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Mit Kugeln gelagerte Kreuzgelenke mit besonderer Kugeirillenanordnung
Die Lagerzapfen der Kreuzgelenke von Kardanwellen werden, um einen guten Wirkungsgrad
zu erzielen mit Walzkörpern, vorwiegend mit Wälzagernadeln ausgestattet.
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Die ïbertragbare Leistung eines Kreuzgelenkes h-ingt bei gleicher
Baugröße (gleichen Rotationsdurchmesser, richtige warte, Materialgüte usw. vorausgesetzt)
von der Größe des an der Kraftübertragung unmittelbar beteiligten Wälzflche- und
des volumens der Wälzkörper ab.
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Bei der bisherigen Wälzkörperanordnung an den Lagerzapfen der Kreuzgelenke,
aucn wenn sie stufenförnig ist, steht bei der Eraftübertragung immer nur die eine
Lagerhälfte unter Belastung. Die Wälzkörper der anderen Lagerhälfte befinden sich
im wLastschat-ten". Beim Lastrichtungswechsel wird die Belastungsseite und die "Lastschattenseite"
vertauscht. An der Kraftübertragung mit Kreuzgelenken ist also jeweils nur daß halbe
Wälzkörpervolumen gleichzeitig beteiligt. An den Figuren 1 und 2 ist dieser Nachteil
bildlich dargestellt. Mit dem I-feil Aist die eingeleitete Aktionskraft und mit
dem Pfeil R die Reaktionskraft symbolisiert. Man erkennt an dem vergrößert wiedergegebenen
Spiel S in der Lastschattenseite, daß nur die Wälzkörper an der Lastseite belastet
sind.
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Etwas anders liegen die Verhältnisse bei Wellengelenkarten (Rzeppa),
bei denen die Kraftübertragung mit Kugeln zwischen einem mit Kugelrillen versehenden
Innenteil und Außenteil vorgenommen wird. Diese Kugelrillen verlaufen in der Achsrichtung
oder leicht kreuzend.
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Die Kraftübertragung geschieht nur mit wenigen Kugeln.
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Außerdem tragen diese Kugeln nicht mit dem vollen Querschnitt. Im
günstigsten Übertragungsbereichbefindet sich die Halterung des Eugelkäfigs. Auch
andere Gelenke mit Kugelrillen in der Längsrichtung der Wellenachse ermöglichen
nicht die maximale Ausnutzung des Gelenkvolumens mit Wälzkörpervolumen.
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Aufgabe der Erfindung ist es bei Kreuzgelenkengleicher Baugrößen (Rotationsdurchmesser)
ein erheblich größere Wälzkörperfläche-und Volumen gleichzeitig zu belasten und
somit eine wesentlich gröbere Kraftübertragung ohne Schädigung der Wälzkörperlaufbahnen
zu erreichen.
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Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß die Kugellaufbahnen einerseits
in den Oberflächen eines zentralen Hohlkugelringes und anderseits in den Oberflächen
der Kugel schalen bzw Kugelsegmenten in mehreren Ringen um die jeweilige theoretische
Schwenkachse der beiden sich kreuzenden Wellenenden angeordnet sind.
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Die L'rfindungwird im folgenden an einigen scheinatisch dargestellten
Ausführungsbeis telennäher erläutert: Fig, 1 u. Fig 2 zeigt das Wälzla.gersystem
der bekannten Kreuzgelenke Fig. 3 die Anordnung der Kugeln mit Käfig bei Gelenken
mit Kugeln in Längsrillen zur Achse und Gleichlaufgelenken (Rzeppa) mit einer Kugel
pro Rille in der Winkelhalbierenden Fig. 4 das Anordnungsprinzlp der Wälzkörper
gemäß der Erfindung in mehreren Ringen um die theoretische Schwenkachse SA im Teilquerschnitt
durch den zentralen Rohlkugelring und durch eine der beiden Hohlkugelschalen eines
Wellenendes.
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Fig 5 einen der zwei als Hohlkugelschale ausgebildeten Arm eines Wellenendes
im Teillängsschnitt Fig. 6 die Hohlkugelschale des Armes nach Fig. 5 in der Draufsicht
mit den eingelegten Kugeln
Fig. 7 ein Kreuzgelenk mit der Kugelordnung
gemäß der Erfindung im Querschnitt Fig 8 wie Fig. 7 im Längsschnitt Wie aus Fig.
1 und Fig. 2 ersichtlich werden bei der Einleltung des Drehmomentes A und Auftreten
der Reaktionskraft R die Wälzkörper nur an der lastseite des Kreuzzapfens belastet
An der iastschattenseite aber bleiben die Wälzkörper entlastet. Es entsteht gezsermaßen
ein Spiel 5. An der Drehmomentenübertragung sind also direkt nur die Wälzkörper
beteiligt, die sich gerade auf der Lastseite befinden.
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Bei der Anordnung der Wälzkörper nach Fig.3 wie sie vorwiegend bei
Gleichlaufgelenken (Rzeppa) mit Wälzkörperrll len in Richtung Wellenachse erfolgt,
sind zwar alle Wälzkörper gleichzeitig in Einsatz, aber es lassen sich nur wenig
Kugeln bei diesem System unterbringen. Außerdem tragen die Kugeln nur mit einem
Teil ihres Querschnittes. Die größte Querschnittsfläche ist vom Kugelkäfig 2 umgeben.
Bei dieser Anordnung treiben die kugeln durch KeilwirkunG die Gelenkteile auseinander.
Es entstehen sehr große Blindkräfte.
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In der Fig. 4 ist im Teilquerschnitt des zentralen Hohlkugelringes
3 mit einer der beiden zu Hohlkugelschalen 4 ausgebildeten Arme eines Wellenendes
dargestellt. Die Kugelrillen verlaufen in mehreren Ringrillen konzentrisch um die
theoretische Schwenkachse SA des Kreuzgelenkes.
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In Richtung Pfeil A wird das Drehmoment eingeleitet, Pfeil R stellt
die Reaktionsrichtung dar. Die kleinen Pfeile an den Kugeln 9 kennzeichnen die belasteten
Kugeln. Wenn man die Figuren 1 und 2 mit der Figl 4 vergleicht, ist es ersichtlich,
daß die Wälzkörper in der Drehrichtung gesehen vor und hinter der Schwenkachse gleichzeitig
belastet werden. Daher betragen die Wälzkörper eines Kreuzgelenkes mit der Kugelrillenanordnung
nach Fig. 4 gemäß der Err findung bei gleicher Größe der Kugeln, der Kugelrille
der
Kugelanzahl und des Hebelarmes das doppelte Drehmoment als das handelsübliche Kreuzgelenk
nach Fig. 2. Bei gleich großen Wälzlagerflächen und Volumen auch das doppelte der
Big. 1. Darüberhinaus sind die Kugeln in Ringrillen 5,6,7 Fig. 4 um die zwei theoretischen
zchwenkachsen auf der kugelförmigen Oberfläche des zentralen llohlkugelringes 3
außen und innen angeordnet. Fig. 7 und Fig. 8.
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Durch diese Aufteilung ist sehr viel mehr WElzlagerfläche und Wäizlagervolumenin
aergleichen Baugröße (gleichen Rotationsdurchmesser) unterzubringen. Dies erhöht
die Drehmomentenbelastbarkeit noch weiter.
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Fig. 5 zeigt im Teilschnitt eines der beiden als Hohlkugelschalen
4 ausgebildeten Arme 10, 10' die wahlweise mit Schrauben 11 am Wellenflansch 12
einer Welle angeschraubt sind.
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Diese Hohlkugelschalen 4 sind je mit einem Kugelsegment 12 und 13'
Fig.7 und 8 fest verbunden und lassen sich um die Schwenkachse SA drehen. Dabei
wälzen die Kugeln 9 in den Ringrillen um die theoretische Schwenkachse SA.
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Die Fig. 6 gibt einen Einblick in die Kugelanordnung in den Hohlkugelschalen
4. Durch die Ausbildung der 2 Arme 10 an den Wellenenden zu Kugelschalen 4, und
des die beiden Arme eines Wellenendes verbindenden Zwischenstück (kreuz) zu einem
zentralen Hohlkugelring 3 werden bei geringem Gewicht sehr formstabile Gelenkteile
mit großer Wälzlagerfläche bei gleichzeitig großen wirksamen Hebelarm geschaffen.
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Bei der Drehmomentenübertragung Fig.7 and Fig.8 wird die Kraft von
den beiden Hohlkugelschalen 4 und 4' und mit ihren verbundenen Kugelsegmenten 13.
und 13' eingeleitet. Über den zentralen Hohlkugelring (3) wird die Kraft in die
beiden auch als Hohlkugelschale 15 und 15 ' ausgebildeten Arme an das andere Wellenende
weitergeleitet, Bei der Herstellung des zentralen Hohlkugelringes 3 im spanlösen
lreßverfahren wird dieser vorzugsweise in 4 Segmente unterteilt.
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Die axialen Stirnflächen werden mit einer Spannnut 16 Fig.8 versehen
und durch Spannscheiben 17 und 17' mit einer Schraube zusammen gehalten. In der
Mitte des Gelenkes entsteht ein sehr großer Raum für Schmiermittel.
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Die Wälzkörper und die Wälzkörperbahnen werden bei Gelenkwellen sehr
oft durch Drehstöße besehädigt. Auch wenn diese Überlaststöße nur sehr kurz und
wenig auftreten-, wird die Lebensdauer eines Gelenkes rapide verkürzt.
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Um hier eine Verbesserung zu erreichen, wird vorgeschlagen, die Stege
18 Fig.4 zwischen den Kugelrillen relativ schmal zu gestalten und den Rand 19 der
Hohlkugelschalen 4 in einer Ausdrehung 20 des zentralen Hohlkugelringes 3 mit eine
vorgegebenen Spiel einzupassen. Bei den Überlastungsstößen geben die Stege 18 etwas
nach und der große Rand 19 fängt den Stoß durch die Abstützung in der Ausdrehung
20 mit ab.