Die Erfindung betrifft eine Gelenkanordnung für eine Gelenkwelle.

Gelenkwellen sind zur Übertragung von Drehmomenten allgemein bekannt und üblich. Die Gelenke oder auch Kardangelenke sind dabei typischerweise aus einem Zapfenkreuz und zwei um 90 Grad zueinander verdrehten Gabeln ausgebildet, wobei jeder Zapfen des Zapfenkreuzes in einer Gabelbohrung der jeweiligen Achse der Gabeln angeordnet ist. Um mit den Gelenkwellen entsprechend hohe Drehmomente dauerhaft zuverlässig zu übertragen, sind die Zapfen in den Gabelbohrungen entsprechend gelagert, da es während des Betriebs zu einer ständigen Schwenkbewegung der Zapfen gegenüber den Gabelbohrungen kommt. Die Lager werden regelmäßig mit einem Gleitmittel wie zum Beispiel Lagerfett geschmiert.

Insbesondere bei Schwerlastgelenkwellen, welche insbesondere in Walzwerksantrieben und Hauptantrieben beim Walzen von Stahl vorgesehen sind, werden sehr hohe Drehmomente in einer Größenordnung von mehreren tausend Kilonewtonmetern übertragen. Um dies bewerkstelligen zu können, sind die Zapfen dabei typischerweise mit Radiallagern und Axiallagern in den Gabelbohrungen gelagert.

Zur Reduzierung des Verschleißes bei Gelenkwellen ist von der Firma Voith ein spezielles Schmiermittel entwickelt worden. Dieses Schmiermittel wird unter der Bezeichnung Voith WearCare 500 vertrieben. Mit diesem speziellen Schmierstoff konnte die Einlagerung von Metallpartikel in dem Lagerschmierstoff reduziert werden. Dennoch lässt sich ein gewisser Verschleiß bzw. metallischer Abrieb nicht ganz vermeiden. Die herausgelösten Metallpartikel wandern unter der Fliehkraft radial nach außen und lagern sich im Bereich der Lagerstirnseite an. Die Lager von Kreuzgelenkanordnungen werden in regelmäßigen Zeitintervallen geschmiert, indem Schmiermittel durch eine in der Lagerbüchse vorgesehene Schmieröffnung hineingedrückt wird. Durch das Einpressen von Schmiermittel können die angelagerten Metall partikel von dem Schmiermittel mitgenommen werden und so erneut in die Abwälzzone des Lagers gelangen. Werden die Partikel zwischen Lagerlaufbahn und Wälzkörper überrollt, führt dies zu lokal hohen Belastungen und letztlich zu einem vorzeitigen Ausfall des Lagers.

Aus der US 4,445 875 ist eine Kreuzgelenkanordnung bekannt, die eine zentrale Schmiermittelöffnung aufweist. Die Zapfen des Zapfenkreuzes sind mit Öl- reservoiren versehen. In den Ölreservoiren sind Ölkontroller angeordnet, die aus porösem Plastikmaterial bestehen. Diese Ölkontroller haben die Aufgabe Fremdpartikel aus dem Öl herauszufiltern. Weiterhin hat der Ölkontroller die Aufgabe bei Stillstand zu verhindern, dass das Öl in das Zentrum des Kreuzgelenkes zurückfließt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Beanspruchung der Kreuzgelenkanordnung durch Verunreinigungen zu reduzieren. Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Durch die Maßnahme, eine ringförmige Vertiefung in der Abdeckung des Zapfens vorzusehen, wobei die Vertiefung eine Öffnung in Richtung des axialen freien Endes des Zapfens aufweist, ist es möglich, durch Verunreinigungen bedingte Beanspruchungen, insbesondere der Lager, zu verringern. Durch eine Rotation der Gelenkanordnung im Betrieb können Verunreinigungen durch die wirkende Zentrifugalkraft begünstigt in die ringförmige Vertiefung eintreten. Vorzugsweise wird bei einem Nachschmieren das Schmiermittel über der Vertiefung hinweggeführt. Damit wird verhindert, dass Verunreinigungen durch neu eingebrachtes Schmiermittel insbesondere in die Lager der Zapfen hineingetrieben werden. Gelangen Verunreinigungen in die Lager, so können dort die Lager, insbesondere die Laufflächen beschädigt werden. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt diese Gelenkanordnung, insbesondere bei Kreuzgelenken, zu verwenden.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind Schmiermittelnuten in einem innerhalb der Abdeckung angeordneten Axiallager und/oder in der Abdeckung selbst ausgebildet. Durch die Schmiermittelnuten kann das Fett hindurchströmen. Die Schmiermittelnuten sind dafür derart angeordnet, dass ein Schmiermittelstrom an der ringförmigen Vertiefung vorbei geführt wird. Insbesondere wird der Schmiermittelstrom oberhalb der Öffnung der ringförmigen Vertiefung vorbeigeführt.

Die Abdeckung ist an dem freien axialen Ende der Zapfen angeordnet. Die Abdeckung kann auch in Form eines Gelenkdeckels ausgeführt sein. Die Öffnung der ringförmigen Vertiefung ist dabei der Rotationsachse zugewandt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Mittenachse der Abdeckung senkrecht zur Rotationsachse der Gelenkanordnung angeordnet. Der Zapfen ist senkrecht zur Rotationsachse ausgerichtet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die ringförmige Vertiefung koaxial zur Axialachse des Zapfens angeordnet. Vorzugsweise ist die Öffnung radial zur Axialachse des Zapfens angeordnet.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Zapfen der Gelenkanordnung durch ein Radiallager gelagert, wobei das Radiallager koaxial zum Zapfen angeordnet ist. Die ringförmige Vertiefung ist zumindest teilweise auf radialer Höhe des Radiallagers angeordnet. Dadurch überlappt die Öffnung der ringförmigen Vertiefung den Bereich der radialen Erstreckung des Radiallagers zumindest teilweise. Durch die wirkende Zentrifugalkraft im Betrieb können insbesondere aus dem Radiallager austretende Verunreinigungen, insbesondere Abrieb, in der ringförmigen Vertiefung gesammelt werden. Dadurch kann auch verhindert werden, dass aus dem Radiallager austretende Verunreinigungen in das Axiallager, zusammen mit auftretenden Schmiermittelströmungen, gefördert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die ringförmige Vertiefung durch einen in die Abdeckung eingepressten Ring gebildet ist. Dadurch ist die Herstellung der Vertiefung einfach. Auch kann nachträglich eine derartige Vertiefung in einer Abdeckung integriert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass nach einem Abschmieren der Gelenkanordnung das neu eingebrachte Schmiermittel durch eine radial innere Wandung der ringförmigen Vertiefung das Schmiermittel an der ringförmigen Öffnung vorbeigeführt wird, um das Radiallager zu erreichen. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die ringförmige Vertiefung durch einen mit U-Querschnitt umlaufenden Ring gebildet ist. Auch eine derartige ringförmige Vertiefung kann nachträglich in einer Abdeckung ausgebildet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die ringförmige Vertiefung durch einen Wellendichtring gebildet ist, wobei durch den Wellendichtring vorzugsweise eine Verbindung von dem Radiallager in Richtung zu einem am axialen Ende des Zapfens vorgesehenen Axiallagers unterbrochen wird. Dadurch ist nur noch ein Schmiermittelstrom von einem am axialen Ende des Zapfens vorgesehenen Axiallager in Richtung Radiallager möglich. ln einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die radiale Erstreckung L der ringförmigen Vertiefung, insbesondere die Öffnung der ringförmigen Vertiefung, mindestens dem halben Durchmesser DW von den Wälzkörpern des Radiallagers entspricht. Durch diese Dimensionierung der ringförmigen Vertiefung, insbesondere der Öffnung, kann sichergestellt werden, dass ein Großteil der Verunreinigungen sich in der Vertiefung sammeln.

In einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass die maximale Tiefe der ringförmigen Vertiefung mindestens 2mm ist, vorzugsweise bei einem Zapfendurchmesser von 50 mm mindestens 3 mm ist. Durch diese Tiefe wird verhindert, dass die in der Vertiefung angesammelten Verunreinigungen aus der Vertiefung wieder herausgetragen werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die ringförmige Vertiefung einen Boden aufweist, wobei der Boden mit einem Winkel von 0° bis 60° zu einer zur axialen Richtung des Zapfens senkrecht verlaufenden Ebene ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die maximale Tiefe T radial innen ausgebildet ist. Durch diesen Neigungswinkel des Bodens wird ein Sammeln von Verunreinigungen an der tiefsten Stelle erreicht, wodurch ein Heraustreten aus der Vertiefung erschwert wird. Vorzugsweise ist der Verlauf des Bodens parallel zur Außenseite der Abdeckung ausgebildet ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass für das Verhältnis von maximaler Tiefe T und radialen Erstreckung L der ringförmigen Vertiefung gilt:

L/T <4. Durch dieses Verhältnis wird ein Verbleib von einmal in die Vertiefung eingetretene Verunreinigungen begünstigt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass in der Abdeckung mindestens eine Kontrollöffnung vorgesehen ist. Durch die Kontrollöffnung ist eine Kontrolle des Inhaltes der ringförmigen Vertiefung möglich. Die Kontrollöffnung ist vorzugsweise als wiederverschließbare Kontrollöffnung ausgebildet. Die Kontrollöffnung ist im Bereich der ringförmigen Vertiefung der Abdeckung ausgebildet. Durch Öffnen der Kontrollöffnung kann Material aus der ringförmigen Vertiefung entnommen werden. Dadurch ist eine Analyse dieses Materials möglich.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kontrollöffnung in einem radialen Winkelbereich von 20° bis 70° senkrecht zur Lagerachse im Hauptlastbereich angeordnet. Vorzugsweise ist beidseitig im Hauptlastbereich jeweils eine Kontrolloffnung vorgesehen.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt bei einem Kreuzgelenk für alle Gelenkanordnungen des Kreuzgelenkes eine Gelenkanordnung mit den zuvor beschriebenen Ausbildungen vorzusehen. Vorzugsweise sind alle verwendeten Gelenkanordnungen eines Kreuzgelenkes baugleich.

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lösung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Einzelne Ausführungsbeispiele können eigenständige erfinderische Aspekte umfassen. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt: Figur 1 : Fettfluss in einer Lagerbüchse einer Gelenkanordnung mit

Auffangnut

Figur 2 Darstellung der Bewegung von Verunreinigungspartikeln

Figur 3 Vergrößerte Darstellung des Fettflusses im Bereich der Auffangnut

Figur 4 Darstellung der Maße der Auffangnut

Figur 5 Anordnung der Auffangnut radial außen

Figur 6 geschraubter Lagerdeckel mit Auffangnut

Figur 7 Axiallager am Zapfenende und Auffangnut

Figur 8 Auffangnut mit Einpressring

Figur 9 Lagerdeckel mit Ring mit U-Querschnitt

Figur 10: Lagerdeckel mit Wellendichtring zur Bildung einer Auffangnut

Figur 1 1 : Seitenansicht der Gelenkgabel mit Kontrolloffnung Figur 12: Schnitt durch die Kontrollöffnung

In Figur 1 ist eine Gelenkanordnung 1 dargestellt. Die Gelenkanordnung weist einen Zapfen 3 mit einer Axialachse 4 auf. Für eine Lagerung des Zapfens 3 in einer Gelenkgabel 5, wie in Figur 1 1 dargestellt, ist ein Radiallager 9 und ein Axiallager 1 1 vorgesehen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist als Radiallager 9 ein Wälzlager 15 mit Wälzkörpern 17 vorgesehen. Die Wälzkörper 17 sind mittels einer Lagerschale 19 in einer den Zapfen 3 koaxial umgebenden Abdeckung 24 gelagert. Durch einen an der Abdeckung 24 ausgebildeten Anschlag 21 , der mit einem Federelement 22 zusammenwirkt, sind die Wälzkörper 17 gelagert. Der Zapfen 3 weist ein freies Ende 23 auf. Zwischen der Abdeckung 24 und dem freien Ende des Zapfens 23 ist ein Gleitlager 13 als Axiallager 1 1 angeordnet. Für die Schmierung der Lager 9 und 1 1 wird Schmiermittel durch eine Schmiermittelöffnung 25 eingebracht. Die Schmiermittelöffnung ist in der Regel in der Abdeckung 24 ausgebildet. Aufgrund der Bewegung der Gelenkanordnung 1 bewegt sich das Schmiermittel entlang einem Schmiermittelweg 27. In der Abdeckung 24 ist eine ringförmige Vertiefung 31 ausgebildet. Die ringförmige Vertiefung 31 weist eine Öffnung 32 auf. Diese Öffnung weist in Richtung Radiallager 9. In Figur 3 ist der Bereich um die ringförmige Vertiefung mit der Strömung des Schmiermittels und Verunreinigungen vergrößert dargestellt. Es ist deutlich zu sehen, dass die ringförmige Vertiefung 31 radial innen eine Wandung 33 aufweist, wobei zwischen axialem freiem Ende der Wandung 33 und der Lagerschale 19 ein in radialer Richtung verlaufender Spalt 28 für das Schmiermittel ausgebildet ist. Durch diesen Spalt 28 kann Schmiermittel von der Schmiermittelöffnung 25 über das Axiallager 1 1 zu dem Radiallager 9 gelangen. Der Schmiermittelweg ist durch Pfeile in Figur 3 gekennzeichnet und mit Bezugszeichen 27 bezeichnet. In Figur 2 sind Verunreinigungen 29 in Form von Abrieb/Partikeln 29 dargestellt. Dieser Abrieb 29 befindet sich im Schmiermittel. Aufgrund der wirkenden Zentrifugalkraft sammeln sich die Partikel 29 in der ringförmigen Vertiefung 31 an. Bei den Verunreinigungen handelt es sich um Abrieb, insbesondere um metallischen Abrieb, der eine höhere Dichte als das Schmiermittel aufweist und daher vom Radiallager 9 in Richtung Vertiefung 31 im Betrieb der Gelenkanordnung durch die wirkende Zentrifugalkraft beschleunigt wird. Die ringförmige Vertiefung 31 weist eine Öffnung 32 auf, die dem Radiallager 9 zugewandt ist.

In Figur 4 ist eine Detailzeichnung der ringförmigen Vertiefung 31 gezeigt. Die ringförmige Vertiefung 31 ist im Vergleich zu der radialen Erstreckung der Wälzkörper 17 nach radial innen versetzt. Die ringförmige Vertiefung 31 ist mit einer Tiefe T ausgebildet und weist eine radiale Erstreckung von L auf. Die radiale Erstreckung der Wälzkörper ist D _w . Die ringförmige Vertiefung 31 weist einen Boden 34 auf. Dieser Boden ist nach radial innen geneigt. Der Neigungswinkel α weist vorzugsweise einen Winkel zwischen 0° und 60° auf. Der Neigungswinkel ist der Winkel zwischen einer zur Axialachse des Zapfens senkrecht verlaufenden Ebene und dem zu dieser Ebene jeweils ausgebildeten Winkel des Bodens der ringförmigen Vertiefung 31 . Durch die radiale Erstreckung der ringförmigen Vertiefung 31 insbesondere der radialen Erstreckung der Öffnung der ringförmigen Vertiefung wird mitbeeinflusst, wie hoch der Anteil an Verunreinigungen ist, die in die Vertiefung hineingelangen. Durch den Neigungswinkel wird eine Ansammlung an dem radial innen gelegenen tiefsten Punkt der ringförmigen Vertiefung 31 erreicht und dadurch ein Verlassen der Verunreinigungen 29 der ringförmigen Vertiefung 31 erschwert. Der Boden 34 verläuft vorzugsweise parallel zur axialen Außenseite 51 der Abdeckung 24.

In den Figuren sind verschiedene Ausführungen der ringförmigen Vertiefung 31 gezeigt. Wie in Figur 5 gezeigt, kann die ringförmige Vertiefung 31 auch in Bezug auf die radiale Position der Wälzkörper 17 des Radiallagers radial außen mit der radialen Position des Radiallagers 9 überlappend angeordnet sein. Bei der in Figur 6 gezeigten Ausführung ist das Axiallager 1 1 nicht am freien Ende des Zapfens angeordnet sondern das Axiallager ist endseitig an der dem freien Zapfenende abgewandten Seite des Radiallagers 9 angeordnet. Bei dieser Ausführung ist ein Lagerdeckel 49 vorgesehen, in dem die ringförmige Vertiefung 31 ausgebildet ist. Wird der Lagerdeckel 49 abgenommen, so ist die ringförmige Vertiefung 31 leicht zugänglich und kann leicht gereinigt werden.

In Figur 7 ist ein geschraubter Lagerdeckel 49 gezeigt, in dem die ringförmige Vertiefung 31 ausgebildet ist. Radial innerhalb der ringförmigen Vertiefung 31 ist ein Axiallager 1 1 angeordnet.

In Figur 8 ist eine ringförmige Vertiefung 31 gezeigt, die durch einen Ring 35 gebildet ist. Der Ring 35 kann eingeklebt oder eingepresst werden.

In Figur 9 ist eine ringförmige Vertiefung 31 gezeigt, die durch ein ringförmiges U- Profil 37 gebildet ist. Ein derartiges U-Profil kann auch nachträglich eingebracht werden. Das U-Profil 37 kann durch Kleben oder Einpressen in dem Deckel 49 befestigt werden.

In Figur 10 wird der ringförmigem Auffangbehälter 37 durch Verwendung eines Wellendichtrings 39 gebildet. Durch die Wellendichtung 39 ist ein Rückstrom von Schmiermittel zum in dem Lagerdeckel 49 angeordneten Axiallager 1 1 verhindert. In Figur 1 1 ist eine Lagerbohrung 7 einer Gelenkwelle gezeigt. Die Lagerbohrung hat eine Lagerachse 41 . Die Lagerachse 41 entspricht der Rotationsachse einer nicht weiter dargestellten Gelenkanordnung einer Gelenkwelle. Die Lagerbohrung 7 weist einen Hauptlastbereich 42 auf. In diesem Hauptlastbereich sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Inspektionsöffnungen 43 ausgebildet. Es kann auch die Ausbildung von nur einer oder mehr als zwei Inspektionsöffnungen 43 vorgesehen sein. Diese Inspektionsöffnungen sind wiederverschließbar mittels einer Verschlussschraube 45. Durch die Inspektionsöffnungen ist eine rasche Lagerinspektion möglich, da sich über den Anlagerungsgrad mit Schmutzpartikeln ablesen lässt, wie weit ein Lager bereits vorgeschädigt ist. Bevorzugt werden Inspektionsöffnungen 43 im Hauptlastbereich 42 der Lager in einem Winkelbereich zwischen 20° und 70° zur Lagerachse 41 vorgesehen. Diese Inspektionsöffnungen sind auf radialer Höhe der ringförmigen Vertiefung 31 angeordnet.

Bezugszeichenliste:

1 Gelenkanordnung

3 Zapfen (Zapfenkreuzes)

4 Axialachse des Zapfens

5 Gelenkgabel

7 Lagerbohrung

9 Radiallager

1 1 Axiallager

13 Gleitlager

15 Wälzlager

17 Wälzkörper

19 Lagerschale

21 Anschlag (Wälzelemente)

22 Federelement

23 freies axiales Ende des Zapfens

24 Abdeckung

25 Schmiermittelöffnung

27 Schmiermittelweg

28 Spalt

29 Partikel, Abrieb, Verunreinigung

31 ringförmige Vertiefung

32 Öffnung der Vertiefung

33 Wandung

34 Boden

35 Ring

37 ringförmiger Auffangbehälter mit

39 Wellendichtring

41 Lagerachse

42 Hauptlastbereich

43 Inspektionsöffnung 45 Verschlussschraube

49 Lagerdeckel

51 axiale Außenseite der Abdeckung

DW Durchmesser Wälzlager

T Tiefe der Auffangvertiefung

L Radiale Erstreckung der Auffangvertiefung α Neigungswinkel der Auffangvertiefung