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Lagerkreuz für ein Kardangelenk Die Erfindung bezieht sich allgemein
auf ein Kardan- bzw.
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Kreuzgelenk und betrifft insbesondere die Verbesserung des Schmiersystems
eines derartigen Gelenks.
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Bei den üblichen Kreuzgelenk-Konstruktionen sind zwei drehbar gelagerte
Antriebswellenteile aufeinander ausgerichtet, deren Enden üblicherweise jeweils
ein Ansatzglied in Form einer Gabelkopfverlängerung aufweisen und durch ein Gelenkmittel,
wie ein Lagerkreuz, miteinander verbunden sind, welches ein Drehmoment zu übertragen
gestattat. Des Lagerkreuz ist antriebsmäßig mit jedem dieser Antriebswellenteile
verbunden, so daß während der Drehmomentübertragung zwischen den Antriebswellenteilen
eine Winkelverlagerung ihrer Achsen relativ zueinander ermöglicht wird.
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Ein derartiges Lagerkreuz weist normalerweise vier radial abstehende,
auf Abstände verteilte Arme au9, deren Enden
üblicherweise als Lagerzapfen
bezeichnet werden. Diese vier Arme sind im allgemeinen um 900 gegeneinander ver
setzt und liegen sämtlich in einer gemeinsamen Ebene.
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Die Lagerzapfenenden sind normalerweise in Lagerschalen eingesetzt,
die ihrerseits in entsprechende Bohrungen in den Gabelköpfen der jeweiligen Antriebswellenteile
eingepaßt sind. Die Innenflächen der Legerschalen dienen als Lagerflächen, gegen
welche sich die Lagerzapfenflächen über zwischengefügte Lagernadeln abstützen.
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Die meisten Lagerkreuzkonstruktionen sind mit einem Innenschmiersystem
versehen, das aus verschiedenen Schmierkanälen besteht, die sich über die Länge
der Lagerkreuzarme hinweg und vollständig durch die an diesen Armen ausgebildeten
Lagerzapfen hindurch erstrecken. Diese Kanäle schneiden einander im mittelteil des
Lagerkreuzes, wobei der durch dieee Überschneidung gebildete Raum als zentraler
Schmiermittelbahälter und als Verteilerpunkt für die verschiedenen, zu den Lagerkreuzarmen
führenden Schmiermittelkanäle dient. Dieser zentrale Schmiermittelbehälter besitzt
im allgemeinen einen speziellen Verbindungskanal, der zu einer in der Außenfläche
des Lagerkreuzes vorgesehenen Bohrung führt, in welcher ein Schmiernippel befestigt
ist, über den Schmiermittel unter I)ruok eingepresst und zum zentralen Schmiermittelbehälter
weitergeleitet
werden kann.
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Das Schmiermittel wird aus dem Schmiermittelbehälter unter dem anfänglichen
Druck, welcher auf etwa im Schmiermittelbehalter befindliches Schmiermittel beim
Einpressen von neuem Schmiermittel über den Schmiernippel ausgeübt wird, zu den
in den Lagerzapfen gelegenen Enden der Jeweiligen Schmierkanäle verteilt. Diese
Schmiermittelverteilung wird außerdem durch die im Betrieb des Gelenke auftretenden
Fliehkräfte unterstützt. Das das. äußerste Ende eines Lagerkreuzarms im Bereich
des Lagerzapfens erreichende Schmiermittel gelangt über die Stirnfläche des betreffenden
Lagerzapfens und über in dieser Stirnfläche vorgesehene Nuten zu den Seiten und
Lagerflächen des Lagerzapfens, wodurch das nötige Schmiermittel zwischen den Lagernadeln,
den Lagerzapfenflächen und der Innenfläche der um den Lagerzapfen herum angeordneten
Lagerschale zur Verfügung gestellt wird.
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Eine bei derartigen Schmieranordnungen auftretende Schwierigkeit besteht
darin, daB in den Füllen, in welchen sich einer der Lagerkreuzarme bei stillstehendem,
nicht in Betrieb befindlichem Kardangelenk in einer lotrechten Stellung befindet,
das Schmiermittel, welches das Ende des Lagerkreuzarms am Lagerzapfen erreicht hat,
an diesem
Ende des Schmierkanals verbleibt. Bet in dieser lotrechten
Stellung stehendem Lagerkreuzarm fließt dann die in der Schmiermittelmasse enthaltene
Flüssigkeit bzw. Lösungsmittel über den betreffenden Kanal im Lagerkreuzarm zurück
zum zentralen Schmiermittelbehälter des Lagerkreuzes. Infolge dieses Flüssigkeits-
bzw. Lösungsmittelverlustes verfestigt sich sodann die im Oberteil des Schmierkanals
des Lagerkreuzarme befindliche Schmiermittelmasse, so daß eie sich bei Wiederaufnahme
des Betriebe des Kardangelenks nicht einwandfrei zu verteilen vermag und eine ausreichende
Schmierung zwischen der Lagerschale, den Lagernadeln und dem betreffenden Lagerzapfen
des Lagerkreuzes in Frage gestellt wird. Tatsächlich wird dieses verfestigts Schmiermittel
infolge dieses Lösungsmittel-bzw. Flüssigkeitsverlusts (Ausblutens) praktisch unbrauchbar.
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Derzeit sind auf dem Gebiet der Kardan- br. Kreuzgelenke keine brauchbaran
Einrichtungen zur Ausschaltung dieser Schwierigkeit der Schmiermittelverfestigung
bekannt. Das Hauptziel der Erfindung besteht daher in der Schaffung einer Einrichtung
zur Verhinderung eines Verlusts des Flüssigkeits- bzw. Lösungsmittelgehalts bzw.
eines Ausblutens aus in den Schmierkanälen des Lagerkreuzes vorhandenem Schmiermittel
bei in Stillstand befindlichem Lagerkreuz.
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Ein anderes Erfindungsziel bezweckt die Schaffung einer Einrichtung
zur Verbesserung der Schmiermittelverteilungsanlage in einem Kardan- bzw. Kreuzgelenk.
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Noch ein anderes Erfindungsziel betrifft die Schaffung einer Einrichtung
zur Erhöhung der Betriebslebensdauer und -wirksamkeit eines Kardan- bzw. Kreuzgelenks.
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Ein weiteres Erfindungsziel bezieht sich auf die Schaffung konstruktiver
Einrichtungen, welche eine Verhärtung des Schmiermittels in der Schmieranlage eines
Kardan- bzw.
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Kreuzgelenks auf ein Mindestmaß herabzusetzen vermögen.
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Diese Aufgaben lassen sich bei einem Lagerkreuz für ein Kardan- bzw.
Kreuzgelenk mit mehreren radial abstehenden Armen und in jedem Arm vorgesehenen
Schmierkanälen erfindungsgemäß dadurch lösen, daß im Schmierkanal jedes Lagerkreuzarms
jeweils ein Rückschlagventil angeordnet ist, welches das Schmiermittel sich nur
in Radialrichtung auswärts bewegen läßt.
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Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise
im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines Lagerkreuzes mit den Merkmalen der Erfindung,
Fig. 2 eine Ansicht des im Schnitt dargestellten Lagerzapfenteils des Lagerkreuzes
gemäß Fig. 1, in vergrößertem Maßstab, ng. 3 einen Schnitt durch die Ventileinrichtung
des Lagerkreuzes gemäß Fig. 1, in weiter vergrößertem Maßstab, Fig. 4 eine perspektivische
Ansicht der Rückschlagventileinrichtung des Lagerkreuzes gemäß Fig. 1 und Fig. 5
eine teilweise weggeschnittene perspektivische Ansicht der Ventileinrichtung gemäß
Fig. 4.
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In der folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen soll sich durchweg
der Ausdruck "axial" auf die Drehachse des die Antriebswellenteile miteinander verbindenden
Kardangelenke beziehen, während sich der Ausdruck "radial" auf eine senkrecht zur
Drehachse verlaufende Richtung beziehen soll, soweit diese AuadrUcke nicht ausdrücklich
ander@ definiert sind.
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Allgemein gesagt, weist ein erfindungsgemäßes Lagerkreuz vier radial
abstehende Arme auf, die auf gleiche Abstände voneinander verteilt hL einer gemeinsamen
Ebene liqen und an ihren Enden jeweils einen Lagerzapfen mit einer an seinem Außenabschnitt
vorgesehenen Lagerfläche aufweisen.
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Jeder Lagerzapfen ist in eine eine ringförmige Anordnung von Lagernadeln
enthaltende Lagerschale einpessbar und mithin drehbar in der Lagerschale gelagert,während
die den zugeordneten Lagerzapfen umschließende Lagerschale mit festem Sitz in eine
Bohrung in einem Gabelkopfarm eines nicht dargestellten Antriebswellenteils eingesetzt
ist.
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Jeder Lagerkreuzarm ist mit einem inneren Schmierkanal versehen, der
sich von einer im Ende des betreffenden Arms vorgesehenen Bohrung in Radialrichtung
durchgehend über die ganze Länge des Arms hinweg zu einem zentralen Hohlraum im
Lagerkreuz erstreckt. Dieser letztgenannte zentrale Hohlraum dient als Schmiermittelbehälter
für alle vier Schmierkanäle. Ein gesonderter Kanal führt vom Schmiermittelbehälter
zu einer in der Außenfläche des Lagerkreuzes an einer Stelle, an welcher sich zwei
benachbarte Arme treffen, ansgebildeten Bohrung. In jedem Schmierkanal ist jeweils
ein Rückschlagventil angeordnet, welches eine Schmiermittelbewegung radial auswärts
zum Ende das Lagerzapfens,
aber nicht radial einwärts zuläßt.
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Die in der Zeichnung dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
bezieht sich auf ein Lagerkreuz 6 für ein Kardan- bzw. Kreuzgelenk, das mit zwei
Gabelkopfarmen 8 eines nicht dargestellten Antriebswellenteils verbunden ist. Das
Lagerkreuz 6 vermag die jeweiligen, paarigen Gabelkopfarme von einander gegenüberliegenden
Antriebswellen antriebsmäßig miteinander zu verbinden.
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Das Lagerkreuz 6 weist vier radial abstehende Arme 12 mit geraden
Achsen auf, die in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind, jedoch paarweise
in entgegengesetzte Richtungen abstehen. Alle Lagerkreuzarme 12 liegen in einer
gemeinsamen Ebene, so daß das Lagerkreuz selbst vergleichsweise flächige Gestalt
besitzt. Jeder Lagerkreuzarm 12 ist an seinem radialen Außenabschnitt seiner radial
gerichteten Außenfläche mit einer maschinell bearbeiteten Lagerfläche 13 versehen,
wobei der die Lagerfläche 13 auf weisende Abschnitt jedes Lagerkreuzarms 12 als
Lagerzapfen 14 dient und in eine Lagerschale 16 einsetzbar ist, die ihrerseits zwecks
Verbindung mit der Antriebswelle in einer im betreffenden Gabelkopfarm 8 vorgesehen
en Bohrung 18 befeatigt ist. Jede Lagerschale 16 weist einen in Radialrichtung langgestreckten
Ringwandabschnitt 20 auf und ist
an ihrem radialen Außenende durch
einen Querwandabschnitt 22 verschlossen. Der Ringwandabschnitt 20 ist auf herkömmlichte
Weise in der Bohrung 18 eines Gabelkopfarms 8 feste gelegt und steht in Preßsitzberührung
mit dem diese Bohrung umgebenden Abschnitt dieses Gabelkopfarms. Zwischen dem Wandabschnitt
20 Jeder Lagerschale 16 und der Lagerfläche 13 des jeweils zugehörigen Lagerzapfens
14 ist eine ringfömige Anordnung von Legernae1n 24 vorgesehen, welche eine vergleichsweise
reibungsarme Drehbewegung zwischen dem Lagerzapfen 14 und der Lagerschale 16 gewährleisten.
Das radiale Außenende Jedee Lagerzapfens 14 läuft in einer querverlaufenden, radial
auswärts gerichteten Sohubfläche 25 aus, die mit einer an der radialen Innenfläche
26 des Querwandabschnitts 22 der zugehörigen Lagerschale 16 ausgebildeten Schubfläche
zusammenwirkt.
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Als übliches Befestigung@mittel zur Sicherung der Lagerschalen 16
gegen eine radiale Auswärtsbewegung relativ zun zugehörigen Gabelkopfarm 8 sind
Sprengricge 28 vorgesehen, die Jeweils in eine im Außenende der Bohrung 18 des betreffenden
Gabelkopfarms 8 ausgebildete Nut 30 eingesetzt sind und an der radialen Außenfläche
32 der betreffenden Lagerschale 16 angreifen.
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Jeder lagerzapfen 14 ist an seinem in Radialrichtung inneren Ende
von einem Dichtungsglied 34 umgeben, das an
einem am betreffenden
Lagerkreuzarm 12 ausgebildeten Sohulterabscbnitt 36 vorgesehen ist, welcher eich
in Radialrichtung urunittelbar einwärts des in Radialrichtung innersten Ende der
Lagerschale 16 befindet. Dieses Dichtungsglied 34 dient dazu, unter Betriebsbedingungen
den Austritt von Schmiermittel aus dem 3ereieh zwischen der Lagerschale 16 mid dem
Lagerzapfen 14 sowie den Eintritt von Schmutz und anderen Fremdstoffen in diesen
Bereich zu verhindern.
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In folgenden ist nunmehr eine bevorzugte AusfUhrsform der erfindungernäß
en 5 Schmieranlage beschrieben. Jeder Lagerkreuzarm 12 weist einen inneren Schmierkanal
38 auf, der sich über die gesamte radiale Länge des Lagerzapfens 14 von dessen Schubfläche
25 zum zentralen Innenbereich dea Lagerkreuzes 6 erstreckt und axial mit dem Schmier
kanal 38 des jeweils gegenüberliegenden Lagerkrenzarms 12 fluchtet. Alle vier Schmierkanäle
38 schneiden sich in der Mitte des Lagerkreuzes 6, wodurch ein zentraler Raum festgelegt
wird, welcher einen Schmiermittelbehälter 40 bildet. Jeder Schmierkanal 38 ist im
bereich der Lager. zapfen 14 erweitert; die Übergangsbereiche zwischen den in den
Lagerkreuzarmen 12 verlaufenden Abschnitten 38B und den erweiterten Abschnitten
im Bereich der Lagerzapfen 14 sind mit 42 bezeichnet (Fig. 2),
Vom
zentralen Schmiermittelbehälter 40 geht ein Schmiermittel-Füllkanal 43 ab, der sich
zwischen zwei Lagerkreuzarmen 12 an der Außenfläche des Lagerkreuzes 6 öffnet.
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Am Außenende des Füllkanals 43 ist ein Schmiernippel 44 zum Einpressen
von Schmiermittel in den Füllkanal 43 vorgesehen. Vom Schmiermittelbehälter 40 aus
wird das Schmiermittel unter dem über den Schmiernippel 44 ausgeübten Druck sowie
unter der im Betrieb des Kardangelenks anftretenden Fliehkraft radial auswärts durch
die Schmierkanäle 38 zum radialen Außenende der einzelnen Lagerkreuzarme 12 gedrückt.
Das bis zum Ende eines Lagerzapfens 14 verdrängte Schmiermittel verteilt sich über
vier querverlaufende, in dieser Fläche ausgebildete Schmiernuten 45 über die Schubfläche
25 am Ende des betreffenden Lagerzapfens und gelangt von dieser Stelle aus in den
die Lagernadeln 24 enthaltenden Lagerbereich. Bis hierher sind das vorstehend beschriebene
Lagerkreuz 6 und das Schmiersystem für dieses von herkömmlicher Konstruktion und
Arbeitsweise.
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Eine bei derartigen Schmiereinrichtungen für Kardan- bzw.
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Kreuzgelonke auftretende Schwierigkeit besteht darin, daß, wenn sich
einer der Lagerkreuzarme 12 bei stillstehendem Kardangelenk in aufrechter Stellung
befindet, das im Schmiermittel enthaltene Lösungsmittel o.dgl.Flüssigkeit
zum
Schmiermittelbehälter 40 zurückläuft, so daß im erweiterten Abschnitt 38A des betreffenden
Schmierkanals 38 eine verhärtete Schmiermittelmasse zurückbleibt, die im Lauf der
Zeit fUr weitere Schmierzwecke im Kardangelenk praktisch unbrauchbar wird.
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Zur Vermeidung dieses Nachteils ist in den erweiterten Abschnitt 38A
jedes Schmierkanals erfindungsgemäß ein Rückschlagventil 46 aus einem @lastomeren
Stoff eingesetzt, wobei es für die Zwecke der Erfindung wünschenswert ist, einen
solchen elastomeren Stoff zu verwenden, der in eine maßhaltige Porm gießbar ist
und der bei den Betriebstemperaturen des Lagerkreuzes eine ihm eigene Nachgiebigkeit
und flexibilität beeitst. Ein derartiges Rückschlagventil 46 ist hohl und besitzt
gemäß den Fig. 1, 2 und 3 W-förmigen Querschnitt. Der Außendurchmesser des Oberteils
47A dee Rückschlagventils 46 ist geringfügig größer als der Durchmesser des erweiterten
Abschnitte 38A eines Schmierkanals 38, eo daß das Rückschlagventil 46 mit engem
Sitz in den Abschnitt 38A eines Schmierkanals 38 einpassbar ist, während der Unterteil
475 einen etwas eine ren Außendurchmesser als der Durohmeseer des Abschnitts 38A
eines Schmierkanals 38 besitzt. Da sowohl der Oberteil 47A als auch der Unterteil
47B eines solchen Rückschlagventils 46 gleichen Innendurchmesser besitzt, weist
der
Oberteil 47A eine größere Wandstärks auf als der Unterteil
47B.
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Einstückig mit dem radialen Innenende des Unterteils 47B eines derartigen
Rückschlagventils 46 ist ein hohler, konischer Mittelteil 48 ausgebildet, der sich
in Radialrichtung auswärts und in den hohlen Unterteil 47B hinein erstreckt. Dieser
Mittelteil 48 ist bei Betrachtung in Radialrichtung auswärts vom Abschnitt 38B des
Schmierkanals 38, in welchen das Rückschlagventil eingesetzt ist, konkav ausgebildet
und weist an seiner 3asie 49 eine Öffnung auf, während seine Spitze 50 mit zwei
Fein-Einschnitten bzw. Schlitzen 52 versehen ist, die einander unter einem Winkel
von 90° schneiden. Zwischen den einander benachbarten Schlitsen 52 eind Lippen 53
festgelegt, die infolge der dem elastomeren Material, aus welchem die Rückschlagventile
46 bestehen, innewchnenden Nachgiebigkeit danach trachten, sich gegeneinander zu
verlagern, so daß die Schlitze 52 normalerweise geschlossen sind. Sobald ein radial
auswärts gerichteter Druck auf die Lippen 53 ausgeübt wird, trachten diese danach,
sich voneinander wegzubiegen, so daß sich die Schlitze aufweiten und sich das Rückschlagventil
46 in "Offenstellung" befindet. Die Schlitze 52 sind so leng, daß sich die Lippen
53 einige Millimeter weit öffnen können und das Schmiermittel ungehindert
sus
den Abschnitt 38B in den Abschnitt 3ßA des Schmierkanals 38, in welchen das Rückschlagventil
eingesetzt ist, einzutreten vermag.
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Zweckmäßigerweise sollten die Abmessungen eines derartigen Rückschlagventils
46 genauestens auf die Abmessungen der Schmierkanäle 38 abgestimmt sein. Insbesondere
sollte der konische Mittelteil 48 wesentlich länger sein als der Durchmesser der
Basis 49, un ein radiales Zusammenfallen des Mittelteils 48 in Radialrichtung einwärts
zu verhindern. Aus demselben Grund sollten die Seitenwände des konischen Abschnitts
48 ausreichende Dicke bestizen.
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Der Oberteil eines derartigen Rückschlagventils 46 ist in seiner radialen,
sich an seinen Oberteil 47A anschliessenden Stirnwand mit vier halbkreisförmigen
Querschnitt besitzenden Kerben 54 versehen, von denen Jede auf eine zugeordnete
Schmiernut 45 in der Schubfläche 25 des Lagerzapfens 14, in welchem das Rückschlagventil
eingesetzt ist, ausgerichtet ist, so daß das sich durch den Abschnitt 38A des zugehörigen
Schmierkanals 38 aufwärts bewegende Schmiermittel unmittelbar in diese Schmiernuten
eintreten kann.
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Im Betrieb bewegt sich das Schmiermittel unter dem Uber
den
Schmiernippel 44 ausgeübten Druck durch die Abschnitte 38B der einzelnen Schmierkanäle
38 aufwärts. Mit zunehmendem Druck auf das Schmiermittel wird das gesamte unmittelbar
in einem solchen Abschnitt 38B befindliche Schmiermittel in Radialrichtung auswärts
auf die Innenflächen des konisehen Uittelteile 48 des in diesen Schmierkanal 38
eingesetzten Rückschlagventils 46 gedruckt. Unter diesem Druck biegen sich die Lippen
53 dieses Rückschlagventils 46 auswärts durch und weiten die Schlitze 52 auf, wo
daß das Schmiermittel über die Schlitze 52 in ben Abschnitt 38A dieses Schmierkanals
38 einzutreten vermag. Sobald sich das Schmiermittel im Abschnitt 38A befindet,
tritt es über die Kerben 54 in die Schmiernuten 45 des betreffenden Lagerzapfens
14 und von hier in den Bereich der Lagernadeln 24 aus. Sobald der im Abschnitt 38A
auf das Schmiermittel ausgeübte Druck auf den Druck absinkt, welchem das radial
auswärts des konischen Mittelteils 48 des betreffenden Rückschlagventils 46 befindliche
Schmiermittel unterworfen ist, biegen sioh die Lippen 53 in ihre Schließstellung
zurück, so daß die Schlitze 52 in ihren natürlichen, abschließenden Zustand zurückgebracht
werden. Sobald sich diese Schlitze 52 geschlossen haben, kann weder Sohmiernittel
noch die in diesem enthaltene flüssigkeit in den radial einwärts des Rückschlagventils
46 gelegenen Abschnitt 38B des Schmierkanals 38 zurückfließen, da sich
die
Lippen 53 infolge der konischen Gestalt der Spitze 50 des Mittelteile 48 nicht radial
einwärts durchzubiegen vermögen, vielmehr ist ein durch radial auswärts des konischen
Mittelteils 48 befindliche Schmiermittelanteile etwa ausgeübter Druck bestrebt,
die Lippen 53 zusammenzudrücken und hierbei die Schlitze 52 noch fester zu schließen
als unter Atmosphärendruckbedingungen.
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Durch die Kombination der vorstehend beschriebenen Eigenschaften wird
ein Rückschlagventil gebildet, durch welchee ein ungewolltes liersuelecken der im
Schmiermittel enthaltenen Flüssigkeit aus dem in Radialrichtung äußeren Abschnitt
38A eines Schmierkanals DB in deu Abschnitt 38B zurück verhindert wird, so daß das
im oberen bereich der Lagerzapfen 14 befindliche Schmiermittel seinen nötigen Flüssigkeitsgehalt
behält und mithin über längere Zeiträume hinweg wirksam bleibt.
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Obgleich vorstehend nur eine einzige Ausführungsform der Erfindung:
dargestellt und beschrieben ist, sind selbstverständlich zahlreiche Änderungen und
Abwandlungen möglich, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird.