DE29920839U1

DE29920839U1 - Lagersystem für Zapfen von Zapfenkreuzen und Kreuzgelenkanordnung

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Publication number: DE29920839U1
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Authority: DE
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
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Priority date: 1999-11-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2000-02-24
Anticipated expiration: 2009-11-30

Description

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Lagersystem für Zapfen von Zapfenkreuzen und Kreuzgelenkanordnung

Die Erfindung betrifft ein Lagersystem für einen Zapfen eines Zapfenkreuzes für den Einsatz in Gelenkwellen, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1; ferner eine Kreuzgelenkanordnung mit einem Lagersystem.

Kreuzgelenkanordnungen, insbesondere die Lagersysteme für Kreuzgelenkanordnungen für den Einsatz in Gelenkwellen sind in einer Vielzahl von Ausführungen für eine Vielzahl von Einsatzbeispielen bekannt. Stellvertretend wird dazu auf einen Sonderdruck Voith Forschung und Konstruktion, Heft 33 (1998), Aufsatz 10 "Entwicklung wälzgelagerter Gelenkwellen für die Hauptantriebe schwerer Walzgerüste" sowie den Voith-Druck G 1135, 11.91, verwiesen. Diese Druckschriften offenbaren Ausführungen von Kreuzgelenkanordnungen für Gelenkwellen, welche wenigstens ein Zapfenkreuz umfassen, welches in wenigstens einer Gelenkgabel gelagert wird. Die Gelenkgabel selbst kann einteilig oder zweiteilig ausgeführt sein. Zur Anbindung des Zapfenkreuzes in der Gelenkgabel ist jeweils für den einzelnen Zapfen eine entsprechende Lageranordnung vorgesehen. Die Lageranordnung umfaßt dabei wenigstens ein Radiallager und vorzugsweise auch ein Axiallager. Für die Anordnung des Axiallagers bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten, wobei jedoch unter Berücksichtigung der auftretenden Verformungen während des Betriebes der Gelenkwelle eine entsprechende konstruktive Auslegung der einzelnen Elemente der Lagerung vorgenommen wird. Aus dem Aufsatz 10 aus Voith Forschung und Konstruktion, Heft 33, ist dabei eine Ausführung mit einem Radial-/Axiallager bekannt, bei welcher die einzelnen Bauelemente der Lagerung, die Dichtungen, die Anschlußkonstruktion der Lager und die das

0 Drehmoment übertragenden Flanschverbindungen hinsichtlich der

Spannungsverteilungen und Verformungen unter Last sorgfältig aufeinander

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abgestimmt sind. Das Radiallager besteht bei dieser Ausführung aus drei vollrolligen Zylinderrollenreihen, die im Innenring bordgeführt sind. Der Radiallager-Innenring stützt sich über einen Bund an den Zapfenstirnseiten ab. Ein nach außen weisender Bund am anderen Ringende bildet die innere Laufbahn des Axiallagers. Die Axialkraft wird bei dieser Ausführung über die Zapfenstirnseite eingeleitet. Durch den konischen Übergang zwischen Zylinder und Grundkörper ist ein Einfädeln des Zapfenkreuzes in die ungeteilte Gelenkgabel trotz großer Zapfenquerschnitte möglich. Außerdem können bei dieser Anordnung die Werkstoffe den unterschiedlich zugeordneten

&iacgr;&ogr; Funktionen entsprechend ausgewählt werden, d.h. hochfester

Vergütungsstahl für das im Gesenk geschmiedete Zapfenkreuz und gewalzter Einsatzstahl für die Lagerhülse. Die Problematik einer derartigen Lageranordnung besteht darin, daß die einzelnen Wälzlager durch hohe Drehmomentstöße und gleichzeitige Querbeschleunigungen, insbesondere beim Einsatz in Walzwerksantrieben, beansprucht werden. Die stoßartigen Belastungen bei großen und sich rasch verändernden Beugewinkeln verursachen dabei elastische Verformungen der Gelenkgabel sowohl im Bereich der Flansche als auch innerhalb des Gabelauges. Die Bohrung weitet sich und nimmt dabei in der Regel eine unrunde Form an. Die größte Verformung am Zapfenkreuz verursacht jedoch die Einleitung der Umfangskraft. Ihre Richtung osziliert mit dem positiven oder negativen Wert des Betriebsbeugewinkels und wechselt außerdem mit jedem Reversiervorgang. Diese betriebs- sowie konstruktionsbedingten Einflüsse ergeben Fluchtungsfehler mit einer ungünstigen Lasteinleitung in das Lager, nämlich einen Mittenversatz der Gabelbohrung, Schrägstellung der Bohrung, Durchbiegung des Zapfens sowie ein Radialspiel im Wälzlager und die Einfederung des Wälzlagers. Die Folge ist dabei eine ungleichmäßige radiale Druckverteilung in der Lagerbohrung und führt von einer Linien- zur Punktberührung an den Kontaktstellen der Wälzkörper und zu überhöhten

&ogr; Kantenspannungen. Die Wälzlageranschlußteile, Zapfenkreuz und

Gelenkgabel, sind deshalb bezogen auf die Verformungswege aufeinander

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abgestimmt. Da die Axiallager von schweren Kreuzgelenken in der Regel im Wurzelbereich des Zapfens angeordnet sind, führen diese aufgezeigten Einflüsse zu einem Verkippen der Axiallager-Laufbahnen. Den größten Einfluß übt dabei die Verformung des Zapfens im Bereich der Wurzel aus, da hier die Krümmung der Biegelinie analog dem Biegemomeht am größten ist. Dies führt in einem Segment des Axiallagers zu hohen Kantenspannungen und in dem gegenüberliegenden Segment zum Abheben der Rollen, was eine drastische Tragzahlminderung zur Folge hat. Um einen einfachen konstruktiven Aufbau einer Radial-/Axiallagereinheit der Kreuzgelenke zu

&iacgr;&ogr; ermöglichen, wurden daher bisher die Lagerhülse mit ihren Laufbahnen für

beide Lager über Zylinder- und Stirnfläche des Zapfens zentriert und axial fixiert. Biegt sich nun der Zapfen unter einer Last durch, so folgt die Lagerhülse einer Tangente, die an der Biegelinie des Zapfenendes anliegt. Die Planparallelität bleibt somit auch bei Belastung des Zapfenkreuzes erhalten. Ein wesentlicher Nachteil einer derartigen Ausführung besteht jedoch darin, daß die Ausgestaltung der einzelnen Lagerelemente relativ kompliziert ist und eine Vielzahl von Elementen, insbesondere hinsichtlich der Ausführung des Lagerdeckels, bedingen. Bei der konstruktiven Ausführung, insbesondere Auslegung der einzelnen Bauelemente, ist dabei immer auf die

0 möglicherweise auftretenden Verformungswege abzustellen, so daß es nicht

möglich ist, unabhängig von der Kenntnis dieser Einflüsse eine befriedigende Konstruktion bereitzustellen.

Eine andere Lösung zur Anbindung der Lagerung ist aus der EP 0 785 370 A1 bekannt. Bei dieser ist dem Innenring des Radiallagers in Einbaulage in axialer Richtung innenliegend ein Bund zugeordnet, der sich radial von der Zapfenachse des in der Gelenkgabel gelagerten Zapfens wegerstreckt. Unter axialer Richtung wird eine Richtung im wesentlichen parallel zur Zapfenachse des in der Gelenkgabel gelagerten Zapfens verstanden, wobei die

0 Betrachtungsweise ausgehend von der Gelenkachse erfolgt. Unter

Gelenkachse wird dabei die verlängerte Achse des mit der Gelenkgabel

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verbundenen Bauteiles verstanden, die sich durch den direkten oder in eine Ebene projizierten Schnittpunkt der Zapfenachsen erstreckt. Die Zapfenachsen der zueinander um jeweils 90° versetzten Zapfen können dabei in einer gemeinsamen Ebene liegen oder aber zueinander versetzt in einander 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

&iacgr;&ogr; 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 zur 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 Einbaullage in axialer Richtung außenliegenden sogenannten äußeren Bund auf, dem ein Anschlag im Gabelauge zugeordnet ist. Dem Innenring ist des weiteren ein in Einbaulage in axialer Richtung äußerer Bund zugeordnet, der zur Zapfenachse des in der Gelenkgabel gelagerten Zapfens hin ausgerichtet ist und einen axialen Anschlag für den Sitz des Innenringes im stirnseitigen Bereich des Zapfens bildet. Dieser äußere Bund ist kraft- und/oder formschlüssig mit dem in der Gelenkgabel gelagerten Zapfen verbindbar. Dieser Bund kann derart ausgeführt sein, daß dieser mit dem Innenring eine bauliche Einheit bildet.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß der Bund von einem separaten Bauteil gebildet wird. Dieses separate Bauteil kann beispielsweise deckeiförmig gestaltet sein. Der Deckel ist vorzugsweise derart gestaltet, daß dieser mit wenigstens einem ersten Teil seiner Deckelinnenfläche, unter welcher die in Einbaulage zur Gelenkachse gerichtete Deckelfläche

0 verstanden wird, auf der Stirnseite des Zapfens des in der Gelenkgabel

gelagerten Zapfens aufliegt und mit einem zweiten Teil seiner

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Deckelinnenfläche in Einbaulage einen Anschlag für den Innenring des Radiallagers bildet. Mit dieser Ausführung wird entgegen der ansonsten angestrebten steifen Lagerkonstruktion eine elastische Anbindung des Axiallagers erreicht. Diese Art der elastischen Anbindung führt zu einem besseren Tragbild der einzelnen Lager und damit einer höheren Lebensdauer der Lagereinheiten und auch der gesamten Kreuzzapfengelenkanordnung. Ein wesentlicher Nachteil einer derartigen Ausführung besteht jedoch darin, daß diese einen erheblichen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand bedingt, da die Anbindung der Zapfen an den Gelenkgabelhälften eine Vielzahl von Bauelementen erfordert, welche die beschriebenen Funktionen übernehmen. Aufgrund der erforderlichen Abstimmung der einzelnen Elemente zueinander ist die Schaffung einer derartigen Lageranordnung sehr kostenintensiv.

Insbesondere bei Kreuzgelenkanordnungen für schwere Gelenkwellen, bei denen die Lagerbohrung der Gelenkgabel geschlossen ausgeführt ist, das heißt als Blindbohrung gestaltet ist, und neben der Axiallagerung auch die Dichtungsbauteile im Bereich der Zapfenwurzel anzuordnen sind, weisen die bekannten Lösungen einen erheblichen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand auf, da die Anbindung der Zapfen an den Gelenkgabelhälften eine Vielzahl von Bauelementen erfordert, welche die bereits für die anderen Ausführungen beschriebenen Funktionen übernehmen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kreuzgelenkanordnung der eingangs genannten Art, insbesondere für den Einsatz in schweren Gelenkwellen derart weiterzuentwickeln, daß die genannten Nachteile vermieden werden. Im einzelnen soll die Kreuzgelenkanordnung einen einfachen Aufbau sowie eine geringe Anzahl von Bauelementen aufweisen. Die Ausschaltung der negativen Einflüsse bei Verformung der drehmomentübertragenden Bauteile auf die Lageranordnung, insbesondere das Axiallager soll dabei ohne Kenntnis der konkreten Lastfälle des

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Einsatzfalles mit einer möglichst standardisierten Lösung ausgeschlossen werden können. Die Kreuzgelenkanordnung, insbesondere das Lagersystem soll sich dabei durch einen geringen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand sowie niedrige Kosten auszeichnen.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 und charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils in den Unteransprüchen beschrieben.

&iacgr;&ogr; Das Lagersystem für einen Zapfen eines Zapfenkreuzes für den Einsatz in

Gelenkwellen umfaßt ein Radiallager und ein im Bereich der Zapfenwurzel angeordnetes Axiallager. Die bezogen auf die Gelenkachse in Richtung der Zapfenachse betrachtet äußere Lauffläche des Axiallagers wird dabei vom Außenring des Radiallagers gebildet. Erfindungsgemäß ist im Bereich der Zapfenwurzel ein im wesentlichen ringförmiges Druck- und Dichtelement vorgesehen, welches im Querschnitt, d.h. in einer Schnittdarstellung durch eine senkrecht zur Ebene durch die Gelenkachse G und den Zapfen des in der Gelenkgabel gelagerten Zapfens, wenigstens zwei Schenkel aufweist, welche in einem Winkel zueinander angeordnet sind, vorzugsweise in einem

0 Winkel von 90 Grad, wobei der erste Schenkel im wesentlichen senkrecht zur

Zapfenachse ausgerichtet ist und mit seiner von der Gelenkachse wegweisenden Fläche eine Lauffläche für die Wälzelemente des Axiallagers bildet, während die zur Gelenkachse hinweisende Fläche mit wenigstens einem Teilbereich an der Oberfläche der Zapfenwurzel des in der

5 Gelenkgabel gelagerten Zapfens zum Anliegen kommt. Der zweite Schenkel,

welcher vorzugsweise parallel zur Zapfenachse des in der Gelenkgabel gelagerten Zapfens ausgerichtet ist, bildet mit dem äußeren Laufring des Radiallagers eine berührungsfreie Dichtung, vorzugsweise in Form einer Spaltdichtung und mit der zweiten, von der Zapfenachse weg gerichteten

0 Fläche eine Anlagefläche in radialer Richtung bezogen auf die Zapfenachse

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Erfinder:

für ein, dem Lagersystem zugeordnetes Dichtelement, welches in der Lagerbohrung angeordnet ist.

Als berührungsfreie Dichtung kommt des weiteren die Verwendung einer Labyrinthdichtung oder die Kombination aus Labyrinth- und Spaltdichtung in Betracht.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht einen einfachen Aufbau einer Radial-Axiallagerung mit integrierter Dichtungsanordnung für die Lager, bei &iacgr;&ogr; welcher keine Verschraubung oder anderweitige Befestigung im Gabelbereich

erforderlich ist.

Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt das Radiallager lediglich ein, eine äußere Lauffläche bildendes Element in Form eines Außenringes, welcher in der Lagerbohrung angeordnet ist. Die innere Lauffläche für die Wälzelemente wird direkt von der Oberfläche des Zapfenkreuzes beziehungsweise des in der Lagerbohrung gelagerten Zapfens gebildet. Dies bietet den Vorteil, auf ein zusätzliches Element zu verzichten, was zu einer erheblichen Vereinfachung der Montage führt. Des weiteren wird die

0 üblicherweise vorgenommene Oberflächenbehandlung der Zapfen, welche

induktiv oder durch Einsatzhärtung erfolgt, ausgenutzt, um die Flächen mit dieser Oberflächengüte gleich als Laufflächen für die Wälzelemente zu nutzen.

Das ringförmige Druck- und Dichtelement weist des weiteren zwischen den beiden genannten Schenkeln eine Zentrierung auf. In dieser Zentrierung wird das Axiallager beziehungsweise der Axiallagerkäfig geführt. Ein weiterer, in axialer Richtung verlaufender Bund am Druck- und Dichtelement bildet eine Spalt- bzw. Labyrinthdichtung, welche nur gegenüberliegend durch die 45 Grad Aussparungen unterbrochen ist. Bei diesem Bund handelt es sich um

0 den ersten Schenkel, welcher gleichzeitig die Anlagefläche für das Anlegen

des Druck- und Dichtelementes am Zapfenkreuz bildet.

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Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung sind Mittel zur Befestigung des ringförmigen Druck- und Dichtelementes am Zapfenkreuz vorgesehen. Dazu weist das ringförmige Druck- beziehungsweise Dichtelement in radialer Richtung einen Vorsprung auf. Dieser liegt vorzugsweise außerhalb der vom ringförmigen Druck- beziehungsweise Dichtelement gebildeten Anlagefläche am Zapfenkreuz, welche der Axialkraftübertragung dient. Dadurch wird erzielt, daß die hinsichtlich der Festigkeit schwächenden Bauelemente aus dem Bereich der Kraftübertragung und damit den hoch beanspruchten Bereichen herausgehalten werden. Die Mittel zur Befestigung können unterschiedlich

&iacgr;&ogr; ausgeführt sein. Im einfachsten Fall werden dazu Befestigungselemente in

Form von Schraubverbindungen verwendet. Dazu ist jedoch in der Regel eine entsprechende Gestaltung des Zapfenkreuzes im Befestigungsbereich erforderlich, vorzugsweise ist eine entsprechende Aussparung beziehungsweise ein Vorsprung vorzusehen, welcher eine Aufnahme der Befestigungselemente und deren Erstreckung in axialer Richtung ermöglicht.

Die Befestigung erfolgt im lastfreien Bereich.

Die vom ringförmigen Druck- beziehungsweise Dichtelement zum Anlegen am Zapfenkreuz gebildete Abstützfläche, zur Einleitung der Axialkräfte, wird

0 vorzugsweise sehr schmal gehalten. So kann sich unter Axiallast eine

unparallele Stellung der Axiallagerlaufbahnen die Druckscheibe einstellen beziehungsweise ausrichten. Für eine günstige Lastverteilung oder/und zur Vermeidung von Kantenträgern ist diese Anpassungsmöglichkeit dabei von erheblicher Bedeutung. Die Verformungen bewegen sich hier in der Regel im 1/100 mm-Bereich. Bei diesen relativ kleinen Verformungen werden weder die Bauteilfestigkeit noch die Dichtungsfunktion beeinträchtigt.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil eines einfachen und robusten Aufbaus der Lagerung. Die Axiallager weisen hohe Tragzahlen auf

0 und es erfolgt keine Schwächung der lastübertragenden Elemente in der

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Lagerstützstruktur. Zur Fertigung und Montage sind keine Sonderwerkzeuge erforderlich.

Das Lagersystem ist für Kreuzgelenkanordnungen für den Einsatz insbesondere in schweren Gelenkwellen konzipiert. Dabei ist die Verwendung

dieser Lagerung nicht an eine konkrete Ausgestaltung des Flanschmitnehmers, d.h. der mit den'an- bzw. abtriebsseitig angeordneten Wellensträngen wenigstens mittelbar gekoppelten Bauelemente, welche in der Regel von Gelenkgabeln gebildet werden, gebunden. Die Ausführungen der &iacgr;&ogr; Gelenkgabeln erfolgt dabei vorzugsweise zweiteilig, wobei jede

Gelenkgabelhälfte einen Flanschteil und einen Lagerteil aufweist.

Unter einem weiteren, besonders vorteilhaften Aspekt der Erfindung ist die Lagerbohrung als Blindbohrung ausgeführt. In Kombination mit dem erfindungsgemäßen Lagersystem kann das Spannungsniveau um ca. 30 Prozent reduziert werden und damit auch die Verformung der Lagergehäusestruktur erheblich reduziert werden. Eine Anbindung des ringförmigen Druck- beziehungsweise Dichtelementes an den Innenring des Radiallagers und damit den bei anderen Lagerkonstruktionen als Zugfeder wirkenden Bauteil kann vermieden werden.

Des weiteren ist die Lagerung nicht an eine konkrete Ausführung des Zapfenkreuzes gebunden. Es kann sich dabei um Zapfenkreuze mit Zapfen in zwei zueinander versetzten und parallel angeordneten Ebenen oder aber mit Anordnung von Zapfen in einer Ebene handeln.

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

0 Figur 1a und 1b verdeutlichen in schematisch vereinfachter Darstellung

anhand eines Ausschnittes aus einer

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Kreuzgelenkanordnung ein erfindungsgemäß gestaltetes Lagersystem in Form einer Zapfenlageranordnung zur Lagerung eines Zapfens in einer Gelenkgabelhälfte;

Figur 2a und 2b verdeutlichen eine weitere Ausführung einer

Zapfenlageranordnung gemäß Figur 1 mit einer weiteren Ausgestaltung des Dicht- und Druckelementes.

Die Figuren 1a und 1b verdeutlichen in schematisch vereinfachter Darstellung

&iacgr;&ogr; anhand eines Ausschnittes aus einer Kreuzgelenkanordnung 1 ein

erfindungsgemäßes Lagersystem in Form einer Zapfenlageranordnung 2 zur Lagerung eines Zapfens 3 in einer Gelenkgabelhälfte 4 einer Gelenkgabel 5. Die Figur 1a verdeutlicht dabei eine Ansicht auf zwei in Umfangsrichtung einander benachbart angeordnete Zapfen 3 und 43 eines Zapfenkreuzes 6.

Figur 1b verdeutlicht in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt aus Fig. 1a, insbesondere eine Ansicht auf einen Teil des Lagersystems in Schnittdarstellung. Die Zapfenlageranordnung 2 für die Kreuzgelenkanordnung 1 ist in Einbaulage in einer Schnittdarstellung durch das Zapfenkreuz 3 in einer senkrecht zu einer durch die Zapfenachse Z1 und die Gelenkachse G beschreibbaren Ebene verlaufenden Ebene dargestellt.

Die hier nicht vollständig dargestellte Gelenkgabel 5 umfaßt zwei Gelenkgabelhälften, eine erste Gelenkgabelhälfte 4 und eine weitere zweite, um 180° versetzte, hier nicht dargestellte Gelenkgabelhälfte. Die beiden Gelenkgabelhälften fungieren als bauliche Einheit in Form eines Flanschmitnehmers für einen mit der Gelenkgabel 5 koppelbaren Wellenstrang, welcher antriebseitig oder abtriebseitig in einem Antriebsstrang angeordnet sein kann. Die Kopplung zwischen dem an die Gelenkgabel 5 anschließenden Wellenstrang erfolgt dabei kraft- und/oder formschlüssig. Zusätzlich können Mittel vorgesehen werden, welche eine Zentrierung der

&ogr; Lage der beiden Gelenkgabelhälften zueinander in Einbaulage des

Wellenstranges betrachtet in axialer Richtung und gleichzeitig oder zusätzlich

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in beliebiger Richtung zur Gelenkachse G ermöglichen. Unter Gelenkachse G wird dabei die Verlängerung der Rotationsachse bzw. der Symmetrieachse des an- oder abtriebsseitigen Wellenstranges, welcher mit dem Flanschmitnehmer drehfest gekoppelt ist, verstanden. Die entsprechende Kopplung der beiden Gelenkgabelhälften miteinander zur Vermeidung einer zu stark wechselnden Beanspruchung der in Richtung der Gelenkachse G ausgerichteten und wirkenden Verbindungselemente während des Betriebes, das heißt der Drehmomentübertragung über die Kreuzgelenkanordnung, kann vielgestaltig ausgeführt sein. Denkbar sind auch hier Verbindungen, welche

&iacgr;&ogr; eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Kopplung der beiden

Gelenkgabelhälften in einer Richtung im wesentlichen parallel zur Gelenkachse G zueinander und/oder in Richtung in einem Winkel zur Gelenkachse G ermöglichen. Die Lagerung des Zapfens 3, welcher Bestandteil eines Zapfenkreuzes 6 sein kann, erfolgt mittels der Zapfenlageranordnung 2 in einer in der Gelenkgabelhälfte 4 angeordneten Lagerbohrung 7, wobei die Lagerbohrung 7 vorzugsweise in Form einer sogenannten Blindbohrung ausgeführt ist, jedoch auch als Durchgangsbohrung ausgebildet sein kann, wobei dann ein entsprechender Lagerdeckel vorzusehen wäre. Über die Lagerbohrungen, insbesondere die Lagerbohrung 7 stützt sich der Zapfen 3 des Zapfenkreuzes 6 wenigstens mittelbar an der Gelenkgabelhälfte 4 ab. Die zu den in der Gelenkgabelhälfte 4 gelagerten weiteren Zapfen des Zapfenkreuzes 6 um jeweils 90 Grad zum Zapfen 3 versetzt angeordneten Zapfen sind, außer ein Zapfen 43 in einer Gelenkgabelhälfte 44 einer weiteren zweiten Gelenkgabel 45, in weiteren, hier nicht dargestellten Gelenkgabelhälften, welche Bestandteil der Gelenkgabel 5 und der weiteren Gelenkgabel 45 sind, die im allgemeinen um 90 Grad versetzt zur Gelenkgabel 5 angeordnet ist, im Bereich von deren Lagerbohrungen mittels ebenfalls jeweils einer entsprechenden Zapfenlageranordnung gelagert. Diese weitere Gelenkgabel 45 für die

0 weiteren Zapfen, hier nur für den Zapfen 43 des Zapfenkreuzes 6 dargestellt,

ist dann mit einem Maschinenteil, je nach Kopplung des Zapfens 3 und des

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diesem gegenüberliegenden Zapfens mit einem antriebseitigen oder abtriebseitigen Bauelement, mit einem abtriebseitigen oder antriebseitigen Bauelement gekoppelt. Die Zapfenachsen der einzelnen Zapfen des Zapfenkreuzes 6, unter denen jeweils die Achsen durch die Zapfen 3, den dem Zapfen 3 gegenüberliegenden Zapfen und dem jeweils um 90 Grad zu diesen Zapfen versetzt angeordneten Zapfen, hier Zapfen 43, verstanden werden, können dabei in einer Ebene oder in zwei zueinander in Einbaulage in axialer Richtung betrachtet parallel versetzten Ebenen der miteinander zu koppelnden antriebseitigen und abtriebseitigen Elemente betrachtet,

&iacgr;&ogr; angeordnet werden. Die Zapfenlageranordnung 2 für den Zapfen 3 umfaßt

dabei ein Radiallager 8 mit jeweils einem Außenring 9, einem Innenring 10 und den Wälzelementen 11.1 bis 11.n, sowie ein Axiallager 12. Der Innenring 10 wird vorzugsweise nicht als separates buchsenartiges Element ausgeführt, sondern von der Oberfläche 24 des in der Gelenkgabelhälfte 4 gelagerten Zapfens 3 gebildet. Das Axiallager 12 ist im Bereich der Zapfenwurzel 13 des in der Gelenkgabelhälfte 4 gelagerten Zapfens 3 angeordnet. Das Axiallager 12 ist in der Regel als Wälzlager ausgeführt und umfaßt ein, eine in axialer Richtung von der Gelenkachse G weg betrachtet eine innere Lauffläche 21 für die Wälzelemente 16 des Axiallagers bildendes Element 14 und eine, in

0 Richtung der Zapfenachse von der Gelenkachse G weg betrachtet äußerere

Lauffläche 36 für die Wälzelemente 16 des Axiallagers 12 bildendes Element 15 sowie Wälzelemente 16. Das bei Betrachtung von der Gelenkachse G weg in Richtung der Zapfenachse Z1 eine innere Lauffläche 21 bildende Element 14 wird dabei von einem ringförmig ausgebildeten Dicht- und Druckelement 17 gebildet. Dieses Dicht- und Druckelement 17 erfüllt mehrere Funktionen und ist erfindungsgemäß ebenfalls im Bereich der Zapfenwurzel 13 angeordnet, insbesondere unterhalb der Wälzelemente 16 des Axiallagers 12. Das Dicht- und Druckelement 17 ist ringförmig ausgebildet und umschließt den Zapfen 3. Dieses weist im Querschnitt betrachtet in einer

0 Schnittdarstellung in einer Ebene, welche durch die senkrecht zu einer durch

die Gelenkachse G und die Zapfenachse Z1 gebildeten Ebene, verlaufenden

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Ebene beschrieben wird, wenigstens zwei Schenkel auf, die vorzugsweise in einem Winkel von 90 Grad zueinander verlaufen. Ein erster Schenkel 18 der Querschnittsfläche des Dicht- und Druckelementes 17 bildet dabei zwei Flächen, eine erste in Einbaulage in axialer Richtung von der Gelenkachse G wegweisende Fläche 20, welche als innere Lauffläche 21 für die Wälzelemente 16 des Axiallagers fungiert. Die zweite vom ersten Schenkel 18 gebildete Fläche, welche in Richtung zur Gelenkachse G hinweist und mit 22 bezeichnet ist, bildet wenigstens in einem Teilbereich 39 eine Anschlagsbeziehungsweise Stützfläche 23, mit welcher sich das Dicht- und

&iacgr;&ogr; Druckelement 17 an der Oberfläche 24 des Zapfens im Bereich der

Zapfenwurzel 13 abstützt. Die Stützfläche 23 am Druck- und Dichtelement und ein mit dieser in Wirkverbindung tretende Flächenbereich 40 an der Zapfenwurzel 13 befinden sich in Einbaulage betrachtet unterhalb der Wälzelemente 16 des Axiallagers 12 und erstrecken sich in der Schnittdarstellung durch die Kreuzgelenkanordnung in einer Ebene, welche durch die Gelenkachse G und die Zapfenachse Z1 der in der Gelenkgabel 5 gelagerten Zapfen bechreibbar ist, in axialer Richtung bezogen auf die axiale Erstreckung der Wälzelemente 16 im wesentlichen über die von den Wälzelementen 16 erforderliche Erstreckung der Laufflächen in dieser Richtung. Der zweite Schenkel 19, welcher in Einbaulage im wesentlichen parallel zur Zapfenachse Z1 des in der Gelenkgabel 5 gelagerten Zapfens 3 ausgerichtet ist, erstreckt sich in dieser Richtung ausgehend von der Gelenkachse G wenigstens teilweise über die Erstreckung des Radiallagers 8 im Bereich der Zapfenwurzel 13. Dies bedeutet, daß der zweite Schenkel 19

5 das Radiallager 8 in Umfangsrichtung des Zapfens 3 betrachtet, im Bereich

der Zapfenwurzel 13 wenigstens teilweise unter Beibehaltung eines bestimmten Abstandes a, welcher zur Realisierung einer berührungsfreien Dichtung in Form einer Spaltdichtung 25 erforderlich ist, umschließt. Die Spaltdichtung 25 wird dabei zwischen der zur Oberfläche 24 des Zapfens

0 weisenden Fläche 28 am zweiten Schenkel 19 und der vom Außenumfang 26

des Radiallagers 8, insbesondere des Außenringes 9 gebildeten Oberfläche

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27 gebildet. Die am zweiten Schenkel 19 gebildete Fläche 29, welche von der vom Außenumfang 26 des Radiallagers 8, insbesondere dem Außenring 9 gebildeten Oberfläche 27 wegweist, bildet mit wenigstens einem Teilbereich 30 eine Abstützfläche 41 für einen Dichtring 31. Der Dichtring 31 stützt sich des weiteren in einfacher Weise direkt in der Lagerbohrung 7 ab, welche zu diesem Zweck eine entsprechende Ausnehmung 42 in Form eines vergrößerten Bohrungsdurchmessers^xd1 aufweist.

Das ringförmige Dicht- und Druckelement 17 ist im Bereich der Zapfenwurzel &iacgr;&ogr; 13 am Zapfen 3 befestigt. Die Befestigung erfolgt dabei beispielsweise über

herkömmliche Befestigungselemente 32, beispielsweise in Form einer Schraubverbindung, wie in den Figuren 2a und 2b dargestellt. Die Befestigung wird dabei vorzugsweise in einem Bereich außerhalb der Anschlag- beziehungsweise Stützfläche 23 realisiert. Dazu weist das ringförmige Dicht- und Druckelement 17 im Querschnitt betrachtet, einen von den beiden Schenkeln wegweisenden Vorsprung 33 auf, welcher eine Anlagefläche 34 zum Anlegen an den zur Befestigung vorgesehenen Bereich der Zapfenwurzel 3 aufweist. Die Erstreckung des Vorsprunges 33 erfolgt in Einbaulage betrachtet in Richtung von Zapfen 3 weg. Das Dicht- und

0 Druckelement 17 wird dabei im lastfreien Bereich mit einer Schulter 35 des

Zapfenkreuzes 6 im Bereich der Zapfenwurzel 13 verschraubt.

Zur Realisierung einer besonders einfachen Lageranordnung 2 wird die äußere Lauffläche 36 des Axiallagers 12 vom Außenring 9 des Radiallagers 8 gebildet. Dies bedeutet, daß der Außenring 9 gleichzeitig als das die äußere Lauffläche 36 des Axiallagers 16 bildende Element 15 fungiert.

Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das ringförmige Dicht- und Druckelement 17 eine Zentrierung 46 auf, die am zweiten SchenkeM9

0 angeordnet ist und zur wenigstens mittelbaren Führung der Wälzelemente 16

des Axiallagers 12 in radialer Richtung, d.h. in Umfangsrichtung, dient.

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Vorzugsweise sind die Wälzelemente 16 in einem Wälzlagerkäfig 47 angeordnet, wobei der Wälzlagerkäfig 47 eine in radialer Richtung innere Anschlagsfläche 48 für die Wälzelemente 16 und eine in radialer Richtung äußere Anschlagfläche für die Wälzelemente 16 bildet. Die Zentrierung 46 dient dabei der Fixierung des Wälzlagerkäfigs 47 in radialer Richtung. Die Zentrierung 46 erstreckt sich in axialer Richtung in Einbaulage betrachtet bis in einen Bereich unterhalb der äußeren Lauffläche 36 des Axiallagers 12.

Insbesondere bei Kreuzgelenklageranordnungen 1 mit geschlossener &iacgr;&ogr; Lagerbohrung 7 in den einzelnen Gelenkgabelhälften stellt diese

Lageranordnung 2 eine besonders einfache, leicht montierbare und hinsichtlich der Bauteilanzahl mit geringem konstruktivem Aufwand zu realisierende Ausführung dar. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht einen Verzicht auf eine Verschraubung im Gabelbereich, welcher zu zusätzlicher Schwächung führt.

Die Einleitung der Axialkräfte erfolgt über die Anschlag- beziehungsweise Stützfläche 23 am Dicht- und Druckelement 17 und über diese Fläche in Richtung zur Gelenkachse auf die Stützfläche am Zapfen 3 im Bereich der

0 Zapfenwurzel 13. Die Einleitung der Axialkräfte erfolgt dabei vom Zapfen 3

über das Druck- und Dichtelement 17, insbesondere den ersten Schenkel auf die Wälzelemente 16 des Axiallagers, den Außenring 9 des Radiallagers in die Gelenkgabel 5, insbesondere die Gelenkgabelhälfte 4. Die bei konventionellen Ausführungen durch die Verformung der

5 drehmomentübertragenden Bauteile des Kreuzzapfengelenkes in

Umfangsrichtung sich in der Lagerung einstellende ungleichmäßige Lastverteilung, bei welcher nur noch ein Bruchteil der möglichen Tragzahl genutzt wird, wobei insbesondere die daraus resultierende fehlende Planparallelität der Axiallagerlaufbahnen eine vorzeitige Ermüdung dieser und der Wälzlager sowie eine möglicherweise zusätzliche plastische Verformung mit ihren Folgen wie Pittings oder ähnliches bewirken, kann dabei bei

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bewußter schmaler Gestaltung der Anschlag- und Stützfläche 23, die eingeleitete Axialkräfte an die Zapfenkreuzschulter einleitet, vermieden werden. Die sich unter Axiallast einstellende unparallele Stellung der Axiallagerlaufbahnen, das heißt der inneren Lauffläche und der äußeren Lauffläche 36 wird dann durch das ringförmige Dicht- und Druckelement 17

ausgeglichen beziehungsweise ausgerichtet. Für eine günstige Lastverteilung oder/und zur Vermeidung von Kantenträgern ist diese Anpassungsmöglichkeit von erheblicher Bedeutung. Die Verformungen bewegen sich dabei im 1/100 mm-Bereich. Dabei werden weder die Bauteilfestigkeit noch die &iacgr;&ogr; Dichtungsfunktion bei diesen relativ kleinen Verformungen beeinträchtigt.

Die Figuren 2a und 2b verdeutlichen weitere Ausführungen einer Zapfenlageranordnung 2 gemäß Figur 1, wobei diese sich hinsichtlich der Ausgestaltung des Dicht- und Druckelementes 17 unterscheidet.

Unterschiedlich ist dabei die Ausführung des Vorsprunges 33, welcher eine Drehkontur aufweist. Diese ist dabei derart ausgeführt, daß sich in Einbaulage für das der Dichtung 31 zugeordnete ringförmige Element, welches den Dichtring 31 in Richtung zur Gelenkachse hin in seiner Position in der Lagerbohrung 7 hält, angepaßt ist und in einem geringen Abstand zu den äußeren Konturen dieses ringförmigen Elementes angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Lösung ist wie bereits ausgeführt besonders geeignet für den Einsatz in Kreuzgelenkanordnungen mit geschlossener Gelenkgabel. Bezüglich der Ausführung des Zapfenkreuzes bestehen keinerlei Beschränkungen. Anwendungen mit einem Zapfenkreuz, bei welchem die Zapfenachsen in einer Ebene liegen oder aber in zueinander versetzten Ebenen sind denkbar.

Die beschriebene Konfiguration stellt dabei eine Minimalkonfiguration dar, 0 welche durch zusätzliche Elemente erweitert werden kann, wobei

beispielsweise eine Führung der Wälzkörper des Axiallagers in Betracht käme.

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In diesem Fall wird lediglich ein ringförmiges Element 37 eingesetzt, welches einen axialen Anschlag für die Wälzelemente 16 des Axiallagers bildet.

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18

Bezugszeichenliste

1 Kreuzgelenkanordnung

2 Zapfenlageranordnung 3 Zapfen

4 Gelenkgabelhälfte

5 Gelenkgabel

6 Zapfenkreuz

7 Lagerbohrung 8 Radiallager

9 Außenring

10 Innenring 11.1 - 11.&eegr; Wälzelemente 12 Axiallager

13 Zapfenwurzel

14 eine innere Lauffläche des Axiallager bildendes Element

15 eine äußere Lauffläche des Axiallager bildendes Element

16 Wälzelemente

17 Dicht- und Druckelement

0 18 erster Schenkel

19 zweiter Schenkel

20 erste Fläche

21 innere Lauffläche

22 zweite Fläche

23 Anschlag- beziehungsweise Stützfläche

24 Oberfläche des Zapfens

25 Spaltdichtung

26 Außenumfang des Radiallagers

27 vom Außenumfang 26 des Radiallagers gebildete Oberfläche

0 28 am zweiten Schenkel gebildete Fläche

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29 am zweiten Schenkel 19 gebildete zweite vom Zapfenkreuz weggerichtete Fläche

30 Teilbereich der Fläche 29

31 Dichtung

5 32 Befestigung

33 Vorsprung

34 Anlagefläche

35 Schulter

36 äußere Lauffläche

&iacgr;&ogr; 37 ringförmiges Element

39 Teilbereich der Fläche 22

40 Flächenbereich

41 Abstützfläche

42 Ausnehmung 15 43 Zapfen

44 Gelenkgabelhälfte

45 Gelenkgabel

46 Zentrierung

47 Wälzlagerkäfig

2 0 48 in radialer Richtung innere Anschlagfläche

49 in radialer Richtung äußere Anschlagfläche

Z1 Zapfenachse

G Gelenkachse

a Abstand

25 d1 vergrößerter Lagerbohrungsdurchmesser

Claims

1. Lagersystem (2) für einen Zapfen (3, 43) eines Zapfenkreuzes (6) in einer Lagerbohrung (7) einer Gelenkgabel (5) für den Einsatz in Gelenkwellen;

1. 1.1 mit einem Radiallager (8), umfassend wenigstens einen Außenring (9) und Wälzelemente (11.1 bis 11.n);

2. 1.2 mit einem im Bereich der Zapfenwurzel (13) des Zapfens (3, 43) angeordneten Axiallager (12);

3. 1.3 das Axiallager (12) umfaßt Wälzelemente (16), ein, eine äußere Lauffläche (36) für die Wälzelemente (16) des Axiallagers (12) tragendes Element (15) und ein, eine innere Lauffläche (21) für die Wälzelemente (16) tragendes Element (14);

4. 1.4 das eine äußere Lauffläche (36) für die Wälzelemente (16) des Axiallagers (12) tragende Element (15) wird vom Außenring (9) des Radiallagers (8) gebildet oder stützt sich an diesem in axialer Richtung ab; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

5. 1.5 mit einem ringförmigen Druck- und Dichtelement (17), welches im Querschnitt wenigstens zwei, in einem Winkel zueinander angeordnete Schenkel (18, 19) aufweist, wobei

1. 1.5.1 ein erster Schenkel (18) das, eine innere Lauffläche (21) für die Wälzelemente (16) des Axiallagers (12) tragende Element (14) wenigstens mittelbar abstützt und mit seiner, vom Radiallager (8) weggerichteten Fläche (22) eine Anschlag- bzw. Stützfläche (23) zum Aufliegen an der Oberfläche (24) des Zapfens (3, 43) bildet;

2. 1.5.2 der zweite Schenkel (19) sich in axialer Richtung unter Bildung einer berührungsfreien Dichtung (25) zwischen dem Axiallager (12) und dem Radiallager (8) erstreckt und

3. 1.5.3 wenigstens ein Teilbereich der vom Radiallager (8) wegweisenden Fläche (29) des zweiten Schenkels (19) eine Stützfläche für eine in der Lagerbohrung (7) der Gelenkgabel (5) gelagerte Dichtungseinrichtung (31) bildet.

2. Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Lauffläche (21) der Wälzelemente (16) des Axiallagers (12) direkt von einer am ersten Schenkel (18) ausgebildeten Fläche (20) gebildet wird.

3. Lagersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Dicht- und Druckelement (17) am zweiten Schenkel (19) eine Zentrierung (46) zugeordnet ist, die einen, den Wälzelementen (16) in radialer Richtung zugeordneten Lagerkäfig (47) zentriert.

4. Lagersystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Dicht- und Druckelement (17) im Bereich des Überganges zwischen erstem und zweitem Schenkel (18, 19) einen vom ersten Schenkel (18) weggerichteten Vorsprung (33) aufweist, welcher Führungen für Mittel zur Realisierung einer Befestigung am Zapfen (3) im Bereich der Zapfenwurzel (13) des Zapfenkreuzes (6) aufweist.

5. Lagersystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenumfang (26) des Radiallagers (8) und ein Innenumfang des zweiten Schenkels (19) im, die berührungsfreie Dichtung bildenden Bereich derart bemessen und die Oberflächen derart gestaltet sind, daß die berührungsfreie Dichtung als Spaltdichtung (25) ausgeführt ist.

6. Lagersystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlag- bzw. Stützfläche (23) von einem Teilbereich (39) der vom ersten Schenkel (18) gebildeten und vom Radiallager wegweisenden Fläche (22) gebildet wird.

7. Kreuzgelenkanordnung

1. 7.1 mit einem, in zwei, zueinander um 90° versetzt zueinander angeordneten Gelenkgabeln (5, 45) gelagerten Zapfenkreuz (6);

2. 7.2 jede Gelenkgabel (5, 45) weist für jeweils einen Zapfen (3, 43) des Zapfenkreuzes (6) eine Lagerbohrung (7) auf;

3. 7.3 jeder Zapfen (3, 43) ist mittels eines Lagersystems (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 in einer Lagerbohrung (7) der Gelenkgabel (5, 45) gelagert.

8. Kreuzgelenkanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbohrungen (7) als Blindbohrung ausgeführt sind.

9. Kreuzgelenkanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Gelenkgabel (5, 45) zweiteilig ausgeführt ist.

10. Kreuzgelenkanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (3, 43) des Zapfenkreuzes (6) in zwei zueinander parallelen und versetzt angeordneten Ebenen angeordnet sind.

11. Kreuzgelenkanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Lauffläche für die Wälzelemente (11.1 bis 11.n) des Radiallagers (8) von der Oberfläche (24) des Zapfens (3, 43) gebildet wird.

12. Kreuzgelenkanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (24) des Zapfens (3, 43) induktiv oder einsatzgehärtet ist.