DE4033753C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kreuzgelenk, insbesondere dessen La­ gerung zwischen zwei zueinander beweglichen Teilen, beispiels­ weise ein Zapfenkreuz und einer Gelenkgabel gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruches 1. Ein Kreuzgelenk dieser Gattung ist aus der DE-PS 26 25 960 bekannt.

Bei der Planung von Antrieben mittels Gelenkwellen tritt häufig das Problem auf, daß das zu übertragende Drehmoment einen Ge­ lenk-Rotationsdurchmesser erfordert, der im verfügbaren Bauraum nicht untergebracht werden kann. Besonders beim Austausch von Gelenken mit Gleitlagern bei Walzwerkantrieben gegen Kreuzge­ lenke mit Wälzlagern kommt es zu Einbauschwierigkeiten wegen des Außendurchmessers. Die Vorzüge der Gleitlager-Gelenke sind zwar die geringen Abmessungen, aber die Lebensdauer und die im Betrieb auftretenden Spiele der Gleitlager befriedigen nicht. Von Nachteil der Gleitlager-Gelenke ist ferner der große Bedarf an Schmiermittel, das während des Betriebes austritt und die Umgebung verschmutzt.

Mit dem bekannten Kreuzgelenk ist zwar versucht worden, in einem vorgegebenen Außendurchmesser eine Wälzlagerung mit höhe­ rer dynamischer und statischer Tragfähigkeit unterzubringen. Dazu ist das Zapfenkreuz entlang der Zapfenachse mit zwei ver­ schieden großen Durchmessern ausgeführt, d. h. es verjüngt sich stufenweise nach außen. Das dient einerseits dazu, daß das Zapfenkreuz durch die Bohrungen des Gabelauges der einteilig ausgeführten Gelenkgabel hindurch eingefädelt werden kann. Der kleinere verjüngte Absatz des Zapfens aber wird andererseits genutzt zum Aufsetzen eines zusätzlichen radial weiter außen angeordneten Wälzlagers. Damit war eine Steigerung der Tragfä­ higkeit verbunden, die aber insbesondere hinsichtlich der Le­ bensdauer noch immer nicht ganz befriedigt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das bekannte Gelenk noch weiter zu verbessern und dessen statische und dynamische Tragfähigkeit bei gleichbleibendem Außendurchmesser weiter zu steigern.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. In einem Gelenk sind zwei Wälzlager unterschiedlichen Durchmes­ sers untergebracht. Das im Durchmesser größere Wälzlager befin­ det sich auf einem kleineren Abstand von der Drehachse entfernt als das im Durchmesser kleinere Wälzlager. Letzteres jedoch ist axial teilweise innerhalb des größeren Wälzlagers eingetaucht. Dadurch ist es möglich, beide Wälzlager soweit wie moglich ra­ dial außen von der Drehachse entfernt anzuordnen und deren Durchmesser so groß wie möglich zu wählen, wobei die jeweils radial äußersten Kanten der beiden Lager nahe an den äußeren Durchmesser des Gelenkes gelegt sind. Mit dieser Maßnahme er­ gibt sich eine vorteilhafte Ausnutzung des vorgegebenen Kreis­ querschnittes und eine Steigerung der Lager-Tragfähigkeit, die bis zu 40 Prozent betragen kann.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben. Gemäß den Ansprüchen 2 und 3 soll die Ein­ tauchtiefe des kleineren Lagers mindestens dem vierten Teil der Rollenbreite des größeren Lagers entsprechen, wobei der Innen­ durchmesser des kleineren Lagers mindestens zwei Drittel des Durchmessers des größeren Lagers betragen soll. Während gemäß den Ansprüchen 4 bis 6 mindestens eines der beiden Lager, näm­ lich vorzugsweise das größere Lager, einen separaten Außenring aufweisen soll, kann die äußere Laufbahn für die Rollen des kleineren Lagers als gehärtete Laufbahn an der Gelenkgabel selbst ausgebildet sein. Beide Gabelaugen können gemäß den An­ sprüchen 7 bis 10 jeweils mit einem Lagerdeckel versehen sein, wobei jeweils zwei zueinander fluchtende Lagerdeckel mittels eines Zapfenkreuzankers verbunden sein können, der sich durch eine Bohrung im Zapfenkreuz erstreckt. Diese Lagerdeckel sind in den Gelenkgabeln zentriert und gegen Verdrehung gesichert. Alternativ kann die äußere Laufbahn für Wälzkörper des kleine­ ren Lagers auch am Lagerdeckel angeordnet sein. Zur axialen Führung des Zapfenkreuzes zwischen den beiden Lagerdeckeln dient eine Anlaufscheibe zwischen der Stirnseite des Zapfen­ kreuzes, wobei diese Anlaufscheibe gleichzeitig auch den axia­ len Halt für den Innenring des kleineren Lagers bilden kann. Gemäß den Ansprüchen 11 und 12 kann die Anlaufscheibe entweder aus Metall, vorzugsweise aus Messing oder Bronze, oder aus Kunststoff, vorzugsweise einem glasfaserverstärkten Kunststoff, bestehen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung, die zwei Ausführungsbeispiele zeigt, näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Kreuzgelenk im Be­ reich der Lagerung;

Fig. 2 einen Längsschnitt ähnlich Fig. 1 mit alternati­ ver Lageranordnung;

Fig. 3 einen Querschnitt durch diese Lagerung entlang der Schnittlinie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 eine Variante zur axialen Abstützung.

Die Fig. 1 zeigt den Schnitt durch eine Lagerung zwischen einem Zapfenkreuz 1 und einer Gelenkgabel 2 mit Blickrichtung entlang der Drehachse 15. Das Zapfenkreuz 1 weist einen ersten Lager­ sitz 10 mit dem Durchmesser D auf sowie radial weiter von der Drehachse 15 entfernt einen zweiten Lagersitz 11 mit dem ver­ kleinerten Durchmesser d. Auf dem Lagersitz 10 ist ein Zylin­ derrollenlager 3 mit mehreren Reihen von Zylinderrollen 4 zwischen einem Innenring 5 und einem Außenring 6 angeordnet. Der Lagersitz 11 trägt ein im Durchmesser und in der Breite kleineres Zylinderrollenlager 7 mit Zylinderrollen 8 und einem Innenring 9. Die Anordnung des kleineren Lagers 7 ist so ge­ wählt, daß es sich in axialer Richtung teilweise innerhalb des größeren Lagers 3 befindet. Es taucht dabei mit seiner Breite b um die Eintauchtiefe t in die Breite B des größeren Lagers ein. Die Eintauchtiefe t beträgt dabei vorzugsweise etwa den vierten Teil der Breite B. Das Durchmesserverhältnis d des Lagersitzes 11 des kleineren Lagers zum Durchmesser D des Lagersitzes 10 des größeren Lagers 3 beträgt vorzugsweise 2 : 3. Dadurch ist eine gegenseitige Zuordnung gegeben, die eine optimale Anord­ nung der beiden Lager innerhalb der durch die Außenkontur des Gelenkes mit Radius R zuläßt. Es ist dadurch möglich, in dem vorgegebenen Raum möglichst viele Zylinderrollenreihen auf mög­ lichst großem Durchmesser zur Erhöhung der Tragzahl der ganzen Lagerung unterzubringen.

Das große Lager 3 weist einen Außenring 6 auf, weil in diesem Bereich Bauraum zur Verfügung steht. Anstelle eines Außenringes für das kleinere Lager 7 dagegen weist das Gabelauge selbst eine Außenlaufbahn 21 für die Zylinderrollen 8 auf. Dadurch kann der Durchmesser d für den Lagersitz 11 genügend groß ge­ wählt werden. Der Vorzug dieser Anordnung ist ferner, daß sich die Außenlaufbahn 21 für das kleinere Lager als auch die Boh­ rung für den Außenring 6 des größeren Lagers 3 an demselben Bauteil, nämlich der Gelenkgabel 2, befinden, also mit großer Präzision herzustellen sind. Es handelt sich dabei um eine Ge­ lenkgabel-Bauart, bei der beide Gelenkgabeln getrennt voneinan­ der montiert werden.

Das Gelenk weist einen Lagerdeckel 12 auf, der mit dem Lager­ deckel der gegenüberliegenden Gelenkgabel (nicht dargestellt) durch einen Zapfenkreuzanker 13 verbunden ist. Dieser Zapfen­ kreuzanker verläuft in einer Bohrung 14 im Zapfenkreuz 1. Der Lagerdeckel 12 weist eine innere Aufnahmefläche auf für den Einbau einer Anlaufscheibe 19, an die sich das Zapfenkreuz über eine stirnseitige Abstützfläche 20 anlegt. Die axiale Stirnsei­ te des Innenringes 9 des Lagers 7 bildet dabei eine ebensolche Abstützfläche zur Anlaufscheibe 19 hin, so daß diese Anlauf­ scheibe auch axiale Kräfte vom Innenring 9 her aufnehmen kann und gleichzeitig die axiale Halterung für diesen Innenring dar­ stellt.

Aus der Fig. 2 erkennt man eine alternative Ausbildung der La­ gerung zwischen einem Zapfenkreuz 1 und einer Gelenkgabel 3 mit zwei Zylinderrollenlagern 3 und 7 analog der Ausführung nach Fig. 1. Im vorliegenden Fall jedoch weist ein Lagerdeckel 12a denselben Außendurchmesser auf wie der Außenring 6 des größeren Lagers 3. Die Montage erfolgt in diesem Falle von radial außen her, weil es sich um ein Gelenk in einteiliger Bauart handelt. Der Lagerdeckel 12a weist dabei eine Außenlaufbahn 21a für die Zylinderrollen 8 des kleineren Lagers 7 auf, wobei der Lager­ deckel 12a in der Bohrung der Gelenkgabel exakt zentriert sein muß. Diese Zentrierung ragt radial, von der Drehachse 15 aus gesehen, bis in den Bereich der Zylinderrollen 8 hinein, also auch teilweise in den Bereich des Außenringes 6 für das größere Lager 3. Der übrige Aufbau der Lagerung entspricht derjenigen von Fig. 1.

Die Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch das Gelenk gemäß Fig. 2 entlang der Schnittlinie III. Zu erkennen ist eine Ver­ drehsicherung für den Lagerdeckel 12a, nämlich Stifte 17 im ra­ dial äußeren Bereich des Lagerdeckels 12a, welche in Nuten 18 in der Gelenkgabel 2 eingreifen.

Die Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführung für die axiale Ab­ stützung des Zapfenkreuzes 1 am Lagerdeckel 12a. Dazu ist der Innenring 9 für das kleinere Lager 7 verbreitert ausgebildet und trägt eine stirnseitige Abstützfläche 20a, die etwa der Größe der Abstützfläche an der Anlaufscheibe 19 entspricht. Das Zapfenkreuz 1 ist dabei von radial innen her am Innenring 9 ab­ gestützt. Der Vorzug dieser Ausführung ist eine ungeteilte Ab­ stützfläche zur Anlaufscheibe 19 hin, um möglichen Verschleiß zu reduzieren. Die Anlaufscheibe selbst kann aus Metall, vor­ zugsweise Messing oder Bronze, bestehen oder aus Kunststoff, vorzugsweise einem glasfaserverstärkten Kunststoff.

Claims (12)

1. Lagerung für zwei gegeneinander verdrehbare Teile in einem Gelenk für eine Gelenkwelle, beispielsweise zwi­ schen einem Zapfenkreuz und einer Gelenkgabel, wobei ein von radial innen nach außen gerichtetes und im wesent­ lichen zapfenförmig ausgebildetes Bauteil nach radial außen stufenweise entsprechend dem Durchmesser der inne­ ren Lagerlaufflächen im Durchmesser verjüngt ist und zur Drehmomentübertragung Lager aufweist mit mindestens zwei Reihen von Zylinderrollen auf unterschiedlichen Bahn­ durchmessern, deren Achsen parallel zur Zapfenachse sind, dadurch gekennzeichnet, daß das radial äußere und im Durchmesser kleinere Lager (7) entlang der Zapfenachse (16) wenigstens teilweise innerhalb der Breite (B) des radial inneren und im Durchmesser größen Lagers (3) ange­ ordnet ist.

2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintauchtiefe (t) des kleineren Lagers (7) in das größere Lager (3) mindestens dem vierten Teil der Breite (B) der Zylinderrollen (4) des größeren Lagers (3) entspricht.

3. Lagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis der Lagersitze (11, 10) des inneren Lagers (7) zum äußeren Lager (3) mehr als 2 : 3 be­ trägt.

4. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens eines der beiden Lager (3, 7) einen Außenring (6) aufweist.

5. Lagerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das größere Lager (3) einen Außenring (6) aufweist, der in einem der beiden beweglichen Teile (Gelenkgabel 2) abge­ stützt ist.

6. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das eine bewegliche Teil (2) des Gelenks eine gehärtete äußere Laufbahn (21) für die Zylinderrollen (8) des kleineren Lagers (7) aufweist.

7. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beide Gabelaugen (2) des Kardangelenkes La­ gerdeckel (12, 12a) aufweisen, die durch einen sich durch eine Bohrung (14) durch das Zapfenkreuz (1) erstreckenden Zapfenkreuzanker (13) gegenseitig verbunden, in den Lager­ augen der Gelenkgabel (2) zentriert und gegen Verdrehen ge­ sichert sind.

8. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Lagerdeckel (12a) eine äußere Laufbahn (21a) für die Zylinderrollen (8) des kleineren Lagers (7) aufweist.

9. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die axiale Führung des Zapfenkreuzes (1) ent­ lang der Zapfenachse (16) zwischen den Lagerdeckeln (12, 12a) durch axiale Anlaufscheiben (19) gebildet ist.

10. Lagerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenring (9) des kleineren Lagers (7) mit der axialen Stirnseite des Zapfenkreuzes (1) eine gemeinsame Anlage­ fläche (20) für die Anlaufscheibe (19) bildet, so daß die Anlaufscheibe (19) einen axialen Anschlag für den Innenring (9) des kleineren Lagers (7) bildet.

11. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anlaufscheibe (19) aus Metall, vorzugs­ weise Messing oder Bronze, besteht.

12. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anlaufscheibe (19) aus Kunststoff, vor­ zugsweise aus glasfaserverstärktem Material, besteht.