst werden, ohne dass eine Abhängigkeit von dem verwendeten Werkstoff der Lageraugen besteht. Ist die Außenlaufbahn verschlissen, so kann das Kreuzgelenk durch bloßen Austausch der Lagerbüchsen wieder hergestellt werden.
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Die Lagerbüchse kann dabei topfartige gestaltet sein und einen Büchsenboden aufweisen, der eine Stirnseite des zugeordneten Zapfens überdeckt und mit einer Öffnung versehen ist. Über die Öffnung kann die Spanneinrichtung nach einer Montage des Kreuzgelenks in den Zapfen eingefügt werden. Anschließend d. h. nach der Montage des Kreuzgelenks und nach dem Einfügen der Spanneinrichtung kann eine Reduzierung des Lagerspiels eingestellt werden. Auch hierbei kann das deutliche Lagerspiel nach der Montage derart reduziert werden, dass sich eine spielfreie Wälzlagerung einstellt.
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Der Büchsenboden kann einen abnehmbaren Verschluss für die Öffnung aufweisen. Nachdem mittels der Spanneinrichtung das Spiel eingestellt ist bzw. eine spielfreie Wälzlagereinstellung erfolgt ist, kann die Öffnung durch den Verschluss geschlossen werden. Der Verschluss verhindert einen Eintritt von Fremdstoffen, wie beispielsweise Staub oder Feuchtigkeit in das Wälzlager bzw. verhindert einen Austritt von Wälzlagerfett oder Schmieröl über die Öffnung.
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In einer Weiterbildung der Erfindung kann der Büchsenboden im Bereich der Öffnung mit einem Gewinde zum Einschrauben eines Schraubverschlusses versehen sein. Durch das Gewinde und den Schraubverschlusses kann die Öffnung zu einem späteren Zeitpunkt auch wieder eröffnet werden, um beispielsweise die Spanneinrichtung nachzustellen oder wieder entfernen zu können, bzw. um auch das Kreuzgelenk wieder demontieren zu können.
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Zusammenfassend stellt die Erfindung somit eine Lösung bereit für die Lager eines Kreuzgelenks. Wälzgelagerte Kreuzgelenke können beispielsweise mit Nadel- oder Zylinderrollen ausgestattet sein. Aufgrund der Geometrie von Wälzkörpersätzen und Lautbahnen ist im Allgemeinen zu einer beschädigungsfreien Montage ein gewisses Lagerspiel, insbesondere in radial er Richtung erforderlich. Ein solches für die Montage zweckmäßiges Lagerspiel kann jedoch während des Betriebs des Kreuzgelenks unzweckmäßig sein. Beispielsweise bei Präzisionsantrieben in der Antriebs- und Positioniertechnik werden mitunter spielfreie Lagerungen gefordert, um entsprechende Genauigkeiten des Getriebes zu erreichen.
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Mit der erfindungsgemäßen Einstellvorrichtung wird ein Kreuzgelenk mit einer verbesserten Lagerung dadurch geschaffen, dass mittels der Einstellvorrichtung das Lagerspiel zwischen einem Zapfen und einem zugeordneten Lagerauge des Kreuzgelenks veränderbar ist.
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In einer Ausführungsform weist die Erfindung in wenigstens einem, insbesondere in allen Kreuzzapfen eine Bohrung auf. Die Bohrung ist stirnseitig eines jeden Kreuzzapfens eingebracht. Zunächst werden die Wälzlager auf die Kreuzzapfen montiert. Nach der Montage wird ein erfindungsgemäßes Verspannelement bzw. die Spanneinrichtung in die Bohrung eingeführt. Das Verspannelement bzw. die Spanneinrichtung weitet die Zapfenlaufbahn radial auf, um die radiale Spielfreiheit zu erreichen oder zumindest das Lagerspiel auf ein gewünschtes Maß zu reduzieren. Das Einführen des Verspannelements kann alternativ auch nach Montage des Kreuzzapfens in einer entsprechenden Gelenkwellengabel erfolgen.
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Ein erfindungsgemäßes Verspannelement kann ein einfaches Rundmaterial, wie beispielsweise ein Zylinderstift mit Übermaß sein, das in die Bohrung des Kreuzzapfens eingepresst wird, so dass sich der Kreuzzapfen an seinem Außenumfang dem Übermaß entsprechend weitet.
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Zum Einführung des Verspannelements nach der Gelenkmontage kann eine Lagerbüchse einen Büchsenboden aufweisen, der beispielsweise eine Öffnung bzw. eine Gewindebohrung trägt. Die Lagerbüchse trägt dabei das Kreuzgelenklager. Über die Öffnung bzw. die Gewindebohrung in der Lagerbüchse kann das Verspannelement nach der Montage des Kreuzgelenks in die Bohrung des Kreuzzapfens eingefügt werden. Die Öffnung bzw. die Gewindebohrung der Lagerbüchse kann anschließend mit einem Verschlussstück abgedichtet werden.
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Durch das erfindungsgemäße Verspannelement bzw. der erfindungsgemäßen Einstellvorrichtung kann insbesondere ein radial spielfreies Kreuzgelenk realisiert werden. Dadurch kann eine sehr gute Positionierung und Präzision bei Stellantrieben mit Kreuzgelenken erreicht werden.
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Die Erfindung kann insbesondere bei wälzgelagerten Kreuzgelenken für Antriebswellen beispielsweise bei Positionieranwendungen und/oder Schwenkeinrichtungen, insbesondere bei Kreuzgelenken für Wellen in Positionierantrieben und/oder in Kraftfahrzeugen, insbesondere Lastkraftwagen Anwendung finden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist exemplarisch in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Kreuzgelenks,
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2 eine Teilquerschnittsansicht einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Zapfenkreuzes.
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Das in der 1 beispielhafte dargestellte Kreuzgelenk 1 weist ein antriebsseitiges Wellenanschluss-Stück 3 auf. Das antriebsseitige Wellenanschluss-Stück 3 ist mit einer antriebsseitigen Gelenkgabel 5 verbunden, die zwei Lageraugen 7a, 7b aufweist. Die beiden Lageraugen 7a, 7b tragen jeweils eine Bohrung 9a, 9b zur Aufnahme einer Lagerbüchse 11. Die beiden Bohrungen 9a, 9b der Lageraugen 7a, 7b erstrecken sich entlang einer gemeinsamen Achse A1, die senkrecht zur Antriebsachse A2 des antriebsseitigen Wellenanschluss-Stücks 3 orientiert ist.
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Ein abtriebsseitiges Wellenanschluss-Stück 13 ist mit einer abtriebsseitigen Gelenkgabel 15 verbunden, die gegenüberliegende Lageraugen 17 aufweist. Die Lageraugen 17 tragen jeweils eine Bohrung 19 zur Aufnahme jeweils einer Lagerbüchse 11. Die Bohrungen 19 der Lageraugen 17 erstrecken sich entlang einer gemeinsamen Achse A3, die senkrecht zur Abtriebsachse A4 des abtriebsseitigen Wellenanschluss-Stücks 13 orientiert ist.
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Das antriebsseitige Wellenanschluss-Stück 3 ist mit dem abtriebsseitigen Wellenanschluss-Stücks 13 über ein Zapfenkreuz 21 verbunden. Das Zapfenkreuz 21 weist vier sich voneinander wegerstreckende Zapfen 23a, 23b, 23c, 23d auf. Jeweils ein Zapfen 23a, 23b, 23c, 23d greift in eine zugeordnete Bohrung 9a, 9b, 19 der Lageraugen 7a, 7b, 17 ein. Die Zapfen 23a, 23b, 23c, 23d bilden gegenüberliegend angeordnete Paare von Zapfen 23a, 23b, 23c, 23d.
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Zwischen jedem Zapfen 23a, 23b, 23c, 23d und zugeordneter Bohrung 9a, 9b, 19 der Lageraugen 7a, 7b, 17 ist ein Wälzlager 25 und eine Lagerbüchse 27 eingefügt.
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Repräsentativ ist in 2 eines der Wälzlager 25 und die Lagerbüchse 11 im Teilquerschnitt dargestellt. Zwischen einer Innenlaufbahn 29 des Wälzlagers 25 und einer Außenlaufbahn 31 des Wälzlagers 25 sind Wälzkörper 33 eingefügt. Die Außenlaufbahn 31 ist an einer Innenwand 35 der Lagerbüchse 11 vorgesehen. Die Innenlaufbahn 29 ist an einer Mantelfläche 37 des Zapfen 23a vorgesehen.
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Das Zapfenkreuz 21 weist in der in 2 gezeigten Ausführung eine Einstellvorrichtung 39 für das Lagerspiel wenigstens eines der Wälzlager 25 auf. Die Einstellvorrichtung 39 bildet eine Einrichtung zum Weiten des Durchmessers der Innenlaufbahn 29 aufweist. Die Einrichtung zum Weiten des Durchmessers der Innenlaufbahn 29 kann eine den Zapfen 23a radial aufdehnende Spanneinrichtung 39a sein. Die Spanneinrichtung 39a ist in eine Axialbohrung 41 des Zapfens 23a eingesetzt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist die Spanneinrichtung 39a bzw. das Spannelement 39b an einer Stirnseite des Zapfens 23a in die Axialbohrung 41 eingesetzt. Das Spannelement 39b kann ein in die Axialbohrung 41 des Zapfens 23a eingepresster Zylinderstift sein. Der Zylinderstift weist gegenüber der Axialbohrung 41 ein Übermaß auf, d. h. der Zylinderstift weist einen etwas größeren Durchmesser auf als die Axialbohrung 41.
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Die Außenlaufbahn 31 ist an der Innenwand 35 der Lagerbüchse 11 vorgesehen. Die Lagerbüchse 11 ist, wie in 1 angedeutet dargestellt, zum Verbinden mit einem der Lagerauge 7a, 7b, 17 ausgebildet. Die Lagerbüchse 11 kann eine topfartige gestaltet aufweisen. Die Lagerbüchse 11 weist dabei einen Büchsenboden 43 auf, der eine Stirnseite des zugeordneten Zapfens 23a überdeckt und mit einer Öffnung 45 versehen ist. Die Öffnung 45 ist mittels eines abnehmbaren Verschlusses 47 verschließbar. Der Verschlusses 47 kann von einem einschraubbaren Schraubverschluss 47a gebildet werden, wobei die Öffnung 45 dazu mit einem Gewinde 49 versehen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kreuzgelenk
- 3
- antriebsseitiges Wellenanschluss-Stück
- 5
- antriebsseitige Gelenkgabel
- 7a, 7b
- Lageraugen
- 9a, 9b
- Bohrung
- 11
- Lagerbüchse
- 13
- abtriebsseitiges Wellenanschluss-Stück
- 15
- abtriebsseitige Gelenkgabel
- 17
- Lageraugen
- 19
- Bohrung
- 21
- Zapfenkreuz
- 23a, 23b, 23c, 23d
- Zapfen
- 25
- Wälzlager
- 29
- Innenlaufbahn
- 31
- Außenlaufbahn
- 33
- Wälzkörper
- 35
- Innenwand
- 37
- Mantelfläche
- 39
- Einstellvorrichtung
- 39a
- Spanneinrichtung
- 39b
- Spannelement
- 41
- Axialbohrung
- 43
- Büchsenboden
- 45
- Öffnung
- 47
- Verschluss
- 47a
- Schraubverschluss
- 49
- Gewinde
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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