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Lagerkörper eines Kreuzgelenkes
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Die Erfindung betrifft Lagerkörper eines Kreuzgelenkes, die das einteilige
Zapfenkreuz über Wälzkörper und die einteiligen Gabelarme zweier Gelenkgabeln verbinden
und bei kugeliger bzw. teilkugeliger Ausbildung des Ereuzkörpers oder an in Fortsetzung
der Zapfen im Bereich des Kreuzkörpers befindlichen Kegelflächen abgestützt sind.
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Kreuzgelenke nach DT-PS 2 225 594 bieten den Vorteil, daß die Stirnfläche
bzw. Abstützfläche des Lagerkörpers mit zur Drehmomentübertragung herangezogen wird.
Dies bringt bei hohen Drehmomentbelastungen nicht unerhebliche Radialkräfte an der
Abstützfläche des Lagerkörpers.
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Der freistehende Teil des Lagerkörpers zwischen Gabelarm bzw. Wälzkörperbereich
und Kreuzkörper kann nicht unbegrenzt verkleinert werden, dadurch, daß genügend
Raum zwischen Gabelinnenfläche und Kreuzkörper für die Einfädelung des einteiligen
Kreuzkörpers bei der Montage einerseits und für die Bewegung der zweiten Gabel bei
maximalem Beugewinkel andererseits vorhanden sein muß.
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Die Lagerkörper werden außerdem gehärtet und weisen
Fasern
aus, die nach nahezu allen bekannten Herstellverfahren axial verlaufen. Ferner ist
zwischen Außendurchmesser- und Stützflächenmantellinie ein Spitzwinkel vorhanden.
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Die hohe Belastung wirkt im Sinne einer Sprengkraft, welche durch
die besondere Ausbildung der freistehenden-Partie des Lagerkörpers - wie geschildert
- zunächst zu Rissen an der Stirnfläche des Lagerkörpers und schließlich zum Versagen
desselben führt.
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Ferner schlägt die DT-PS 2 225 594 vor, daß bei Anwendungsfällen,
bei denen eine zusätzliche Abdichtung erforderlich ist, daß der Außenumfang des
Lagerkörpers und der zugewendete Bereich des Kreuzkörpers als Dichtfläche herangezogen
werden. Dadurch muß der Abstand zwischen Gabelinnenfläche und Kreuzkörper noch erweitert
werden. Die Montage muß außerdem mit großer Vorsicht ausgeführt werden, um Beschädigungen
der Dichtringe soweit wie möglich zu vermeiden.
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Die Kugelflächen bzw. Kegelflächen des Kreuzkörpers werden nach der
zitierten DT-PS weiterhin als gute Anlauffläche für die vorzusehenden Wälz- oder
Gleitkörper dargestellt. Demnach werden die Wälz- oder Gleitkörper auf einer Seite
vom Lagerkörper, von der anderen Seite vom Ereuskörper axial fixiert. Beide Teile
führen Jedoch eine relative Pendelbewegung zueinander, so daß eine an sich unerwünschte
Schrägstellung der Wälzkörper dadurch begünstigt wird.
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Bei dem dünnwandigen Lagerkörper schlägt die zitierte DT-PS vor, daß
der dem Körper des Zapfenkreuzes zugewandte Teil des Lagerkörpers zunächst nach
innen und
dann wieder nach außen gebogen ist, wobei der nach außen
gebogene Bereich etwa parallel zum kegeligen Teil des zugeordneten Zapfens verläuft.
Die Herstellung dieses Lagerkörpers ist äußerst schwierig und kostspielig. Die Abstützung
ist bei höheren Belastungen relativ elastisch und schwingungs empfindlich.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen Lagerkörper, der
hohen bis höchsten Belastungen standhält, bei dem die Partie zwischen Wälzlagerkörper
und Kreuzkörper hauptsächlich unter Druck belastet wird. Ferner soll die Lagerung
in radialer Richtung der Gelenkwelle starr ausgebildet sein und somit im Einsatz
oder beim Auswuchten der Gelenkwelle vibrationsfrei funktionieren.
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Die Wälzkörper sollen außerdem an beiden Seiten vom Lagerkörper axial
geführt werden0 Des weiteren soll der Lagerkörper derart auslegbar sein, daß die
verschiedenen Herstellverfahren von der Zerspanung über das Bließpressen zum Tiefziehen
Anwendung finden, um die jeweiligen Seriengrößen optimal wirtschaftlich gestalten
zu können; Darüber hinaus soll die relative Geschwindigkeit und der Verschleiß an
den Stützflächen weitgehend herabgesetzt werden.
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Bei Anwendungsfällen, -bei denen eine zusätzliche Abdichtung außerhalb
des Stützbereiches erforderlich ist, hat sich die Erfindung die weitere Aufgabe
gestellt, daß die Auslegung des Lagerkörpers es erlaubt, ein vom Lagerkörper zu
tragendes Dichtungselement vorzusehen, welches im Bereich des Außendurchmessers
desselben liegt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jeweils der
kleinere Durchmesser der Abstützfläcre des Lagerkörpers kleiner als der Durchmesser
der hohlzailinderischen
Lagerfläche ist und im radialen Bereich
der Wälzkörper liegt, bzw. daß der größere Durchmesser der Abstützfläche des Lagerkörpers
kleiner als der Außen durchmesser des Lagerkörpers ist, und dar der Verlauf des
Teiles zwischen Wälzkörperbereich und » zutützfläche in etwa senkrecht zur Abstützfläche
auge rührt wird.
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Eine zweckmäßige und fertigungsfreundliche Ausführung ergibt sich
dadurch, daß der Teil zwischen Wälzkörperbereich und Abstützfläche als separates
Teil vorzugsweise im Lagerkörper zentriert ausgebildet ist.
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Hierbei ist die individuelle und optimale Bestimmung der bestgeeigneten
Materialien des Wälzkörpers und des Zwischenringes gegeben. Ist der Zwischenring
nicht mit Pressung im Lagerkörper zentriert, so bewegt sich dieser schwimmend zwischen
Lager- und Kreuzkörper, so daß die relative Geschwindigkeit der Abstützflächen zueinander
und somit der Verschleiß weiterhin reduziert bzw.
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quasi halbiert wird.
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J?iir höchstbeanspruchte Kreuzgelenke, besonders bei großen Dimensionen
wird nach dem Erfindungsgedanken vorgeschlagen, daß zwischen Wälzlagerkörperbereich
und Abstützfläche ein Drucklager'vorzugsweise ein kegelrollenartiges Wälzlager,
vorgesehen ist.
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Hiermit wird die Wärmeentwicklung durch das zwischengeschaltete Wälzdrucklager
erheblich reduziert und die thermische Belastbarkeit erhöht.
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Dünnwandige Lagerkörper werden in aller Regel nach dem Härten nicht
mehr geschliffen, so daß die Härteverzüge, welche sich in Form von Ovalität und
Konizität hauptsächlich
am offenen Ende des Körpers ergeben, an
besonderer Bedeutung gewinnen. Die Erfindung schlägt'in diesem Zusammenhang vor,
daß der dem Kreuzkörper zugewandte Teil des Lagerkörpers unmittelbar nach dem Rollkdrperbereich
nach innen randförmig in etwa bis zum Kreuzzapfen gebogen ist, und daß der Lagerkörper
in eine längere Hülse eingepreßt wird, welche an der des Kreuzkörpers abgewandten
Seite geschlossen ist, und daß zwischen der Hülse, dem Rand des Lagerkörpers und
dem Zapfenkreuz ein passender Druckring eingelegt wird.
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Dadurch werden die Härtevorzüge des Lagerkörpers, welche die Genauigkeit
und Belastbarkeit der Lagerung entscheidend beeinflussen, durch Einpressen des offenen
Lagerkörpers in die geschlossene Hülse weitgehend korrigiert.
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Durch die Zusammenwirkung von Lagerkörper und Hülse ist unter Umständen
die Reduzierung der Wandstärken im Verhältnis zu den übrigen einteiligen Lagerkörpern
gegeben.
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Die geschlossene Hülse sorgt für eine sichere und dichte Einheit und
eignet sich ebenfalls für die Aufnahme eines Dichtelementes.
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In logischer Fortsetzung des Erfindungsgedankens und in weiterer Erfüllung
der Aufgabenstellung wird vorgeschlagen, daß zwischen Lagerkörper, Hülse und Druckring
eine geräuschdämpfende und/oder nachgiebige Materialschicht, z. B. aus Kunststoff
vorgesehen ist.
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Durch die Einkapselung der Materialschicht von allen Seiten wird sichergestellt,
daß ein Fließen dieses Materials, wie das bekannterweise bei Kunststoff der Fall
ist, verhindert wird. Die nachgiebige Materialschicht
sorgt dafür,
daß die unvermeidbaren Fluchtungsfehler zwischen Wälzkörper und Lagerkörper bzw.
Kreuzzapfen in hohem Maße reduziert werden, was zu einer erheblichen Erhöhung der
Drehmomentleistung und/oder Lebensdauer des Kreuzgelenkes führt. Das Kreuzgelenk
bleibt radial unnachgiebig bzw. starr.
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Zur Erhöhung der Genauigkeit der Kreuzgelenklagerung und zur Vereinfachung
der Herstellung schlägt die Erfindung ferner vor, daß der Druckring und die Materialschicht
einteilig separatfoder nach dem Zusammenbau durch Gießen oder Spritzen hergestellt
werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von verschiedenen Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 Ein Längshalbschnitt eines Kreuzgelenkes mit Lagerkörper
gleicher Wandstärke.
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Fig. 2 Teilschnitt eines Lagerkörpers mit separatem Abstützteil.
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jig. 3 Teilschnitt eines Lagerkörpers mit kegelrollenartigem Drucklager.
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Fig. 4 Teilschnitt eines Lagerkörpers in dünnwandiger Ausführung0
Fig. 5 Teilschnitt eines Gelenklagers in dünnwandiger Ausführung mit einer Materialschicht
zwischen Lagerkörper und Hülse.
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Fig. 1 zeigt ein Zapfenkreuz 1 mit Zapfen 2 und kugeliger Kreuzkörperabstützfläche
3. Der Hohlraum des Kreuzkörpers ist mit Fett gefüllt und mit zwei Deckeln 4 geschlossen.
Lagerkörper 5 ist zwischen Wälzkörperbereich bzw. Innenfläche der Gabel 6 und Kreuzkörper
innen und außen konisch ausgeführt, so daß dieser Abschnitt in etwa senkrecht zur
Kreuzkörperoberfläche verläuft.
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Dadurch wird die Sprengkraft bzw. die Zugspannungen weitgehend herabgesetzt,
insbesondere an der Lagerkörperstirnfläche. Der innere Kegel dient zur axialen Fixierung
der Wälzkörper 7. Eine genauere Fixierung kann jedoch durch das Einfügen eines Zwischenringes
zwischen dem inneren Kegel und Wälkörper erreicht werden. Dieser Ring kann - wie
an sich bekannt - federnd ausgebildet sein. Eine Dichtung 8 dichtet die Lagerung
an dem Außenkegel des Lagerkörpers 5 und der Ereuzkörperoberfläche 3 ab. Der Außendurchmesser
des Dichtungsringes ist in etwa gleich dem Außendurchmesser des Lagerkörpers ausgeführt,
so daß nach Einfädelung des Zapfenkreuzes 1 ohne Dichtringe in die Gabelbohrungen
9, der Lagerkörper und Dichtringe - unter Umständen einschl.
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Wälikörper7 und Lagerdeckel 10 - gemeinsam in die Gabelbohrung 9 eingeschoben
oder eingepreßt werden können.
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Dadurch wird eine Beschädigung des Dichtringes vermieden. Zur Sicherung
wird ein Sprengring 11 eingesetzt, so daß die axialen Kraftkomponenten der Abstützung
je nach Passungsverhältnisse des Lagerkörpers in die Gabelbohrung vom Sprengring
aufgenommen werden. Der Lagerkörper weist insgesamt in etwa eine konstante Wandstärke
auf, so daß dieser aus Rohrmaterial oder ansonsten als Tiefzieh- oder Fließpreßteil
hergestellt werden kann.
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Nut 12 dient zur Einfädelung des Zapfenkreuzes 1, um den Abstand zwischen
den Innenflächen der Gabelarme zueinander so klein wie möglich zu halten. Aus Festigkeitsgründen
kann diese Nut jedoch nicht beliebig erweitert werden.
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In Fig. 2 wird Zwischenring 15 zwischen Ereuzkörperoberfläche 3 des
Zapfenkreuzes 1 und Lagerkörper 5 dargestellt. Der Druckring 15 weist einen größeren
Innendurchmesser 16 als der Außendurchmesser des zapfens 2 auf, um den Zugang des
Schmiermittels vom Wälz1 rperberei~ch zum Abstützbereich zu ermöglichen. Ferner
wird durch den größeren Durchmesser 16, besonders bei Verwendung von Druckringen
aus harten Materialien, eine Zwangsstellung durch die unterschiedlichen Toleranzen
vermieden.
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Die Planfläche 17 des Druckringes 15 dient zur axialen Fixierung der
Wälzkörper. Dichtungselement 8 ist zur Abdichtung der Lagerung vorgesehen und berührt
sowohl die Kreuzkörperoberfläche 3 als auch die Planfläche 18 des Lagerkörpers,
so daß Zwischenring 15 im Lagerkörper drehbeweglich angepaßt werden kann.
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Der Kreuzkörper 1 in Fig. 3 ist kegelig ausgebildet.
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Zwischen Kreuzkörperoberfläche 3 und Lagerkörperabstützfläche 20 sind
Kegelrollen 21 zur axialen Abstützung des Lagerkörpers vorgesehen. Die Kegelrollen
21 sind ferner in Käfig 22 aufgenommen und von Bordkante 23 am Lagerkörper 5 geführt.
Ein Dichtelement 8 ist zwischen Lagerkörperrand 24 und Kreuzkörper zur Abdichtung
der Lagerung vorgesehen. Das Dichtelement 8 kann ebenfalls bei der Montage vom Lagerkörper
5 getragen werden. Ein zusätzlicher Dichtring 25 ist zur Abdichtung zwischen Lagerkörper
5 und Lagerdeckel 10 dargestellt.
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Der Lagerkörper 5 von Fig. 4 ist aus dünnwandigem Blech hergestellt.
Die nach innen gebogene Partie 26 des Lagerkörpers 5 dient einerseits zur axialen
Biwierung der Wälzkörper 7 und andererseits zur Aufnahme der Axialkräfte über dem
Druckring 15. Lagerkörper 5 ist ferner in der geschlossenen Hülse 27 eingepreßt,
so daß die
durch das Härten des Lagerkörpers verursachten Härteverzüge
vom steiferen Teil der Hülse korrigiert'werden können. Die Hülse braucht an und
für sich nicht oberflächengehärtet zu werden, da diese nur eine Halte-und Stützfunktion
zu erfüllen hat. Im Gegenteil soll die Hülse nicht oberflächengehärtet sein, so
daß der freistehende Abschnitt 28 eine ausreichende Zähigkeit aufweist. Druckring
15 ist am kleineren Durchmesser mit Nuten 29 versehen, um den Zugang des Schmiermittels
zur Abstützfläche zu gewährleisten. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Druckring
15 aus Kunststoff vorgesehen, z. B. glasfaserverstärkter Kunststoff. Ferner weist
Stützring 15 Dichtlippen 30 aus. Je nach Anforderung kann anstelle der Dichtlippen
ein Dichtring vorgesehen werden, welcher innerhalb der Hülse aufgenommen wird. Weiterhin
wird der kleinere Durchmesser 32 des Druckringes 15 etwas kleiner als der Durchmesser
des Zapfens 2 bzw. exzentrisch ausgeführt, so daß ein sehr geringer Anteil des Drehmomentes
über den Druckring abgeleitet wird, bzw. im Rahmen der radialen Spiele des Wälzlagers.
Diese Maßnahme wirkt geräuschdämpfend bei kleineren Wechsellastmomenten. Solche
Geräusche sind ja bekannt bei Kraftfahrzeugantrieben, beispielsweise während des
Rollens des Fahrzeuges. Zur axialen Sicherung der Lagerung in der Gabelbohrung ist
eine Prägesicherung 31 vorgesehen.
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Fig. 5 weist Lagerkörper 5 und Hülsen 28 auf, die im Prinzip ähnlich
der Fig. 4 ausgebildet sind, mit dem Unterschied, daß eine zylinderische Materialschicht
33 zwischen beiden Teilen vorgesehen ist. Ferner ist der Druckring 15 einteilig
mit der Materialschicht 33 ausgeführt. Das Teil, bestehend aus Druckring 15 und
Materialschicht
33, kann nach Zusammenbau der Lagerung oder im Endzustand nach der Montage in die
Gelenkgabeln durch Spritzen hergestellt werden. Die Wandstärke der Materialschicht
kann je navhAnforderung von wenigen 100stel mm bis relativ größeren Wandstärken
ausgelegt werden. Bei geringeren Wandstärken ist hauptsächlich der Fluchtungsfehler
zwischen Kreuzzapfen 2 und Gabelarmbohrungen 9 bei höheren Belastungen auszugleichen,
so daß die Wälzkörper 7 auf ihrer gesamten Länge zur Übertragung herangezogen werden
können. Bei größeren Wandstärken und besonders bei nachgiebigen Materialien dient
die Zwischenschicht hauptsächlich als Vibrations-und Geräuschdämpfer.
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Die als Beispiel dargestellten Merimale der o. a.
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Figuren können selbstverständlich auch gegebenenfalls kombiniert werden.
Die Ausführungen zeigen stets Wälzlager, jedoch sind Gleitlager analog einsetzbar.
Die Anordnungen der Lagerkörper sind weiterhin für andere Anwendungsfälle als an
Kreuzgelenken mit ähnlichen Belastungskriterien, insbesondere die Schrägstellung
der Lagerkörper zum Zapfen oder Wellenkörper einsetzbar.