DE3314322A1

DE3314322A1 - Kreuzgelenk fuer eine gelenkwelle

Info

Publication number: DE3314322A1
Application number: DE19833314322
Authority: DE
Inventors: Reinhard 7929 Gerstetten Bretzger; Hans 7920 Heidenheim Lindenthal
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith SE and Co KG
Priority date: 1983-04-20
Filing date: 1983-04-20
Publication date: 1984-10-25
Also published as: FR2544815A1; JP2538134Y2; JPH08549U; FR2544815B1; DE3314322C2; GB2138922A; GB2138922B; US4946422A; JPS59205028A

Description

G 4000 _r, J. M. Voith GmbH

Kennwort: "Geteilte Gelenkgabel" Heidenheim

Kreuzgelenk fur eine Gelenkwelle

Die Erfindung betrifft ein Kreuzgelenk für eine Gelenkwelle nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein solches Kreuzgelenk ist bekannt aus der DE-AS 25 55 667. Das von der Gelenkwelle übertragbare Drehmoment wird in erster Linie bestimmt von der Festigkeit des Kreuzgelenks, insbesondere des Zapfenkreuzes und der Zapfenkreuzlagerung. Der innere Aufbau der Lagerung bestimmt die Lebensdauer, während die Gestaltung des Zapfenkreuzes und der Gelenkgabeln die Steifigkeit der Welle mitbestimmen. Maßnahmen zur Erhöhung des übertragbaren Drehmomentes betreffen sowohl das Zapfenkreuz als auch die Lagerung und die Gelenkgabeln. Bei vorgegebenem Bauraum beziehungsweise vorgegebener Gelenkbaugröße sind jedoch einer Verstärkung aller genannten Komponenten enge Grenzen gesetzt, vor allem unter Berücksichtigung der vom Betriebseinsatz her geforderten Beugungswinkel. In zunehmendem Maße wird von Gelenkwellen höhere "Betriebsfestigkeit" und Lebensdauer gefordert bei gleichen oder kleineren äußeren Abmessungen.

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Es ist bekannt, daß ein Wälzlager in Rollenbauart eine höhere dynamische Tragfähigkeit, dagegen eine geringere statische Tragfähigkeit aufweist als ein Wälzlager in Nadelbauart gleicher Größe. Es ist daher in der DE-OS 26 36 752 (US-PS 4 167 859) vorgeschlagen, die Zapfenkreuzlagerung mit Nadellagern auszustatten, um ein größeres und stabileres Zapfenkreuz einbauen zu können. Beim Stand der Technik war es das Ziel, die Zapfenkreuzlagerung mit derselben statischen Belastbarkeit zu dimensionieren wie die anderen statisch beanspruchten Bauteile der Gelenkwelle, also Zapfenkreuz, Gelenkgabeln, Schiebestück etc. Damit gelangt man zwar zu relativ kleinen Kreuzgelenken, die aber dynamisch hohen Beanspruchungen, z.B. als Schwergelenkwellen im extremen Stoßbetrieb eines Walzwerkes, die Lebensdauererwartungen nicht erfüllen. Es wurde schon erkannt, daß die Vergrößerung der dynamisch höheren belastbaren Rollenlagerung zu Montageschwierigkeiten bei einteiligen Gelenkgabeln und Lageraugen führt. In der DE-AS 26 25 960 wurden deshalb spezielle abgesetzte Rollenreihen vorgeschlagen. Die in der DE-AS 26 53 908 offenbarte Ausführung ist mit geteilten Lageraugen ausgestattet, die es ermöglichen, eine reichlich dimensionierte Rollenlagerung und ein starkes Zapfenkreuz unterzubringen. Von Nachteil ist dabei jedoch die mit der Querteilung der Lageraugen verbundene Einbuße an Gestaltfestigkeit der Gelenkgabel bzw. des Lagerauges. Ein formsteifes Lagerauge aber ist erforderlich, um die.Rollenlager vor elastischer Deformation unter Last zu schützen mit Rücksicht auf die Lagerlebensdauer.

Bekannt ist aus der US-PS 4 334 415 ferner eine Kreuzgelenk-Bauart, bei der die Zapfenkreuz-Lagergarnitur zwar einteilig ausgeführt ist, aber in der Art eines Lagerbockes an die flanschartig ausgebildete Nabe stirnseitig angeschraubt ist. Dort bildet die Verschraubung die nachteilige Schwachstelle des Kreuzgelenks. Die Gelenkgabel weist nicht die erforderliche Steifigkeit auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kreuzgelenk für eine Gelenkwelle der eingangs genannten Gattung, insbesondere für hochbelastete Industrie-Gelenkwellen, derart zu gestalten, daß ein Zapfenkreuz mit möglichst großem Zapfendurchmesser und einer Zapfenkreuzlagerung mit Rollenlagern größtmöglicher Tragfähigkeit in einem gegebenen Bauraum untergebracht werden kann, wobei das Zapfenkreuz dennoch leicht montierbar sein soll und das Gabelstück samt Lagerauge optimale Steifigkeit bei dynamischer Beanspruchung aufweisen soll.

Diese Aufgabe wird durch die Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Es wird vorgeschlagen, die Gelenkgabel als ganzes zu teilen, d. h. mindestens einen der beiden Gabelarme abnehmbar zu machen. Dadurch werden folgende Vorteile erzielt: Das Lagerauge bleibt in sich einteilig und formstabil und bleibt wie bei einer ungeteilten Gelenkgabel Bestandteil des angrenzenden Gabelarmes, über den die Kraftübertragung zum Lagerauge stattfindet. Auf diese Weise erfolgt keine Unterbrechung des Kraftflusses an den spezifisch höchst beanspruchten Stellen der Gelenkgabel. Vielmehr wird die Trennstelle an einen Ort verlegt, an dem zur Kraftübertragung größere Querschnitte zur Verfügung stehen. Dies sind die Bereiche, an denen die Gelenkgabel an das benachbarte Nabenteil anschließt und dort wieder im wesentlichen die größtenteils übliche gerun- dete Form aufweist. Die Erfinder haben erkannt, daß in der Sym- metrieebene der Gelenkgabel zwischen den Lageraugen an der Nabe eine relativ neutrale Zone besteht, wenn man davon ausgeht, daß sich der Kraftfluß durch die äußeren Randbereiche der Nabe in die Gabelarme vollzieht. Dieser Umstand wurde genutzt, um in einer niedrig beanspruchten Zone eine Trennung der Gabelarme vorzunehmen, ohne daß der homogene Kraftfluß von der Nabe in die Gabelarme gestört wird.

Weiterführende Gedanken bestehen darin, beide Gabelarme des Kreuzgelenks baugleich und abnehmbar auszuführen, wobei beide Gabelarme jeweils etwa den halben Umfang an der der Nabe zugewandten Fläche überdecken. Vorteilhaft ist die dadurch entstehende breite Basis für die Lastübernahme zwischen Nabe und den

Gabelarmen.

Die Spannverbindung zwischen den abnehmbaren Gabelarmen kann vorteilhafterweise über Axialspannschalen erfolgen, die aus der Patentanmeldung P 31 49 156.1-12 bekannt sind. Aufgrund der Länge der Axialspannschalen übernehmen diese die Funktion von Dehnschrauben. Letztere wurden bei Verwendung einer Stirnverzahnung zur Drehmomentübertragung und Zentrierung zwischen der Nabe und den abnehmbaren Gabelarmen zu einer nachteiligen Störung des Kraftflusses führen. Anstelle einer Stirnverzahnung können auch ein oder mehrere formschlüssige Elemente zwischen Nabe und den abnehmbaren Gabelarmen verwendet werden, wobei die Zentrierung auf andere übliche Weise erfolgt. Die Axialspannschalen werden dabei vorteilhafterweise so auf die Nabe und die Gabelarme aufgesetzt, daß die Teilfugen zwischen den Gabelarmhälften überdeckt sind. Die Teilfugen der Gabelarme und der Axialspannschalen sind gegeneinander versetzt.

Weitere Unteransprüche betreffen eine Ausführungsart der Erfindung, bei der die abnehmbaren Gabelarme an ihrer der Kreuzgelenkmitte abgewandten Seite verlängert sind in Form einer Rohrhälfte, wobei beide Rohrhälften der Gabelarme zusammengespannt die eigentliche Nabe bilden. Die Verbindung der beiden Hälften erfolgt zweckmäßigerweise über ringförmige Spannelemente zum Beispiel durch Schrumpfen. Die Drehmomentübertragung von der Welle in die Nabe geschieht auf übliche Weise über Federn, Keilwellenprofil oder ähnliche. Wesentlich für die Erfindung ist die konsequente Anwendung montagefreundlicher Fügetechnik mit Bauteilen hoher statischer und dynamischer Festigkeit.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Zeichnung nachfolgend beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 ein Kreuzgelenk, teils in Ansicht, teils geschnitten, mit zwei Ausführungsvarianten,·

Fig. 2 eine Ausführungsvariante für eine zweiteilige Gelenkgabel mit angeformtem Nabenteil

Fig. 3 eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie HI-III der Fig. 2.

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Das in Fig. 1 dargestellte Kreuzgelenk ist in der oberen Hälfte geschnitten, in der unteren Hälfte in der Ansicht wiedergegeben. Es besteht aus einem Zapfenkreuz 1 mit vier Zapfen 2, die jeweils paarweise in Gekenkgabeln 3, 4 bzw. 5, 6 gelagert sind. Zwischen den Gabeln 3 bis 6 und den Zapfen 2 sind Zapfenkreuz-Lagergarnituren 7 angeordnet. Letztere enthalten in bekannter Art eine Büchse mit Wälzlagern, also Rollen- oder Nadellager, ferner eventuell Axiallager sowie zugehörige Dichtungen zwischen Zapfen 2 und dem Wälzlager. Die Gabeln 3 und 4 sowie 5 und 6 sind in der Achse der Zapfen 2 als Auge ausgebildet, das die Zapfenkreuzlagerung 7 ringförmig umschließt. An der der eigentlichen Gelenkwelle zugewandten Seite ist die Gelenkgabel 3, 4 in der Art eines Flansches 8 ausgebildet und mit einer stirnseitig angebrachten Verzahnung 9 versehen. In axialer Richtung schließt sich an die flanschartig ausgebildete Gelenkgabel 3, 4 eine Nabe 10 an, die wie die Gabel mit Stirnverzahnung 9 versehen ist und in welche die Gelenkgabeln 3, 4 eintauchen. Die Nabe 10 leitet das zu übertragende Drehmoment direkt weiter, wenn diese sich beispielsweise als Rohrwelle fortsetzt. Die Nabe 10 kann auch als Muffe für ein Schiebestück für den Längenausgleich der Gelenkwelle ausgebildet sein.

Die erfindungsgemäße Besonderheit besteht darin, daß die Gelenkgabel 3, 4 nicht aus einem Teil besteht, sondern zweiteilig ausgeführt ist. Die beiden Hälften 3 und 4 bilden zusammen die Gelenkgabel, wobei dazwischen eine Teilfuge 11 entsteht. Beide Hälften sind über die Stirnverzahnung kraft- und formschlüssig mit der Nabe 10 verbunden. Die Axialkraft zum Zusammenspannen der Teile wird beispielsweise mittels aufgeschrumpfter für sich allein bekannter Axialspannschalen 12, 13 aufgebracht. Der Vorzug dieser Befestigungsart ist, daß der Außendurchmesser der Verbindung an keiner Stelle größer ist als der Rotationsdurchmesser des Kreuzgelenks.

Der Hauptvorteil der Teilung der Gelenkgabel aber ist folgender: Die Montage des Zapfenkreuzes erfolgt in der Reihenfolge,

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daß zunächst die Zapfenkreuzlager 7 komplett montiert in die Lageraugen der Gabelhälften 3 und 4 eingepreßt werden. Die so komplettierten Gabelhälften werden sodann auf zwei gegenüberliegende Zapfen 2 des Zapfenkreuzes 1 geschoben und erst dann stirnseitig über die ringsumlaufende Verzahnung 9 am Flansch mit der Nabe 10 verbunden. Die Anpreßkraft der Axialspannschalen 12 verteilt sich gleichmäßig über den gesamten erfaßten Umfang. Aus Fertigungsgründen wird es zweckmäßig sein, beide Gabelhälften 3, 4 praktisch identisch herzustellen und in der zur Achse der Zapfen 2 senkrechten Mittelebene zu teilen, so daß sich der Flansch 8 und die Verzahnung 9 jeweils auf etwa den halben Umfang erstrecken. Für den Fall, daß die Axialspannschalen 12, 13 ebenfalls zweiteilig ausgeführt sind, werden diese so auf die Flansche beiderseits der Stirnverzahnung aufgesetzt, daß deren Teilfuge rechtwinklig zu derjenigen der Gabelhälften 3, 4 steht.

Wesentlich für die erfindungsgemäße Ausführung ist ferner, daß die Axialspannschalen eine große axiale Erstreckung aufweisen, wodurch eine erheblich größere Vorspannung auf die Verzahnung aufgebracht werden kann als beispielsweise mit Schrauben.

Die Krafteinleitung in die Gabelhälften 3, 4 erfolgt gleichmäßig etwa über den halben Umfang, d. h. über den gesamten mit der Nabe in Verbindung stehenden Bereich. Die Krafteinleitung in die Lagerung 7 und auf den Zapfen 2 vollzieht sich wie bei einer ungeteilten Gelenkgabel über den massiven Flansch 8 in das die Lagerung 7 umschließende Auge der Gabelhälfte. In dieser hochbeanspruchten Zone befindet sich keine weitere Teilfuge und keine Schraubenverbindung. Dadurch ist ein sehr stabiles und formsteifes Bauteil geschaffen worden, das eine bessere Bettung der Lagerung 7 mit hochbelastbaren Wälzlagern ermöglicht bei gleichzeitig erreichter optimaler Einfachheit der Montage.

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Im rechten Teil der Fig. 1 ist eine andere Art der Befestigung der Gelenkgabel aufgezeigt. Mit 5, 6 sind wiederum zwei Hälften bezeichnet, die zusammen eine Gelenkgabel bilden. Die Teilfuge zwischen den Hälften 5, 6 verläuft in diesem Falle in der Zeichenebene. Die Gabelhälften 5, 6 sind wiederum mit einem Flansch 15 versehen, außerdem beispielsweise noch mit einer Zentrierung 16, über die eine Verbindung zu einer Nabe 17 hergestellt ist. die übertragung des Drehmomentes zwischen den Gabelhälften 5, 6 und der Nabe 17 erfolgt hier über einen Querkeil 18, der leicht konisch ausgeführt sein kann. Die Spannung wird auf die bereits geschilderte Weise wieder über Axialspannschalen 19, 20 aufgebracht. Die Nabe 17 kann als Flansch, als Rohrwelle oder ähnliches ausgebildet sein, oder aber z. B. als Treffer zu einer Walze in einem Walzwerk.

In Fig. 2 ist eine weitere mögliche Ausführungsform der Erfindung dargestellt, auch in dieser Figur zeigt die obere Hälfte eine Schnitt-, die untere Hälfte eine Ansichtsdarstellung. In diesem Falle ist nicht nur die Gelenkgabel zweiteilig ausgeführt, sondern deren Gabelhälften 21, 22 setzen sich halbkreisförmig in Achsrichtung fort, so daß sie selbst eine geteilte Nabe mit den Hälften 23, 24 bilden. Diese beiden Hälften stehen mit einer weiterführenden Welle 25 beispielsweise über eine Verzahnung 26 in drehfester Verbindung. Diese Verzahnung 26 kann ein am äußeren Umfang des Wellenteiles 25 und am inneren Umfang der Gabelhälften 23, 24 angebrachtes Keilwellenprofil sein oder eine Nut- und Federverbindung 28, die in Fig. 3 in Querschnittdarstellung gemäß der Schnittlinie III-III in Fig. 2 gezeigt ist. Die Befestigung der Gabelhälften 21, 22 auf dem Wellenende 25 kann über ein oder mehrere 'Schrumpfringe 27 erfolgen, die die Nabenteile 23, 24 am äußeren Umfang umschließen und einen festen Verbund mit der Welle 25 herbeiführen. Die

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axiale Sicherung der Nabenteile 23, 24 auf dem Wellenende 25 kann in üblicher Weise über Sicherungsringe oder durch Klebung oder ähnliches erfolgen.

Allen aus der Erfindung herleitbaren Ausführungsformen ist gemeinsam, daß es nicht erforderlich ist, beide Hälften einer teilbaren Gelenkgabel von der Nabe getrennt auszuführen. Es ist auch möglich - gezeigt am Beispiel Fig. 1 - die Gabelhälfte 4 massiv mit der Nabe 10 und nur die Gabelhälfte 3 lösbar auszuführen. Aus Gründen der Fertigungsvereinfachung und zur Erziehung höherer Präzision und höherer Wuchtgüte wird man zweckmäßigerweise einen symmetrischen Aufbau der teilbaren Gelenkgabel anstreben.

18.04.83 DK/GKü 0004k/0030k

Claims

Kennwort: "Geteilte Gelenkgabel"

3.M. Voith GmbH Heidenheim

Patentansprüche

Kreuzgelenk für eine Gelenkwelle mit einem Zapfenkreuz und zwei Gelenkgabeln, die je zwei Gabelarme aufweisen, ferner mit je einer zu der einzelnen Gabel gehörenden Nabe zum Anschluß an ein Mitnahmeorgan, beispielsweise an eine Welle, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens bei einer der Gelenkgabeln ein Gabelarm (3, 4) abnehmbar ist, und daß Mittel zum Zusammenspannen der beiden Gabelarme (3, 4) vorgesehen sind.

2) Kreuzgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Gabelarme (3, 4) abnehmbar sind.

3) Kreuzgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abnehmbaren Gabelarme (3, 4) an ihrer der Kreuzgelenkmitte abgewandten Stirnseite (8) flanschartig ausgebildet sind und mittels einer Stirnverzahnung (9) mit der Nabe (10) in Verbindung stehen.

4) Kreuzgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseite (15) der abnehmbaren Gabelarme (5, 6) mit wenigstens je einem formschlüssigen Mitnahmeelement (18) mit der Nabe (17) in Verbindung steht, etwa in der Art eines Querkeiles.

5) Kreuzgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der Kreuzgelenkmitte abgewandte stirnseitige Fläche zur Drehmomentübertragung zu den Gabelarmen sich im wesentlichen - im Querschnitt gesehen - über die Hälfte des Umfanges erstreckt.

6) Kreuzgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die abnehmbaren Gabelarme (3, 4) mit der Nabe (10) mittels Elementen (12, 13) verbunden sind, die eine zur Gelenkachse parallele axiale Anpreßkraft ausüben.

7) Kreuzgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente (12, 13) die Gabelarme (3, 4) und die Nabe (10) an deren Umfang derartig umfassen, daß die Teilfugen (11) zwischen den abnehmbaren Gabelarmen (3, 4) überdeckt sind.

8) Kreuzgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abnehmbaren Gabelarme (21, 22), an ihrer der Kreuzgelenkmitte abgewandten Seite halbrohrfqrrnig als Nabe (23, 24) ausgebildet sind, wobei die rohrförmige Ausbildung im wesentlichen den halben Umfang einschließt, und direkt mit einem Mitnahmeorgan, beispielsweise einer Welle (25), verbindbar sind.

9) Kreuzgelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die abnehmbaren Gabelarme (21, 22, 23, 24) durch ein ringförmiges Spannelement drehfest miteinander verbunden sind.

05.04.1983 DK/GKÜ
0004k/0030k