DE2642964C2 - Kreuzzapfengelenk - Google Patents

Description

A. Für ein vorgegebenes von dem Kreuzzapfengelenk zu übertragendes Drehmoment soll der äußerste Rotationsdurchmesser des Kreuzzapfenge!enkes (die Außenabmessungen in radialer Richtung) möglichst klein sein.

ίο B. Die zur Lagerung des Kreuzstückes in den Gelenk¹ gabeln dienenden Wälzlager sollen eine möglichst hohe Lebensdauer aufweisen.

C. Zur Vereinfachung des Aufbaues und zur Erzielung einer möglichst hohen Torsionssteifigkeit, auch bei großem Beugungswinkel, sollen die Gelenkgabeln einteilig ausgeführt werden.

Die Erfindung betrifft ein Kreuzzapfengelenk, insbesondere für Gelenkwellen, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die gängigen Bauweisen bekannter Kreuzzapfengelenke (z. B. DE-OS 20 47 420) stellen in der Regel eine Kompromißlösung d ir. Das heißt, man verwendet einteilige Gelenkgabeln und gewinnt dadurch den Vorteil der Einfachheit und hoher Torsionssteifigkeit. Damit jedoch das Kreuzstück mit seinen Kreuzzapfen in die Gelenkgabeln einführbar ist, müssen die Kreuzzapfen verhältnismäßig kurz ausgeführt und die zur Lagerung des Kreuzstückes in den Gelenkgabeln dienenden Lager verhältnismäßig weit radial innen (in bezug auf die Drehachsen der Gelenkgabeln) angeordnet werden. Dies hat zur Folge, daß der Bereich zwischen dem radial äußeren Ende jedes Lagers und dem äußersten Rotationsdurchmesser nicht für die Drehmomentübertragung ausgenutzt werden kann. Das heißt, zumindest eine der Forderungen A oder B kann nicht optimal erfüllt werden.

Umgekehrt kann bei Verwendung geteilter Gelenkgabeln (DE-OS 19 14 039) zwar die Forderung A erfüllt werden; denn hierbei Li das Einsetzen des Kreuzstükkes in die Gelenkgabeln problemlos, auch wenn die Kreuzzapfen lang sind und die Lager weit nach außen an den äußersten Rotationsdurchmesser gerückt werden. Durch die Teilung der Gelenkgabeln verlieren diese jedoch weitgehend ihre Steifigkeit, insbesondere wenn das Kreuzzapfengelenk mit einem verhältnismäßig großen Beugungswinkel betrieben wird. Dies hai zur Folge, daß unter hoher Last die Wälzlagerringe deformiert werden und somit die Belastbarkeit der Lager oder deren Lebensdauer reduziert wird. Zugleich ist die in der Regel geforderte Torsionssteifigkeit nicht mehr gegeben.

Bei einem ebenfalls bekannten Kreuzzapfengelenk (DE-OS 17 75 179) besteht jede Gelenkgabel aus zwei ineinander gesteckten Teilen, die miteinander verschweißt werden und gemeinsam der Kraftübertragung dienen. Das Innere dieser beiden Teile weist zum Einführen des Kreuzstückes Aussparungen oder Abschrägungen auf, die sich von den Gabelenden in den Bereich der Lager erstrecken. Hierdurch können zwar die Lager verhältnismäßig weit radial außen angeordnet werden, um damit das übertragbare Drehmoment zu erhöhen.

Diese bekannte Bauweise ist jedoch offensichtlich nur für leichte Gelenkwellen einsetzbar.

Ein anderer bekannter Versuch (DE-OS 17 75 174. Seite 4), das aufgezeigte Problem zu lösen, besteht darin, das Kreuzstück mehrteilig auszuführen, wobei die Kreuzzapfen erst beim Zusammenbau des Gelenkes in ein Mittelteil des Kreuzstückes eingesetzt werden. Hierdurch wird jedoch die Herstellung sehr aufwendig und die Torsionssteifigkeit läßt zu wünschen übrig. Große

Schwierigkeiten bereitet hierbei die Verbindung zwischen den Kreuzzapfen und dem Mittelteil des Kreuzstückes; denn diese Verbindung muß einerseits lösbar und andererseits zur Übertragung eines sehr hohen Biegemomentes geeignet sein. Es ist daher fraglich, ob die- ser Vorschlag überhaupt realisierbar ist

Bekannt ist ferner eine Lagerungsanordnung für Kreuzgelenke (DE-GM 18 58 494) mit einem Radial-Rollenlager, das mit einem innenliegenden Axial¹ ager kombinier. IsL Es sind separate Innen- und Außenlagerringe vorhanden, die gemäß Forderung B der Lagerung eine hohe Lebensdauer verleihen. Die radiale Erstrekkung der gesamten Lagerung erfüllt jedoch nicht Forderung B nach gedrungener Bauart und auch nicht Forderung C nach Einbaumöglichkeit in eine ungeteilte Ge- lenkgabel.

Aus der AT-PS 2 24 399 ist außerdem eine Kreuzgelenklagerung bekannt, die ebenfalls eine hohe Lebensdauer der Lager erwarten läßt, aber nicht aen Forderungen A und 8 nach kleinem Außendurchmesser und Ein- bau in ungeteilten Gelenkgabeln gerecht wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Konstruktion eines Kreuzzapfengelenkes anzugeben, die es unter Beibehaltung einteiliger Gelenkgabeln gestattet, für ein vorgegebenes Drehmo- ment den äußersten Rotationsdurchmesser kleiner auszuführen als bei bekannten Kreuzzapfengelenken (oder die es gestattet, bei einem vorgegebenen äußersten Rotationsdurchmesser ein höheres Drehmoment zu übertragen). Diese Aufgabe wird durch die Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst

Gemäß der Erfindung wird ein im wesentlichen einteiliges Kreuzstück beibehalten und an jedem Kreuzzapfen lediglich in dessen radial äußerstem Bereich ein Verlängerungsstück angefügt Auf diesem Verlangerungsstück stützt sich somit im wesentlichen nur das radial am weitesten außen angeordnete Wälzlager ab. Das besondere an der erfindungsgemäßen Konstruktion besteht ferner darin, daß das Verlängerungsstück und ein den übrigen Wälzlagern zugeordneter Innenring (als auswechselbares Verschleißteil) miteinander ein einstückiges Bauteil bilden. Dadurch bereitet die Gestaltung der Verbindung zwischen dem Verlängerungsstück und dem Kreuzzapfen keine besonderen Schwierigkeiten mehr. Insbesondere kann das vom Verlängerungsstück auf den Kreuzzapfen zu übertragende Biegemoment ohne Schwierigkeiten beherrscht werden.

Das erfindungsgemäße Kreuzzapfengelenk kann in verschiedener Weise vorteilhaft ausgestaltet werden. Wenn die in der üblichen Weise die Wälzlager umhüllende Lagerhülse in der radialen Richtung (radial ist in bezug auf die Achsen der Gelenkgabeln zu verstehen) durch einen in die Bohrung des Gabelauges, und zwar im radial äußeren Bereich, eingesetzten Stützring fixiert wird, führt man das Verlängerungsstück zweckmäßig nach Anspruch 2 aus, also mit einer radial außen liegenden Abstufung. Dadurch wird Platz für den Stützring geschaffen, wobei aber die Tragzahl des radial außen liegenden Wälzlagers, wenn überhaupt, dann nur geringfügig kleiner wird, obwohl der Rollenmittelkreisdurchrnesser dieses Wälzlagers gegenüber den anderen Wälzlagern verkleinert werden muß.

Ein zur (in bezug auf die Achsen der Gelenkgabeln) radialen Fixierung des Kreuzstückes dienendes Axialdrucklager kann in der herkömmlichen Weise im radial äußersten Bereich des Gabelauges angeordnet werden. Um jedoch dort mehr Platz für die zur Drehmomentübertragung dienenden Rollenlager zu gewinnen, kann es besonders vorteilhaft sein, das Axialdrucklager im radial inneren Bereich des Gabelauges anzuordnen. Eine besonders zweckmäßige Gesaiitkombination mit radial innen angeordneten AxialdruckJagern und mit radial außen angeordnetem Stützring ist dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerhülse geteilt ist in einen Lagerdeckel, der zugleich als Außenring für das radial am weitesten außen liegende Rollenlager dient, und einen Außenring für die übrigen Rollenlager, und daß zwischen diese beiden Teile der Stützring gespannt ist, der in die Bohrung des Gabelauges eingreift. Dadurch wird eine (in bezug auf die Gelenkgabelachsen) in radialer Richtung wirkende Kraft von dem genannten Axialdrucklager über den Außenring direkt in die Gelenkgabel übertragen (bei anderen Konstruktionen muß hingegen die Radialkraft mittels Schrauben auf die Gelenkgabel übertragen werden). Zugleich kann das radial am weitesten außen liegende Wälzlager nicht nur besonders nahe an den äußersten Rotationsdurchmesser gerückt werden. Es kann auch dessen Rollenmittelkreisdurchmesser verhältnismäßig groß gewählt werden, so daß ein besonders hohes übertragbares Drehmoment erreicht wird.

Die Erfindung kann auch dadurch vorteilhaft ausgestaltet werden, daß eine zur radialen Fixierung der Lagerhülse dienende Stützvorrichtung (Stützring oder Ringsegmente) im radial inneren Bereich des Gabelauges angeordnet ist Dadurch gewinnt man zwei Vorteile gleichzeitig: Zum einen kann die Lagerhülse einteilig bleiben und zum anderen wird im radial äußeren Bereich des Gabelauges noch mehr Platz für die zur Drehmomentübertragung dienenden Wälzlager geschaffen. Hierbei können im gesamten Gabelauge einheitliche Wälzlager vorgesehen werden, und das Verlängerungsstück kann auf seiner ganzen Länge mit gleichem Außendurchmesser ausgeführt werden.

Wenn man bei der vorbeschriebenen Ausführung auch noch das zur radialen Abstützung des Kreuzstükkes dienende Axialdrucklager im radial inneren Bereich des Gabelauges anordnet, so werden für das radial am weitesten außen liegende Wälzlager optimale Platzverhältnisse geschaffen.

In weiterei vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können noch die Merkmale des Anspruches 7 angewandt werden. Danach wird jeder Kreuzzapfen im radial äußeren Bereich abgestuft und dementsprechend auch die Bohrung des Verlängerungsstückes. Dadurch gewinnt man zwei Vorteile: Einerseits kann die Querschnittsfläche des Verlängerungsstückes im Bereich der größten Zug- und Biegespannungen größer dimensioniert werden. Andererseits wird das Einführen des Kreuzstückes in die Gelenkgabeln erleichtert. Wie schon erwähnt, erfolgt das Aufsetzen der Verlängerungsstücke auf die Kreuzzapfen erst nach dem Einführen des Kreuzstückes in die Gelenkgabeln.

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

Fig. 1 ein Lager eines Kreuzzapfengelenkes im Längsschnitt,

F i g. 2 eine gegenüber F i g. 1 abgewandelte Lagerausführung, ebenfalls im Längsschnitt.

m Fig. 1 ist einer der vier Kreuzzapfen des Kreuzstückes eines Kreuzzapfengelenkes mit 11 bezeichnet. Es ist in dem Gabelauge 9 einer Gelenkgabel gelagert. Die Lagerung umfaßt eine geteilte Lagerhülse 18, 19. bestehend aus einem Lagerdeckel 18 und aus einem Außenring 19. Dem Außenring 19 sind beispielsweise

fünf Rollenreihen 15 mit gleichem Rollenmittenkreisdurchmesser zugeordnet. Zwischen die beiden Teile 18 und 19 der Lagerhülse ist ein Stützring 20 gespannt, der in die Bohrung des Gabelauges 9 eingreift. Der Lagerdeckel 18 dient zugleich als Außenring für die radial am weitesten außen liegende Rollenreihe 16, deren Rollenmittenkreisdurchmesser im Vergleich zu den Rollenreihen 15 kleiner ausgeführt ist.

Auf den Kreuzzapfen 11 ist ein Verlängerungsstück 12 aufgesetzt. Dieses weist in seinem radial äußeren, der Rollenreihe 16 zugeordneten Bereich einen kleineren Durchmesser auf als im Bereich der Rollenreihen 15. Das Verlängerungsstück 12 dient somit einerseits zur Abstützung der Rollenreihe 16, d. h. zur Übertragung der von dieser Roilenreihe aufgenommenen Lagerkraft ;5 auf den Kreuzzapfen 11. und andererseits als Schonbüchse für den Kreuzzapfen 11. Das Verlängerungsstück 12 ist mit mehreren Schrauben 17 am Kreuzzspfen befestigt (in der Zeichnung ist nur eine dieser Schrauben dargestellt). Diese Verschraubung ist notwendig, damit die auf das Verlängerungsstück 12 einwirkenden wechselnden Biegekräfte kein Abziehen des Verlängerungsstückes verursachen können. Mittels mehrerer zusätzlicher Abziehgewinde 13 (von denen in der Zeichnung wiederum nur eines sichtbar ist), ist ein leichter Austausch des Verlängerungsstückes möglich, falls dies aufgrund eingetretenen Verschleißes erforderlich ist.

Mit 22 ist ein nur symbolisch dargestelltes Axialdrucklager mit einer Lagerabdichtung bezeichnet. Durch dieses Axialdrucklager kann eine in radialer Richtung (d. h. in der Zeichnung nach oben) wirkende Kraft vom Kreuzzapfen 11 über das Teil 19 der Lagerhülse und den Stützring 20 auf das Gabelauge 9 übertragen werden.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig.2 unterscheidet sich von denjenigen nach Fig. 1 zunächst dadurch, daß eine einteilige Lagerhülse 30 vorgesehen ist und daß diese Lagerhülse im radial inneren Bereich des Gabelauges 29 durch angeschraubte Ringsegmente 28 in radialer Richtung fixiert ist. (Das Wort »radial« bezieht sich auf die in der Zeichnung nicht sichtbare Rotationsachse der Gelenkgabeln). Aufgrund dieser Form der Lagerhülse 30 sind sämtliche Zylinderrollenlager 35 und 36 mit gleichen Rollbahndurchmessern ausgeführt Daher ist auch der Außendurchmesser des Verlängerungsstückes 32 für den Kreuzzapfen 31 auf seiner ganzen Länge gleich.

F.in weiterer Unterschied besteht darin, daß der Kreuzzapfen 31 in seinem radial äußersten Bereich ein Endstück 313 mit verkleinertem AuBendurchmesser aufweist, in entsprechender Weise ist der Innendurchmesser des Verlängerungsstückes 32 abgestuft. Diese Ausführung des Kreuzzapfens 31 kann auch mit der in F i g. 1 gezeigten geteilten Lagerhülse 18,19 kombiniert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (7)

Patentansprüche:

1. Kreuzzapfengelenk, insbesondere zur Übertragung höchster Drehmomente, mit zwei einteiligen Gelenkgabeln und einem Kreuzstück mit vier Kreuzzapfen, von denen jeder mit mindestens zwei nebeneinanderliegenden Wälzlagern in dem zugeordneten Gabelauge der Gelenkgabeln gelagert ist, und von denen jeder mit einem ihn umgebenden Wälzlagerinnenring versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der nach dem Einführen des Gelenkkreuzes in die Gelenkgabeln einschiebbare Wälzlagerinnenring ein Verlängerungsstück (12,32) aufweist, auf dessen über das Ende des Kreuzzapfens (11,31) hinausragendem Bereich sich das radial am weitesten außen liegende Wälzlager (12,32) abstützt.

2. Kreuzzapfengelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verlängerungsstück (12) im Bereich des radial am weitesten außen liegenden Wälzlagers (16) einen kleineren AuBendurchmesser aufweist als im Bereich des bzw. der übrigen Wälzlager (15).

3. Kreuzzapfengelenk, worin den Lagern jedes Gabelauges eine Lagerhülse zugeordnet ist, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerhüise geteilt ist in einen radial außen liegenden Lagerdeckel (18), der das radial am weitesten außen liegende Wälzlager (16) aufnimmt, und in einen den übrigen Wälzlagern (15) zugeordneten Außenring (19), wobei der Lagerdeckel (18) ausschließlich an dem Außenring (19) befestigt ist, daß ferner zur radialen Fixierung des Lagerdeckels (18) und des Außenringes (19) zwischen diese ein Stützring (20) gespannt ist, der in die Bohrung des Gabelauges (9) eingreift, und daß ein zur Abstützung des Kreuzstükkes (11) in radialer Richtung dienendes Axialdrucklager (22) im radial inneren Bereich des Gabelauges (9) angeordnet ist.

4. Kreuzzapfengelenk nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur radialen Fixierung der Lagerhülse dienende Stützvorrichtung (28) im radial inneren Bereich des Gabelauges angeordnet ist.

5. Kreuzzapfengelenk nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verlängerungsstück (32) im Bereich sämtlicher Wälzlager (35, 36) den gleichen Außendurchmesser aufweist.

6. Kreuzzapfengelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Abstützung des Kreuzstückes in radialer Richtung dienendes Axialdrucklager (27) im radial inneren Bereich des Gabelauges angeordnet ist.

7. Kreuzzapfengelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kreuzzapfen (31) in seinem radial äußersten Bereich einen kleineren Außendurchmesser (3Ia^ aufweist als in dem daran anschließenden Bereich, und daß jeder Wälzlagerinnenring entsprechend abgestufte Innendurchmesser aufweist.

Bei der Konstruktion solcher Kreuzzapfengelenke sind die folgenden, einander zum Teil zuwiderlaufenden Forderungen zu erfüllen: