DE19826263A1 - Kreuzgelenkanordnung für eine Gelenkwelle - Google Patents
Kreuzgelenkanordnung für eine GelenkwelleInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kreuzgelenkanordnung für eine Gelenkwelle mit einem in zwei Gelenkgabeln gelagerten Zapfenkreuz; DOLLAR A jede Gelankgabel weist zwei Gelenkgabelhälften auf - eine erste Gelenkgabelhälfte und eine zweite Gelenkgabelhälfte -; DOLLAR A das Zapfenkreuz ist in wenigstens einer Gelenkgabel mittels einer Lageranordnung gelagert; DOLLAR A die Lageranordnung umfaßt ein Radiallager mit einem Innenring und einem Außenring; DOLLAR A jeder Lageranordnung ist ein scheibenförmiges Element zugeordnet, welches im stirnseitigen Bereich des in der Gelenkgabelhälfte gelagerten Zapfens mit diesem kraft- und/oder formschlüssig gekoppelt ist und welches einen Anschlag in axialer Richtung für den Innenring des Radiallagers bildet; DOLLAR A jeder Gelenkgabelhälfte ist ein mit dieser kraft- und/oder formschlüssig gekoppelter Lagerdeckel zugeordnet, welcher einen Anschlag in axialer Richtung für den Außenring des Radiallagers bildet; DOLLAR A mit einem stabförmig gestalteten und sich durch eine Bohrung in Richtung der Zapfenachse durch die in einer Gelenkgabel gelagerten Zapfen erstreckendes Verbindungselement, welches in einem Endbereich mit dem scheibenförmigen Element des einen Zapfens drehfest in Umfangsrichtung und in axialer Richtung im wesentlichen unverschiebbar gekoppelt ist und mit dem anderen Endbereich im Bereich der gegenüberliegenden Gelenkgabelhälfte mit dem Lagerdeckel gekoppelt ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Kreuzgelenkanordnung für eine Gelenkwelle, im
einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zapfenkreuzlageranordnungen sind in verschiedenen Ausführungen aus den
nachfolgend genannten Druckschriften bekannt:
- 1. DE 35 44 253 C1
- 2. DE 34 46 495 C2
- 3. SU 15 07 480 A1
- 4. DE 196 01 290 A1.
Die in diesen Druckschriften beschriebenen Lagerausführungen sind für die
Lagerung von Zapfen eines Zapfenkreuzes geeignet, welche in einer
gemeinsamen Ebene liegen oder aber in wenigstens zwei zueinander versetzt
und parallel verlaufenden Ebenen angeordnet sind. Jede Lageranordnung
umfaßt dabei ein Radial- und ein Axiallager.
Die Druckschrift DE 35 44 253 C1 offenbart eine Zapfenkreuzlagerung,
umfassend ein Radial- und ein Axiallager, wobei der Radiallager-Innenring
sich außen über einen Bund an der Zapfenstirnseite abstützt und innen einen
weiteren Bund aufweist, der die innere Laufbahn des Axiallagers bildet. Die
Einleitung der Axialkraft erfolgt nicht über Bunde an der Zapfenwurzel,
sondern über die Zapfenstirnseite. Der radial äußere Bund zur Abstützung an
der Zapfenstirnseite wird dazu als lösbares Bauteil ausgebildet. Dies
erleichtert sowohl die Herstellung der Lagerhülse selbst als auch die Montage
und die Axialspieleinstellung. Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin,
daß die Bundscheibe nach der Montage wieder abgenommen werden kann.
Die Druckschrift DE 34 46 495 C2 offenbart eine Kreuzgelenkausführung mit
einem Zapfenkreuz, dessen Zapfen mit den Gabelarmen zweier Gelenkgabeln
über je eine Wälzlagerung verbunden sind. Die Wälzlagerung umfaßt ein
Radiallager mit einem Innenring und einem in der Bohrung der Gelenkgabel
gegen axiale Verschiebung gesicherten Außenring sowie ein radial innerhalb
des Radiallagers auf dem in der Gelenkgabel zu lagernden Zapfen
angeordnetes Axiallager. Der Außenring des Radiallagers weist eine
Lauffläche für die Rollen des Axiallagers auf. Der Innenring des Radiallagers
weist einen radial innenliegenden Bund auf, welcher sich von der
Zapfenachse weg erstreckt und als radial innere Laufbahn für die Rollen des
Axiallagers ausgebildet ist. Der Innenring des Radiallagers ist so ausgebildet,
daß er bis zu einem als Bund ausgeführten äußeren Anschlag auf den Zapfen
des Zapfenkreuzes aufgesetzt wird.
Beiden beschriebenen Ausführungen ist gemeinsam, daß die auftretenden
Querkräfte als Zugkräfte in Richtung der Zapfenachse von der Gelenkachse
weg in die Gelenkgabel eingeleitet werden. Dies erfordert jedoch eine
Sicherung der Lagerringe in diese Richtung und zusätzliche
Kraftübertragungselemente zur Übertragung der von Gelenkachse
weggerichteten Axialkräfte auf dem kürzesten Weg auf die Gelenkgabel, was
sich in einer erhöhten Bauteilanzahl, einem erhöhten Montage- und damit
Kostenaufwand niederschlägt.
Eine Umkehrung der Krafteinleitung in die Gelenkgabel ist mit einer
Ausführung entsprechend der in der Druckschrift SU 15 07 beschriebenen
realisierbar. Bei dieser ist das Axiallager ebenfalls im Bereich der
Zapfenwurzel angeordnet. Die äußere Lauffläche des Axiallagers in axialer
Richtung betrachtet wird dabei vom Innenring oder der Hülse des
Radiallagers gebildet. Die innere Lauffläche wird von einem separaten
ringförmigen Element gebildet, welches einen Bund aufweist, der sich an der
Gelenkgabel abstützt und dessen Stirnfläche als Auflagefläche der zur
Gelenkachse weisenden Stirnfläche des Außenringes des Radiallagers dient.
Diese Ausführung erfordert eine hohe Fertigungsgenauigkeit, um ein
optimales Tragverhalten des Axiallagers zu gewährleisten. Sie führt jedoch
unter Belastung, insbesondere unter dem Einfluß der Querbeschleunigung zu
einer unbefriedigenden Übertragung und Leitung der Querkräfte in die
Gelenkgabel, da in diesen Zuständen die, die Laufflächen des Axiallagers
abstützenden Bauteile (Innenring des Radiallagers und ringförmiges Element
aufgrund seiner relativen kurzen Abstützung in der Lagerbohrung und der
steifen Anbindung des Axiallagers), erhebliche Lagerabweichungen
gegenüber der Einbaulage zueinander aufweisen.
Eine Ausführung mit Abstützung der Axialkräfte mit Wirkungsrichtung zur Gelenk
achse hin an die Gelenkgabelhälften ist in der Druckschrift DE 196 01 200 A1
beschrieben. Bei dieser ist dem Innenring in Einbaulage in axialer
Richtung innenliegend ein Bund zugeordnet, der sich radial von der
Zapfenachse des in der Gelenkgabel gelagerten Zapfens weg erstreckt. Unter
axialer Richtung wird dabei die Richtung im wesentlichen parallel zur
Zapfenachse des in einer Gelenkgabel gelagerten Zapfens verstanden, wobei
die Betrachtungsweise ausgehend von der Gelenkachse erfolgt. Unter
Gelenkachse wird dabei die verlängerte Achse des mit der Gelenkgabel
verbundenen Bauteiles verstanden, die sich durch den direkten oder in einer
Ebene projizierten Schnittpunkt der Zapfenachse erstreckt. Die Zapfenachse
der zueinander um jeweils 90° versetzten Zapfen können dabei in einer
gemeinsamen Ebene liegen oder aber zueinander versetzt in zueinander
parallelen Ebenen. Der Bund des Innenringes des Radiallagers bildet
wenigstens mittelbar die in axialer Richtung äußere Lauffläche des Axiallagers.
Dies bedeutet, daß der Bund zum einen direkt die Lauffläche für die Rollen
oder die andersartig ausgeführten Wälzelemente des Axiallagers bilden kann.
Andererseits besteht auch die Möglichkeit, daß lediglich die Lauffläche des
Axiallagers, d. h. der Außenring des Axiallagers, in Einbaulage bezogen auf
den Zapfen betrachtet, sich an diesem abstützt. Der Außenring des
Radiallagers weist in Einbaulage in axialer Richtung einen inneren Bund auf,
der sich radial in Richtung der Zapfenachse des in der Gelenkgabel
gelagerten Zapfens erstreckt. Der Bund des Außenringes des Radiallagers
bildet wenigstens mittelbar die in axialer Richtung innere Lauffläche des
Axiallagers. Der Außenring weist des weiteren einen in Einbaulage in axialer
Richtung außenliegenden sogenannten äußeren Bund auf, dem ein Anschlag
im Gabelauge zugeordnet ist. Dem Innenring ist ein in Einbaulage in axialer
Richtung äußerer Bund zugeordnet, der zur Zapfenachse des in der
Gelenkgabel gelagerten Zapfens hin gerichtet ist und einen axialen Anschlag
für den Sitz des Innenringes im stirnseitigen Bereich des Zapfens wenigstens
mittelbar bildet.
Alle in diesen Druckschriften beschriebenen Ausführungen zeichnen sich
durch eine aufwendige Ausführung der Lageranordnung, unterteilt in
Axiallager und Radiallager aus. Entsprechend der Größe der zu
übertragenden Drehmomente sind diese Lager entsprechend auszulegen, um
Verformungen unter Einfluß der Umfangskraft in den Gelenkgabelaugen
weitestgehend zu vermeiden und die Zapfen in der Gelenkgabel nahezu
spielfrei zu führen. Die entsprechende Auslegung der einzelnen
Lageranordnungen resultiert in einem erhöhten Platzbedarf, welcher bei der
Auslegung des Zapfenkreuzens bzw. der einzelnen Zapfen des
Zapfenkreuzens bei Anordnung der Zapfen in zueinander versetzten Ebenen
sowie der Ausgestaltung der Gelenkgabeln mitberücksichtigt werden müssen.
Die Ausführung der Lageranordnung setzt eine hohe Fertigungsgenauigkeit
voraus und bedingt eine erhöhte Bauteilanzahl, welche sich wiederum in
einem erhöhten Montage- und damit Kostenaufwand niederschlägt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kreuzzapfengelenk
gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart weiter zu entwickeln, daß
neben einer Verringerung der Bauteilanzahl und des Montageaufwandes, eine
Erhöhung der Lagerlebensdauer bei gleichzeitiger Erhöhung der durch die
Gelenkwellenanordnung zu übertragenden Momente durch Erhöhung der
Tragfähigkeit und eine Verringerung der Verformungen in den die Zapfen
aufnehmenden Gabelaugen der Gelenkgabeln erfolgt. Des weiteren sind die
Verformungen der drehmomentenübertragenden Bauteile eines
Kreuzzapfengelenkes in Umfangsrichtung der Kraft derart extrem, daß es in
der Lageranordnung zu einer ungleichmäßigen Lastverteilung kommen kann
und nur ein Bruchteil der möglichen Tragzahl genutzt wird. In der Regel
äußerst sich dies in der fehlenden Planparallelität der einzelnen
Lagerlaufbahnen, insbesondere der Axiallagerlaufbahnen, was eine vorzeitige
Ermüdung der Laufbahnen und Wälzkörper und/oder plastische
Verformungen mit ihren Folgen (Pittings u.ä.) bedingt. Andererseits werden
die zugesicherten dynamischen und statischen Tragzeilen der Lager durch die
Lagerhersteller nur in einer steifen Lage Anschlußkonstruktion garantiert. Dies
ist in der Regel mit einem erheblich höheren konstruktiven Aufwand
verbunden. Daher besteht ein wesentliches Ziel der vorliegenden Erfindung in
der Weiterentwicklung einer Kreuzgelenklageranordnung mit einer möglichst
steifen Anbindung des Zapfenkreuzes in axialer Richtung.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1
charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
Erfindungsgemäß wird bei einer Kreuzgelenkanordnung für beispielsweise
eine Gelenkwelle eine Lageranordnung vorgesehen, welche frei von einem
separaten Axiallager ist. Die Kreuzzapfengelenkanordnung umfaßt dabei einen
Kreuzzapfen, dessen Zapfenachsen der zueinander jeweils um 90° versetzten
Zapfen vorzugsweise in wenigstens zwei zueinander versetzt und zueinander
parallelen Ebenen angeordnet sind. Die Funktion des Axiallagers wird dabei
über ein stabförmig gestaltetes Verbindungselement in Form einer
Drehstabanordnung realisiert. Der Drehstab erstreckt sich dabei durch die in
einer Gelenkgabel gelagerten Zapfen, insbesondere die im Zapfen
angeordnete und sich von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite der
Zapfenanordnung, d. h. zwei einander gegenüberliegenden Zapfen, deren
Zapfenachsen zusammenfallen, erstreckende Zapfenbohrung. Der Drehstab
ist im Bereich der Lageranordnung einer Gelenkgabelhälfte mit einem
scheibenförmigen Element, vorzugsweise in Form einer Stufenscheibe, in
axialer Richtung gekoppelt und vorzugsweise in Umfangsrichtung gegenüber
diesem zentriert. Die Stufenscheibe ist kraftschlüssig und formschlüssig mit
dem Zapfen gekoppelt. An der gegenüberliegenden Gelenkgabelhälfte ist der
Drehstab mit einem, sich an der Gelenkgabelhälfte im Bereich des
Gabelauges abstützenden und dem Gelenkgabelauge zugeordneten
Lagerdeckel verbunden.
Das stufenscheibenförmige Element zentriert den Innenring des Radiallagers
in axialer Richtung, d. h. bildet für diesen einen Anschlag in axialer Richtung.
Unter axialer Richtung wird dabei die Richtung parallel zur Zapfenachse
ausgehend von der Gelenkgabelachse verstanden. Radiale Richtung bedeu
tet - ausgehend von der Zapfenachse - in Umfangsrichtung.
Die Zapfen einer Gelenkgabel sind über ein Radiallager im Gabelauge der
jeweiligen Gelenkgabelhälfte gelagert. Axial zentriert wird das bzw. jedes
Radiallager mittels der stufenscheibenförmigen Elemente. Diese weisen dazu
wenigstens zwei Bereiche unterschiedlicher Abmessungen in radialer
Richtung betrachtet - bezogen auf die Einbaulage - auf. Der in Einbaulage
axial äußere Bereich ist größer ausgebildet als der innere Bereich und bildet
somit einen Anschlag bzw. eine Anschlagfläche in axialer Richtung für den
Innenring des Radiallagers.
Der Drehstab ist an einem Ende mit dem stufenscheibenförmigen Element
und im anderen Endbereich mit einem Lagerdeckel gekoppelt, welcher sich
an der entsprechenden Gelenkgabelhälfte im Bereich des Gelenkgabelauges
abstützt.
Die drehfeste Kopplung in radialer Richtung bezogen auf die Zapfenachse
zwischen dem Drehstab und dem stufenscheibenförmigen Element,
insbesondere der Stufenscheibe kann unterschiedlich erfolgen. Denkbar sind
beispielsweise:
- a) eine kraftschlüssige Verbindung
- b) eine formschlüssige Verbindung
- c) eine kraft- und formschlüssige Verbindung.
Vorzugsweise wird eine Ausführung gemäß der Variante c) verwendet. Dies
kann beispielsweise in Form einer sogenannten Hirth-Stirnverzahnung
erfolgen. Dazu sind die zueinander weisenden Stirnflächen bzw. Außenflächen
von Drehstab und Stufenscheibe mit zueinander komplementären
Verzahnungen versehen. Unter einer Hirth-Verzahnung wird dabei eine
Verzahnung verstanden, welche vorzugsweise bei rotierenden Bauelementen
eingesetzt wird und derart ausgeführt ist, daß die geometrischen Linien der
Stirnverzahnung keilförmig ausgebildet werden und zentral in einem Punkt
zusammengeführt werden können, welcher auf der Symmetrieachse des
Maschinenelementes angeordnet ist. Bei der Verzahnung selbst handelt es
sich um ein Keilverzahnung, deren einzelnen Flanken sich im wesentlichen
mittels jeweils einer Ebene beschreiben lassen. Die Verzahnung selbst ist in
Umfangsrichtung des Bauteiles angeordnet. Die einzelnen
Verzahnungselemente erstrecken sich in radialer Richtung bezogen auf die
Symmetrieachse. Die Flanken sind jeweils in Umfangsrichtung ausgerichtet.
Die Zahnhöhe differiert in radialer Richtung, von der Symmetrieachse aus
betrachtet, bezüglich der Höhe und Abmessungen des einzelnen
Verzahnungselementes und der Abmessung der Verzahnung. Die Verzahnung
wird zum zentralen Mittelpunkt bzw. zur Rotationsachse hin geneigt
ausgeführt.
Die Kopplung in axialer Richtung zwischen Stufenscheibe und Drehstab
erfolgt vorzugsweise kraft- und formflüssig, beispielsweise mittels wenigstens
einer Schraubverbindung.
Die Anbindung des Lagerdeckels an den Drehstab kann ebenfalls auf
unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Denkbar ist eine Ausführung von
Drehstab und Lagerdeckel als bauliche Einheit, d. h. in Form eines integralen
Bauelementes. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Kopplung zwischen
Lagerdeckel und Drehstab ebenfalls über kraft- und formflüssige
Verbindungen zu realisieren. Denkbar ist auch hier im einfachsten Fall eine
Schraubverbindung.
Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt eine einfach zu realisierende
Anbindung des Zapfenkreuzes in der Gelenkgabel mit einer geringen Anzahl
von Bauelementen. Erforderlich sind lediglich ein Radiallager sowie die
Drehstabanordnung. Bei der Auslegung des Zapfenkreuzes sowie der
Gelenkgabel ist dabei lediglich die Auslegung des Radiallagers zu
berücksichtigen. Dies erlaubt den Einsatz größerer Radiallager bzw. die
Nutzung einer größeren axialen Erstreckung am Zapfen für die Anordnung
bzw. Lagerung des Radiallagers, welches sich auch bis zur Zapfenwurzel
erstrecken kann. Mit dem Axiallager entfällt auch der dafür erforderliche
Bauraum in axialer Richtung, welche anderweitig genutzt werden kann. Des
weiteren erlaubt die Ausführung als Drehstab eine steife Anbindung des
Zapfenkreuzes in axialer Richtung sowie eine biegeweiche Anbindung in
Umfangsrichtung. Derartige Kräfte können durch den Drehstab ausgeglichen
werden.
Die Axialkräfte werden umgelenkt und an der Gelenkgabelhälfte, welche der in
Kraftflußrichtung, ausgehend von der Gelenkachse, gegenüberliegt,
eingeleitet.
Die erfindungsgemäße Lösung ist für Gelenkgabeln mit geteiltem
Flanschmitnehmer einsetzbar, aber auch für Gelenkgabeln mit einstückigen
Flanschmitnehmern.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe wird nachfolgend anhand von
Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:
Fig. 1 verdeutlicht eine erfindungsgemäße Ausführung einer
Kreuzgelenkanordnung in einer Schnittdarstellung durch ein
Kreuzgelenk in einer durch die Zapfenachse gelegten und senkrecht
zur Gelenkachse stehenden Ebene in einer Ansicht auf einen in einer
Gelenkgabel gelagerten Zapfen;
Fig. 2 verdeutlicht eine alternative Ausführung der Kopplung zwischen
Drehstab und Stufenscheibe entsprechend der Fig. 1;
Fig. 3 verdeutlicht eine weitere alternative Ausführung der Kopplung zwischen
Drehstab und Stufenscheibe entsprechend der Fig. 1.
Die Fig. 1 verdeutlicht schematisch in vereinfachter Darstellung eine
erfindungsgemäße Ausführung einer Kreuzgelenkanordnung in Einbaulage in
einer Schnittdarstellung durch ein Kreuzgelenk in einer durch die Zapfenachse
eines in der Gelenkgabel gelagerten Zapfens gelegten und senkrecht zur
Gelenkachse stehenden Ebene in einer Ansicht, auf die in der Gelenkgabel
gelagerten Zapfen eines Zapfenskreuzens. In dieser Figur sind zur
Veranschaulichung die vier Zapfen eines Zapfenkreuzens dargestellt, wobei
jedoch aus Vereinfachungsgründen lediglich die Lagerung für zwei Zapfen
einer Gelenkgabel ausführlich verdeutlicht sind. In den folgenden Figuren,
welche aus Vereinfachungsgründen jeweils nur einen Ausschnitt in Form der
Lagerung eines Zapfens in einem Gabelauge einer Gelenkgabel darstellen,
sind weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten dargestellt. Für gleiche Elemente
werden daher die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Die Fig. 1 verdeutlicht ein Zapfenkreuz 10, welches mit seinen Zapfen 1 und 2
in einer Gelenkgabel 5, bestehend aus zwei Gelenkgabelhälften - einer ersten
Gelenkgabelhälfte 5.1 und einer zweiten Gelenkgabelhälfte 5.2, im Bereich
von deren Lagerbohrungen 6, für die Gelenkgabelhälfte 5.1 mit 6.1 und die
Gelenkgabelhälfte 5.2 mit 6.2 bezeichnet, mittels jeweils einer
Lageranordnung 9, hier 9.1 und 9.2 gelagert ist. Die zu den in der
Gelenkgabel 5 gelagerten Zapfen 1 und 2 um jeweils 90° versetzt
angeordneten Zapfen 3 und 4 des Zapfenkreuzens 10 sind in einer weiteren
zweiten, hier im einzelnen nicht dargestellten Gelenkgabel, umfassend
ebenfalls zwei Gelenkgabelhälften, im Bereich von deren Lagerbohrungen
mittels jeweils einer Lageranordnung, vorzugsweise in analoger Weise,
gelagert. Die beiden Zapfen 3 und 4 des Zapfkreuzes 10 sind dabei in einer
Ebene, welche parallel zu einer Ebene, die senkrecht auf der durch die
Zapfenachse Z1 der beiden Zapfen 1 und 2 sowie der Gelenkachse G
beschreibbaren Ebene verläuft, angeordnet.
Die Gelenkgabel 5 ist dabei beispielsweise mit einem, hier nicht dargestellten
Maschinenteil der Antriebsseite und die hier nicht dargestellte Gelenkgabel für
die Zapfen 3 und 4 mit einem Maschinenteil der Abtriebsseite gekoppelt. Die
Zapfenachsen Z1 und Z2 des Zapfenkreuzes 10, unter denen die Achsen
durch die Zapfen 1 und 2 bzw. 3 und 4 verstanden werden, sind in zwei
zueinander parallellen und zueinander versetzten Ebenen, wie bereits
ausgeführt, angeordnet. Die Lageranordnung 9.1 und 9.2 der Zapfen 1 und 2
umfaßt jeweils ein Radiallager 13, welches für die Lageranordnung 9.1 mit
13.1 und die Lageranordnung 9.2 mit 13.2 bezeichnet ist. Das Radiallager
umfaßt einen Außenring 14.1 bzw. 14.2, Wälzelemente 15.1 bzw. 15.2 und
einen, als Lagerbuchse ausgeführten, Innenring 16.1 bzw. 16.2. Beide
Laufringe des Radiallagers 13.1 bzw. 13.2 weisen im Bereich ihrer äußeren
Enden in Einbaulage in axialer Richtung betrachtet ausgehend von der
Gelenkgabelachse jeweils einen Bund auf. Dem Innenring 16.1 bzw. 16.2 ist
dabei ein äußerer Bund 26.1 bzw. 26.2 zugeordnet, welcher sich in axialer
Richtung über die Stirnfläche der Zapfen erstreckt. Dieser kann sich
desweiteren vom Innenumfang 17.1 bzw. 17.2 des Innenringes 16.1 bzw. 16.2
in Richtung zur Zapfenachse Z1 erstrecken. Der äußere Bund 26.1 ist dabei
zur axialen Sicherung des Innenringes 16.1 bzw. 16.2 entweder form- bzw.
kraftschlüssig mit dem Zapfen 1 bzw. 2 oder einem, mit diesem form- bzw.
kraftschlüssig gekoppelten weiteren Element, in Form einer Stufenscheibe
18.1 bzw. 18.2 gekoppelt oder stützt sich an letzterer ab. Im dargestellten Fall
liegt der äußere Bund 26.1 bzw. 26.2 des Innenringes 16.1 bzw. 16.2 nicht auf
der Stirnfläche 19.1 des Zapfens 1 bzw. 19.2 des Zapfens 2 auf, sondern
stützt sich lediglich an der Stufenscheibe 18.1 bzw. 18.2 ab. Abstützfläche in
radialer Richtung für die durch den Innenumfang 17.1 bzw. 17.2 des
Innenringes 16.1 bzw. 16.2 beschreibbare Fläche ist die durch den
Außenumfang 20.1.bzw. 20.2 des Zapfens 1 bzw. des Zapfens 2 sowie 21.1
bzw. 21.2 der stufenförmigen Scheibe 18.1 bzw. 18.2 charakterisiert. Der
Außenring 14.1 bzw. 14.2 des Radiallagers 13.1 bzw. 13.2 ist beispielsweise
mittels einer formschlüssigen Verbindung 31.1 bzw. 31.2 über einen, hier der
Lagerbohrung 6.1 bzw. 6.2 zugeordneten Lagerdeckel 32.1 bzw. 32.2 und die
Gelenkgabelhälfte 5.1 bzw. 5.2 in axialer und radialer Richtung durch
Klemmen zentriert. Der Lagerdeckel 32.1 bzw. 32.2 nimmt nicht primär an
der Kraftübertragung teil. Die formflüssige Verbindung wird im Bereich bzw. in
der Nähe eines in axialer Richtung, ausgehend von der Gelenkgabelachse G,
betrachteten äußeren Bundes 28.1 bzw. 28.2 des Außenringes 14.1 bzw. 14.2
realisiert. Der Bund 28.1 bzw. 28.2 erstreckt sich dabei in radialer Richtung
von der Zapfenachse Z1 weg ist und ist in axialer Richtung nach außen, d. h.
in Richtung parallel zur Zapfenachse, verlängert ausgeführt. Die formflüssige
Verbindung zwischen dem Außenring und dem Lagerdeckel 32.1 bzw. 32.2
kann verschiedenartig ausgeführt sein. Im einfachsten Fall ist die Kopplung
zwischen Gabelauge 6.1 bzw. 6.2, Außenring 14.1 bzw. 14.2 und dem
Lagerdeckel 32.1 bzw. 32.2 derart ausgeführt, daß der Lagerdeckel sich mit
seiner zur Gelenkachse hinweisenden Fläche 33.1 bzw. 33.2 wenigstens
teilweise auf einer vom Außenring 14.1 bzw. 14.2 stirnseitig ausgebildeten
Fläche 34.1 bzw 34.2, welche von der Gelenkgabelachse G weggerichtet ist,
abstützt. Der Lagerdeckel 32.1 bzw. 32.2 ist dabei form- und kraftschlüssig
mit der ersten Gelenkgabelhälfte 5.1 bzw. zweiten Gelenkgabelhälfte 5.2
gekoppelt. Die Kopplung erfolgt beispielsweise mittels Schraubverbindungen
35.1 bzw. 35.2.
Der Außenring 14.1 bzw. 14.2 des Radiallagers 13.1 bzw. 13.2 ist entlang der
Zapfenachse Z1 in Richtung zur Gelenkachse G einschiebbar. Die Funktion
eines Anschlages für die Verschiebbarkeit in axialer Richtung kann vom
äußeren Bund 28.1 bzw. 28.2 des Außenringes 14.1 bzw. 14.2 des
Radiallagers 13.1 bzw. 13.2 übernommen werden, welcher formschlüssig
zwischen Gelenkgabel 5.1 bzw. 5.2 und Lagerdeckel eingespannt ist.
Das deckelförmige Element in Form der Stufenscheibe 18.1 ist in wenigstens
zwei Teilbereiche 40.1 bzw. 41.1 unterteilbar. Diese beiden Teilbereiche
zeichnen sich durch einen unterschiedlichen Durchmesser d1 bzw. d2 aus.
Die Stufenscheibe 18.1 ist dabei in eine Zapfenbohrung 42.1 bzw. 42.2, deren
Symmetrieachse SZB mit der Zapfenachse Z1 zusammenfällt, einschiebbar.
Der erste Teilbereich 40.1 der Stufenscheibe 18.1 bildet dabei den Anschlag
in axialer Richtung für die Stufenscheibe. Der Anschlag für die
Verschiebbarkeit des zweiten Teilbereiches 41.1 in die Zapfenbogen 42.1
bildet die durch den ersten Teilbereich 40.1 ausgebildete und zur
Gelenkgabelachse G ausgerichtete Stirnfläche 44.1. Zur Einbindung des
Zapfenkreuzes 10 in axialer Richtung in der Gelenkgabel 5 weist diese einen,
die Funktion eines Axiallagers übernehmenden Drehstab 35 auf. Dieser
erstreckt sich in der Zapfenbohrung 42.1 durch die Zapfen 1 und 2 des
Zapfenkreuzes 10. Der Drehstab 35 ist dabei, wie in der Fig. 1 dargestellt, bei
Ausführung für eine Drehrichtung, drehfest mit der stufenförmigen Scheibe
18.1 in der Gelenkgabelhälfte 5.1 verbunden und erstreckt sich bis zur
gegenüberliegenden Gelenkgabelhälfte 5.2 und bildet dort vorzugsweise mit
dem Lagerdeckel 32.2 eine bauliche Einheit. Denkbar ist jedoch auch die
nicht dargestellte Möglichkeit einer in Umfangsrichtung des Drehstabes 35
und in axialen Richtung festen Kopplung zwischen dem Drehstab und dem
Lagerdeckel 32.2. Die drehfeste Kopplung erfolgt im dargestellten Fall über
eine in radialer Richtung ausgerichtete Verzahnung. Dazu weist die von der
Gelenkgabelachse weggerichtete Stirnfläche 46 und zum Lagerdeckel 32.1
ausgerichtete Stirnfläche 46 des Drehstabes 35 eine sogenannte Hirth-
Stirnverzahnung auf, welche mit einer an der Stirnfläche 47 der Stufenscheibe
18.1 ausgebildeten komplementären Hirth-Stirnverzahnung in Eingriff bringbar
ist. Diese Verbindung stellt eine form- und kraftschlüssige Verbindung in
radialer Richtung zwischen der stufenförmigen Scheibe 18.1 und dem
Drehstab 35 dar. Die Kopplung in axialer Richtung erfolgt vorzugsweise
ebenfalls form- und/oder kraftschlüssig, im einfachsten Fall mittels einer
Schraubverbindung 38. Die Kopplung des Drehstabes 35 mit dem
Lagerdeckel 32.2 kann in analoger Weise ausgeführt werden. Es besteht
jedoch auch, wie in der Fig. 1 dargestellt, die Möglichkeit, Drehstab 35 und
Lagerdeckel 32.2 als bauliche Einheit auszuführen.
Die durch die Querbeschleunigung entstehenden Axialkräfte, die in Richtung
der Zapfenachse Z1 von der Gelenkachse G weg, hier in Richtung der
Gelenkgabelhälfte 5.1 wirken, führen zu einer Entlastung der in diesen
Richtung erfolgenden Kopplung zwischen Stufenscheibe 18.1 und Zapfen 1
und zu einer Belastung der kraftschlüssigen Verbindung zwischen Zapfen 2
und Stufenscheibe 18.2 an der entgegen der Wirkungsrichtung der Axialkräfte
liegenden Gelenkgabelhälfte 5.2. Diese Ausführung bewirkt durch eine in
Richtung der Zapfenachse Z1 von der Gelenkachse G weg wirkende Axialkraft
ein Aufheben der in den Schraubverbindungen 27.1.1 und 27.1.2 in dieser
Richtung wirkenden Zugkräfte. Gleichzeitig werden die Schrauben der
Schraubverbindungen 27.2.1 und 27.2.2 an der gegenüberliegenden
Gelenkgabelhälfte 5.2 mehr auf Zug beansprucht. Es erfolgt eine Addition der
in der Schraubverbindung 27.2.1, 27.2.2 vorherrschenden Zugkraft und der in
Zapfen 2 wirkenden Zug kraft, die zu einer Druckbeanspruchung des Bundes 26.2
und damit des Innenringes 16.2 führt. Die Axialkraft stützt sich jedoch
über die Stufenscheibe 18.1 und den Drehstab 35 an der
gegenüberliegenden Gelenkgabelhälfte 5.2 ab.
Die Verformung der Drehmomenten übertragenden Bauteile eine
Kreuzzapfengelenkes ist in Umfangsrichtung der Kraft in der Regel so extrem,
daß es bei herkömmlichen Lagerungen, umfassend ein Axial- und ein
Radiallager, zu einer ungleichmäßigen Lastverteilung kommen kann und nur
ein Bruchteil der möglichen Tragzahl der Lager genutzt wird. Die
erfindungsgemäße Lösung mittels Verwendung eines Drehstabes bietet
jedoch den Vorteil einer steifen Anbindung des Zapfenkreuzes in axialer
Richtung an die Gelenkgabel. Dies bietet zum Beispiel den Vorteil, bei schnell
drehenden Gelenkwellen diese spielfrei und ohne Fliegkrafteinfluß auf die
Wuchtgüte zu bauen.
Die Fig. 2 verdeutlicht eine weitere Ausführung zur Anbindung des
Drehstabes an die Stufenscheibe 18.1 entsprechend Fig. 1. Bei dieser
Ausführung weist die Stufenscheibe 18.1, welche in wenigstens zwei
Teilbereiche unterschiedlichen Durchmessers 40.1 und 41.1 unterteilbar ist, im
zweiten Teilbereich eine Ausnehmung in Form einer Bohrung 50 auf, welche
der Aufnahme des Drehstabes und Führung in axialer Richtung dient. Der
Drehstab 35 ist zu diesem Zweck in einem Bereich 35.1 mit einem
Durchmesser versehen, welcher die Ausbildung einer Passungsfläche 51
ermöglicht, die mit der von der Bohrung 50 gebildeten Fläche 52
vorzugsweise eine Übergangspassung oder eine Preßpassung bildet. Dies
ermöglicht einen Formschluß in radialer Richtung bezogen auf die
Zapfenachse Z1. Die axiale Kopplung erfolgt ebenfalls mittels
Verbindungselementen, vorzugsweise wenigstens einer Schraubverbindung
53. Der Aufbau der gesamten Kreuzzapfengelenklageranordnung kann dabei
der in der Fig. 1 beschriebenen entsprechen. Wesentlich ist jedoch, daß
zwischen dem Drehstab und der Stufenscheibe 18.1 eine Kopplung in axialer
Richtung und vorzugsweise eine drehfeste Verbindung in radialer Richtung
bezogen auf die Zapfenachse Z1 erfolgt. Die konkrete konstruktive
Ausführung dieser Verbindung hängt jedoch von den Einsatzerfordernissen ab
und liegt im Ermessen des Fachmannes.
Der Bund 26.1 des Innenringes 16.1 des Radiallagers 13.1 ist derart
ausgeführt, daß dieser sich in Richtung der Zapfenachse Z1 erstreckt und in
eine in Umfangsrichtung verlaufende Ausdehnung bzw. Nut 54 am
stufenförmigen Element 18.1 zum Anliegen kommt bzw. in diese eingreift.
Die Fig. 3 verdeutlicht eine weitere alternative Ausführung der Kopplung
zwischen Drehstab und Stufenscheibe 18. 1. Die Kopplung in radialer und in
Umfangsrichtung wird über eine form- und kraftschlüssige Verbindung 55
realisiert, welche sich dadurch auszeichnet, daß der Drehstab 35 mittels eines
ringförmigen Elementes 56 in axialer Richtung zwischen der Stufenscheibe
18.1 und dem ringförmigen Element hinsichtlich seiner Lage fixiert wird. Der
Drehstab 35 weist dazu im Bereich seiner Stirnseite 46 einen größeren
Durchmesser auf, so daß eine Anlagefläche 57, welche zur Gelenkachse G
hingerichtet ist, ausgebildet wird. Diese Anlagefläche tritt mit einer weiteren
Fläche 58 am ringförmigen Element in Wirkverbindung. Das ringförmige
Element 58 weist zu diesem Zweck zwei Teilbereiche unterschiedlichen
Innendurchmessers 59 und 60 auf. Die Abmessungen der einzelnen
Teilbereiche in axialer Richtung sind dabei derart bemessen, daß ein
Verspannen zwischen Drehstab 35 und ringförmigem Element 56 in axialer
Richtung erzielt wird. Die Anordnung Drehstab 35 und ringförmiges Element
56 erfolgt in einer Bohrung 50 am stufenförmigen Element 18.1.
Die Fig. 1 bis 3 stellen bevorzugte Ausführungen dar, welche jeweils
davon ausgehen, daß der Drehstab 35 mit dem Lagerdeckel 32.2 eine
bauliche Einheit bildet. Die in den Fig. 2 und 3 beschriebenen
Verbindungsmöglichkeiten können jedoch auch zur Realisierung der
Baueinheit Drehstab-Lagerdeckel genutzt werden.
Vorzugsweise erfolgt die Anordnung des Drehstabes immer derart, daß
dessen Symmetrielinie der Zapfenachse entspricht. Dies wird vor allem bei
Ausbildungen von Kreuzzapfengelenken mit einem Zapfenkreuz mit
zueinander in unterschidlichen Ebenen angeordneten Zapfen zur
Anwendung gelangen. Es ist jedoch auch denkbar, durch geeignete
Ausgestaltung des Drehstabes bzw. Führung des Drehstabes die
beschriebene Ausführung auch für Zapfenkreuze mit Zapfen, welche in einer
Ebene liegen, zu verwenden. Auch ist es nicht erforderlich, daß die
erfindungsgemäße Anordnung für beide Gelenkgabeln einer
Kreuzgelenkanordnung verwendet werden muß.
Claims (12)
1. Kreuzgelenkanordnung für eine Gelenkwelle
- 1.1 mit einem in zwei Gelenkgabeln (5) gelagerten Zapfenkreuz (10);
- 1.2 jede Gelenkgabel weist zwei Gelenkgabelhälften (5.1, 5.2) auf - eine erste Gelenkgabelhälfte (5.1) und eine zweite Gelenkgabelhälfte (5.2) -;
- 1.3 das Zapfenkreuz (10) ist in wenigstens einer Gelenkgabel (5) mittels einer Lageranordnung (9) gelagert;
- 1.4 die Lageranordnung (9.1, 9.2) umfaßt ein Radiallager (13.1, 13.2) mit einem Innenring (16.1, 16.2) und einem Außenring (14.1, 14.2);
- 1.5 jeder Lageranordnung (9.1, 9.2) ist ein scheibenförmiges Element (18.1 18.2) zugeordnet, welches im stirnseitigen Bereich des in der Gelenkgabelhälfte (5.1, 5.2) gelagerten Zapfens (1, 2) mit diesem kraft- und/oder formschlüssig gekoppelt ist und welches einen Anschlag in axialer Richtung für den Innenring (16.1, 16,2) des Radiallagers (13.1, 13.2) bildet;
- 1.6 jeder Gelenkgabelhälfte (5.1, 5.2) ist ein mit dieser kraft- und/oder formschlüssig gekoppelter Lagerdeckel (32.1, 32.2) zugeordnet;
- 1.7 mit einem stabförmig gestalteten und sich durch eine in Richtung der Zapfenachse (Z1) ausgerichtete Bohrung durch die in einer Gelenkgabel (5) gelagerten Zapfen (1, 2) erstreckendes Verbindungselement (35), welches in einem Endbereich wenigstens mittelbar mit dem scheibenförmigen Element (18.1) des einen Zapfens (1) drehfest in Umfangsrichtung und in axialer Richtung im wesentlichen unverschiebbar gekoppelt ist und mit dem anderen Endbereich mit dem mit der gegenüberliegenden Gelenkgabelhälfte (5.2) gekoppelten Lagerdeckel (32.2) gekoppelt ist.
2. Kreuzgelenkanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zapfenachsen (Z1, Z2) des Zapfenkreuzes (10) in einer Ebene
verlaufen.
3. Kreuzgelenkanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zapfenachsen (Z1, Z2) des Zapfenkreuzes (10) in zwei
zueinander parallelen Ebenen zueinander versetzt angeordnet sind.
4. Kreuzgelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen Endbereich des
Verbindungselement und scheibenförmigen Element direkt erfolgt.
5. Kreuzgelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das stabförmige Verbindungselement (35) in
axialer Richtung mittels einer in Richtung der Zapfenachse (Z1) des in
der Gelenkgabelhälfte (5.1) gelagerten Zapfens (1) verlaufende
Schraubverbindung (38) mit dem scheibenförmigen Element (18.1)
gekoppelt ist.
6. Kreuzgelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Zentrierung des stabförmigen
Verbindungselementes (35) in Umfangsrichtung gegenüber dem
scheibenförmigen Element (18.1) mittels einer in Umfangsrichtung an
der Stirnseite des stabförmigen Verbindungselementes (35)
verlaufenden und in radialer Richtung erstreckenden Stirnverzahnung in
Form einer sogenannten Hirth-Stirnverzahnung erfolgt.
7. Kreuzgelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das stabförmige Verbindungselement (35) in eine
Bohrung am scheibenförmigen Element einführbar ist und die
Abmessungen von Bohrung des scheibenförmigen Elementes (18.1)
und Außendurchmesser des stabförmigen Elementes mit einer Passung
versehen sind, welche als Übergangspassung oder Preßpassung
ausgeführt ist.
8. Kreuzgelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen stabförmigem
Verbindungselement (35) und Lagerdeckel (32.2) durch Ausbildung als
integrale Baueinheit realisiert wird.
9. Kreuzgelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen dem Lagerdeckel (32.2)
und dem stabförmigen Verbindungselement (35) in axialer Richtung
mittels wenigstens einer Schraubverbindung und in Umfangsrichtung
durch Realisierung einer drehfesten Verbindung erfolgt.
10. Kreuzgelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das scheibenförmige Element (18.1, 18.2) als
Stufenscheibe mit wenigstens zwei Teilbereichen unterschiedlichen
Durchmessers ausgeführt ist.
11. Kreuzgelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der Lagerdeckel (32.1, 32.2) einen Anschlag in
axialer Richtung für den Außenring (16.1, 16.2) des Radiallagers (13.1,
13.2) bildet.
12. Kreuzgelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das stabförmige Verbindungselement als
Drehstab ausgeführt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19826263A DE19826263A1 (de) | 1998-06-15 | 1998-06-15 | Kreuzgelenkanordnung für eine Gelenkwelle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19826263A DE19826263A1 (de) | 1998-06-15 | 1998-06-15 | Kreuzgelenkanordnung für eine Gelenkwelle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19826263A1 true DE19826263A1 (de) | 1999-12-16 |
Family
ID=7870723
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19826263A Ceased DE19826263A1 (de) | 1998-06-15 | 1998-06-15 | Kreuzgelenkanordnung für eine Gelenkwelle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19826263A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102155499A (zh) * | 2011-04-29 | 2011-08-17 | 河南三维重工有限公司 | 一种改进型十字轴万向节 |
-
1998
- 1998-06-15 DE DE19826263A patent/DE19826263A1/de not_active Ceased
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102155499A (zh) * | 2011-04-29 | 2011-08-17 | 河南三维重工有限公司 | 一种改进型十字轴万向节 |
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