DE102021206412A1

DE102021206412A1 - Lagerbuchse und Zapfenlagerung

Info

Publication number: DE102021206412A1
Application number: DE102021206412.4A
Authority: DE
Inventors: Manfred Mattes
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2021-06-22
Filing date: 2021-06-22
Publication date: 2022-12-22
Also published as: US11965547B2; CN115507116A; US20220403880A1

Abstract

Offenbart sind eine Lagerbuchse (1) für einen Zapfen (6) eines Zapfenkreuzes einer Gelenkwelle, mit einer zylindrischen Umfangswandung (12), die einen Innenraum zur Aufnahme von Wälzkörpern (10) und des Zapfens (6) radial begrenzt und mit einem Boden (14), der den Innenraum axial begrenzt, wobei der Boden (14) eine mittige Vertiefung (22) zur Aufnahme einer Anlaufscheibe (24) für den Zapfen (6) hat, und eine Zapfenlagerung (4) mit einer derartigen Lagerbuchse (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagerbuchse für einen Zapfen eines Zapfenkreuzes einer Gelenkwelle nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Zapfenlagerung mit einer derartigen Lagerbuchse.
Gelenkwellen, beispielsweise Antriebsgelenkwellen bei LKWs, bestehen regelmäßig aus einer Vielzahl von gelenkig miteinander verbundenen Teilgelenkwellen. Die Verbindungspunkte der Teilgelenkwellen verfügen über ein Zapfenkreuz, von denen jeweils zwei in Flucht zueinander liegende Zapfen mit einer Kreuzgelenkgabel der Teilgelenkwellen zusammenwirken. Die Lagerung der Zapfen in den Gabelaugen erfolgt über einzelne Wälzlager, die einen axialen Versatz der Teilgelenkwellen zueinander auszugleichen und oszillierende Bewegungen ausführen. Pro Zapfenkreuz sind vier Wälzlager vorgesehen. Bekannte, für die Zapfenkreuze verwendete Wälzlager haben eine becherförmige Lagerbuchse, die einen Innenraum zur Aufnahme von ihren Wälzkörpern und des jeweiligen Zapfens bildet. Die Zapfen haben gewöhnlich an ihrer Stirnseite eine dornartige, mittige Vertiefung. Die Vertiefungen dienen zur Aufnahme eines Haltedorns beim Schleifen der Zapfen. Um ein Reiben der Zapfen am Boden der Lagerbuchsen zu vermeiden, ist in den Lagerbuchsen bodenseitig ein Anlaufring eingesetzt. Ein Außendurchmesser des Anlaufrings ist nahezu gleich einem Bodendurchmesser. Ein Innendurchmesser des Anlaufrings ist so gewählt, dass die zapfenseitige, mittige Vertiefung quasi ausgespart wird. Siehe hierzu auch die linke Darstellung in 3, die ein derartiges Lager 40 nach dem Stand der Technik zeigt. Der Anlaufring ist mit der Bezugsziffer 42 gekennzeichnet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative Lagerbuchse und eine alternative Zapfenlagerung zu schaffen, die bei gleichem Rotationsdurchmesser eine höhere Belastung aufnehmen können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Lagerbuchse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Zapfenlagerung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4.
Eine erfindungsgemäße Lagerbuchse für einen Zapfen eines Zapfenkreuzes einer Gelenkwelle hat eine zylindrische Umfangswandung, die einen Innenraum zur Aufnahme von Wälzkörpern und des Zapfens begrenzt. Zudem hat die Lagerbuchse einen Boden, der den Innenraum axial begrenzt. Erfindungsgemäß hat der Boden eine mittlere Halterung zur Aufnahme einer Anlaufscheibe.
Durch die zentrale Anordnung der Anlaufscheibe ist deren Durchmesser wesentlich kleiner als der Außendurchmesser des Anlaufrings. Untersuchungen ergaben eine Verkleinerung bei gleich großer Lagerbuchse von nahezu 50%. Dies führt zum einen zu einer Reduzierung der Reibung in jeder Zapfenlagerung, und zum anderen über alle Zapfenlager einer Gelenkwelle betrachtet, zum Beispiel 32 Zapfenlager zu einer erheblichen Reduzierung der Reibung und somit zu einer erheblichen Energieeinsparung. Die Anordnung der Anlaufscheibe im Zentrum des Bodens ermöglicht zudem längere Wälzkörper, da die Wälzkörper direkt bis zum Boden geführt werden können und nicht mehr die Dicke eines Anlaufrings berücksichtigt werden muss. Alternativ oder gleichzeitig können die Wälzlager für die erfindungsgemäße Lagerbuchse einen größeren Außendurchmesser haben, nur eine Wälzkörperreihe verwirklicht werden, was in Kombination in einer geringeren Geräuschentwicklung resultiert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Lagerbuchse ist der Boden axial zurückgesetzt ist, derart, dass der Innenraum quasi konisch erweitert ist. Dabei ist in einem planen Mittelabschnitt des Bodens die Halterung als eine Vertiefung eingebracht. Eine alternative Halterung sind zum Beispiel Stege bzw. ein umlaufender Steg. Der Mittelabschnitt ist orthogonal zur Längsachse der Lagerbuchse ausgerichtet, wobei ein den Mittelabschnitt umgebende Bodenring konisch ausgeführt ist. Durch die axiale Zurücksetzung des Bodens wird der Innenraum zur Aufnahme eines mittleren Stirnflächenabschnitt des Zapfens vergrößert, über den sich der Zapfen an der Anlaufscheibe abstützt.
Bevorzugterweise hat die Anlaufscheibe einen Durchmesser einen Durchmesser, der dreimal bis viermal kleiner ist als ein Innendurchmesser der Umfangswandung. Ein solches Durchmesserverhältnis hast sich als besonders günstig herausgestellt.
Eine erfindungsgemäße Zapfenlagerung einer Gelenkwelle hat eine erfindungsgemäße Lagerbuchse und einen Zapfen. Der Zapfen hat einen planen, mittleren Stirnflächenabschnitt und in eine bodenseitige, mittlere Vertiefung der Lagerbuchse ist eine Anlaufscheibe eingesetzt. Dabei liegt der Zapfen mit seinem mittleren Stirnflächenabschnitt an der Anlaufscheibe an.
Als vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn eine oszillierende Relativbewegung zwischen der Anlaufscheibe und dem Grund der Vertiefung auftritt, anstatt zwischen der Anlaufscheibe und dem zapfenseitigen Stirnflächenabschnitt. Dies lässt sich dadurch erreichen, dass der Stirnflächenabschnitt eine größere Rauigkeit als der Grund der Vertiefung hat.
Sonstige vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Figuren anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Längsschnitt durch ein Lager mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lagerbuchse,
2 eine erfindungsgemäße Zapfenlagerung, und
3 einen Vergleich zwischen einer herkömmlichen Lagerbuchse und der erfindungsgemäßen Lagerbuchse nach 1 bei gleichem Rotationsdurchmesser.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lagerbuchse 1 als Bestandteile eines Lagers 2 und 2 zeigt eine erfindungsgemäße Zapfenlagerung 4. Zum besseren Verständnis werden beide Figuren gleichzeitig beschrieben.
Das Lager 1 dient zur Lagerung eines Zapfenkreuzes bei Gelenkwellen, insbesondere von LKW-Antriebsgelenkwellen. Für jedes Zapfenkreuz sind vier Lager 2 notwendig. Im eingebauten Zustand bildet jedes Lager 2 mit einem Zapfen 6 eine Zapfenlagerung 4. Die Lager 2 gleichen oszillierende Bewegungen der über das Zapfenkreuz miteinander verbundenen Teilgelenkwellen aus.
Jedes Lager 1 weist eine becherförmigen Lagerbuchse 1 und Wälzkörper 10 (in 2 nicht gezeigt) auf. Die Lagerbuchsen 1 werden jeweils in einem Gabelauge von den zusammenwirkenden beiden Kreuzgelenkgabeln eingesetzt. Im eingesetzten Zustand verlaufen ihre Längsachsen x orthogonal zur Längssache der Gelenkwelle, wobei sich die einzelnen Lagerlängsachsen x auf der Gelenkwellenlängsachse treffen. Die becherförmige Lagerbuchse 1 wird von einer zylindrischen Umfangswandung 12 und von einem Boden 14 gebildet, die zusammen einen Innenraum zur Aufnahme der Wälzkörper 10 bzw. Wälzkörperreihen und des jeweiligen Zapfens 6 des Zapfenkreuzes bilden. Zur axialen Sicherung und zum Abdichten der Wälzkörper 10 ist am offenen Ende der Lagerbuchse 1 eine Dichtungs- und Rückhalteanordnung 16 eingesetzt, die hier nicht näher beschrieben wird (nicht in 2 gezeigt). Beispielhafte Wälzkörper sind sogenannte Nadelkörper.
Der Boden 14 der Lagerbuchse 1 ist axial nach hinten bzw. nach außen versetzt, so eine konische Erweiterung 18 des Innenraums geschaffen wird. Ein mittlerer Bodenabschnitt 20 ist plan und weist eine Vertiefung 22 auf, in die eine Anlaufscheibe 24 zum Zusammenwirken mit dem Zapfen 6 eingesetzt ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die Anlaufscheibe 24 in 1 nicht in die Vertiefung 22 eingesetzt, sondern außerhalb der Lagerbuchse 1 liegend angeordnet.
Die Anlaufscheibe 24 und die Vertiefung 22 2haben korrespondierende, kreisrunde Konturen. Die Anlaufscheibe 4 liegt auf einem Grund 26 der folglich mittleren Vertiefung 22 auf und steht über einen die Vertiefung 22 umgehenden Randabschnitte des Bodens 14 axial hervor. Die Anlaufscheibe 24 ist somit dicker als die Vertiefung 22 tief ist. Bevorzugterweise hat die Anlaufscheibe 24 einen Durchmesser, der dreimal bis viermal kleiner ist als ein Innendurchmesser der Umfangswandung 12 im Bereich des Bodens 14. Die Anlaufscheibe 24 kann aus Kunststoff oder einem metallischen Werkstoff bestehen.
Zum Zusammenwirken mit der Anlaufscheibe 24 hat der Zapfen 6 einen mittleren, planen Stirnflächenabschnitt 28, der von einem konisch rückgesetzten (angeschrägten) Stirnflächenring 30 umgeben ist. Der Durchmesser des mittleren Stirnflächenabschnitts 28 ist derart, dass er vollflächig an der Anlaufscheibe 24 anliegt; die Anlaufscheibe 24 und der Stirnflächenabschnitt 28 haben bevorzugterweise den gleichen Durchmesser. Die Schrägstellung des Stirnflächenrings 30 ist bevorzugt derart, dass dieser gleichmäßig beabstandet von einem, den mittleren Bodenabschnitt 20 umgebenden gegenüberliegenden angeschrägten Bodenring 32 ist.
Bevorzugterweise hat der Stirnflächenabschnitt 28 eine größere Rauigkeit als der Grund 26 der Vertiefung 22, so dass bei beidseitig gleich ausgeführter Anlaufscheibe 24 oszillierende Relativbewegungen zwischen der Anlaufscheibe 24 und dem lagerbuchsenseitigen Grund 26 der Vertiefung 22 ausgeführt werden und nicht zwischen der Anlaufscheibe 24 und dem zapfenseitigen Stirnflächenabschnitt 28. Die erforderliche Rauigkeit des Stirnflächenabschnitts 28 kann zum Beispiel beim Plandrehen desselben eingestellt werden.
3 verdeutlicht, dass bei gleichem Rotationsdurchmesser R, die erfindungsgemäße Lagerbuchse 1 ein Lager 2 mit einer größeren Breite B1 ermöglicht als ein herkömmliches Lager 40 (Breite B2) nach dem Stand der Technik.
Dies ermöglicht bei gleichem Rotationsdurchmesser R die Aufnahme einer höheren Belastung durch das erfindungsgemäße Lager 1. Alternativ erlaubt dies bei gleicher Belastung wie ein herkömmliches Lager 1 einen kleineren Rotationsdurchmesser. Der Vollständigkeit halber sind in dem erfindungsgemäßen Lager 2 die Anlaufscheibe 26 und in dem herkömmlichen Lager 40 nach dem Stand der Technik ein Anlaufring 42 beziffert.
Offenbart sind eine Lagerbuchse 1 für einen Zapfen 6 eines Zapfenkreuzes einer Gelenkwelle, mit einer zylindrischen Umfangswandung 12, die einen Innenraum zur Aufnahme von Wälzkörpern 10 und des Zapfens 6 radial begrenzt und mit einem Boden 14, der den Innenraum axial begrenzt, wobei der Boden 14 eine mittige Vertiefung 22 zur Aufnahme einer Anlaufscheibe 24 für den Zapfen 6 hat, und eine Zapfenlagerung 4 mit einer derartigen Lagerbuchse 1.
Bezugszeichenliste

1: Lagerbuchse
2: Lager
4: Zapfenlagerung
6: Zapfen
10: Wälzkörper
12: Umfangswandung
14: Boden
16: Dichtungs- und Rückhalteanordnung
18: konische Erweiterung
20: mittlerer Bodenabschnitt
22: Vertiefung
24: Anlaufscheibe
26: Grund der Vertiefung
28: mittleren Stirnflächenabschnitt
30: angeschrägten Stirnflächenring (konisch)
32: Bodenring (konisch)
40: Lager nach dem Stand der Technik
42: Anlaufring nach dem Stand der Technik
x: Längsachse
R: Rotationsradius
B1: Breite Lagerbuchse erfindungsgemäß
B2: Breite Lagerbuchse nach dem Stand der Technik

Claims

Lagerbuchse (1) für einen Zapfen (6) eines Zapfenkreuzes einer Gelenkwelle, mit einer zylindrischen Umfangswandung (12), die einen Innenraum zur Aufnahme von Wälzkörpern (10) und des Zapfens (6) radial begrenzt und mit einem Boden (14), der den Innenraum axial begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (14) eine mittige Halterung (22) zur Aufnahme einer Anlaufscheibe (24) für den Zapfen (6) hat.
Lagerbuchse nach Patentanspruch 1, wobei der Boden (14) axial zurückgesetzt ist, derart, dass der Innenraum konisch erweitert ist, wobei die Halterung als Vertiefung (22) in einem planen mittleren Bodenabschnitt (20) angeordnet ist.
Lagerbuchse nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Anlaufscheibe (24) einen Durchmesser hat, der dreimal bis viermal kleiner ist als ein Innendurchmesser der Umfangswandung.
Zapfenlagerung (4) einer Gelenkwelle, mit einer Lagerbuchse (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche und mit einem Zapfen (6), der mit einem planen mittleren Stirnflächenabschnitt (28) an einer in eine bodenseitige, mittlere Vertiefung (22) der Lagerbuchse (1) eingesetzten Anlaufscheibe (24) anliegt.
Zapfenlagerung nach Patentanspruch 4, wobei der mittlere Stirnflächenabschnitt (28) eine größere Rauigkeit hat als ein Grund (26) der Vertiefung (22), an dem die Anlaufscheibe (24) anliegt.