DE102010041960B4

DE102010041960B4 - Gelenkanordnung

Info

Publication number: DE102010041960B4
Application number: DE102010041960A
Authority: DE
Inventors: Peter Schmehr
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2012-12-20
Anticipated expiration: 2030-10-06
Also published as: US8726465B2; US20120023705A1; DE102010041960A1

Abstract

Gelenkanordnung (1) zur gelenkigen Lagerung eines ersten Maschinenteils (2) relativ zu einem zweiten Maschinenteil (3), wobei das erste Maschinenteil (2) eine erste Achse (a) aufweist und wobei das zweite Maschinenteil (3) eine zweite Achse (b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das erste Maschinenteil (2) als auch das zweite Maschinenteil (3) verschwenkbar mit einem Gelenkteil (4) verbunden sind, wobei das erste Maschinenteil (2) mit dem Gelenkteil (4) über mindestens eine erste Gelenkstelle (5) verbunden ist, die eine Drehung des ersten Maschinenteils (2) um die erste Achse (a) relativ zum Gelenkteil (4) zulässt, und wobei das zweite Maschinenteil (3) mit dem Gelenkteil (4) über mindestens eine zweite Gelenkstelle (6) verbunden ist, die eine Drehung des zweiten Maschinenteils (3) um eine dritte Achse (c) relativ zum Gelenkteil (4) zulässt, die senkrecht auf der zweiten Achse (b) steht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gelenkanordnung zur gelenkigen Lagerung eines ersten Maschinenteils relativ zu einem zweiten Maschinenteil, wobei das erste Maschinenteil eine erste Achse aufweist und wobei das zweite Maschinenteil eine zweite Achse aufweist.
Bei Baufahrzeugen sind oftmals Gelenke gefordert, die einen hohen Verkippungs- bzw. Verschwenkwinkel zweier abgewinkelt zueinander stehender Bauelemente (Maschinenteile) bereitstellen. Derartige Gelenkanordnungen der gattungsgemäßen Art sind zumeist mit einem Kugelgelenk bzw. einem Gelenklager versehen. Aufgrund des erforderlichen Kipp- bzw. Verschwenkwinkels zwischen den Maschinenteilen – der teilweise über 40° betragen kann – kommt die gleitende Kugeloberfläche des Kugelgelenks bei maximaler Verkippung aus dem Bereich der Gleitfläche heraus, so dass sie Umwelteinflüssen direkt ausgesetzt ist.
Die DE 29 14 972 A1 offenbart eine Gelenk-Bremsvorrichtung für eine Handdusche, die zwecks Verschwenkung mittels eines Zapfens in einen mit einer Aufnahmebohrung versehenen Halter eingesteckt wird, der an der Wand befestigt ist.
Daher sind bei vorbekannten Gelenkanordnungen der eingangs genannten Art regelmäßige Wartungen erforderlich; eine wartungsfreie Ausgestaltung ist bei der vorbekannten Bauweise nicht möglich.
Zudem tritt aufgrund der über die Gleitfläche eingetragenen Schmutzpartikel erhöhter Verschleiß auf.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Gelenkanordnung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass eine wartungsfreie, jedenfalls aber eine wartungsarme Anordnung auch bei großen zur Verfügung zu stellenden Schwenkwinkeln zwischen den Maschinenteilen verwirklicht wird. Des weiteren soll auch der Verschleiß in der Gelenkanordnung minimiert werden, so dass eine möglichst wartungsfreie Anordnung dauerhaft zur Verfügung gestellt werden kann. Die Gelenkanordnung soll sich dabei insbesondere für Baufahrzeuge eignen, die in rauen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das erste Maschinenteil als auch das zweite Maschinenteil verschwenkbar mit einem Gelenkteil verbunden sind, wobei das erste Maschinenteil mit dem Gelenkteil über mindestens eine erste Gelenkstelle verbunden ist, die eine Drehung des ersten Maschinenteils um die erste Achse relativ zum Gelenkteil zulässt, und wobei das zweite Maschinenteil mit dem Gelenkteil über mindestens eine zweite Gelenkstelle verbunden ist, die eine Drehung des zweiten Maschinenteils um eine dritte Achse relativ zum Gelenkteil zulässt, die senkrecht auf der zweiten Achse steht.
Die Gelenkanordnung ist bevorzugt ausgelegt, um das erste Maschinenteil relativ zum zweiten Maschinenteil um einen Schwenkwinkel von mindestens 30° um die dritte Achse zu verschwenken.
Die Ebene, die senkrecht auf der ersten Achse steht, und die Ebene, die senkrecht auf der dritten Achse steht, stehen bevorzugt senkrecht aufeinander.
Die erste Gelenkstelle kann mindestens ein Gleitlager umfassen. Auch die zweite Gelenkstelle kann mindestens ein Gleitlager aufweisen. Das Gleitlager kann dabei jeweils durch eine Hülse aus gleitfähigem Material gebildet werden, die mit einem der Maschinenteile oder dem Gelenkteil verbunden ist. Die Hülse besteht bevorzugt aus Stahl, Bronze, Kunststoff oder aus einem Composite-Material. Bei der Lösung mit Composite-Material kann auf eine Hülse (z. B. aus Stahl), die die wesentliche mechanische Stabilität gewährt, eine gleitfähige Schicht, z. B. aus PTFE, aufgebracht werden, z. B. durch Einwalzen von PTFE-Pulver.
Für den Fall, dass Hülsen der genannten Art eingesetzt werden, sieht eine besondere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass diese Hülsen im axial endseitigen Bereich eine flanschartige Verbreiterung (Erstreckung in radiale Richtung) aufweisen. Hierdurch kann erreicht werden, dass auch eine axiale Anlauffläche gegeben ist, die eine geringe Reibung beim Anlauf verursacht. Hierbei können auch zwei Teilbuchsen vorgesehen werden, die jeweils einen endseitigen flanschförmigen Abschnitt aufweisen, wobei die beiden Teilbuchsen von unterschiedlichen Seiten in die Gelenkstelle eingeschoben werden. Bewegungen an den Stirnflächen werden damit ebenfalls optimal möglich.
Die erste Gelenkstelle kann einen Zapfen umfassen, der am axialen Ende des ersten Maschinenteils angeformt ist und der eine Bohrung im Gelenkteil durchsetzt.
Die zweite Gelenkstelle ist bevorzugt zweiteilig ausgebildet und in zwei Teilen eines gabelförmigen Endbereichs des zweiten Maschinenteils angeordnet.
Zumindest eines der beiden Maschinenteile ist bevorzugt ein Zapfen, insbesondere ein Lagerzapfen, eines Baufahrzeugs.
Die Erfindung betrifft also ein Gelenk, das zwei abgewinkelt zueinander stehende Bauteile (Maschinenteile) – insbesondere Wellen – miteinander verkippbar bzw. verschwenkbar verbindet. Die Gelenkanordnung ist nach Art einer kardanischen Aufhängung konzipiert.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 schematisch zwei Maschinenteile eines Baufahrzeugs, die relativ zueinander verschwenkbar angeordnet sind, wobei teilweise eine geschnittene Darstellung gewählt wurde,
2 das Gelenkteil der Gelenkanordnung gemäß 2, wobei die Ansicht in Richtung der ersten Achse der Gelenkanordnung skizziert ist, und
3 in der Darstellung gemäß 2 eine alternative Ausgestaltung des Gelenkteils.
In 1 ist eine Gelenkanordnung 1 zu erkennen, die ein erstes Maschinenteil 2 mit einem zweiten Maschinenteil 3 in einer solchen Weise verbindet, dass eine große relative Verschwenkung zwischen den Maschinenteilen 2, 3 ermöglich wird, z. B. im Bereich von 40° zwischen der ersten Achse a des ersten Maschinenteils 2 und der zweiten Achse b des zweiten Maschinenteils 3.
Hierzu sind beide Maschinenteile 2, 3 gelenkig mit einem Gelenkteil 4 verbunden, das als Zwischenglied zwischen den beiden Maschinenteilen 2, 3 fungiert.
Zwischen dem ersten Maschinenteil 2 und dem Gelenkteil 4 ist eine erste Gelenkstelle 5 ausgebildet. Diese wird vorliegend durch ein Gleitlager 7 gebildet, das aus einer hohlzylindrischen Hülse aus Gleitlagermaterial (das als solches bekannt ist) besteht. Das Gleitlager 7 ist in einer Bohrung 10 des Gelenkteils 4 befestigt und lagert einen Zapfen 9, der im axialen Endbereich des ersten Maschinenteils 2 ausgeformt ist. Zu erkennen ist eine endseitig beispielsweise aufgeschraubte Scheibe 15, die das erste Maschinenteil 2 relativ zum Gelenkteil 4 axial festlegt.
Zwischen dem zweiten Maschinenteil 3 und dem Gelenkteil 4 ist eine zweite Gelenkstelle 6 ausgebildet, die vorliegend auf zwei Teil-Gelenkstellen aufgeteilt ist. Auch diese Gelenkstelle bzw. die beiden Teil-Gelenkstellen werden durch je ein Gleitlager 8' und 8'' gebildet, die jeweils aus einer hohlzylindrischen Hülse aus Gleitlagermaterial bestehen. Die beiden Gleitlager 8', 8'' sind in Bohrungen 16', 16'' im gabelförmig ausgebildeten Endbereich des zweiten Maschinenteils 3 befestigt, nämlich in den Teilen 11 und 12 der Gabel, und lagern Zapfen 13 und 14 des Gelenkteils 4.
Demgemäß kann das zweite Maschinenteil 3 um eine dritte Achse c relativ zum Gelenkteil 4 verschwenken, die senkrecht auf der zweiten Achse b steht (s. hierzu die in 1 eingetragene Verschwenkung D₂). Hierzu sei angemerkt, dass in 1 das erste Maschinenteil 2 in der Zeichenebene liegt, während des zweite Maschinenteil 3 aus der Zeichenebene heraustritt; es sei auf den eingetragenen rechten Winkel zwischen den Achsen b und c in deren Schnittpunkt hingewiesen.
Das erste Maschinenteil 2 der Gelenkanordnung 1 ist also mit dem Zapfen 9 im Gelenkteil 4 verschwenkbar gelagert, so dass das Gelenkteil 4 eine Verschwenkung um den Zapfen 9 ausführen kann, d. h. um die erste Achse a; diese Verschwenkung ist mit D₁ in 1 angegeben. Das erste Maschinenteil 2 kann beispielsweise Teil eines Gehäuses eines Baufahrzeugs sein.
Das Gelenkteil 4 weist ferner zwei endseitige Zapfen 13 und 14 auf, die verschwenkbar in der Gabel mit den Teilen 11 und 12 gelagert sind.
Die Verschwenkebene zwischen dem ersten Maschinenteil und dem Gelenkteil 4 und die Verschwenkebene zwischen dem Gelenkteil 4 und der Gabel liegen bevorzugt senkrecht zueinander.
Das zweite Maschinenteil ist beispielsweise Teil einer Zylinderwelle eines Pneumatik- oder Hydraulikzylinders des Baufahrzeugs. Die Gabel, die sich im axialen Endbereich des zweiten Maschinenteils 3 befindet, kann einteilig ausgeführt sein, aber auch zwei Halbschalen aufweisen, die um die Zapfen 13, 14 des Gelenkteils 4 herum verschraubt sind.
In 2 und 3 sind mögliche Ausführungsformen des Gelenkteils 4 skizziert, wobei die Ansicht aus Richtung der ersten Achse a dargestellt ist. Dabei ist im unteren Bereich die Hülse mit der Bohrung 10 zur Aufnahme des Zapfens 9 des ersten Maschinenteils 2 zu sehen; oben sind die Zapfen 13 und 14 des Gelenkteils 4 zur Halterung in der Gabel des zweiten Maschinenteils 3 zu erkennen.
In 3 ist der obere Bereich mit einer Bohrung versehen. In diese Bohrung können Zapfen eintreten, die in der Bohrung – gegebenenfalls wieder mit Hülsen – gelagert sind. Hier wird also eine kinematische Umkehr vorgesehen, verglichen mit 2.
Das zweite Maschinenteil 3, d. h. beispielsweise die Zylinderwelle, wird am ersten Maschinenteil 2 und insbesondere an dessen Zapfen 9 gehaltert, der große Kräfte aufnehmen kann. Gleichzeitig kann das zweite Maschinenteil 3 durch die dreidimensionale Verbindung zum ersten Maschinenteil 2 Verschwenkungen bzw. Verkippungen mit großem Winkel ausführen, wobei die Verschwenkung auf zwei Teil-Schwenkbewegungen aufgeteilt wird. Diese sind entsprechend einfach zu verwirklichen und zwar mit an sich bekannten bevorzugt gedichteten Gleit- oder Wälzlagern.
Daher ist Wartungsfreiheit bzw. eine jedenfalls sehr einfache Wartung bei gleichzeitig geringem Verschleiß im Vergleich mit den vorbekannten Lösungen mit Kugelgelenk in vorteilhafter Weise gegeben.
Bezugszeichenliste

1: Gelenkanordnung
2: erstes Maschinenteil
3: zweites Maschinenteil
4: Gelenkteil
5: erste Gelenkstelle
6: zweite Gelenkstelle
7: Gleitlager
8': Gleitlager
8'': Gleitlager
9: Zapfen (Bolzen)
10: Bohrung
11: Teil der Gabel
12: Teil der Gabel
13: Zapfen (Bolzen)
14: Zapfen (Bolzen)
15: Scheibe
16': Bohrung
16'': Bohrung
a: erste Achse
b: zweite Achse
c: dritte Achse

Claims

Gelenkanordnung (1) zur gelenkigen Lagerung eines ersten Maschinenteils (2) relativ zu einem zweiten Maschinenteil (3), wobei das erste Maschinenteil (2) eine erste Achse (a) aufweist und wobei das zweite Maschinenteil (3) eine zweite Achse (b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das erste Maschinenteil (2) als auch das zweite Maschinenteil (3) verschwenkbar mit einem Gelenkteil (4) verbunden sind, wobei das erste Maschinenteil (2) mit dem Gelenkteil (4) über mindestens eine erste Gelenkstelle (5) verbunden ist, die eine Drehung des ersten Maschinenteils (2) um die erste Achse (a) relativ zum Gelenkteil (4) zulässt, und wobei das zweite Maschinenteil (3) mit dem Gelenkteil (4) über mindestens eine zweite Gelenkstelle (6) verbunden ist, die eine Drehung des zweiten Maschinenteils (3) um eine dritte Achse (c) relativ zum Gelenkteil (4) zulässt, die senkrecht auf der zweiten Achse (b) steht.
Gelenkanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ausgelegt ist, um das erste Maschinenteil (2) relativ zum zweiten Maschinenteil (3) um einen Schwenkwinkel von mindestens 30° um die dritte Achse (c) zu verschwenken.
Gelenkanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene, die senkrecht auf der ersten Achse (a) steht, und die Ebene, die senkrecht auf der dritten Achse (c) steht, senkrecht aufeinander stehen.
Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gelenkstelle (5) mindestens ein Gleitlager (7) umfasst.
Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gelenkstelle (6) mindestens ein Gleitlager (8', 8'') umfasst.
Gelenkanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (7, 8', 8'') durch eine Hülse aus gleitfähigem Material gebildet wird, die mit einem der Maschinenteile (2, 3) oder dem Gelenkteil (4) verbunden ist.
Gelenkanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (7, 8', 8'') aus Stahl, Bronze, Kunststoff oder einem Composite-Material besteht.
Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gelenkstelle (5) einen Zapfen (9) umfasst, der am axialen Ende des ersten Maschinenteils (2) angeformt ist und der eine Bohrung (10) im Gelenkteil (4) durchsetzt.
Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gelenkstelle (6) zweiteilig ausgebildet ist und in zwei Teilen (11, 12) eines gabelförmigen Endbereichs des zweiten Maschinenteils (3) angeordnet ist.
Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der beiden Maschinenteile (2, 3) ein Zapfen, insbesondere Lagerzapfen, eines Baufahrzeugs ist.