DE3619892A1 - Kreuzgelenk mit geteilten lagergabeln - Google Patents

Kreuzgelenk mit geteilten lagergabeln

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DE3619892A1
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Robert K. Dallas Tex. Koelling
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Siemens Industry Inc
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Morgan Construction Co
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Description

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\J I w- O -J
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kardan- oder Kreuzgelenk für die übertragung großer Drehmomente, wie sie beispielsweise in einem Walzwerk auftreten. Der hier verwendete Ausdruck "große Drehmomente" bezeichnet Drehmomente in der Größenordnung von 140 000 bis 700 000 kpm und darüber.
' jo Bei einem herkömmlichen Kardan- oder Kreuzgelenk der vorstehend genannten Art sind die Zapfen eines Zapfenkreuzes mittels La gQ°n drehbar in den Lagerköpfen zweier einander komplementärer Gabeln gelagert. Die Gabeln sind ihrerseits mit rotierenden Antriebs- oder Abtriebselementen verbunden. !5 In einem Walzenstuhl mit waagerechten Walzen ist beispielsweise eine Gabel an einem Ende einer Spidel angebracht, während die andere Gabel an der Ausgangswelle eines Antriebsmotors oder an einer der Walzen angebracht ist.
Die Gabeln sind in den meisten Fällen einstückig gegossen
und ihre Lagerköpfe sind von Bohrungen durchsetzt. Die einstückigen Gabeln werden dann zuerst auf die Zapfen des Zapfenkreuzes aufgesetzt, worauf dann die Lager durch die durchgehenden Bohrungen hindurch eingesetzt werden. Zuletzt werden die durchgehenden Bohrungen dann mit abnehmbaren
Deckeln verschlossen. Es hat sich nun gezeigt, daß bei solchen Kreuzgelenken für die übertragung von großen Drehmomenten die Festigkeit der Lagerköpfe durch die durchgehenden Bohrungen in unannehmbarer Weise beeinträchtigt
werden kann.
30
Um derartigen Mangeln abzuhelfen, wurde bereits vorgeschlagen, die durchgehenden Bohrungen der Lagerköpfe durch Blindbohrungen zu ersetzen. Durch die Verwendung von Blindbohrungen läßt sich die Festigkeit der Lagerköpfe im Vergleich zu solchen mit durchgehenden Bohrungen beträchtlich verbessern. Um jedoch das Aufsetzen einer Gabel mit Blindbohningen auf die Zapfen des Zapfenkreuzes zu ermöglichen, muß eine solche Gabel in zwei Hälften geteiJt nein, wrlelK--
rf
BAD ORIGINAL
jeweils einen der Lagerköpfe aufweisen. Durch diese Teilung der Gabeln ergeben sich jedoch andere Schwierigkeiten dahingehend, daß die beiden Hälften der einzelnen Gabeln dazu neigen, sich im Betrieb relativ zueinander zu verschieben. Durch derartige Verschiebungen kommt es zu einer ungleichmäßigen Belastung der Lager, welche dadurch einem erhöhten Verschleiß unterworfen sind. Relativbewegungen der beiden Hälften können auch zu einer Lockerung der Schrauben oder" Bolzen führen, mit denen die Gabeln an den als Flansch ausgebildeten Enden der Antriebs- oder Abtriebselemente .befestigt sind, was wiederum zu einer Zerstörung des Gelenks führen kann.
Ein wichtiges Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung von Einrichtungen für die sichere Aufrechterhaltung der Ausrichtung der Lager einer geteilten Gabel eines Kreuzgelenks im Betrieb desselben. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Lockerung der Schrauben oder Bolzen zu verhindern, mittels welcher eine solche Gabel an dem als Flansch ausgebildeten Ende eines Antriebs- oder Abtriebselements befestigt ist.
Gemäß der Erfindung sind die beiden Hälften jeder Gabel lösbar miteinander verbunden und haben einander gegenüberstehende Flächen zu beiden Seiten einer den Mittelpunkt
des Gelenks durchsetzenden ersten Bezugsebene der Gabel. Die beiden Hälften jeder Gabel befinden sich in einer zur ersten Bezugsebene lotrechten zweiten Bezugsebene in Anlage an dem als Flansch ausgebildeten Ende eines zugeordneten Antriebs- oder Abtriebselements. In der ersten sowie in der
zweiten Bezugsebene der Gabel sind erste bzw. zweite Formschlußelemente angeordnet.
In einer nachstehend im einzelnen beschriebenen bevorzugten Ausführungsform sind die einander an der ersten Bezugsebene der Gabel gegenüberstehenden Flächen im wesentlichen eben und parallel zueinander und weisen im mittleren Bereich einander gegenüberstehende Keilnuten auf. Die ersten Formschlußelemente finden in den einander gegenüberstehenden
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Keilnuten Aufnahme und haben lästaufnehmende Seitenflächen, welche sich in satter Anlage an den zugeordneten Seitenwänden der Keilnuten befinden. Die zweiten Formschlußelemente an den zweiten Bezugsebenen der Gabel sind vorzugsweise, wenn auch nicht notwendigerweise, einstückig mit den Hälften der Gabel ausgebildet, so daß sie rückwärts daran hervorstehen und in entsprechenden Aussparungen des als Flansch ausgebildeten Endstücks des zugeordneten Antriebs- oder'Abtriebselements Aufnahme finden. Im Gebrauch des KreuEgelenks ergänzen sich die in der ersten und in der zweiten Bezugsebene der Gabel wirksamen Haltekräfte, um Bewegungen der beiden Gabelhälften relativ zueinander zu verhindern und damit die unbedingt notwendige Ausrichtung der Lager aufrecht zu erhalten, während sie gleichzeitig eine Lockerung der Schrauben oder Bolzen verhindern, mittels welcher die Lagergabeln lösbar an den Antriebs- bzw. Abtriebselementen befestigt sind.
Die Einrichtungen zum lösbaren Verbinden der beiden Gabel-OQ hälften miteinander umfassen vorzugsweise eine oder mehrere Zugschrauben oder ähnliche Verbindungselemente, welche die Gabelhälften in zur jeweiligen ersten Bezugsebene der Gabel lotrechten Richtungen durchsetzen.
Die einander gegenüberliegenden Flächen der beiden Gebelhälften können zusätzlich einander gegenüberliegende Nuten zu beiden Seiten der im mittleren Bereich ausgebildeten Keilnuten aufweisen. In den einander gegenüberliegenden Nuten Aufnahme findende Abstandsklötze stützen sich mit ihren einander abgewandten Flächen am Boden der jewei-
ligen Nut ab, um die beiden Gabelhälften in einem vorbe-
stimmten gegenseitigen Abstand zu beiden Seiten der ersten Bezugsebene der Gabel zu halten.
I) Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittele Seitenansicht eines Kreuzgelenks für große Drehmomente in einem Walzwerk
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine teilwesie zerlegte Schrägansicht des in Fig. 1 dargestellten Kreuzgelenks,
Fig. 3 eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 1,
Fig. 4 eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie 4-4 in Fig." 3 und
Fig. 5 eine vergrößerte Teil-Schnittansicht eines der Lagerköpfe mit einem darin angeordneten Lager und einem in diesem gelagerten Zapfen.
Ein in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung in der Zeichnung dargestelltes Kreuzgelenk für die Übertragung großer Drehmomente besteht im wesentlichen aus einem Zapfenkreuz 10 mit vier rechtwinklig zueinander angeordneten, paarweise miteinander fluchtenden Zapfen 11, welche in zwei Gabeln 12, 12' gelagert sind. Die Gabeln 12 haben
^u rückwärts davon abstehende Gewindebolzen 14, welche mit dazugehörigen Muttern 16 dazu dienen, die Gabeln 12 an Flanschen 18 von drehbaren Elementen 20 zu befestigen. Bei der vorstehend angedeuteten Verwendung in einem Walzwerk kann es sich bei den drehbaren Elementen um Spindeln,
ΔΌ Arbeitswalzen, Motor-Antriebswellen od. dergl. handeln.
Die Gabeln 12 und 12' sind jeweils in zwei Hälften 12a, 12a bzw. 12b, 12b geteilt. Jede Hälfte hat ein Fußteil und einen damit einstückigen, vorwärts hervorstehenden Lagerkopf 22 mit einer einwärts ausmündenden Blindbohrung 24,
^O in welcher eine Lagerung 26 angeordnet ist. Die beiden Hälften jeder Gabel 12, 12' sind jeweils auf ein Paar miteinander fluchtender Zapfen 11 montierbar, so daß jeder der Zapfen drehbar in einer der Lagerungen 26 gelagert ist.
Wie man insbesondere in Fig. 5 erkennt, hat jede Lagerung 26 vorzugsweise einen Innenring 28 und einen Außenring 30, zwischen denen eine oder mehrere Reihen von Wälzkörpern 32, 34 angeordnet sind. Zwischen dem Ende jedes Zapfens 11 und
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dem Boden der jeweiligen Blindbohrung 24 ist eine nichtmetallische Druckscheibe 36 angeordnet.
Die derart gestalteten Gabelhälften 12a, 12a und 12b, 12b haben einander gegenüberliegende Anlageflächen 38. Wie man insbesondere in Fig. 3 erkennt, liegen die Anlageflächen der zusammengehörigen Gabihälften 12b, 12b an einander gegenüberliegenden Seiten einer ersten Bezugsebene Pb der Gabel, während.die Anlageflächen 38 der Gabelhälften 12a, jQ 12a beiderseits^ einer weiteren ersten Bezugsfläche Pa liegen, welche lotrecht zur Bezugsebene Pb verläuft. Dabei verlaufen die beiden ersten Bezugsebenen Pa und Pb durch den Mittelpunkt χ des Kreuzgelenks hindurch.
Die einander gegenüberliegenden Anlageflächen 38 sind .span-
abhebend bearbeitet und haben einander im mittleren Bereich gegenüberliegende Keilnuten 40. Weitere einander gegenüberliegende Nuten 42 sind jeweils beiderseits der Keilnuten ausgebildet. Die ersten Bezugsebenen Pa und Pb durchsetzende erste Keile 44 finden in den einander gegenüberlie-
genden Keilnuten 40 Aufnahme. Ebenfalls in den ersten Bezugsebenen Pa, Pb angeordnete Abstandsklötze 46 sind in den einander gegenüberliegenden Nuten 42 gehalten.
Die ersten Keile 44 befinden sich mit ihren Seitenflächen in satter Anlage an den diesen gegenüberstehenden Seitenwänden der Keilnuten 40 und verhindern dadurch jede Bewegung der jeweiligen Gabelhälften 12a, 12a bzw. 12b, 12b relativ zueinander in der zur jeweiligen Bezugsebene Pa bzw. Pb parallelen Richtung.
Nach dem Aufsetzen auf die jeweiligen Zapfen 11 werden die zusammengehörigen Gabelhälften 12a, 12a und 12b, 12b lösbar miteinander verbunden. Dies geschieht vorzugsweise mittels Verbindungseinrichtungen in Form von die Hälften durchsetzenden Zugschrauben 48, welche in der dargestellten Ausführungsform auch die ersten Keile 44 in zur jeweiligen Bezugsebene Pa bzw. Pb der Gabeln lotrechten Richtungen durchsetzen. Die die beiden Hälften 12a, 12a der einen
Q P
1 O p O Ο ι v^ O ο Z.
Gabel 12 miteinander verbindende Zugschraube 48 erstreckt sich somit lotrecht zur ersten Bezugsebene Pa, während sich die die beiden Hälften 12b, 12b der anderen Gabel 12' miteinander verbindende Zugschraube 48 lotrecht zur Bezugsebene Pb erstreckt. Der Zusammenbau jeder Gabel ist vervollständigt durch auf die Enden der Zugschrauben 48 aufgeschraubte Muttern 50.
In der Zeichnung ist zwar jeweils nur eine Zugschraube für ,Q die Verbindung der beiden Hälften jeder Gabel dargestellt, es können für diesen Zweck jedoch jeweils auch mehrere Zugschrauben vorgesehen sein, welche auch nicht unbedingt durch den jeweiligen Keil 44 hindurchgeführt zu sein brauchen.
Die Abstandsklötze 46 stützen sich mit einander abgewandten Flächen an den Böden der jeweiligen Nuten 42 ab, um die beiden Hälften der jeweiligen Gabel in einem genau bestimmten Abstand zueinander beiderseits der jeweiligen ersten Bezugsebene Pa bzw. Pb zu halten. Damit gewährleisten die
Abstandsklötze die genaue konzentrische Ausrichtung der Böden der Blindbohrungen 24 in Bezug auf den Mittelpunkt χ des Kreuzgelenks. Die Druckscheiben 36 bilden Lagerflächen für die Abstützung des Zapfenkreuzes bei Qeurbelastungen und dienen im Verein mit dem Boden der jeweiligen Blind-
bohrung dazu, das Zapfenkreuz in Bezug auf den Mittelpunkt χ des Kreuzgelenks konzentrisch auszurichten.
Die Abstandsklötze 46 erfüllen eine besonders wichtige Aufgabe, wenn die beiden Hälften 12a, 12a und 12b, 12b jeweils durch Zerschneiden eines einstückigen Gußteils zu zwei Einzelstücken gefertigt werden. Bei einzeln gegossenen Gabelhälften können die Abstandsklötze auch weggelassen werden. Ferner brauchen auch die Keile 44 nicht mittig angeordnet zu sein, und in gewissen Fällen, beispielsweise wenn die beiden Hälften jeweils einzeln gegossen werden, kann anstelle des Keils 44 ein mit einem der Hälften einstückiger Vorsprung vorgesehen sein, welcher mit einer entsprechenden Ausnehmung der anderen Hälfte in Eingriff bringbar ist.
Die in der beschriebenen Weise zusammengesetzten und miteinander verbundenen Gabelhälften 12a, 12a und 12b, 12b werden mittels der vorstehend beschriebenen, aus den Gewindebolzen 14 und Muttern 16 gebildeten Befestigungseinrichtungen lösbar an den Endflanschen 18 der jeweiligen drehbaren Elemente 20 befestigt. Dabei kommen die Endflächen 52 der Gabelhälften jeweils in einer zweiten Bezugsebene Pc bzw. Pd in Anlage am Flansch 18 des jeweiligen drehbaren Elements. Dabei verlaufen die der Gabel 12 zugeordneten Beeugsebenen Pa und Pc sowie die der Gabel 12' zugeordneten Bezugsflächen Pb, Pd jeweils lotrecht zueinander.
In der beschriebenen Ausführungsform ist an jeder GabeljK halfte ein zweiter Keil 54 einstückig angeformt. Die zweiten Keile 54 stehen an den Endflächen 52 der Gabeln rückwärts hervor und finden Aufnahme in in den Flanschen ausgebildeten Ausnehmungen, um dadurch die Gabeln 12, 12' drehfest mit dem jeweiligen Flansch 18 zu verbinden.
In gewissen Fällen kann es auch vorteilhaft sein, die zweiten Keile einstückig mit den Flanschen 18 auszubilden, so daß sie in Ausnehmungen in den jeweiligen Gabelhälften hineinragen. Ferner können auch als Einzelstücke ausgebildete Keile vorgesehen sein, welche sich durch die jeweilige zweite Bezugsebene Pc, Pd hindurch erstrecken und in einander gegenüber in den Gabelhälften und dem jeweiligen Flansch 18 ausgebildeten Keilnuten Aufnahme finden.
Die vorstehend beschriebene Anordnung stellt eine einfache und höchst wirkungsvolle Einrichtung dar, welche im Gebrauch des Kreuzgelenks jede Bewegung der beiden Hälften jeder XJabel relativ zueinander verhindert und dadurch gewährleistet, daß die Zapfenlagerungen 26 stets genau miteinander fluchten und daß sich die Muttern 16 auf den Gewindebolzen 14 nicht lösen. Im einzelnen ist diese Wirkung durch die in den ersten Bezugsebenen Pa, Pb der Gabeln angeordneten ersten Keile 44 und durch die Formr.chlußelemente in den zweiten Bezugsebenen Pc, Pd zwischen
den Endflächen 52 der Gabeln und dem jeweiligen Flansch erzielt. Die ersten Keile 44 vermögen dabei jede Bewegung der jeweiligen beiden Gabelhälften relativ zueinander in zur jeweiligen ersten Bezugsebene Pa bzw. Pb parallelen Richtungen wirksam zu verhindern, während die zweiten Keile 54 oder Formschlußelemente eienr Verdrehung der Gabelhälften in der zweiten Bezugsebene Pc bzw. Pd entgegenwirken. Aus Alledem ergibt sich ein in axialer und radialer Richtung kompaktes Kreuzgelenk, welches in der Lage ist, große Drehmomente über lange Zeit zuverlässig zu übertragen.
Leerseite -

Claims (8)

Patentansprüche
1. Kreuzgelenk für die übertragung von großen Dreh-25 momenten zwischen als Flansche ausgebildeten Endstücken zweier drehbarer Elemente, gekennzeichnet durch ein aus zwei zueinander lotrechten Paaren von koaxial miteinander fluchtenden Zapfen (11) gebildetes Zapfenkreuz,
30 durch ein Paar Gabeln (12, 12'), welche jeweils in zwei Gabelhälften (12a bzw. 12b) geteilt sind, wobei jede
Gabelhälfte ein Fußteil und einen damit einstückigen,
vorwärts hervorstehenden Lagerkopf (22) mit einer darin ausgebildeten Blindbohrung (24) aufweist,
35 durch in den Blindbohrungen (24) angeordnete Lager (26), mittels welcher jeweils ein Zapfen (11) des Zapfenkreuzes drehbar in der jeweiligen Blindbohrung gelagert ist, wobei die Fußteile der zusammengehörigen Gabelhälften (12a, 12b)
ος1 ο ρ ο
ο O 1 ■-· U U /. 2
einander gegenüberliegende Anlageflächen (38) aufweisen, welche an gegenüberliegenden Seiten einer durch den Mittelpunkt (x) des Kreuzgelenks verlaufenden ersten Bezugsebene (Pa bzw. Pb) der Gabel angeordnet sind, durch sich durch die ersten Bezugsebenen der Gabeln hindurch erstreckende erste Formschlußelemente (44) zum Verhindern von Bewegungen der zusammengefügten Gabelhälften relativ zueinander in zu jeweiligen ersten Gabel-Bezugsebene parallelen Richtungen,
durch Einrichtungen (14, 16) für die lösbare Befestigung der zusammengefügten Gabelhälften an dem jeweiligen als Flansch (18) ausgebildeten Endstück, wobei die zusammengefügten Gabelhälften und die als Flansche ausgebildeten Endstücke einander komplementäre Anlageflächen (52) haben, welche sich in zur jeweiligen ersten Bezugsebene der Gabeln lotrechten zweiten Bezugsebenen (Pc, Pd) der Gabeln erstrecken, und
durch sich durch die jeweiligen zweiten Bezugsebenen hindurch erstreckende zweite Formschlußelemente (54) für die kraftübertragende Verbindung der zusammengefügten Gabelhälften mit dem jeweiligen als Flansch ausgebildeten Endstück.
2. Kreuzgelenk nach Anspruch 1, ferner g e k e η η „g zeichnet durch Verbindungseinrichtungen (48, 50) zum lösbaren Verbinden der zusammengefügten Gabelhälften (12a bzw. 12b) miteinander.
3. Kreuzgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtungen (48) die
zusammengefügten Gabelhälften (12a bzw. 12b) in zur jeweiligen ersten Bezugsebene (Pa bzw. Pb) lotrechten Richtungen durchsetzen.
4. Kreuzgelenk nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Verbindungseinrichtungen (48) die jeweiligen ersten Formschlußelemente (44) durchsetzen.
5. Kreuzgelenk nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η -
!zeichnet, daß die ersten Formschlußelemente (44) jeweils wenigstens einen ersten Keil aufweisen, welcher in einander komplementären, gegenüberliegenden Keilnuten (40) in den einander gegenüberliegenden Anlageflächen (38) Aufnahme findet.
6. Kreuzgelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Keile (44) und die einander gegenüberliegenden Keilnuten (40) mittig angeordnet
■^0 sind und daß die Verbindungseinrichtungen (48) den jeweiligen ersten Keil durchsetzen.
7. Kreuzgelenk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den einander gegenüberliegenden Anlageflächen (38) einander gegenüberliegende Nuten (42)
ausgebildet sind, in denen Abstandselemente (46) angeordnet sind, welche sich mit einander abgewandten Flächen an den Böden der Nuten abstützen, so daß die einander zugeordneten Gabelhälften (12a bzw. 12b) in gegenseitigem Querabstand beiderseits der jeweiligen ersten Bezugsfläche (Pa bzw. Pb)
gesichert sind.
8. Kreuzgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Formschlußelemente einstückig mit den Gabelhälften (12a bzw. 12b) ausgebildete zweite Keile (54) aufweisen, welche rückwärts daran hervorstehen und in Ausnehmungen in den als Flansche (18) ausgebildeten Endstücken hineinragen.
DE19863619892 1985-06-13 1986-06-13 Kreuzgelenk mit geteilten lagergabeln Withdrawn DE3619892A1 (de)

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