DE29824596U1 - Universal joint arrangement for use in cardan shafts - Google Patents
Universal joint arrangement for use in cardan shaftsInfo
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Description
G 05696GM / Voith Turbo GmbH & Co. KG / "Lageranordnung II" / ak/knOOOi37 / 26; Juni aoo< · ,*·.,*· . * * . »'. Erfinder. H. Lindental * I · * · ·*··.. C !G 05696GM / Voith Turbo GmbH & Co. KG / "Bearing arrangement II" / ak/knOOOi37 / 26 ; June aoo< · ,*·.,*· . * * . »'. Inventor. H. Lindental * I · * · ·*··.. C !
Kreuzgelenkanordnung für den Einsatz in GelenkwellenUniversal joint arrangement for use in cardan shafts
Die Erfindung betrifft eine Kreuzgelenkanordnung für den Einsatz in Gelenkwellen, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a universal joint arrangement for use in cardan shafts, in particular with the features of the preamble of claim 1.
Kreuzgelenkanordnungen, insbesondere Lageranordnungen für Kreuzgelenkanordnungen für den Einsatz in Gelenkwellen sind in einer Vielzahl von Ausführungen für eine Vielzahl von Einsatzbeispielen bekannt.Universal joint assemblies, in particular bearing assemblies for universal joint assemblies for use in cardan shafts, are known in a variety of designs for a variety of application examples.
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 Drehmoment übertragenden Flanschverbindungen hinsichtlich der Spannungsverteilungen und Verformungen unter Last sorgfältig aufeinander abgestimmt sind. Das Radiallager besteht bei dieser Ausführung aus drei vollrolligen Zylinderrollenreihen, die im Innenring bordgeführt sind. DerAs an example, reference is made to a special edition of Voith Research and Design, Issue 33 (1998), Article 10 "Development of roller-bearing universal joints for the main drives of heavy rolling stands" and the Voith publication G 1135, 11.91. These publications disclose designs of universal joint arrangements for universal joint shafts which comprise at least one journal cross which is supported in at least one joint fork. The joint fork itself can be designed in one or two parts. To connect the journal cross in the joint fork, a corresponding bearing arrangement is provided for each individual journal. The bearing arrangement comprises at least one radial bearing and preferably also an axial bearing. There are a number of options for arranging the axial bearing, although the individual elements of the bearing are designed accordingly, taking into account the deformations that occur during operation of the universal joint shaft. From article 10 of Voith Research and Design, issue 33, a design with a radial/axial bearing is known, in which the individual components of the bearing, the seals, the connecting structure of the bearings and the flange connections that transmit the torque are carefully coordinated with one another with regard to the stress distribution and deformation under load. The radial bearing in this design consists of three rows of full-complement cylindrical rollers that are guided by the rim in the inner ring. The
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G 05696GM / Voith Turbo GmbH & Co. KG / "Lageranordnung II" / ak/kn000i37 / 26. Juni aoet · **.»·* . * *. Erfinder H. Lindental * . · ····· ·«G 05696GM / Voith Turbo GmbH & Co. KG / "Bearing arrangement II" / ak/kn000i37 / June 26, aoet · **.»·* . * *. Inventor H. Lindental * . · ····· ·«
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 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 Kantenspannungen. Die Wälzlageranschlußteile, Zapfenkreuz und Gelenkgabel, sind deshalb bezogen auf die Verformungswege aufeinander abgestimmt. Da die Axiallager von schweren Kreuzgelenken in der Regel im Wurzelbereich des Zapfens angeordnet sind, führen diese aufgezeigtenThe radial bearing inner ring is supported by a collar on the journal faces. An outward-facing collar on the other end of the ring forms the inner raceway of the axial bearing. In this design, the axial force is introduced via the journal face. The conical transition between the cylinder and the base body makes it possible to thread the journal cross into the undivided joint yoke despite large journal cross-sections. In addition, with this arrangement, the materials can be selected according to the different assigned functions, i.e. high-strength tempering steel for the drop-forged journal cross and rolled case-hardened steel for the bearing sleeve. The problem with such a bearing arrangement is that the individual roller bearings are stressed by high torque shocks and simultaneous transverse accelerations, especially when used in rolling mill drives. The shock-like loads at large and rapidly changing bending angles cause elastic deformation of the joint yoke both in the area of the flanges and within the fork eye. The bore expands and usually takes on a non-circular shape. However, the greatest deformation at the cross pin causes the introduction of the circumferential force. Its direction oscillates with the positive or negative value of the operating deflection angle and also changes with each reversing process. These operational and design-related influences result in misalignment with an unfavourable load introduction into the bearing, namely a centre offset of the fork bore, inclination of the bore, deflection of the pin as well as radial play in the rolling bearing and the deflection of the rolling bearing. The result is an uneven radial pressure distribution in the bearing bore and leads from a line to point contact at the contact points of the rolling elements and to excessive edge stresses. The rolling bearing connection parts, cross pin and joint fork, are therefore matched to one another with regard to the deformation paths. Since the axial bearings of heavy universal joints are usually arranged in the root area of the pin, these indicated
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Erfinder H. Lindental * I . * · · ··· · · ·Inventor H. Lindental * I . * · · ··· · · ·
Einflüsse zu einem Verkippen der Axiallager-Laufbahnen. Den größten Einfluß übt dabei die Verformung des Zapfens an der Wurzel aus, da hier die Krümmung der Biegelinie analog dem Biegemoment 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 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 möglicherweise auftretenden Verformungswege abzustellen, so daß es nicht möglich ist, unabhängig von der Kenntnis dieser Einflüsse eine befriedigende Konstruktion bereitzustellen.Influences on the axial bearing raceways tilting. The greatest influence is exerted by the deformation of the journal at the root, since the curvature of the bending line is greatest here, analogous to the bending moment. This leads to high edge stresses in one segment of the axial bearing and to the lifting of the rollers in the opposite segment, which results in a drastic reduction in the load capacity. In order to enable a simple structural design of a radial/axial bearing unit for the universal joints, the bearing sleeve with its raceways for both bearings has so far been centered and axially fixed over the cylinder and end face of the journal. If the journal bends under a load, the bearing sleeve follows a tangent that rests on the bending line of the journal end. The plane parallelism is thus maintained even when the journal cross is loaded. A major disadvantage of such a design, however, is that the design of the individual bearing elements is relatively complicated and requires a large number of elements, particularly with regard to the design of the bearing cover. When designing the structure, particularly when designing the individual components, it is always necessary to take into account the deformation paths that may occur, so that it is not possible to provide a satisfactory design independently of knowledge of these influences.
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 Betrachtungsweise ausgehend von der Gelenkachse erfolgt. Unter Gelenkachse wird dabei die verlängerte Achse des mit der Gelenkgabel verbundenen Bauteiles verstanden, die sich durch den direkten oder in eine Ebene projezierten Schnittpunkt der Zapfenachsen erstreckt. DieAnother solution for connecting the bearing is known from EP 0 785 370 A1. In this case, the inner ring of the radial bearing in the installed position is assigned a collar in the axial direction, which extends radially away from the pin axis of the pin mounted in the joint fork. The axial direction is understood to be a direction essentially parallel to the pin axis of the pin mounted in the joint fork, with the point of view starting from the joint axis. The joint axis is understood to be the extended axis of the component connected to the joint fork, which extends through the direct or projected intersection point of the pin axes. The
G 05696GM / Voith Turbo GmbH & Co. KG / "Lageranordnung II" / ak/knOOO137 / 26. Juni 20Ot ? .'·«.** .**. Erfinder. H. Lindental 'I . * !···· ·· G 05696GM / Voith Turbo GmbH & Co. KG / "Bearing arrangement II" / ak/knOOO137 / June 26, 20Ot ? .'·«.** .**. Inventor. H. Lindental 'I . * !···· ··
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 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 der 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 verstanden wird, auf der Stirnseite des Zapfens des in der Gelenkgabel gelagerten Zapfens aufliegt und mit einem zweiten Teil seiner Deckelinnenfläche in Einbaulage einen Anschlag für den Innenring des Radiallagers bildet. Mit dieser Ausführung wird entgegen der ansonstenThe journal axes of the journals, which are offset by 90° from one another, can lie in a common plane or offset from one another in parallel planes. The collar of the inner ring of the radial bearing forms at least indirectly the outer running surface of the axial bearing in the axial direction. This means that the collar can directly form the running surface for the rollers or the differently designed rolling elements of the axial bearing. On the other hand, it is also possible for only the running surface of the axial bearing, i.e. the outer ring of the axial bearing - viewed in the installed position relative to the journal - to be supported on the journal. In the installed position, the outer ring of the radial bearing has an inner collar in the axial direction which extends radially in the direction of the journal axis of the journal mounted in the joint fork. The collar of the outer ring of the radial bearing forms at least indirectly the inner running surface of the axial bearing in the axial direction. The outer ring also has a so-called outer collar which is located on the outside in the axial direction in the installed position and which is assigned a stop in the fork eye. The inner ring also has an outer collar which is located on the outside in the axial direction in the installed position and which is aligned with the pin axis of the pin mounted in the joint fork and forms an axial stop for the seat of the inner ring in the front area of the pin. This outer collar can be connected to the pin mounted in the joint fork in a force-fitting and/or form-fitting manner. This collar can be designed in such a way that it forms a structural unit with the inner ring. Another possibility is for the collar to be formed by a separate component. This separate component can, for example, be designed in the shape of a lid. The cover is preferably designed in such a way that it rests with at least a first part of its inner cover surface, which is understood to be the cover surface facing the joint axis in the installation position, on the front side of the pin of the pin mounted in the joint fork and forms a stop for the inner ring of the radial bearing with a second part of its inner cover surface in the installation position. With this design, in contrast to the otherwise
G 05696GM/Voith Turbo GmbH & Co. KG/"Lageranordnung II"/ak/knOOOi 37/26. Juni aoe»? ·· ·· ··, #J G 05696GM/Voith Turbo GmbH & Co. KG/"Bearing arrangement II"/ak/knOOOi 37/26 June aoe»? ·· ·· ··, # J
Erfinder H. Lindental 'I .* I 1 &iacgr;.. . · .Inventor H. Lindental 'I .* I 1 &iacgr;.. . · .
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.The desired rigid bearing construction achieves an elastic connection of the axial bearing. This type of elastic connection leads to a better contact pattern of the individual bearings and thus a longer service life of the bearing units and also of the entire cross pin joint arrangement. A significant disadvantage of such a design, however, is that it requires considerable design and manufacturing effort, since the connection of the pins to the joint fork halves requires a large number of components that perform the functions described. Due to the necessary coordination of the individual elements with one another, the creation of such a bearing arrangement is very cost-intensive.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kreuzgelenkanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß die genannten Nachteile vermieden werden. Im einzelnen soll die Kreuzgelenkanordnung einen einfachen Aufbau sowie eine geringe Anzahl von Bauteilen aufweisen. Die Ausschaltung der negativen Einflüsse bei Verformung der drehmomentübertragenden Bauteile auf die Lageranordnung, insbesondere das Axiallager, soll ohne Kenntnis der konkreten Verhältnisse des Einsatzfalles mit einer möglichst standardisierten Lösung ausgeschlossen werden können. Die vorgeschlagene Lösung soll sich dabei durch einen geringen konstruktiven fertigungstechnischen Aufwand sowie niedrige Kosten auszeichnen.The invention is therefore based on the task of further developing a universal joint arrangement of the type mentioned at the beginning in such a way that the disadvantages mentioned are avoided. In detail, the universal joint arrangement should have a simple structure and a small number of components. The elimination of the negative influences on the bearing arrangement, in particular the axial bearing, when the torque-transmitting components are deformed should be possible without knowledge of the specific conditions of the application with a solution that is as standardized as possible. The proposed solution should be characterized by low design and manufacturing effort and low costs.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils in den Unteransprüchen beschrieben.The solution according to the invention is characterized by the features of claim 1. Advantageous embodiments are described in the subclaims.
Eine Kreuzgelenkanordnung für den Einsatz in Gelenkwellen umfaßt wenigstens eine, aus zwei Gelenkgabelhälften, umfassend jeweils wenigstens einen Flanschteil und einen Lagerteil, bildbare Gelenkgabel. In der Gelenkgabel ist wenigstens eine Zapfenanordnung eines ZapfenkreuzesA universal joint arrangement for use in universal joint shafts comprises at least one universal joint yoke which can be formed from two universal joint yoke halves, each comprising at least one flange part and one bearing part. In the universal joint yoke, at least one journal arrangement of a journal cross
G 05696GM/ Voith Turbo GmbH & Co. KG /"Lageranordnung 11° / ak/kn000137 / 26. »Juni 2(XM. Erfinder H. Undental * 1 ," G 05696GM/ Voith Turbo GmbH & Co. KG /"Bearing arrangement 11° / ak/kn000137 / 26. »June 2(XM. Inventor H. Undental * 1 ,"
gelagert. Die Gelenkgabel bzw. jede der Gelenkgabelhälften weist dazu wenigstens eine Lagerbohrung auf, welche im Lagerteil der jeweiligen Gelenkgabelhälfte angeordnet ist, und eine Lageranordnung, die der Lagerbohrung zugeordnet ist. Die Lageranordnung selbst umfaßt wenigstens ein Axiallager. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, die Lagerbohrung der einzelnen Gelenkgabelhälfte als Blindbohrung auszuführen, d.h. die Gestaltung der Gelenkgabelhälfte erfolgt als geschlossene Ausführung. Die Anordnung des Axiallagers erfolgt im Bereich der Stirnseite des in der Gelenkgabel gelagerten Zapfens, d.h. in deren Nähe. Die Anordnung kann dabei außerhalb des Zapfens oder innerhalb der Zapfenbohrung erfolgen.The joint fork or each of the joint fork halves has at least one bearing bore, which is arranged in the bearing part of the respective joint fork half, and a bearing arrangement which is assigned to the bearing bore. The bearing arrangement itself comprises at least one axial bearing. According to the invention, the bearing bore of the individual joint fork half is designed as a blind bore, i.e. the joint fork half is designed as a closed version. The axial bearing is arranged in the area of the front side of the pin mounted in the joint fork, i.e. in its vicinity. The arrangement can be outside the pin or inside the pin bore.
Wenigstens eine der Laufbahnen des Axiallagers stützt sich wenigstens mittelbar an der Gelenkgabel oder dem in der Gelenkgabel gelagerten Zapfen des Zapfenkreuzes über entsprechende Mittel elastisch ab. Unter Zapfenachse wird dabei immer die Symmetrieachse der in einer Gelenkgabel gelagerten Zapfenanordnung verstanden. Jede Zapfenanordnung eines Zapfenkreuzes umfaßt zwei Zapfen, welche um 180° zueinander versetzt angeordnet sind, d.h. eine gemeinsame Symmetrieachse aufweisen und im Bereich der Zapfenwurzeln miteinander gekoppelt sind. Unter Gelenkachse wird die Achse verstanden, welche durch den Schnittpunkt der ZapfenachsenAt least one of the raceways of the axial bearing is supported elastically, at least indirectly, on the joint fork or the journal of the journal cross mounted in the joint fork via appropriate means. The journal axis is always understood to be the axis of symmetry of the journal arrangement mounted in a joint fork. Each journal arrangement of a journal cross comprises two journals which are arranged offset by 180° from one another, i.e. have a common axis of symmetry and are coupled to one another in the area of the journal roots. The joint axis is understood to be the axis which passes through the intersection of the journal axes.
0 eines in der Gelenkgabel gelagerten Zapfenkreuzes verläuft und in der Regel0 of a cross journal mounted in the joint fork and usually
mit der Rotationsachse der Gelenkgabel bzw. der Symmetrieachse des an die Gelenkgabel anschließenden antriebsseitigen oder abtriebsseitigen Bauelementes zusammenfällt.coincides with the axis of rotation of the joint fork or the axis of symmetry of the drive-side or output-side component connected to the joint fork.
Die Mittel umfassen wenigstens ein zwischen einer Laufbahn bzw. einem eine Laufbahn tragenden Element des Axiallagers und der Gelenkgabel oder dem Zapfen der in der Gelenkgabel gelagerten Zapfenanordnung angeordnetes Zwischenelement, umfassend wenigstens ein Stützelement. Zur elastischen Abstützung ist wenigstens ein Stützelement vorgesehen, welches vorzugsweise in Form eines scheibenförmigen Elementes ausgeführt ist und wenigstens eine Laufbahn des Axiallagers gegenüber dem Zapfen des in derThe means comprise at least one intermediate element arranged between a raceway or a raceway-bearing element of the axial bearing and the joint fork or the journal of the journal arrangement mounted in the joint fork, comprising at least one support element. For elastic support, at least one support element is provided, which is preferably designed in the form of a disk-shaped element and at least one raceway of the axial bearing relative to the journal of the journal arrangement mounted in the joint fork.
G 0569BGM/ Voith Turbo GmbH & Co. KG /"Lageranordnung II"/ ak/kn000137/26.*luni 8QQ1.- .. .» ·* ♦G 0569BGM/ Voith Turbo GmbH & Co. KG /"Bearing arrangement II"/ ak/kn000137/26.*luni 8QQ1.- .. .» ·* ♦
Erfinder H. Undental ' · . * ', ', i,t J . &Iacgr; Inventor H. Undental ' · . * ', ', i, t J . &Iacgr;
entsprechenden Gelenkgabelhälfte gelagerten Zapfens oder der Gelenkgabel abstützt. Erfindungsgemäß besteht das Stützelement dabei aus einem Werkstoff mit der Eigenschaft einer Elastizität, welche im Bereich vom 200 bis 2000 % der Elastizität des Werkstoffes Stahl liegt und somit eine Einfederung des Axiallagers ermöglicht.The support element is made of a material with the property of elasticity which is in the range of 200 to 2000% of the elasticity of the material steel and thus enables the axial bearing to be deflected.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, daß unabhängig von der Größe der auftretenden Verformungen am Zapfenkreuz und den dieses umgebenden Bauelementen immer eine Planparallelität der einzelnen Laufbahnen des Axiallagers auf einfache Art und Weise verwirklicht, wobei gleichzeitig eine einfache Ausgestaltung der Lageranordnung in einer geschlossenen Gelenkgabelausführung realisiert wird. Diese Ausführung ist besonders für hohe Belastungen geeignet. Die Funktion, welche ansonsten von einem separaten Lagerdeckel, welcher dem Lagerteil und insbesondere der Lagerbohrung zugeordnet ist, übernommen wurde, wird jetzt von der Gelenkgabel selbst übernommen. Diese ist in der Regel als Vollgußbauteil ausgeführt und somit nicht durch die, die Lagerung aufnehmende Lagerbohrung geschwächt.The solution according to the invention makes it possible to always achieve plane parallelism of the individual raceways of the axial bearing in a simple manner, regardless of the size of the deformations occurring on the journal cross and the components surrounding it, while at the same time a simple design of the bearing arrangement is realized in a closed joint fork design. This design is particularly suitable for high loads. The function that was otherwise taken over by a separate bearing cover, which is assigned to the bearing part and in particular the bearing bore, is now taken over by the joint fork itself. This is usually designed as a solid cast component and is therefore not weakened by the bearing bore that accommodates the bearing.
Des weiteren wird durch den Versatz des Axiallagers in den Bereich der Zapfen-Stirnseite des in der Gelenkgabel gelagerten Zapfens Bauraum für das Radiallager in axialer Richtung gewonnen.Furthermore, by offsetting the axial bearing into the area of the journal face of the journal mounted in the joint fork, installation space is gained for the radial bearing in the axial direction.
Die konkrete Auswahl des Werkstoffes für das Stützelement zur elastischen Anbindung des Axiallagers an den Anschlußelementen, insbesondere in der Lagerbohrung der Gelenkgabel und dem Zapfen des Zapfenkreuzes, liegt im Ermessen des auf dem Gebiet der Konstruktion von derartigen Kreuzgelenkanordnungen tätigen Fachmannes. Wesentlich dabei ist, daß der auszuwählende Werkstoff eine Elastizität aufweist, welche einem Bruchteil der von Stahl entspricht. Vorzugsweise wird ein Werkstoff gewählt, dessenThe specific selection of the material for the support element for the elastic connection of the axial bearing to the connecting elements, in particular in the bearing bore of the joint fork and the journal of the journal cross, is at the discretion of the expert working in the field of designing such universal joint arrangements. It is essential that the material to be selected has an elasticity which corresponds to a fraction of that of steel. Preferably, a material is selected whose
G 05696GM / Voith Turbo GmbH & Co. KG / "Lageranordnung &Igr;&Ggr; / ak/kn000137 / 26. Juni ZPPl ♦ *·*. * · *G 05696GM / Voith Turbo GmbH & Co. KG / "Bearing arrangement &Igr;&Ggr; / ak/kn000137 / 26 June ZPPl ♦ *·*. * · *
Erfinder H. Lindental '*■ J .* \ J J,, I . *tInventor H. Lindental '*■ J .* \ JJ,, I . *t
Elastizität in einem Bereich von ca. 200 bis 2000 % der Elastizität von Stahl und damit 2 bis 20 mal höher als Stahl liegt.Elasticity is in a range of approximately 200 to 2000% of the elasticity of steel and thus 2 to 20 times higher than steel.
Das Stützelement, welches vorzugsweise scheibenartig ausgeführt ist, ist vorzugsweise einteilig und als Vollelement ausgeführt und in wenigstens zwei Teilbereiche unterschiedlichen Durchmessers unterteilbar, einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich, wobei der erste Teilbereich wenigstens eine Laufbahn des Axiallagers bildet und sich an einem Anschlußelement abstützt. Der erste Teilbereich weist dazu einen größeren Durchmesser als der zweite Teilbereich auf, wobei die vom Anschlußelement Gelenkgabel oder Zapfen - wegweisende Stirnfläche im Bereich des Außenumfanges des ersten Teilbereiches die Laufbahn für das Axiallager bildet. Der sich daran anschließende zweite Teilbereich dient in der Regel der Abstützung des die Laufbahn des Axiallagers bildenden Elementes in radialer Richtung bezogen auf die Zapfenachse des in der Gelenkgabel gelagerten Zapfens.The support element, which is preferably designed in the form of a disk, is preferably one-piece and designed as a solid element and can be divided into at least two sub-areas of different diameters, a first sub-area and a second sub-area, the first sub-area forming at least one raceway of the axial bearing and being supported on a connecting element. The first sub-area has a larger diameter than the second sub-area, the end face facing away from the connecting element - joint fork or pin - forming the raceway for the axial bearing in the area of the outer circumference of the first sub-area. The adjoining second sub-area generally serves to support the element forming the raceway of the axial bearing in the radial direction relative to the pin axis of the pin mounted in the joint fork.
Denkbar ist auch eine Ausführung, bei welcher die Laufbahnen für das Axiallager vom Stützelement selbst gebildet werden, wobei jedoch in diesem Fall eine entsprechende Bearbeitung wenigstens des Laufflächen tragenden Bereiches am Stützelement erfolgen muß.A design is also conceivable in which the raceways for the axial bearing are formed by the support element itself, although in this case appropriate machining of at least the area of the support element carrying the raceways must be carried out.
Für die Anordnung des Axiallagers selbst bestehen ebenfalls eine Mehrzahl von Möglichkeiten, dieses ist jedoch immer im Bereich der Stirnfläche des in der Gelenkgabel gelagerten Zapfens des Zapfenkreuzes angeordnet. Die konkrete Anordnung kannThere are also a number of possibilities for the arrangement of the axial bearing itself, but this is always arranged in the area of the front face of the journal of the journal cross mounted in the joint fork. The specific arrangement can
a) außerhalb des Zapfens des in der Gelenkgabel gelagerten Zapfenkreuzes in der Lagerbohrung, d.h. ausgehend von der 0 Gelenkachse oberhalb der Stirnseite des Zapfens odera) outside the journal of the journal cross mounted in the joint fork in the bearing bore, i.e. starting from the 0 joint axis above the front side of the journal or
G 05696GM / Voith Turbo GmbH & Co. KG / "Lageranordnung II" / ak/kn000137 / 2&bgr;. Juni 3004· ·· ·· Erfinder H. ündental * 1 . * \ « · · ·G 05696GM / Voith Turbo GmbH & Co. KG / "Bearing arrangement II" / ak/kn000137 / 2&bgr;. June 3004· ·· ·· Inventor H. ündental * 1 . * \ « · · ·
b) innnerhalb einer sich von der Stirnseite des in der Gelenkgabelhälfte gelagerten Zapfens zur Gelenkachse G hin erstreckenden Zapfenbohrung oderb) within a pin hole extending from the front side of the pin mounted in the joint fork half to the joint axis G or
c) direkt in Höhe der Stirnseite des in der Gelenkgabel gelagerten Zapfens angeordnet werden.c) be positioned directly at the level of the front face of the pin mounted in the joint fork.
Je nach Auswahl der Anordnungsmöglichkeit des Axiallagers in oder außerhalb der Zapfenbohrung erfolgt die Zwischenschaltung des Stützelementes mit dem elastischen Teilbereich zum Ausgleich der Relativbewegung unter dem Einfluß der Umfangskraft zwischen dem Zapfenkreuz und der Gelenkgabel. Vorzugsweise erfolgt bei Anordnung des Axiallagers in der Zapfenbohrung eine direkte Abstützung der inneren Lauffläche des Axiallagers an der von der Gelenkachse G wegweisenden Fläche der Zapfehbohrung. Die äußere Lauffläche stützt sich dann über das Stützelement elastisch an der Gelenkgabel ab. Das Stützelement ist in Einbaulage betrachtet somit von der Gelenkachse G ausgehend in Richtung der Zapfenachse oberhalb des Axiallagers angeordnet. Im anderen Fall, d.h. bei Anordnung des Axiallagers außerhalb der Zapfenbohrung, erfolgt vorzugsweise die elastische Anbindung über das Stützelement am Zapfen desDepending on the choice of arrangement of the axial bearing in or outside the journal bore, the support element is interposed with the elastic part to compensate for the relative movement under the influence of the circumferential force between the journal cross and the joint fork. Preferably, when the axial bearing is arranged in the journal bore, the inner running surface of the axial bearing is directly supported on the surface of the journal bore facing away from the joint axis G. The outer running surface is then elastically supported on the joint fork via the support element. When viewed in the installed position, the support element is thus arranged above the axial bearing, starting from the joint axis G in the direction of the journal axis. In the other case, i.e. when the axial bearing is arranged outside the journal bore, the elastic connection is preferably made via the support element on the journal of the
0 Zapfenkreuzes, wobei das Stützelement sich in der Zapfenbohrung an dem in0 cross, whereby the support element is in the pin hole at the
der Gelenkgabel gelagerten Zapfen abstützt. Für beide Ausführungen können die gleichen Elemente, jedoch mit Vertauschung der Funktionen, bezogen auf die Teilbereiche verwendet werden. Für das Axiallager selbst besteht die Möglichkeit, die Axiallager-Laufbahnen von separaten Bauelementen zu bilden, beispielsweise von ringförmigen Laufringen, welche sich an den Anschlußelementen bzw. dem Stützelement abstützen, oder aber diese durch entsprechende Bearbeitung an den Anschlußelementen, Gelenkgabel oder Zapfen bzw. Zapfenbohrung und Stützelement direkt auszubilden. Vorzugsweise wird, wenigstens eine Lauffläche am Anschlußelement direkt ausgebildet, da diese Lösung ein optimales Verhältnis bezüglich Bauraumbedarf der Lageranordnung und der übertragbaren Kräfte ermöglicht.the joint fork is supported by a pin supported by the joint fork. The same elements can be used for both designs, but with the functions swapped over in relation to the sub-areas. For the axial bearing itself, it is possible to form the axial bearing raceways from separate components, for example from ring-shaped races that are supported on the connecting elements or the support element, or to form them directly by appropriate machining on the connecting elements, joint fork or pin or pin bore and support element. Preferably, at least one running surface is formed directly on the connecting element, as this solution enables an optimal ratio in terms of the installation space required for the bearing arrangement and the transferable forces.
G 05696GM / Voith Turbo GmbH & Co. KG / "Ugeranordnung II" / aWkn000137 / 26.«|»ni 8«&EEgr;. ^*^^»· #·* #·G 05696GM / Voith Turbo GmbH & Co. KG / "Uger arrangement II" / aWkn000137 / 26«|»ni 8«&EEgr;. ^*^^»· # ·* # ·
Erfinder H. Undental * « · ····· ·· ·Inventor H. Undental * « · ····· ·· ·
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:The solution according to the invention is explained below using figures. The following is shown in detail:
Figur 1a verdeutlicht schematisch in vereinfachter Darstellung eine erfindungsgemäße Ausführung einer Zapfenlageranordnung fürFigure 1a illustrates schematically in a simplified representation an embodiment according to the invention of a journal bearing arrangement for
eine Kreuzgelenkanordnung in Einbaulage in einer Schnittdarstellung durch ein Zapfenkreuz;a universal joint arrangement in installation position in a sectional view through a cross member;
Figur 1b verdeutlicht in schematisch stark vereinfachter Darstellung die unter Belastung auftretenden Verformungen an-den einzelnen Elementen der Kreuzgelenkanordnung gemäß Figur 1;Figure 1b illustrates in a schematically highly simplified representation the deformations occurring under load on the individual elements of the universal joint arrangement according to Figure 1;
Figur 2 verdeutlicht eine Ausführung gemäß der Figur 1a mit einer Weiterbildung des Stützelementes.Figure 2 illustrates an embodiment according to Figure 1a with a further development of the support element.
Die Figur 1a verdeutlicht schematisch in vereinfachter Darstellung die konstruktive Gestaltung einer erfindungsgemäße Ausführung einer Zapfenlageranordnung 1 für eine Kreuzgelenkanordnung 2 in Einbaulage in einer Schnittdarstellung durch ein Zapfenkreuz 3 in einer durch die Zapfenachse Z1 und die Gelenkachse G beschreibbaren Ebene in einer Ansicht auf eine in einer Gelenkgabel 4 gelagerte Zapfenanordnung 5 eines Zapfenkreuzes. In dieser Figur sind zur Veranschaulichung lediglich die beiden Zapfen 6 und 7 der Zapfenanordnung 5 dargestellt, welche in der Gelenkgabel 4 gelagert sind. Die Zapfen einer Zapfenanordnung, hier die Zapfen 6 und 7 der Zapfenanordnung 5 weisen dabei die gleiche Symmetrieachse S auf, welche im dargestellten Fall der Zapfenachse Z1 entspricht. Die Gelenkgabel 4 umfaßt zwei Gelenkgabelhälften, eine erste Gelenkgabelhälfte 8 und eine zweite Gelenkgabelhälfte 9. Die beiden Gelenkgabelhälften 8 und 9 als bauliche Einheit fungieren als Flanschmitnehmer für einen mit der Gelenkgabel 4 koppelbaren Wellenstrang, welcher antriebsseitig oder abtriebsseitig in einem Antriebsstrang angeordnet sein kann. Die Kopplung zwischen dem an die Gelenkgabelhälfte 4 anschließenden Wellenstrang erfolgt dabei kraft- und/oder formschlüssig.Figure 1a schematically illustrates in a simplified representation the structural design of an inventive embodiment of a journal bearing arrangement 1 for a universal joint arrangement 2 in the installed position in a sectional view through a journal cross 3 in a plane that can be described by the journal axis Z1 and the joint axis G in a view of a journal arrangement 5 of a journal cross mounted in a joint fork 4. In this figure, only the two journals 6 and 7 of the journal arrangement 5 are shown for illustration purposes, which are mounted in the joint fork 4. The journals of a journal arrangement, here the journals 6 and 7 of the journal arrangement 5, have the same axis of symmetry S, which in the case shown corresponds to the journal axis Z1. The joint fork 4 comprises two joint fork halves, a first joint fork half 8 and a second joint fork half 9. The two joint fork halves 8 and 9 as a structural unit function as flange drivers for a shaft train that can be coupled to the joint fork 4 and which can be arranged on the drive side or the output side in a drive train. The coupling between the shaft train connected to the joint fork half 4 is force-fitting and/or form-fitting.
G 05696GM / Voith Turbo GmbH & Co. KG / "Lageranordnung II" / ak/knOOO137 / 2&bgr;. «lyni g(j<t1. . . » . Erfinder H. Undental · J .* \ JJ.,, G 05696GM / Voith Turbo GmbH & Co. KG / "Bearing arrangement II" / ak/knOOO137 / 2β. «lyni g(j<t1. . . » . Inventor H. Undental · J .* \ JJ.,,
Zusätzlich können Mittel vorgesehen werden, welche eine Zentrierung der Lage der beiden Gelenkgabelhälften 8 und 9 zueinander in Einbaulage des Wellenstranges betrachtet in axialer Richtung und gleichzeitig oder zusätzlich in beliebiger Richtung zur Gelenkachse G ermöglichen. Die entsprechende Kopplung der beiden Gelenkgabelhälften 8 und 9 miteinander zur Vermeidung einer zu stark wechselnden Beanspruchung der in Richtung der Gelenkachse G ausgerichteten und wirkenden Verbindungselemente während des Betriebes, d.h. der Drehmomentenübertragung über die Kreuzgelenkanordnung, kann vielgestaltig ausgeführt sein. Denkbar sind auch hier Verbindungen, welche eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Kopplung der beiden Gelenkgabelhälften 8 und 9 in einer Richtung im wesentlichen parallel zur Gelenkachse G zueinander und/oder einer Richtung in einem Winkel zur Gelenkachse G ermöglichen.In addition, means can be provided which enable the position of the two joint fork halves 8 and 9 to be centered relative to one another in the installed position of the shaft train in the axial direction and simultaneously or additionally in any direction relative to the joint axis G. The corresponding coupling of the two joint fork halves 8 and 9 to one another in order to avoid excessively changing stress on the connecting elements aligned and acting in the direction of the joint axis G during operation, i.e. the torque transmission via the universal joint arrangement, can be designed in many different ways. Here too, connections are conceivable which enable a positive and/or non-positive coupling of the two joint fork halves 8 and 9 to one another in a direction essentially parallel to the joint axis G and/or in a direction at an angle to the joint axis G.
Das Zapfenkreuz 3 ist mit seiner Zapfenanordnung 5, insbesondere den Zapfen 6 und 7 in der Gelenkgabel 4 im Bereich von deren Lagerbohrungen 10 bzw. 11 mittels jeweils einer Lageranordnung 12 bzw. 13 gelagert. Über die Lagerbohrung 10 bzw. 11 stützen sich die Zapfen 6 bzw. 7 eines Zapfenkreuzes wenigstens mittelbar an den Gelenkgabelhälften 8 bzw. 9 ab.The cross member 3 is supported with its pin arrangement 5, in particular the pins 6 and 7 in the joint fork 4 in the area of its bearing bores 10 and 11 by means of a bearing arrangement 12 and 13, respectively. The pins 6 and 7 of a cross member are supported at least indirectly on the joint fork halves 8 and 9, respectively, via the bearing bore 10 and 11, respectively.
Die zu den in der Gelenkgabel 4 gelagerten weiteren Zapfen des Zapfenkreuzes 3 um jeweils 90° zu den Zapfen 6 und 7 angeordneten Zapfen sind in einer weiteren hier nicht im einzelnen dargestellten Gelenkgabel, umfassend ebenfalls zwei Gelenkgabelhälften, im Bereich von deren Lagerbohrungen mittels ebenfalls jeweils einer Lageranordnung gelagert. Die hier nicht dargestellte Gelenkgabel für die weiteren Zapfen des Zapfenkreuzes 3 sind dann mit einem Maschinenteil je nach Kopplung der Zapfen 6 und 7 mit einem antriebsseitigen oder abtriebsseitigen Bauelement mit einem abtriebsseitigen bzw. antriebsseitigen Bauelement gekoppelt. Die Zapfenachsen der einzelnen Zapfen des Zapfenkreuzes 3, unter denen jeweils die Achsen durch die Zapfen 6 und 7 und die hier nicht dargestellten, um 90° zu diesen Zapfen versetzt angeordneten Zapfen, verstanden werden, könnenThe pins, which are arranged at 90° to the pins 6 and 7 in relation to the further pins of the cross 3 mounted in the joint fork 4, are mounted in a further joint fork (not shown in detail here), also comprising two joint fork halves, in the area of their bearing bores by means of a bearing arrangement. The joint fork (not shown here) for the further pins of the cross 3 are then coupled to a machine part, depending on the coupling of the pins 6 and 7, with a drive-side or output-side component, with an output-side or drive-side component. The pin axes of the individual pins of the cross 3, which are understood to mean the axes through the pins 6 and 7 and the pins (not shown here) arranged offset by 90° to these pins, can
G 05696GM/ Voith Turbo GmbH & Co. KG/"Lageranordnung &Igr;&Ggr;/ ak/kn000137/26. Juni ZODi. ·· ·· ·· ·G 05696GM/ Voith Turbo GmbH & Co. KG/"Bearing arrangement &Igr;&Ggr;/ ak/kn000137/26 June ZODi. ·· ·· ·· ·
Erfinder H. Lindental * J » It*·· ·· ·Inventor H. Lindental * J » It*·· ·· ·
dabei in einer Ebene oder in zwei zueinander in Einbaulage in axialer Richtung parallel versetzten Ebenen der miteinander zu koppelnden antriebsseitigen und abtriebsseitigen Elemente betrachtet, angeordnet werden. Die Lageranordnung 12 bzw. 13 umfaßt jeweils ein Radiallager 14 bzw. 15 mit jeweils einem Außenring 16.1 bzw. 17.1, den Wälzelementen 16.2 bzw. 17.2 und evt. einen Innenring 16.3 bzw. 17.3, auf welchen jedoch in der Ausführung entsprechend Fig. 1a verzichtet wurde, sowie ein Axiallager 18 bzw. 19. Die Lageranordnung 12 umfaßt dabei das Radiallager 14 und das Axiallager 18, während die Lageranordnung 13 das Radiallager 15 und das Axiallager 19 umfaßt. Erfindungsgemäß weisen die Gelenkgabelhälften 8 und 9 lediglich eine Lagerbohrung 10 bzw. 11 in Form einer sogenannten Blindbohrung auf. Dies bedeutet, daß in Einbaulage des Zapfenkreuzes 3, insbesondere in Richtung der Zapfenachse Z1 der Zapfen 6 und 7, betrachtet, die Ausführung der Gelenkgabelhälfte geschlossen erfolgt. Diese umschließt sozusagen den in der Gelenkgabel gelagerten Zapfen. Ein separater Lagerdeckel, der von außen geschraubt wird, entfällt, diese Funktion wird durch die geschlossene Ausführung, der Gelenkgabelhälfte 8 bzw. 9 mitübernommen.in one plane or in two planes offset parallel to one another in the axial direction in the installation position of the drive-side and output-side elements to be coupled to one another. The bearing arrangement 12 or 13 each comprises a radial bearing 14 or 15, each with an outer ring 16.1 or 17.1, the rolling elements 16.2 or 17.2 and possibly an inner ring 16.3 or 17.3, which was omitted in the embodiment according to Fig. 1a, as well as an axial bearing 18 or 19. The bearing arrangement 12 comprises the radial bearing 14 and the axial bearing 18, while the bearing arrangement 13 comprises the radial bearing 15 and the axial bearing 19. According to the invention, the joint fork halves 8 and 9 have only one bearing bore 10 or 11 in the form of a so-called blind bore. This means that in the installed position of the cross member 3, particularly in the direction of the pin axis Z1 of the pins 6 and 7, the design of the joint fork half is closed. This encloses the pin mounted in the joint fork, so to speak. A separate bearing cover that is screwed on from the outside is not required; this function is also taken over by the closed design of the joint fork half 8 or 9.
0 Das Axiallager 18 bzw. 19 ist im Bereich der von der Gelenkachse G weg0 The axial bearing 18 or 19 is in the area of the joint axis G
weisenden Stirnseite 20 bzw. 21 des Zapfens 6 bzw. 7 angeordnet. Dabei kann das Axiallager 18 bzw. 19 in einer im Bereich der Stirnseite 20 bzw. der Zapfen 6 bzw. 7 angeordneten Zapfenbohrung 22 bzw. 23 angeordnet werden. Die Zapfenbohrungen 22, 23 erstrecken sich jeweils von der Stirnseite 20 bzw. 21 in Richtung der Zapfenachse Z1 und weisen eine Symmetrieachse auf, welche mit der Zapfenachse zusammenfällt. Das Axiallager 18 bzw. 19 umfaßt wenigstens die Wälzelemente 18.1 bzw. 19.1. Die Wälzelemente 18.1 bzw. 19.1 stützen sich jeweils an einer zur Gelenkachse G1 unter welcher die Achse durch den in eine Ebene gelegten Schnittpunkt der Zapfenachsen Z1 und Z2 zu verstehen ist, gerichteten Stirnfläche 24 bzw. 25, welche durch die als Blindbohrung 10 bzw. 11facing end face 20 or 21 of the journal 6 or 7. The axial bearing 18 or 19 can be arranged in a journal bore 22 or 23 arranged in the area of the end face 20 or the journal 6 or 7. The journal bores 22, 23 each extend from the end face 20 or 21 in the direction of the journal axis Z1 and have an axis of symmetry which coincides with the journal axis. The axial bearing 18 or 19 comprises at least the rolling elements 18.1 or 19.1. The rolling elements 18.1 and 19.1 are each supported on an end face 24 and 25 directed towards the joint axis G 1 , which is understood to be the axis through the intersection point of the journal axes Z1 and Z2 placed in a plane, which is formed by the blind bore 10 and 11
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ausgeführten Lagerbohrungen in der Gelenkgabelhälfte 8 bzw. 9 gebildet wird, wenigstens mittelbar ab. Dies bedeutet, daß entweder die zur Gelenkachse G gerichtete Stirnfläche der Lagerbohrung 10 bzw. 11 direkt eine Lauffläche für die Wälzelemente 18.1 bzw. 19.1 bildet, oder zwischen den Wälzelementen 18.1 bzw. 19.1 des Axiallagers 18 bzw. 19 ein separates, eine erste Lauffläche bildendes, ringförmiges Element 18.2 bzw. 19.2 vorgesehen werden kann, welches den Außenring des Axiallagers in Einbaulage von der Gelenkachse G ausgehend betrachtet, bildet. Die zweite in axialer Richtung von der Gelenkachse G ausgehend in Einbaulage betrachtet in Richtung der Zapfenachse Z1 innenliegende Lauffläche 18.3 bzw. 19.3 wird von einem Element 28 bzw. 29 gebildet. Dieses Element wird als Stützelement bezeichnet und ist deckeiförmig gestaltet. Es weist in radialer Richtung bezogen auf die Zapfenachse Z1 betrachtet an ihrer von der Gelenkgabelachse G weggerichteten Stirnseite 30 bzw. 31 einen Teilbereich 32 bzw. 33 auf, welcher vorzugsweise im Bereich des Außenumfanges des Stützelementes 28 bzw. 29 vorgesehen ist, welcher die Lauffläche für die Wälzelemente 18.1 bzw. 19.1 bildet. Das Stützelement weist dabei wenigstens zwei Bereiche auf, einen ersten Teilbereich 34.1 bzw. 35.1 und einen zweiten Teilbereich 34.2 bzw. 35.2. Vorzugsweise bilden diese beiden Teilbereiche eine bauliche Einheit. Es besteht jedoch auch theoretisch die hier nicht dargestellte Möglichkeit, diese Elemente als separate Elemente auszuführen und miteinander form- und/oder kraftschlüssig zu verbinden.designed bearing bores in the joint fork half 8 or 9, at least indirectly. This means that either the front surface of the bearing bore 10 or 11 directed towards the joint axis G directly forms a running surface for the rolling elements 18.1 or 19.1, or a separate annular element 18.2 or 19.2 forming a first running surface can be provided between the rolling elements 18.1 or 19.1 of the axial bearing 18 or 19, which forms the outer ring of the axial bearing when viewed in the installation position from the joint axis G. The second inner running surface 18.3 or 19.3 in the axial direction starting from the joint axis G when viewed in the installation position in the direction of the journal axis Z1 is formed by an element 28 or 29. This element is referred to as a support element and is designed in the shape of a cover. Viewed in the radial direction relative to the pin axis Z1, it has a partial area 32 or 33 on its end face 30 or 31 directed away from the joint fork axis G, which is preferably provided in the area of the outer circumference of the support element 28 or 29, which forms the running surface for the rolling elements 18.1 or 19.1. The support element has at least two areas, a first partial area 34.1 or 35.1 and a second partial area 34.2 or 35.2. These two partial areas preferably form a structural unit. However, there is also the theoretical possibility (not shown here) of designing these elements as separate elements and connecting them to one another in a form-fitting and/or force-fitting manner.
Der erste Teilbereich 34.1 bzw. 35.1 ist dabei in der Zapfenbohrung 22 bzw.The first section 34.1 or 35.1 is in the pin bore 22 or
23 angeordnet, wobei eine Kopplung mit dem Zapfenkreuz 3 über eine entsprechende Preßpassung realisiert wird. Dies bedeutet, daß der Außenumfang 36.1 im ersten Teilbereich 34.1 und die Abmessungen der Zapfenbohrung 22 für diesen Teilbereich, insbesondere deren Durchmesser mit der entsprechenden Toleranz für die Gestaltung eines Preßsitzes23, whereby a coupling with the journal cross 3 is realized via a corresponding press fit. This means that the outer circumference 36.1 in the first partial area 34.1 and the dimensions of the journal bore 22 for this partial area, in particular its diameter with the corresponding tolerance for the design of a press fit
0 ausgeführt sind. Eine Bewegbarkeit des Stützelementes 28 gegenüber der0. The mobility of the support element 28 relative to the
Zapfenbohrung 22 in axialer Richtung, d.h. in Richtung parallel zurPin bore 22 in axial direction, i.e. in the direction parallel to the
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Zapfenachse Z1, wird dabei vermieden. Das Stützelement 28 selbst besteht aus einem Werkstoff, welcher eine Elastizität aufweist, die im Bereich von bis 20 % der Elastizität des Werkstoffes Stahl liegt. Damit ist es möglich, eine Kippstellung der Axiallagerlaufbahnen 18.2 bzw. 18.3 je nach Auswahl des Werkstoffes ca. 2 bis 20 Mal elastischer gegenüber Stahlstützstrukturen abzufedern. Vorzugsweise ist das Stützelement aus Kohlefaser-Werkstoff gefertigt.The pin axis Z1 is thereby avoided. The support element 28 itself consists of a material which has an elasticity in the range of up to 20 % of the elasticity of the material steel. This makes it possible to cushion a tilting position of the axial bearing raceways 18.2 or 18.3 approximately 2 to 20 times more elastically than steel support structures, depending on the material selected. The support element is preferably made of carbon fiber material.
Da die Verformung der drehmomentübertragenden Bauteile des Kreuzzapfengelenkes dabei in Umfangsrichtung der Kraft am größten ist, kann es in der Lagerung zu einer ungleichmäßigen Lastverteilung kommen und es wird somit nur noch ein Bruchteil der möglichen Tragzahl genutzt, wobei insbesondere die daraus resultierende fehlende Planparallelität der Axiallagerlaufbahnen eine vorzeitige Ermüdung der Laufbahnen und der Wälzkörper sowie eine möglicherweise zusätzliche plastische Verformung mit ihren Folgen wie Pittings oder ähnliches bewirken kann, sind Mittel zum Ausgleich der Verformung bei Drehmomentbelastung vorgesehen. Diese sind in der Figur 1a in Form eines elastischen Stützelementes 28 bzw. 29 ausgeführt. Die Ausführung als sogenanntes biegeweiches Zwischenstück ermöglicht die Übernahme der Funktion einer Federeinheit zwischen der Axiallagerlaufbahn und den Anschlußelementen - Gelenkgabel oder Zapfen.Since the deformation of the torque-transmitting components of the cross-pin joint is greatest in the circumferential direction of the force, an uneven load distribution can occur in the bearing and only a fraction of the possible load capacity is used. In particular, the resulting lack of plane parallelism of the axial bearing raceways can cause premature fatigue of the raceways and rolling elements as well as possible additional plastic deformation with consequences such as pitting or similar. Means are provided to compensate for the deformation under torque load. In Figure 1a, these are designed in the form of an elastic support element 28 or 29. The design as a so-called flexible intermediate piece enables the function of a spring unit to be taken over between the axial bearing raceway and the connecting elements - joint fork or pin.
Die Zapfenbohrung 22 bzw. 23 kann derart ausgeführt sein, das diese über ihre axiale Erstreckung nur einen Durchmesser aufweist, was von Vorteil bei der Fertigung des Zapfens ist. Denkbar sind jedoch auch Ausführungen mit wenigstens zwei Teilbereichen unterschiedlicher Abmessungen, wie in Fig. dargestellt, wobei vorzugsweise der zweite Teilbereich einen stetig abnehmenden Durchmesser aufweist. In diesem Fall ist das Stützelement jedoch ebenfalls derart auszuführen, daß es im zweiten Teilbereich derThe pin bore 22 or 23 can be designed in such a way that it has only one diameter over its axial extent, which is advantageous when manufacturing the pin. However, designs with at least two partial areas of different dimensions are also conceivable, as shown in Fig., with the second partial area preferably having a continuously decreasing diameter. In this case, however, the support element is also to be designed in such a way that it has a diameter of
0 Zapfenbohrung mit dieser in Wirkverbindung tritt. Die Ausführung von0 pin hole comes into active connection with this. The execution of
Zapfenbohrung 22.2 und Stützelement 28.2 erfolgt dabei in zueinanderPin hole 22.2 and support element 28.2 are in mutual
G 05696GM/ Voith Turbo GmbH & Co. KG/ "Lageranordnung II" / ak/knOOOI37/26. Juni 3G0.1» s· *« »· &egr;G 05696GM/ Voith Turbo GmbH & Co. KG/ "Bearing arrangement II" / ak/knOOOI37/26 June 3G0.1» s· *« »· &egr;
Erfinder H. Undental * » ' »^ ! » *».· &iacgr; · **Inventor H. Undental * » ' »^ ! » *».· &iacgr; · **
komplementärer Weise, so daß das Stützelement im zweiten Teilbereich 22.22 der Zapfenbohrung 22 und über wenigstens einen Teil des ersten Teilbereiches 22.21 in axialer Richtung in der Zapfenbohrung 22.2 fixiert ist. Dies geschieht vorzugsweise durch Auswahl entsprechender Passungen zwischen Stützelement 28.2 und der Zapfenbohrung 22.2 in den entsprechenden Bereichen 22.21 bzw. 22.22. Unter zweitem Teilbereich wird dabei der Bereich der Zapfenbohrung 22.2 verstanden, welcher zwischen dem ersten Teilbereich 22.21 und der Gelenkachse G angeordnet ist.complementary manner, so that the support element is fixed in the second partial area 22.22 of the pin bore 22 and over at least a part of the first partial area 22.21 in the axial direction in the pin bore 22.2. This is preferably done by selecting appropriate fits between the support element 28.2 and the pin bore 22.2 in the corresponding areas 22.21 and 22.22 respectively. The second partial area is understood to mean the area of the pin bore 22.2 which is arranged between the first partial area 22.21 and the joint axis G.
Die durch die Querbeschleunigung entstehenden Axialkräfte, die in Richtung der Zapfenachse Z1 von der Gelenkachse G weg, hier beispielsweise in Richtung der Gelenkgabelhälfte 8, wirken, führen zu einer Belastung des in dieser Richtung liegenden Axiallagers 18 und zu einer Entlastung des in Zapfenachsrichtung entgegen der Wirkungsrichtung der Axialkräfte auf der Seite der Gelenkgabelhälfte 9 liegenden Axiallagers 19. Das entlastete Lager kann in diesem Betriebszustand als passives Lager und das belastete als aktives Lager bezeichnet werden. In dieser Ausführung bewirkt eine in Richtung der Zapfenachse Z1 von der Gelenkachse G wegwirkende Axialkraft eine Beanspruchung des Axiallagers 18. Die Kräfte werden sowohl über den Preßsitz zwischen dem ersten Teilbereich 34.1 des Stützelementes und dem ersten Teilbereich der Zapfenbohrung 22.1 in das Axiallager 18 eingeleitet. Über die Wälzelemente 18.1 werden die Kräfte auf den Außenring 18.2 und damit die Gelenkgabelhälfte 8 übertragen. Es erfolgt somit immer eine Kraftübertragung über das in Kraftrichtung liegende Axiallager.The axial forces caused by the transverse acceleration, which act in the direction of the journal axis Z1 away from the joint axis G, here for example in the direction of the joint fork half 8, lead to a load on the axial bearing 18 located in this direction and to a relief of the axial bearing 19 located in the journal axis direction against the direction of action of the axial forces on the side of the joint fork half 9. In this operating state, the unloaded bearing can be referred to as a passive bearing and the loaded bearing as an active bearing. In this design, an axial force acting in the direction of the journal axis Z1 away from the joint axis G causes a stress on the axial bearing 18. The forces are introduced into the axial bearing 18 via the press fit between the first partial area 34.1 of the support element and the first partial area of the journal bore 22.1. The forces are transmitted to the outer ring 18.2 and thus to the joint yoke half 8 via the rolling elements 18.1. Thus, force is always transmitted via the axial bearing located in the direction of force.
Zur Fixierung der Lage des Außenringes 16.1 des Radiallagers 16 in axialer Richtung kann diesem ein Anschlag in der Lagerbohrung 10 zugeordnet sein. Der Anschlag wird dabei von der zur Gelenkachse G hin ausgerichteten Stirnseite 24 der Lagerbohrung 10 gebildet. Zur Fixierung gegenüber der Gelenkachse G ist dem Außenring des Radiallagers wenigstens ein durch eine ringförmige Fläche beschreibbarer Anschlag 42 zugeordnet, welcher mitTo fix the position of the outer ring 16.1 of the radial bearing 16 in the axial direction, a stop can be assigned to it in the bearing bore 10. The stop is formed by the front side 24 of the bearing bore 10 that is aligned with the joint axis G. To fix it relative to the joint axis G, the outer ring of the radial bearing is assigned at least one stop 42 that can be described by an annular surface, which is connected to
G 05696GM / Voith Turbo GmbH & Co. KG / "Lageranordnung II" / ak/kn000f37 /128. Juni 20&1 Erfinder H. Lindental . · J * '. G 05696GM / Voith Turbo GmbH & Co. KG / "Bearing arrangement II" / ak/kn000f37 /128. June 20&1 Inventor H. Lindental . · J * '.
der Gelenkgabelhälfte 8 verschraubbar ist und mit seiner zum Außenring 16.1 des Radiallagers 14 hinweisenden Fläche 44 einen Anschlag für wenigstens einen Teil der zur Gelenkachse G hinweisenden Stirnfläche 46 des Außenringes 16.1 des Radiallagers 14 bildet.the joint fork half 8 can be screwed and, with its surface 44 pointing towards the outer ring 16.1 of the radial bearing 14, forms a stop for at least part of the end face 46 of the outer ring 16.1 of the radial bearing 14 pointing towards the joint axis G.
In der Figur 1b sind die Verhältnisse beim Auftreten stoßartiger Belastungen bei großen und sich rasch verändernden Beugewinkeln an der Gelenkgabel 4, beispielhaft hier für die Gelenkgabelhälfte 8 wiedergegeben, dargestellt. Die größte Verformung am Zapfenkreuz 3 wird dabei durch Einleitung der Umfangskraft verursacht. Ihre Richtung oszilliert mit einem positiven oder negativen Wert des Betriebebeugewinkels und wechselt außerdem mit jedem Reversiervorgang um 180°. Diese betriebs- und konstruktionsbedingte Einflüsse ergeben Fluchtungsfehler mit einer ungünstigen Lasteinleitung in die Lager, nämlich Mittenversatz der Lagerbohrung 10, Schrägstellung der Lagerbohrung 10, Durchbiegung des Zapfens 6 sowie Radialspiel in den Wälzlagerungen, insbesondere am Radiallager 14 und Einfederung des Wälzlagers. Infolgedessen kommt es zu einer ungleichmäßigen radialen Druckverteilung in der Lagerbohrung 10 und führt von einer Linien- zur Punktberührung an den Kontaktstellen der Wälzkörper 16.1 und zuFigure 1b shows the conditions when shock loads occur with large and rapidly changing bending angles on the joint fork 4, shown here as an example for the joint fork half 8. The greatest deformation on the journal cross 3 is caused by the introduction of the circumferential force. Its direction oscillates with a positive or negative value of the operating bending angle and also changes by 180° with each reversing process. These operational and design-related influences result in misalignment with an unfavorable load introduction into the bearings, namely center offset of the bearing bore 10, inclination of the bearing bore 10, deflection of the journal 6 and radial play in the roller bearings, in particular on the radial bearing 14 and deflection of the roller bearing. As a result, there is an uneven radial pressure distribution in the bearing bore 10 and leads from a line to point contact at the contact points of the rolling elements 16.1 and to
0 überhöhten Kantenspannungen. Ohne das erfindungsgemäße Vorsehen des0 excessive edge stresses. Without the inventive provision of the
Stützelementes 28 käme es zu einem Verkippen der Laufflächen 18.2 und 18.3 des Axiallagers 18 gegeneinander. Die Planparallelität der Laufflächen wäre somit unter Belastung nicht mehr gewährleistet. Das Abheben der Wälzelemente 18.1 bzw. die nur noch bestehende Punktberührung würde zu einer drastischen Tragzahlminderung führen. Durch die erfindungsgemäße elastische Anbindung des Axiallagers 18 können jedoch die Einflüsse der Verformung des Zapfens 6 auf die einzelnen Elemente des Axiallagers 18 ausgeschalten werden. Nicht maßstabsgerecht zur Verdeutlichung wird aus dieser Figur ersichtlich, wie sich die Verhältnisse am Radiallager 14 darstellen, nämlich ein Abheben der Wälzelemente 16.2 von der Außenfläche 60 des Zapfens 6, welche die Lauffläche für das Radiallager 14 bildet. Unberührt vonsupport element 28, the running surfaces 18.2 and 18.3 of the axial bearing 18 would tilt against each other. The plane parallelism of the running surfaces would therefore no longer be guaranteed under load. The lifting of the rolling elements 18.1 or the only remaining point contact would lead to a drastic reduction in the load capacity. However, the elastic connection of the axial bearing 18 according to the invention makes it possible to eliminate the influence of the deformation of the journal 6 on the individual elements of the axial bearing 18. Not to scale for clarity, this figure shows how the conditions on the radial bearing 14 are represented, namely a lifting of the rolling elements 16.2 from the outer surface 60 of the journal 6, which forms the running surface for the radial bearing 14. Unaffected by
Erfinder H. Lindental · · ·· JJ J * J I I Inventor H. Lindental · · ·· JJ J * J II
der durch die Verformungen am Zapfenkreuz 3 hervorgerufene Neigung der Stirnseite 20 des Zapfens bleibt das Stützelement im Bereich seiner die Lauffläche für das Axiallager 18 bildenden Fläche. Der Ausgleich erfolgt über das Stützelement, insbesondere durch die elastische Eigenschaften des Werkstoffes des Stützelementes 28. Diese ermöglichen es, daß der erste Teilbereich des Stützelementes 34.1, welcher mit der Zapfenbohrung 20 verspannt ist, ebenfalls mit der Zapfenbohrung verkippt werden kann, ohne daß diese Verkippung aufgrund der elastischen Eigenschaften zu einer Zwangsmitführung der Lauffläche bzw. des die Lauffläche des Axiallagers abstützenden Teiles führt.the inclination of the front face 20 of the journal caused by the deformations on the journal cross 3, the support element remains in the area of its surface forming the running surface for the axial bearing 18. The compensation takes place via the support element, in particular through the elastic properties of the material of the support element 28. These make it possible for the first part of the support element 34.1, which is braced with the journal bore 20, to also be tilted with the journal bore without this tilting leading to a forced movement of the running surface or the part supporting the running surface of the axial bearing due to the elastic properties.
Die Figur 2 verdeutlicht anhand einer Ausführung der Figur 1 eine weitere Gestaltungsmöglichkeit der Stützscheibe 28. Diese weist einen weiteren dritten Teilbereich auf, welcher gegenüber dem zweiten Teilbereich durch eine stetige Durchmesserabnahme in Richtung der Zapfenachse Z1 charakterisiert ist.Figure 2 illustrates a further design option for the support disk 28 based on an embodiment of Figure 1. This has a further third partial area which, compared to the second partial area, is characterized by a continuous decrease in diameter in the direction of the pin axis Z1.
• ··
G 05696GM / Voith Turbo GmbH & Co. KG / "Lageranordnung II" / ak/kn000ft7 /^B. Juni 2&thgr;&ohacgr; &Igr; · · · Erfinder H. Lindental · J * 1 ', '. ', G 05696GM / Voith Turbo GmbH & Co. KG / "Bearing arrangement II" / ak/kn000ft7 /^B. June 2&thgr;&ohacgr;&Igr; · · · Inventor H. Lindental · J * 1 ', '. ',
1818
Bezugszeichenliste:List of reference symbols:
1 &Lgr; Front face of the blind bore 10 facing the joint axis G,
1 Λ
Stützelement II
Support element
G 05696GM/ Voith Turbo GmbH & Co. KG /"Lageranordnung 11° / ak/knOOOl5f A2S*Jimi 2091**· ** j J *JG 05696GM/ Voith Turbo GmbH & Co. KG /"Bearing arrangement 11° / ak/knOOOl5f A2S*Jimi 2091**· ** j J *J
Erfinden H. Lindertal ·*« .·«····» ·Invent H. Lindertal ·*« .·«····» ·
34.2, 35.2 zweiter, elastischer Teilbereich des Stützelementes34.2, 35.2 second, elastic part of the support element
34.3, 35.3 dritter Teilbereich des Stützelementes34.3, 35.3 third part of the support element
37 von der Gelenkachse G weggerichtete Fläche der37 Surface of the
Zapfenbohrung
42 Anschlag für Außenring-RadiallagerTenon hole
42 Stop for outer ring radial bearing
44 zum Außenring des Radiallagers hinweisende Fläche des44 Surface of the radial bearing facing the outer ring
Anschlages
46 zur Gelenkachse G hinweisende Stirnfläche des AußenringesAttack
46 Front face of the outer ring pointing towards the joint axis G
des Radiallagersof the radial bearing
48 von Gelenkachse G wegweisende Stirnseite des Innenringes des48 Front side of the inner ring of the
RadiallagersRadial bearing
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29824596U DE29824596U1 (en) | 1998-11-10 | 1998-11-10 | Universal joint arrangement for use in cardan shafts |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19851771A DE19851771A1 (en) | 1998-11-10 | 1998-11-10 | Universal joint as joint fork in two halves, pin arrangement of cross link, bearing arrangement for blind bearing hole, axial bearing, and support element |
| DE29824596U DE29824596U1 (en) | 1998-11-10 | 1998-11-10 | Universal joint arrangement for use in cardan shafts |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE29824596U1 true DE29824596U1 (en) | 2001-10-31 |
Family
ID=26050051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29824596U Expired - Lifetime DE29824596U1 (en) | 1998-11-10 | 1998-11-10 | Universal joint arrangement for use in cardan shafts |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29824596U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2848273A1 (en) * | 2002-12-09 | 2004-06-11 | Koyo Seiko Co | Universal joint spider has journals with concave end cavities and stepped outer surfaces that reduce in diameter towards their free ends |
-
1998
- 1998-11-10 DE DE29824596U patent/DE29824596U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2848273A1 (en) * | 2002-12-09 | 2004-06-11 | Koyo Seiko Co | Universal joint spider has journals with concave end cavities and stepped outer surfaces that reduce in diameter towards their free ends |
| US7160192B2 (en) | 2002-12-09 | 2007-01-09 | Koyo Seiko Co., Ltd. | Cross shaft and cross shaft joint |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20011206 |
|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20020910 |
|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20050124 |
|
| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20070119 |
|
| R071 | Expiry of right |