DE2219720C3 - Lagerschale für ein Kreuzgelenk - Google Patents

Lagerschale für ein Kreuzgelenk

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Description

30
Die Erfindung betrifft eine Lagerschale für ein Kreuzgelenk mit zwei Schenkeln, die mit Hilfe von auf die Lagerzapfen eines Lagerkreuzes aufgesetzten Lagerschalen relativ zueinander schwenkbar gelagert sind, wobei die Lagerschale eine im wesentlichen zy lindrische Seitenwand und eine Stirnwand aufweist, deren mit der Schubfläche des Lagerzapfens in Berührung kommende Innenfläche einstückig mit einem ringförmigen Teil ausgebildet ist, der mit einer mittigen Ausnehmung versehen ist.
Ein herkömmliches Kreuzgelenk, das den Antrieb einer Welle unter einem Winkel zu einer Welle ermöglicht, besteht aus einem Lagerkreuz und zwei Sehenkein, die senkrecht zueinander stehen und gegenüber den Lagerzapfen des Lagerkreuzes mit Hilfe von zwischen Schenkel und Lagerzapfen eingefügten und durch eine Lagerschale gehaltenen Nadellagern schwenkbar gelagert sind.
Bei dieser Konstruktion vermag sich jeder Schenkel auf den Lagerzapfen des Lagerkreuzes um seine eigene Achse zu verschwenken, während die Drehbewegung vom einen Schenkel auf den anderen übertragen wird.
Für eine einwandfreie Arbeitsweise und eine lange Betriebslebensdauer ist es bei Gelenken dieser Art wesentlich, daß das Lagerkreuz gegenüber der Drehachse der Schenkel genau ausgerichtet ist, um Unwucht-Fliehkräfte auf ein Mindestmaß zu unterdrücken. Zu diesem Zweck stehen die Enden der Lagerzapfen in Schubberührung mit der Stirnwand der Lagerschale, wodurch das Lagerkreuz gegenüber den Schenkeln in zentrierter Lage gehalten wird. Obgleich sich diese Anordnung im allgemeinen als zufriedenstellend erwiesen hat, besitzt sie insofern gewisse Mängel, als bei dieser z. B. aus dem DT-Gbm 1 827 229 bekannten Konstruktion eine große Kontaktfläche zwischen den Schubflächen vorhanden ist. Diese große Berührungsfläche führt einerseits zu einer erhöhten Reibung und andererseits besteht die Gefahr, daß sich Fremdkörper oder Schmutz zwischen diesen Berührungsflächen festsetzen und ein Festfressen des Lagers verursachen.
Aus dem DT-Gbm 1 893 765 ist eine Lagerschale Vor ein Kreuzgelenk der eingangs genannten Art bekannt, bei der diese Schwierigkeiten etwas verringert sind. Bei dieser bekannten Lagerschale ist nämlich die mit der Schubfläche des Lagerzapfens in Berührung kommende Innenfläche mit einem ringförmigen Teil ausgebildet, der eine mittige Ausnehmung aufweist Die die Schubkräfte aufnehmende Berührungsfläche zwischen dem Lagerzapfen und der Lagerschale nimmt also nicht mehr die gesamte Stirnfläche des Lagerzapfens ein, sondern nur noch einen ringförmigen Teil derselben. Da bei dieser bekannten Lagerschale die mittige Ausnehmung jedoch nur zur Aufnahme und Zuführung von Schmiermittel vorgesehen ist, ist sie verhältnismäßig klein, so daß die ringförmige Berührungsfläche immer noch verhältnismäßig groß ist und daher auch bei dieser bekannten Lagerschale eine nur unwesentlich verringerte Reibung auftritt. Der wesentliche Gedanke besteht nämlich auch hier darin, durch eine möglichst große Berührungsfläche zwischen den Lagerzapfen des Lagerkreuzes und den Lagerschalen eine gute Zentrierung des Lagerkreuzes in bezug auf die Schenkel zu erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lagerschalen eines Kreuzgelenkes so auszubilden, daß die Lagerreibung an den die Schubkräfte aufnehmenden Berührungsflächen zwischen den Lagerzapfen und den Lagerschalen möglichst gering wird, um eine geringe Erwärmung des Lagers, einen geringen Verschleiß, eine geringe Neigung zum Festfressen und eine hohe Lebensdauer des Lagers zu erhalten. Es soll dabei jedoch die genau zentrierte Führung des Lagerkreuzes gegenüber den bekannten Lagerschalen mit einer großflächigen Berührung nicht verschlechtert werden.
Diese Aufgabe wird bei einer Lagerschale der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der ringförmige Teil eine nichtplane Oberfläche besitzt, die beim Zusammenbau des Lagers anfänglich mit der Schubfläche des Lagerzapfens nur längs einer Kreislinie in Berührung kommt, die zwischen dem Mittelpunkt und dem Außenumfang dieser Schubfläche verläuft und nach dem Einlaufen des Lagers mit dieser Schubfläche einen Kreisring bildet, dessen radiale Breite wesentlich geringer ist als die radiale Breite des ringförmigen Teils selbst.
Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung der Lagerschale wird die die Lagerreibung verursachende Berührungsfläche sehr klein, da die Stirnfläche des Lagerzapfens nur noch auf einem Kreisring mit sehr geringer radialer Breite mit der Stirnwand der Lagerschale in Berührung steht. Diese kleine Berührungsfläche hat einen geringen Verschleiß, eine geringe Lagererwärmung und eine lange Lebensdauer des Lagers zur Folge. Die zentrierte Führung des Lagerkreuzes ist bei der erfindungsgemäßen Lagerschale jedoch gegenüber dem bekannten Stand der Technik nicht verschlechtert, da für diese Führung nicht die Berührungsfläche ausschläggebend ist, sondern die wesentlich größere gesamte Kreisfläche, die von der kreisringförmigen Berührungsfläche eingeschlossen wird. Um den Zusammenbau des Lagers und das Einpassen zu vereinfachen, wird erfindungsgemäß beim Zusammenbau des Kreuzgelenks von einer nur kreislinienförmigen Berührung ausgegangen, die sich zu Beginn des Be-
triebs beim Einlaufen des Lagers auf die kreisringförmige Berührungsfläche verbreitert. Beim Einlaufen des Lagers wird dadurch erfindungsgemäß die schubaufnehmende Berührungsfläche optimal eingeschliffen, so daß geringfügige Ungenauigkeiten beim Einpassen des Lagerzapfens nicht stören.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn bei der erfindungsgemäßen Lagerschale der ringförmige Teil in radialer Richtung von innen nach außen und unter einem Winkel von etwa 4° gegen die Stirnwand abgeschrägt ist Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß die Berührung zwischen dem Lagerzapfen und der Innenfläche der Lagerschale bei dem kleinsten Radius des ringförmigen Teils auftritt, wo die Umfangsgeschwindigkeit infolge des kleineren Radius kleiner ist. Dadurch wird die Reibung, der Verschleiß und die Erwärmung weiter verringert
Im folgenden sind bevorzugte Austührungsformen der Erfindung an Hand von Zeichnungen näher edäutert. Es zeigt
F i g. 1 eine teilweise im Schnitt dargc-tellte Seitenansicht eines Wellengelenks mit einer Lagerschale mit den Merkmalen der Erfindung,
F i g. 2 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnittansicht einer Lagerschale mit dem Lagerzapfen eines der drehbaren Glieder des Wellengelenks gemäß Fig. 1.
F i g. 3 eine in weiter vergrößertem Maßstab gehaltene Teilschnittansicht eines Teils des Wellengelenks gemäß F i g. 2, welche die anfängliche Berührung zwisehen den Schubflächen veranschaulicht,
F i g. 4 eine F i g. 3 ähnelnde Ansicht, welche die Berührung zwischen den Schubflächen nach der »Einlaufperiode« veranschaulicht, und
F i g. 5 eine F i g. 2 ähnelnde Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.
Das in den F i g. 1 bis 4 dargestellte Kardan-Wellengelenk 10 weist zwei Schenkel 12 und 14 auf, die durch ein Lagerkreuz 16 in drehmomentübertragendem Verhältnis miteinander verbunden sind. Jeder Schenkel 12 und 14 weist zwei parallele Arme bzw. Ansätze 18 und 20 auf, in denen miteinander fluchtende Querbohrungen 22 ausgebildet sind. Das Lagerkreuz 16 weist mehrere radial nach außen ragende Arme 24 mit an ihren Außenenden ausgebildeten Lagerzapft'! 26 auf, die jeweils in eine der Querbohrungen 22 der Schenkel-Arme 18 und 20 hineinragen und eine Lagerschale 28 tragen. Die Lagerschale 28 weist eine Stirnwand 30 und eine zylindrische Seitenwand 32 nebst einer ringförmigen, nichtplanen Innenfläche 34 an der Stirnwand 30 auf, welche als Schubfläche wirkt und sich an eine am Außenende des Lagerzapfens 26 vorgesehene Gegen-Schubfläche 36 anlegt. Die beiden Flächen 34 und 36 stehen in Schubberührung miteinander, so daß durch die Schubflächen 36 der Lagerzapfen 26 ausgeübte Schubbelastungen unmittelbar auf die Schubfläche 34 der Lagerschale 28 übertragen werden. Zwischen jedem Lagerzapfen 26 und der Innenfläche der zylindrischen Seitenwand 32 der Lagerschale 28 ist jeweils eine ringförmige Anordnung von Lagernadeln 38 vorgesehen, welche eine praktisch reibungsfreie Berührung zwischen den Teilen ermöglichen. Jede Lagerschale 28 wird beispielsweise durch einen Sprengring 40 in ihrer Einbaulage gehalten, der in eine in der Querbohrung 22 nahe deren Außenende vorgesehene Ringnut 42 eingreift. Die den Außenteil der Lagerschale 28 verschließende Stirnwand 30 ist an ihrer innenseitigen Schubfläche 34 mit Mitteln zur wirksamen Kontrolle der Reibungsberührung und zur Gewährleistung einer verbesserten Lagerfläche zur Aufnahme der durch den Lagerzapfen 26 auf sie ausgeübten axialen Schubbelastungen versehen.
Zu diesem Zweck ist die schubaufnehmende Innenfläche 34 der Lagerschale 28 mit einer ringförmigen, konzentrischen Rippe 44 versehen, die als einstückiger Teil der Lagerschale 28 ausgebildet ist. Die Rippe 44 besitzt im Querschnitt die Form einer Fläche, die sich in Auswärtsrichtung von der Schublläche 36 des Lagerzapfens weg verjüngt und dabei einen durchgehenden Ringspalt 47 festlegt, dessen Tiefe in Radialrichtung auswärts gegenüber der Schubfläche des Lagerzapfens 26 fortlaufend zunimmt Obgleich der Neigungswinkel dieser Fläche ohne wesentliche Beeinträchtigung des gewünschten Ergebnisses in gewissem Ausmaß schwanken kann, hat sich ein Winkel von 4° als besonders vorteilhaft erwiesen.
Die Rippe 44 bildet eine kreisförmige LagerfJäche, die mit der planen Schubfläche 36 des Lagerzapfens 26 zusammenwirkt Bei der Endmontage werden die Lagerschalen 28 um die Lagerzapfen 26 herum angeordnet und nach irgendeinem bekannten Verfahren in die Querbohrungen 22 eingepreßt, worauf die Sprengringe 40 in die Ringnuten 42 eingesetzt werden, so daß sie sich derart an die Stirnwand 30 der Lagerschale 28 anlegen, daß die miteinander zusammenwirkenden Teile einer Stauchwirkung ausgesetzt werden, die in einem der Teile eine so große Verformung hervorruft, daß die Teile nach dem »Einlaufen« weiterhin im gewünschten Lagenverhältnis gehalten werden. Bei der Endmontage stehen die miteinander zusammenwirkenden Schubflächen, wie bei A in F i g. 3 angedeutet, in Punklberührung miteinander. Nach Ablauf der normalen Einlaufperiode sind die einander zugeordneten Flächen etwas abgenutzt und erreichen eine in F i g. 4 dargestellte flächigere Berührung. Nach Ablauf der Einlaufzeitspanne herrscht mithin ein Zustand, der immer noch insofern von besonderer Art ist, als dann /wischen den zusammenwirkenden Schubflächen eine durch die Ringfläche ß mit der Bereite C angedeutete schmale, flache Berührungsfläche vorhanden ist. Ersichtlicherweise wird durch diese Anordnung der Reibungsflächenkontakt zwischen den zusammenwirkenden Schubflächen in einem bisher bei Wellengelenken dieser Art nicht erreichbaren Ausmaß kontrolliert. Durch eine derartige Begrenzung der Kontaktfläche kann außerdem die Neigung zu einem Fressen erheblich verringert werden, da etwa in diese schmale Fläche eingedrungene Teilchen durch den Schmierfilm leich.'er aus dem Bereich zwischen den zusammenwirkenden Flächen herausbefördert und entweder in den offenen Ringspalt 47 zwischen der geneigten Innenfläche 34 und der Schubfläche 36 oder in Schmiernuten 54 verlagert werden können, die über die Schubfläche 36 des Lagerzapfens 26 verlaufen. Derartige Teilchen können auch in den in der Mitte der Rippe 44 liegenden Bereich D verdrängt werden.
Durch die geneigte oder ballige Ausbildung des Schubpolsterteils der Lagerschale wird mithin ein Mittel geschaffen, durch welches Reibung kontrolliert und die Neigung zu einem Fressen in diesem Schubpolsterbereich erheblich verringert werden kann, indem die Kontaktfläche auf ein Mindestmaß begrenzt, gleichzeitig aber genügend Berührung zur Gewährleistung einer einwandfreien Arbeitsweise des Gelenks aufrechterhalten wird.
Eine allgemein bei 48 angedeutete Dichtung liegt am
Innenumfang der Seitenwand 32 der Lagerschale 28 neben deren offenem Ende sowie an einem benachbarten Abschnitt des Lagerzapfens 26 an und bildet eine Abdichtanordnung zur Verhinderung eines Schmiermittelaustritts aus der Lagerschale heraus und eines Eintritts von Verunreinigung in sie.
Zur Verteilung von Schmiermittel zu den Lagernadeln und anderen, schmierungsbedürftigen Flächen ist das Lagerkreuz 16 mit einem nicht dargestellten Einlaßkanal versehen, der von einem ebenfalls nicht dargestellten Schmiernippel im Mittelteil des Lagerkreuzes ausgeht. Dieser Einlaßkanal kommuniziert mit in den vier Armen 24 des Lagerkreuzes 16 vorgesehenen radialen Kanälen 50. Jeder Lagerzapfen 26 weist an seinem Außenende eine zentrale, erweiterte, mit den Kanälen 50 verbundene Bohrung 52 auf, in welcher das Schmiermittel gespeichert und im Betrieb über die querverlaufenden Schmiernuten 54 radial nach außen gedrückt wird, die in die Schubfläche 36 des Lagerzapfens 26 eingestochen sind. Die Kanäle 50, die Bohrungen 52 und die Schmiernuten 54 ermöglichen einen Schmiermittelfluß zu den Lagernadeln 38 und zu den Lagerflächen von Lagerschale 28 und Lagerzapfen 26.
Vor dem Zusammenbau wird die Lagerschale 28 mit Schmiermittel gefüllt, und im Betrieb des Gelenks steht dieser anfängliche Vorrat an Schmiermittel über die im Lagerkreuz 16 ausgebildeten Kanäle 50 und die in den Schubflächen 36 der Lagerzapfen 26 vorgesehenen Schmiernuten 54 für die Schmierung der Gleitflächen zur Verfugung.
Die in F i g. 5 dargestellte Ausführungsform weist an der Innenfläche der zylindrischen Seitenwand 32 zusätzliche Mittel zur Aufnahme einer von Belastungen im System herrührenden Verkantung auf. Zu diesem Zweck ist die Innenfläche der zylindrischen Seitenwand 32 mit einer balligen Fläche 74 versehen, die in Verbindung mit der geneigten Schub-Innenfläche 34 eine gleichmäßigere Belastungsverteilung über die allgemeine tragende Fläche des Lagerzapfens hinweg bewirkt, wenn übermäßige Drehmomentkräfte einwirken, welehe die Lagerzapfen zu verformen trachten.
Die ballige Fläche 74 verjüngt sich einwärts in Richtung auf die Achse des Lagerzapfens und bildet somii gleich große Kegelflächen, die an einer Stelle in dei Mitte der Länge bzw. Höhe der zylindrischen Seitenwand 32 enden; an dieser Mittelstelle ist folglich dei kleinste Durchmesser vorhanden.
Ersichtlicherweise ermöglicht der durch die geneigte Schubfläche 34 gebildete, offene Bereich 47 ein Verkanten des Lagerzapfens 26 und der Lagernadeln 3i gegenüber der Lagerschale 28, wie dies in F i g. 5 ir strichpunktierten Linien dargestellt ist, so daß eine Berührung mit einer der durch die ballige Fläche 74 gebildeten geraden Flächen aufrechterhalten bleibt.
Ersichtlicherweise können die ballige Fläche 74 und die geneigte Schub-Innenfläche 34 in einem einziger Arbeitsgang auf der Fertigungsmaschine ausgebildet werden, so daß die Fertigungskosten für diese Anordnung auf einem Mindestmaß gehalten werden. Beim Vorschub des Werkzeugs in die Lagerschale zur Ausbildung der balligen Seitenwand wird der Arbeitsgang fortgesetzt, bis das Werkzeug mit der Innenfläche der Stirnwand in Berührung kommt; zu diesem Zeitpunkl wird die Abschrägung dieser Fläche hergestellt.
Die beschriebene Lagerschalenausbildung kann nicht nur bei Wellengelenken vorgesehen werden, die einen Sprengring zur Festlegung der Lagerschalen gegenüber den Schenkeln verwenden; sie ist vielmehr auch auf verschiedene andere Arten von Lagerschalenhalterungen, beispielsweise auf Gleitlagerschalen, U-Bolzen oder Kappe- und Bolzen-Konstruktionen anwendbar.
Obgleich die ringförmige Innenfläche 34 der Lagerschale mit einer einzigen kegelstumpfförmigen Fläche dargestellt ist, können die Seitenwände der Lagerschale, wie in F i g. 5 gezeigt, auch ballig ausgebildet sein oder andere Oberflächenkonfigurationen bilden. Beispielsweise kann die Innenfläche 34 der Lagerschale durch mehrere kegelstumpfförmige Flächen gebildet werden, die so angeordnet sind, daß sie anfänglich eine Einzel- oder Mehrfachlinienführung mit der Schubfläche des Lagerzapfens herstellen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Lagerschale für ein Kreuzgelenk mit zwei Schenkeln, die mit Hilfe von auf die Lagerzapfen eines Lagerkreuzes aufgesetzten Lagerschalen relativ zueinander schwenkbar gelagert sind, wobei die Lagerschale eine im wesentlichen zylindrische Seitenwand und eine Stirnwand aufweist, deren mit der Schubfläche des Lagerzapfens in Berührung korn- ίο mende Innenfläche einstückig mit einem ringförmigen Teil ausgebildet ist, der mit einer mittigen Ausnehmung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Teil (44) eine nichtplane Oberfläche besitzt, die beim Zusamuenbau dey Lagers anfänglich mit der Schubfläche (36) des Lagerzapfens (26) nur längs einer Kreislinie in Berührung kommt, die zwischen dem Mittelpunkt und dem Außenumfang dieser Schubfläche verläuft und nach dem Einlaufen des Lagers mit dieser Schubfläche einen Kreisring bildet, dessen radiale Breite wesentlich geringer ist als die radiale Breite des ringförmigen Teils selbst.
2. Lagerschale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Teil (44) in radialer Richtung von innen nach außen und unter einem Winkel von etwa 4° gegen die Stirnwand (30) abgeschrägt ist.
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