DE19826263A1 - Kreuzgelenkanordnung für eine Gelenkwelle - Google Patents

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 S_ZB 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.