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Inhalt:
Anwendung
Das Kreuzfedergelenk ist ein Bauelement für alle Lagerstellen, bei denen ein Zapfen nur eine geringe Drehung (bis zu ± 30
Grad) ausführen, und dabei große Radial- und Axialkräfte aufnehmen muß. Wegen ihrer vielen Vorteile haben sich Kreuzfedergelenke
einen großen Anwendungsbereich erobert. Sie werden als Lager, Kupplungen und Torsionsfedern in Instrumenten und Maschinen
überall da eingesetzt, wo es auf hohe Genauigkeit, bequeme Montage und Gewichtsersparnis ankommt; in Miniaturmeßgebern und
Spezialwaagen ebenso wie zur Aufhängung großer Prüflinge im Windkanal.
Vorteile
• reibungsfrei
• keine Schmierung, dadurch wartungsfrei
• strahlungsbeständig
• unempfindlich gegen Verunreinigungen
• für das Hochvakuum geeignet
• in einem großen Temperaturbereich einsetzbar
Beschreibung
Ein Kreuzfedergelenk besteht aus zwei Hülsen, die über zwei rechtwinklig angeordnete Blattfedern miteinander verbunden sind.
In der Standardausführung sind Hülsen und Blattfedern aus rostfreiem Stahl hergestellt. Durch die unterschiedliche Stärke
der Blattfedern ergeben sich verschiedene Federkonstanten, die den drei Drehwinkelbereichen angepaßt sind. Kreuzfedergelenke
sind serienmäßig in 10 Größen mit einem Durchmesser von 1/8 Zoll bis 1 Zoll lieferbar, und zwar einseitig oder beidseitig
eingespannt (zwei- oder dreiteiliges Gelenk) für drei Drehwinkelbereiche: bis ± 7,5 Grad, bis ± 15 Grad und bis ± 30 Grad.
Die Standard-Baureihe gestattet die Auswahl des geeigneten Kreuzfedergelenks für maximale Torsionsmomente zwischen 0,124 Ncm/rad
und 4800 Ncm/rad bei gleichzeitiger maximaler radialer Belastung zwischen 4 N und 7000 N.
Besonders vorteilhaft hat sich die einfache Konstruktion des Federgelenks erwiesen. Sie ermöglicht eine sehr kompakte Bauform
und hohe Präzision und vereinfacht die Montage im Vergleich zu herkömmlichen Lagerungen. Bei den Kreuzfedergelenken ist das
einwirkende Drehmoment dem Drehwinkel bis etwa zum halben maximalen Winkel direkt proportional. Die Hysterese ist relativ
gering. Die Lebensdauer der Kreuzfedergelenke ist bei entsprechenden Einsatzbedingungen unbegrenzt.
Technische Daten (Standardausführung)
|
Durchmesser
|
Gesamt-
länge L
|
Länge A
|
Länge B
|
Länge C
|
Gewichte (Richtwerte)
|
|
Toleranzen:
|
0
- 0,013
|
± 0,076
|
± 0,13
|
± 0,13
|
+ 0,13
- 0,38
|
zweiteiliges
Gelenk
|
dreiteiliges
Gelenk
|
|
Zoll
|
mm
|
mm
|
mm
|
mm
|
mm
|
g
|
g
|
|
1/8
|
3,175
|
5,08
|
2,41
|
1,14
|
2,16
|
0,14
|
0,12
|
|
5/32
|
3,969
|
6,35
|
3,05
|
1,45
|
2,80
|
0,27
|
0,24
|
|
3/16
|
4,763
|
7,62
|
3,60
|
1,70
|
3,30
|
0,47
|
0,42
|
|
1/4
|
6,350
|
10,16
|
4,83
|
2,29
|
4,43
|
1,10
|
1,00
|
|
5/16
|
7,938
|
12,70
|
6,05
|
2,84
|
5,59
|
2,20
|
2,00
|
|
3/8
|
9,525
|
15,30
|
7,24
|
3,43
|
6,75
|
3,80
|
3,40
|
|
1/2
|
12,700
|
20,40
|
9,65
|
4,57
|
9,04
|
8,80
|
8,30
|
|
5/8
|
15,875
|
25,40
|
12,10
|
5,71
|
11,30
|
17,20
|
16,20
|
|
3/4
|
19,050
|
30,50
|
14,50
|
6,85
|
13,60
|
29,50
|
28,60
|
|
1
|
25,400
|
40,60
|
19.60
|
9,40
|
18,70
|
69,00
|
68,00
|
Anmerkung zur Federkonstante
in nachfolgender Tabelle ist die Federkonstante der Kreuzfedergelenke in Ncm/rad angegeben. Die Umrechnung in andere Einheiten
ist wie folgt:
Federkonstante in kpcm/rad: Ncm/rad : 9,81 = kpcm/rad.
Federkonstante in Ncm/Grad: Ncm/rad : 57,3 = Ncm/Grad.
Je nach Einbaulage der Kreuzfedergelenke (siehe Abb. unten) werden die Federn verschiedenartig beansprucht. Bei Vc wirkt die
Last über die vordere bzw. mittlere Hülse mit der fest eingesetzten Halbschale auf die Federn, die auf Druck belastet werden,
da die untere Halbschale sich fest im hinteren bzw. den beiden äußeren Lagerteilen abstützt. Bei Vt ergibt sich eine Zugbelastung.
| Größe |
max. Drehung |
Feder-
konstante C*
|
Bestell-
nummer
|
Sach-
nummer
|
Drucklast
Vc**
|
Zuglast
Vt*
|
Bestell-
nummer
|
Sach-
nummer
|
Drucklast
Vc**
|
Zuglast
Vt**
|
|
mm bzw.
Zoll
|
± Grad
|
Ncm/rad
|
Baureihe
5000
|
29255-
|
N
|
N
|
Baureihe
6000
|
29256-
|
N
|
N
|
|
3,17
(1/8")
|
7,5
15
30
|
9,04
1,130
0,124
|
5004-400
5004-600
5004-800
|
-001
-002
-003
|
111,2
39,15
3,91
|
111,2
55,60
15,57
|
6004-400
6004-600
6004-800
|
-001
-002
-003
|
124,6
78,73
9,79
|
124,6
111,2
20,91
|
|
3,97 (5/32")
|
7,5
15
30
|
18,08
2,26
0,28
|
5005-400
5005-600
5005-800
|
-004
-005
-006
|
173,5
61,39
6,18
|
173,5
86,74
24,47
|
6005-400
6005-600
6005-800
|
-004
-005
-006
|
195,7
122,8
15,57
|
195,7
173,5
32,92
|
|
4,76 (3/16")
|
7,5
15
30
|
30,62
3,68
0,463
|
5006-400
5006-600
5006-800
|
-007
-008
-009
|
249,1
88,08
9,34
|
249,1
124,6
30,25
|
6006-400
6006-600
6006-800
|
-007
-008
-009
|
280,2
176,2
21,80
|
280,2
249,1
40,03
|
|
6,35
(1/4")
|
7,5
15
30
|
73,89
9,23
1,152
|
5008-400
5008-600
5008-800
|
-010
-011
-012
|
444,8
157,5
15,12
|
444,8
222,4
62,28
|
6008-400
6008-600
6008-800
|
-010
-011
-012
|
502,7
314,5
37,81
|
502,7
444,8
84,52
|
|
7,94 (5/16")
|
7,5
15
30
|
144,6
18,53
2,30
|
5010-400
5010-600
5010-800
|
-013
-014
-015
|
693,9
244,7
25,36
|
693,9
347,0
97,42
|
6010-400
6010-600
6010-800
|
-013
-014
-015
|
782,9
489,3
62,28
|
782,9
693,9
129,0
|
|
9,53
(3/8")
|
7,5
15
30
|
248,6
31,07
3,74
|
5012-400
5012-600
5012-800
|
-016
-017
-018
|
1000
355,9
35,14
|
1000
502,7
140,1
|
6012-400
6012-600
6012-800
|
-016
-017
-018
|
1125
707,3
88,08
|
1125
1000
186,8
|
|
12,70 (1/2")
|
7,5
15
30
|
587,5
73,44
9,19
|
5016-400
5016-600
5016-800
|
-019
-020
-021
|
1779
627,2
63,17
|
1779
889,7
250,4
|
6016-400
6016-600
6016-800
|
-019
-020
-021
|
2002
1259
157,5
|
2002
1779
333,6
|
|
15,88
(5/8")
|
7,5
15
30
|
1197,7
150,3
19,09
|
5020-400
5020-600
5020-800
|
-022
-023
-024
|
2780
983,1
98,31
|
2780
1388
390,6
|
6020-400
6020-600
6020-800
|
-022
-023
-024
|
3127
1966
244,7
|
3127
2780
520,5
|
|
19,05 (3/4")
|
7,5
15
30
|
2056,4
257,6
32,20
|
5024-400
5024-600
5024-800
|
-025
-026
-027
|
4003
1415
138,3
|
4003
2002
564,9
|
6024-400
6024-600
6024-800
|
-025
-026
–027
|
4506
2829
347,0
|
4506
4403
751,8
|
|
25,40
(1")
|
7,5
15
30
|
4869,7
607,9
76,04
|
5032-400
5032-600
5032-800
|
-028
-029
-030
|
7117
2518
251,8
|
7117
3559
1000
|
6032-400
6032-600
6032-800
|
-028
-029
-030
|
8007
5031
627,2
|
8007
7117
1334
|
Technische Daten
1. Belastungswerte
Die radialen Belastungswerte auf die Gelenkhülsen sind die zulässigen Maximalwerte bei Nullage der Federn. Eine Wertreduzierung
erfordern die gebogenen Blattfedern je nach Größe des Drehwinkels. Eine weitere Reduzierung ist angebracht, wenn die Gelenke
aus Sicherheitsgründen nicht ständig im hohen Grenzbereich belastet werden sollen.
Falls nur Axialkräfte in Richtung der Gelenkachse wirksam sind, können sie den Radialwerten entsprechen. Bei kombinierter
Axial- und Radialbelastung ist eine prozentuale Wertaufteilung notwendig. Hierzu können Belastungskennlinien für die Baureihe
5000 oder 6000 angefordert werden.
2. Mittelpunktversatz
Die Hülsendrehung mit den sich biegenden Federn verursacht eine Verlagerung der Gelenkdrehachse. Durch Belastung kann der
Versatz noch erhöht werden. Der Betrag ist bei definierter Drehung und Belastung für jedes Gelenk eine feste Größe.
Er liegt bei unbelasteten Gelenken und einer Drehung bis 2° im µm-Bereich (siehe Diagramm).
3. Linearität
Die Linearität, direkte Proportionalität zwischen Drehwinkel und Drehmoment, ist bis ca. dem halben Nenndrehwinkel gegeben,
d.h. ein 7,5°-Gelenk ist bis ca. 3,5° linear.
4. Hysterese
Die Hysterese als Abweichung von der Nullage nach erfolgter Gelenkdrehung ist relativ gering. Bei begrenzter Drehung bis zum
Nenn-Drehwinkel ist sie praktisch vernachlässigbar (siehe Diagramm). Wenn ein geringer Hysteresewert funktionswichtig ist,
sollte nur bis zum betriebsnotwendigen Drehwinkel ausgelenkt werden.
5. Umgebungsbedingungen
5.1 im erweiterten Temperaturbereich können die Standardgelenke eingesetzt werden.
Dauertemperatur -30 °C bis + 120 °C
sehr kurzzeitig -75 °C bis + 180 °C
Mit Toleranzänderungen einzelner Parameter ist zu rechnen, die sich bei Raumtemperatur wieder zurückbilden.
5.2 Hochfrequente Schwingungen können sich auf die Hartlotverbindungen zwischen Hülsen und Federn schädigend auswirken. Geschweißte
Ausführungen sind dann vorzuziehen.
6. Material
Hülsen und Federn sind aus rostbeständigen Stählen gefertigt,
AISI Nr. 410 entspr. X10Cr13, Nr. 1.4006 und
AISI Nr. 420 entspr. X20Cr13, Nr. 1.4021 DIN 17440
7. Radiale Steifigkeit
Bei Radialbelastung einer Gelenkhälfte besteht eine hohe radiale Steifigkeit. Diagramme bezogen auf Durchbiegung und Belastung
auf Anfrage.
Einbaurichtlinien
Nachfolgend sollen einige konstruktive Lösungen für den Einbau von Kreuzfedergelenken der Normalausführung aufgezeigt werden.
Für die meisten Anwendungsfälle wird der Einbau entsprechend der Belastungsart Vc empfohlen, d. h. das Gelenk sollte möglichst
druckbelastet werden.
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1. Montage mit Klemmschraube
Der Bohrungsdurchmesser soll etwa 0,013 bis 0,038 mm größer sein als der Außendurchmesser des Kreuzfedergelenks. Beim Auftreten
von Vibrationen wird empfohlen, eine der üblichen Schraubensicherungsmethoden anzuwenden. Die Spannung kann verringert werden,
wenn gegenüber der Klemmschraube ein Schlitz mit Bohrung vorgesehen wird.
|
 |
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2. Festklemmen durch Vorspannung
Diese Anordnung kann bei kleinen Drehmomenten gewählt werden. Die Spannkraft muß hoch genug sein, um eine Verdrehung innerhalb
der Bohrung zu vermeiden. Um das Einführen des Gelenks in die Bohrung zu erleichtern, muß am Schlitz gespreizt werden. Dabei
ist Vorsicht geboten, damit die Elastizitätsgrenze nicht überschritten wird.
|
 |
|
3. Montage mit Gewindestift
Der Bohrungsdurchmesser ist etwa 0,013 bis 0,038 mm größer zu wählen als der Außendurchmesser des Kreuzfedergelenks. Bei dieser
Anordnung erfolgt die Fixierung mit einem Gewindestift. Um eine Deformierung des Kreuzfedergelenks zu vermeiden, wird empfohlen,
den Gewindestift mit flacher Kuppe vorsichtig anzuziehen. Beim Auftreten von Vibrationen ist die Verschraubung zu sichern.
|
 |
4. Montage mit Paßstift in radialer Anordnung
Der Bohrungsdurchmesser soll etwa 0,013 bis 0,038mm größer sein als der Außendurchmesser des Kreuzfederge- lenks. Bohren und
ausreiben nach dem Zusammenbau. Bei der Bearbeitung dürfen die Federn keinesfalls berührt werden.
|
 |
|
5. Montage mit Paßstift in Ouer- und Axialrichtung
Der Bohrungsdurchmesser soll etwa 0,013 bis 0,038 mm größer sein als derAußendurchmesser des Kreuzfedergelenks. Nach dem Einpressen
mit einer Führungsbuchse verbohren und anschließend verstiften. Zweckmäßige Lage der Bohrung in der dicken Gelenkwandung unter
45° zu den Federn. Durchbrechen der Gelenkinnenwand beim Bohren soll vermieden werden. Sacklochtiefe S nicht größer als 75
% der Länge A.
|
 |
|
6. Montage mittels Preßpassung
Zum Fixieren kommen Preß- oder Haftsitze zur Anwendung. Durch Eintauchen des Gelenks in "Trockeneis" kann ohne Beschädigung
eine Schrumpfung hervorgerufen werden. Das zugehörige Lagerteil kann erwärmt werden, um die Bohrung zu erweitern. Dabei sollten
jedoch die Kreuzfedergelenke niemals einer Temperatur über 480 °C ausgesetzt werden. Um Beschädigungen bei der Montage zu
vermeiden, ist ein Spezialwerkzeug, wie dargestellt, erforderlich.
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 |
7. Montage durch Kleben
Als Kleber kann z. B. Loctite-Adhesive 310 verwendet werden.
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Lebensdauerkurven
| Druckbelastung VC Drehwinkel in Grad über der Radialbelastung in % VC
rot: einseitig eingespannt
blau: zweiseitig eingespannt
|
Zugbelastung Vt Drehwinkel in Grad über der Radialbelastung in % Vt
rot: einseitig eingespannt
blau: zweiseitig eingespannt
|
Anwendungsbeispiele
|
Kardangelenk als Adapter
für eine Zugfestigkeitsprüfmaschine, durch den große Kräfte übertragen werden können. Durch Fehlausrichtung bedingte Versetzungen
des Prüflings werden durch die reibungsfreien Kreuzfedergelenke ausgeglichen, ohne das Prüfergebnis zu beeinträchtigen.
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 |
|
Kardangelenk für rotierende Wellen,
bei denen die Schmierung und Sauberhaltung schwierig sind. Die gezeigte Anordnung ist für relativ kleine Belastungen ausgelegt.
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|
Federnder Hebel
in einem Druckmeßgeber. Der als Kreuzfedergelenk ausgebildete Drehzapfen läßt keinen toten Gang zu und gewährleistet, daß
der Hebelausschlag dem Druck proportional ist.
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 |
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Federnder Arm
in einem Schreibgerät. Das Kreuzfedergelenk stellt den Arm mit dem Schreiber fast hysteresefrei auf Null zurück und sorgt
für großen und konstanten Anpreßdruck.
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 |
|
Steuergestänge
für die Leistungsregulierung von Triebwerken. Die kompakten und temperaturunempfindlichen Kreuzfedergelenke, die überdies
nicht geschmiert zu werden brauchen, vereinfachen die Konstruktion.
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Kontaktinformationen
Wenn Sie sich für unsere Kreuzfedergelenke interessieren, senden Sie Ihre Anfrage
| per Post an: |
Rockwell Collins Deutschland GmbH
Abteilung K
Postfach 105608
D-69046 Heidelberg
oder
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| per E-mail an: |
ckuehni@rockwellcollins.com oder rcd-customer@rockwellcollins.com
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| Telefon: |
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(06221) 512 414 Telefon
(06221) 512 558 Telefax
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