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Dokumentenidentifikation DE19712160C1 10.06.1998
Titel Kreuzgelenkwelle zum Antrieb von oder zur Verwendung in Antrieben von Landmaschinen
Anmelder GKN Walterscheid GmbH, 53797 Lohmar, DE
Erfinder Kretschmar, Horst, Dipl.-Ing., 51145 Köln, DE
Vertreter Harwardt Neumann Patent- und Rechtsanwälte, 53721 Siegburg
DE-Anmeldedatum 22.03.1997
DE-Aktenzeichen 19712160
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 10.06.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.06.1998
IPC-Hauptklasse B60K 17/22
IPC-Nebenklasse F16C 3/03   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Kreuzgelenkwelle zum Antrieb von oder zur Verwendung in Antrieben von Landmaschinen mit zwei Kreuzgelenken 6, 7 und einer beide verbindenden und Abstandsänderungen zwischen den Kreuzgelenken 6, 7 zulassenden Verbindungswelle 8. Diese umfaßt zwei ineinander und entlang einer Längsachse 16 verstellbare Rohre, nämlich ein Innenrohr 20 und ein Außenrohr 19. Zur Abdichtung des Systems ist eine Dichtung 27 zwischen dem Außenrohr 19 und der Außenfläche 25 des Innenrohres 20 vorgesehen. Die Bohrung 23 des Außenrohres 19 ist zum zweiten Kreuzgelenk 7 hin durch ein Verschlußelement 28 dicht verschlossen. Um bei Änderungen des Abstandes 15 einen Volumenausgleich zu schaffen, ist ein Ausgleichskolben 29 mit Dichtlippen 30 in der Bohrung 24 des Innenrohres 20 verstellbar angeordnet. Hierdurch wird ein Eindringen von Schmutz durch die Bohrungen der beiden Rohre 19, 20 wirksam verhindert. Gleichzeitig wird gewährleistet, daß bei Änderungen des Abstandes 15 eine leichte Verschieblichkeit erhalten bleibt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Kreuzgelenkwelle, insbesondere zum Antrieb von oder zur Verwendung in Antrieben von Landmaschinen. Sie weist zwei Kreuzgelenke auf, welche durch eine Verbindungswelle miteinander verbunden sind, die Abstandsänderungen zwischen den Kreuzgelenken zuläßt. Die Verbindungswelle umfaßt zwei ineinandergesteckte Rohre, nämlich ein Innenrohr und ein Außenrohr, diese beiden Rohre sind ineinander entlang einer Längsachse zur Abstandsänderung zwischen den beiden Kreuzgelenken verstellbar. Sie weisen zur Drehmomentübertragung einen vom Kreisquerschnitt abweichenden Querschnitt auf. Jedes der beiden Kreuzgelenke umfaßt jeweils eine erste Gelenkgabel und eine zweite Gelenkgabel sowie ein beide verbindendes Zapfenkreuz, so daß zwischen den beiden Gelenkgabeln eine räumliche Abwinklung ermöglicht wird. Die beiden ersten Gelenkgabeln weisen jeweils eine durchgehende Anschlußbohrung auf. Die Anschlußbohrung der ersten Gelenkgabel des ersten Kreuzgelenkes nimmt das Innenrohr und die Anschlußbohrung der ersten Gelenkgabel des zweiten Kreuzgelenkes das Außenrohr zur drehfesten Verbindung auf. Die beiden zweiten Gelenkgabeln dienen zum Anschluß der Kreuzgelenkwelle, beispielsweise an die Zapfwelle eines Traktors bzw. an den Antriebszapfen des davon anzutreibenden Gerätes.

Bei solchen, z. B. aus der DE-Z: Antriebstechnik 2 (1963) Nr. 10, S. 362 bis 364, insbesondere S. 362, linke Spalte, sowie Fig. 1 oder DE 44 27 532 A1 bekannten, für den Einsatz in Landmaschinen bzw. zum Antrieb in Landmaschinen gedachten Kreuzgelenkwellen besteht die Gefahr des Eindringens von Schmutz in den Bereich der aufeinander gleitenden Flächen von Außenrohr und Innenrohr. Es kann einerseits von außen auf die Außenflächen der beiden Rohre gelangen und sich auf den relativ zueinander bewegenden Flächen absetzen. Schmutz kann ferner durch die Bohrung von Innenrohr und Außenrohr in den Bereich der beiden aufeinander gleitenden Flächen von Außenrohr und Innenrohr gelangen. Durch diesen Schmutz wird die Reibung zwischen den beiden negativ beeinflußt.

Aus der DE-OS 23 08 820 ist eine Abdichtung für die Verschiebeanordnung einer Kreuzgelenkwelle für Kraftfahrzeuge bekannt. Die Verschiebeanordnung umfaßt eine innen verzahnte Hülse und einen darin verschiebbar einsitzenden außen verzahnten Zapfen. Um den Zapfen ist koaxial herum ein Schutzrohr mit Abstand angeordnet. Dieses ist mit einem Ende an den Zapfen angeschweißt. Es übergreift mit seinem freien Ende die Hülse und ist mit einer Dichtung an diesem Ende zur Außenfläche der Hülse abgedichtet. Eine solche Ausführungsform ist aufwendig.

In der DE 42 37 176 C1 ist eine Gelenkwelle beschrieben, deren Verschiebanordnung zwei ineinandergesteckte Rohre umfaßt und welche durch eine Schmiervorrichtung mit Schmiermittel versorgt werden. Der den Schmiernippel tragende Einsatz ist in die gelenkseitige Bohrung des Innenrohres eingesteckt, so daß es dieses gegen Eindringen von Staub oder Schmutz verschließt. Er ist mit dem am anderen Ende des Innenrohres angeordneten und den Austritt des Schmiermittels zulassenden Element mittels eines Schlauches verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kreuzgelenkwelle zu schaffen, bei der die an der Drehmomentübertragung beteiligten Flächen frei von eindringendem Schmutz gehalten werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Außenrohr eine Dichtung zugeordnet ist, welche gegenüber der Außenfläche des Innenrohres dichtet, daß dem Außenrohr ein Verschlußelement zugeordnet ist, das zum zweiten Kreuzgelenk hin in der Bohrung des Außenrohrs dichtend eingesetzt ist, und daß in der Bohrung des Innenrohres ein Ausgleichskolben entlang der Längsachse verstellbar einsitzt.

Von Vorteil ist, daß an sämtlichen Stellen, von denen eine Verschmutzung her eintreten kann, eine Abdichtung gegeben ist. Es kann also kein Schmutz durch die Bohrungen der Rohre an die aufeinander gleitenden und zur Drehmomentübertragung dienenden Flächen gelangen. Bei der axialen Bewegung der beiden Rohre zueinander ergibt sich jedoch im Innenraum eine Volumenänderung. Diese wird durch den Ausgleichskolben ausgeglichen, der das zwischen dem Ausgleichskolben und dem Verschlußelement eingeschlossene Volumen durch eine Relativverstellung in der Bohrung des Innenrohres konstant hält, so daß kein Überdruck oder Unterdruck entstehen kann. Dies ist erforderlich, um keine Kräfte zu erzeugen, die einer leichten Verstellbarkeit von Außenrohr und Innenrohr zueinander zwecks Ausgleich der Abstandsänderung zwischen den beiden Kreuzgelenken entgegen wirken. Dabei ist, um eine Bewegungsbegrenzung des Ausgleichskolben zu erreichen, dieser zwischen zwei Anschlägen verstellbar angeordnet. Hierdurch wird erreicht, daß der Ausgleichskolben bei schneller Relativbewegung von Außenrohr zu Innenrohr nicht aus der Führung in der Bohrung des Innenrohres gelangen kann. Bei Entstehen eines Vakuums, das durch den Ausgleichskolben verhindert wird, könnte trotz Dichtung Schmutz eindringen.

Der Ausgleichskolben ist vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt und dem Querschnitt der Bohrung des Innenrohres angepaßt. Ist die dabei erzielte Abdichtung nicht ausreichend, können stirnseitig an dem Ausgleichskolben Dichtlippen vorgesehen sein, die sich an die Wandung der Bohrung des Innenrohres anlegen.

Bei einer Herstellung des Ausgleichskolbens aus einem Kunststoff können diese Dichtlippen gleich angeformt werden. Darüberhinaus wird hierdurch eine geringe Masse erzielt, so daß eine leichte Verstellbarkeit des Ausgleichskolben gegeben ist. Der Kolben kann also bei Bewegung der Teile und bei Volumenänderungen entsprechend schnell reagieren und verstellt werden.

Als einer der Anschläge kann beispielsweise der Sicherungsstift genutzt werden, der zur Verbindung des Innenrohres mit der zugehörigen ersten Gelenkgabel dient. Dieser verläuft quer zur Längsachse und passiert damit die Bohrung des Innenrohres. Der Ausgleichskolben kann in einer Endstellung gegen diesen anlaufen. In der anderen Richtung kann zur Bewegungsbegrenzung des Ausgleichskolbens im Innenrohr ein Anschlagring vorgesehen sein, der in die Bohrung des Innenrohres eingesetzt ist.

Zur Halterung der Dichtung, die dem Außenrohr zugeordnet ist und gegenüber der Außenfläche des Innenrohres abdichten soll, ist ein Anschlußelement vorgesehen, welches an das nicht mit der ersten Gelenkgabel des zweiten Kreuzgelenkes verbundene Ende des Außenrohres angeschlossen ist. Dieses Anschlußelement kann kappenförmig gestaltet sein und auf das Ende des Außenrohres aufgeschoben sein. Dabei können verschiedene Befestigungsmöglichkeiten vorgesehen sein. Bei der Ausbildung der Kappe aus Metall kann diese mit dem Außenrohr verschweißt werden. Bei einer Ausbildung der Kappe aus Kunststoff kann diese eine Bohrung mit mehreren Nocken aufweisen, die zur Festlegung in Durchbrüche des Außenrohres einfedern. Neben dem Dichtring kann ferner ein Abstreifring vorgesehen sein, der den groben Schmutz abschiebt, wenn eine Relativbewegung stattfindet. Die daneben angeordnete Dichtung kann eine Feindichtung bewirken. Schmutz kann also nicht in den Bereich dieser Dichtung gelangen, und somit ist dafür gesorgt, daß die Dichtfähigkeit der Dichtung nicht durch den Schmutz gestört wird.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 ein Gespann aus einem Traktor und einem Gerät mit Kreuzgelenkwellen zum Antrieb,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Kreuzgelenkwelle,

Fig. 3 einen Querschnitt III-III gemäß Fig. 2 beschränkt auf die beiden ineinandergesteckten Rohre und

Fig. 4 eine Darstellung entsprechend Fig. 2 mit einem Kunststofformteil als Verschlußelement.

Fig. 1 zeigt den Traktor 1 mit dem daran angehängten Gerät 3. Der Traktor 1 besitzt die Zapfwelle 2. Zur Weiterleitung einer Drehbewegung und eines Drehmomentes der Zapfwelle 2 an das Gerät 3 ist dies mit einem Antriebszapfen 4 versehen. Beide sind durch eine Kreuzgelenkwelle 5 verbunden, so daß die Drehbewegung der Zapfenwelle 2 an das Gerät 3 weitergeleitet wird. Die Kreuzgelenkwelle 5 dient damit zum Antrieb eines landwirtschaftlichen Gerätes 3 bzw. einer Landmaschine. Die Kreuzgelenkwelle 5' dient beispielsweise zum Antrieb von Nebenaggregaten des Gerätes 3, d. h., der Hauptantrieb über die Kreuzgelenkwelle 5 wird durch ein beispielsweise zwischengeschaltetes Getriebe und weitere Kreuzgelenkwellen 5' auf die einzelnen Verbraucher des Gerätes 3 verteilt. Dabei ist zusätzlich für die nicht verdeckt angeordnete Gelenkwelle 5 eine Schutzvorrichtung vorgesehen, welche jedoch in den Darstellungen gemäß Fig. 2 und 3 fortgelassen wurde, da sie für die vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung ist.

Die Fig. 2 und 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Kreuzgelenkwelle, die beispielsweise die in der Fig. 1 dargestellte Kreuzgelenkwelle 5, 5' darstellen könnte.

Aus Fig. 2 sind die beiden an den Enden der Kreuzgelenkwelle 5, 5, angeordneten Kreuzgelenke 6, 7 erkennbar. Die beiden Kreuzgelenke 6, 7 sind durch eine Verbindungswelle 8 miteinander verbunden. Das erste Kreuzgelenk 6 besteht aus einer ersten Gelenkgabel 9 und einer zweiten Gelenkgabel 11, welche durch ein Zapfenkreuz 13 gelenkig miteinander verbunden sind. Das zweite Kreuzgelenk 7 umfaßt ebenfalls eine erste Gelenkgabel 10 und eine zweite Gelenkgabel 12, die durch ein Zapfenkreuz 14 gelenkig miteinander verbunden sind. Die Verbindungswelle 8 dient dazu, Änderungen des Abstandes 15 zwischen den Zentren der beiden Kreuzgelenke 6, 7 zuzulassen, die beispielsweise durch die Veränderungen der Lage des aus Fig. 1 ersichtlichen Gerätes 3 im Verhältnis zum Traktor 1 sich ergeben können. Solche Abstandsänderungen können sich beispielsweise bei Kurvenfahrten oder Bodenunebenheiten ergeben. Um dies zuzulassen, ist die Verbindungswelle 8 aus einem Außenrohr 19 und einem Innenrohr 20 gebildet, die ineinandergesteckt sind. Das Außenrohr 19 sitzt in einer Anschlußbohrung 18 der ersten Gelenkgabel 10 des zweiten Kreuzgelenkes 7 ein und ist zu dieser durch einen die quer zur Längsachse 16 verlaufenden Bohrungen der Gelenkgabel 10 und des Außenrohres 19 durchdringenden Sicherungsstift 22 axial festgelegt. Die Anschlußbohrung 18 ist dabei an den Verlauf der Außenkontur des Außenrohres 19, im Querschnitt gesehen, angepaßt, um ein Drehmoment übertragen zu können.

Das Innenrohr 20 ist mit seiner Außenfläche 25 in einer Anschlußbohrung 17 der ersten Gelenkgabel 9 des ersten Kreuzgelenkes 6 aufgenommen und mit der ersten Gelenkgabel 9 durch einen quer zur Längsachse 16 verlaufend angeordneten weiteren Sicherungsstift 21 verbunden. Hierzu weisen die erste Gelenkgabel 9 des ersten Kreuzgelenkes 6 und das Innenrohr 20 entsprechend querverlaufende Bohrungen auf. Der Querschnitt der Anschlußbohrung 17 ist dem Verlauf der Außenkontur des Innenrohres 20 angepaßt. Das Innenrohr 20 sitzt mit seiner Außenfläche 25 in der Bohrung des Außenrohres 19 in Richtung der Längsachse 16 verstellbar ein. Wie aus Fig. 3 erkennbar, sind sowohl das Außenrohr 19 wie auch das Innenrohr 20 mit zwei nach außen gerichteten Ausformungen versehen, die Rippen bilden, so daß eine Drehmomentübertragung zwischen beiden erfolgt. Es ergibt sich also eine Außenkontur des Innenrohres 20 bzw. eine Innenkontur des Außenrohres 19, die vom Kreisquerschnitt abweichen.

Die Flächenbereiche dieser Ausformungen dienen der Drehmomentübertragung zwischen Innenrohr 20 und Außenrohr 19. Dieser Flächenbereich kann mit einem Schmierfilm versehen sein. Der zwischen der Wandung der Bohrung 23 des Außenrohres 19 und der Außenfläche 25 des Innenrohres 20 vorhandene Spalt ist durch eine oder mehrere Dichtungen 27 oder eine Kombination aus einer Dichtung und einem Abstreifring abgedichtet. Diese sind in einer Aufnahmenut 33 eines Anschlußelementes 26 aufgenommen, das mit einer Aufsteckbohrung 32 auf das freie Ende des Außenrohres 19 aufgesteckt und mit diesem durch eine Schweißnaht verbunden ist. Die Bohrung 23 des Außenrohres 19 ist durch ein Verschlußelement 28 in Form eines in die Bohrung 23 des Außenrohres 19 eingesetzten Blechteiles verschlossen. Dieses ist beispielsweise mit dem Außenrohr 19 verschweißt. Es kommt aber auch eine Gestaltung als Verschlußelement 28 in Gestalt eines Kunststofformteiles in Frage, das beispielsweise unter Zuhilfenahme des Sicherungsstiftes 22 unverrückbar festgelegt ist (siehe Fig. 4). Die Anordnung des Verschlußelementes 28, 28' muß nahe zum zweiten Kreuzgelenk 7 hin erfolgen, damit zwischen der dem ersten Kreuzgelenk 6 entfernten Stirnfläche des Innenrohres 20 und dem Verschlußelement 28, 28' ein ausreichend großer Verstellweg gegeben ist, um eine Änderung des Abstandes 15 im gewünschten Maße zuzulassen und die für die Drehmomentübertragung erforderliche Überdeckung zu erreichen. Um zu verhindern, daß Schmutz zusätzlich von der Seite des Gelenkes 6 in die Bohrung 24 des Innenrohres 20 und von dieser in den Bereich der aufeinander gleitenden Flächen von Außenrohr 19 und Innenrohr 20 gelangen kann, ist in die Bohrung 24 ein Ausgleichskolben 29 entlang der Längsachse 16 verstellbar aufgenommen. Er weist an seinen beiden Stirnseiten Dichtlippen 30 auf, die zur Wandung der Bohrung 24 abdichten. Bei einer Änderung des Abstandes 15 im Sinne der Verkleinerung baut sich im Zwischenraum zwischen dem Ausgleichskolben 29 und dem Verschlußelement 28 ein Druck auf, der bewirkt, daß der Ausgleichskolben 29 in der Bohrung 24 des Innenrohres 20 nach links in Richtung auf das erste Kreuzgelenk 6 verstellt wird. Bei einer Abstandsänderung im Sinne der Vergrößerung des Abstandes 15 erfolgt eine entsprechend entgegengesetzte Bewegung. Um die Verstellbewegungen zu begrenzen, ist zu der zum zweiten Kreuzgelenk 7 hinweisenden Stirnfläche des Innenrohres 20 ein Anschlagring 31 in die Bohrung 24 eingesetzt, gegen den der Ausgleichskolben 29 anlaufen kann. Zur Bewegungsbegrenzung in der anderen Richtung dient der Sicherungsstift 21, der die Bohrung 24 passiert.

Bezugszeichenliste

1 Traktor

2 Zapfwelle

3 Gerät

4 Antriebszapfen

5,5' Kreuzgelenkwelle

6 erstes Kreuzgelenk

7 zweites Kreuzgelenk

8 Verbindungswelle

9,10 erste Gelenkgabel

11,12 zweite Gelenkgabel

13,14 Zapfenkreuz

15 Abstand

16 Längsachse

17,18 Anschlußbohrung

19 Außenrohr

20 Innenrohr

21, 22 Sicherungsstift

23 Bohrung des Außenrohres

24 Bohrung des Innenrohres

25 Außenfläche des Innenrohres

26 Anschlußelement

27 Dichtung

28, 28' Verschlußelement

29 Ausgleichskolben

30 Dichtlippe

31 Anschlagring

32 Aufsteckbohrung

33 Aufnahmenut


Anspruch[de]
  1. 1. Kreuzgelenkwelle (5, 5'), insbesondere zum Antrieb von oder zur Verwendung in Antrieben von Landmaschinen (3), mit zwei Kreuzgelenken (6, 7) und einer beide verbindenden und Abstandsänderungen zwischen den Kreuzgelenken (6, 7) zulassenden Verbindungswelle (8), wobei die Verbindungswelle (8) zwei ineinandergesteckte und entlang einer Längsachse (16) zur Abstandsänderung ineinander verschiebbare, eine durchgehende Bohrung (23, 24) aufweisende Rohre (19, 20), nämlich ein Innenrohr (20) und ein Außenrohr (19), umfaßt, welche zur Drehmomentübertragung einen vom Kreisquerschnitt abweichenden Querschnitt aufweisen, wobei ferner die beiden Kreuzgelenke (6, 7) jeweils eine erste Gelenkgabel (9, 10) und eine zweite Gelenkgabel (11, 12) sowie ein beide verbindendes Zapfenkreuz (13, 14) umfassen, wobei die beiden zweiten Gelenkgabeln (11, 12) zum Anschluß der Kreuzgelenkwelle (5, 5') dienen und die beiden ersten Gelenkgabeln (9, 10) jeweils eine durchgehende Anschlußbohrung (17, 18) aufweisen, wobei die Anschlußbohrung (17) der ersten Gelenkgabel (9) des ersten Kreuzgelenkes (6) das Innenrohr (20) und die Anschlußbohrung (18) der ersten Gelenkgabel (10) des zweiten Kreuzgelenkes (7) das Außenrohr (19) zur drehfesten Verbindung aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß dem Außenrohr (19) eine Dichtung (27) zugeordnet ist, welche gegenüber der Außenfläche (25) des Innenrohres (20) dichtet, daß dem Außenrohr (19) ein Verschlußelement (28, 28') zugeordnet ist, das zum zweiten Kreuzgelenk (7) hin in der Bohrung (23) des Außenrohres (19) dichtend einsitzt, und daß in der Bohrung (24) des Innenrohres (20) ein Ausgleichskolben (29) entlang der Längsachse (16) verstellbar einsitzt.
  2. 2. Kreuzgelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichskolben (29) zwischen zwei Anschlägen (21, 31) verstellbar ist.
  3. 3. Kreuzgelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichskolben (29) stirnseitig mit Dichtlippen (30) versehen ist, die an der Wandung der Bohrung (24) des Innenrohres (20) anliegen.
  4. 4. Kreuzgelenkwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Anschläge durch einen Sicherungsstift (21) zur Verbindung des Innenrohres (20) mit der zugehörigen ersten Gelenkgabel (9) dargestellt ist.
  5. 5. Kreuzgelenkwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Anschläge durch einen in der Bohrung (24) des Innenrohres (20) einsitzenden Anschlagring (31) dargestellt ist.
  6. 6. Kreuzgelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (27) von einem Anschlußelement (26) gehalten ist, welches an das der ersten Gelenkgabel (10) des zweiten Gelenkes (7) entfernte Ende des Außenrohres (19) angeschlossen ist.






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