DE3534408A1 - Selbstjustierendes drucklager mit kleinem kontaktwinkel - Google Patents
Selbstjustierendes drucklager mit kleinem kontaktwinkelInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Kupplungsausrück-Drucklager,
insbesondere ein Kupplungsrücklager, das geringe
Rotations-Versetzungen zwischen dem Lager und den
zugehörigen Kupplungsfingern ausgleichen kann .
Im Automobilbau werden Kupplungsausrücklager üblicher
weise als Kraftübertragungseinrichtungen zwischen
einem fußbetätigten Kupplungspedal und den Kupplungs
ausrückfingern verwendet. Die Produktion hoher Qualität
und hoher Quantität von Automobilkupplungen, Kupplungs
lagen und zugehörigen Teilen erfordert, daß die Teile
zu minimalen Kosten zusammengebaut werden können und
so konstruiert und angeordnet sind, daß sie gering
fügige Versetzungen der Teile untereinander ausgleichen
können. Diese Versetzungen können durch geringe
Schwankungen in der Größe und der Form der Teile auf
treten, selbst dann, wenn jedes Teil innerhalb der
Fertigungstoleranzen liegt. Versetzungen können auch
durch die Stärke der wesentlichen Betriebskräfte und
durch lange Betriebsperioden, denen die Teile unter
liegen, hervorgerufen werden. Kupplungsausrücklager
sind beispielhaft in den US-Patenten 39 09 086 vom
30. Sept. 1975 und 46 46 436 vom 6. Sept. 1977 be
schrieben.
Das erfindungsgemäße Lager ist für den Einsatz in
einer ständig laufenden Kupplung ausgelegt, in der
das Kupplungslager relativ zu den benachbarten
Kupplungsfingern vorgespannt ist, so daß das Lager
sich mit den Kupplungsfingern dreht, immer wenn der
zugeordnete Automobilmotor läuft.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachstehend
anhand einer in den Zeichnungen dargestellten Aus
führungsform ausführlich beschrieben. In den Zeichnungen
sind gleiche Teile durch gleiche Bezugszahlen gekenn
zeichnet. Es zeigt:
Fig. 1 eine Explosionsdarstellung einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Lagers;
Fig. 2 einen fragmentarischen Längsschnitt einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lagers
und zugeordneter Teile im eingebauten Zustand.
Obwohl die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungs
form beschrieben wird, ist offensichtlich, daß nicht
beabsichtigt ist, die Erfindung auf diese Ausführungs
form zu beschränken. Es ist im Gegenteil beabsichtigt,
alle Alternativen, Modifikationen und äquivalenten
Ausführungsformen einzuschließen, die den in den An
sprüchen definierten Prinzipien der Erfindung entsprechen.
Wie in den Zeichnungen dargestellt, läßt sich das er
findungsgemäße Kupplungslager 10 an eine zylindrische
Traghülse 12 in einer Position anbauen, in der es mit
mehreren, normalerweise rotierenden Kupplungsfingern 14
der Kupplungsmechanik zum Eingriff kommt; die Kupplungs
finger rotieren gem. Fig. 2 um eine Kupplungsfinger-
Mittellinie oder Rotationsachse A. Die langgestreckte
Traghülse 12, die auf einer Welle (nicht dargestellt)
achsial bewegbar ist, definiert eine Mittellinie oder
Achse B. Es ist zu beachten, daß aus Darstellungs
gründen die Rotationsachse A der Kupplungsfinger 14
nicht mit der Achse B der Traghülse 12 zusammenfällt;
diese Darstellung ist gewählt worden, um die geringe
axiale Versetzung zu demonstrieren, die beim Einsatz
des Lagers eintreten kann.
Das Lager 10 besitzt einen Druckring 20 mit
einer weitgehend L-förmige Querschnittskonfiguration
und einen Stirnflansch 21, der derart mit den Kupp
lungsfingern 14 in Eingriff kommt, daß auf ihn eine
Kraft in einer ersten in Fig. 2 durch den Pfeil dar
gestellten Richtung X wirkt. Es ist offensichtlich, daß
die Traghülse 12 von einer Welle (nicht dargestellt)
getragen wird; d.h., beim Niederdrücken des Kupplungs
pedales wird die Hülse 12 axial in eine zweite Richtung Y
bewegt, um das Drucklager 10 in Eingriff mit den
Kupplungsfingern 14 zu drücken, gegen die Kraft X, die
von den Kupplungsfingern 14 auf das Drucklager 10 aus
geübt wird. Gemäß Fig. 2 ist der Druckring 20 an einem
konischen Laufring 22 befestigt; d.h., der Druckring 20
ist mittels einer Preßpassung mit dem konischen Lauf
ring 22 verbunden. Dadurch rotiert der konische Lauf
ring 22 mit dem Druckring 20, wenn der Druckring 20
mit den rotierenden Kupplungsfingern 14 in Eingriff
steht. Dieser Eingriff zwischen den Kupplungsfingern
14 und dem Druckring 20 ist ein Normalzustand; es
wird erwartet, daß die Kupplungsfinger 14 mit dem
Druckring 20 mit einer geringen Vorbelastung in X-
Richtung in Eingriff stehen, so daß der Druckring 20
und andere Lagerteile mit den Kupplungsfingern 14
rotieren, immer wenn die Kupplung rotiert. Es ist zu
beachten, daß der Druckring 20 mit einem radialen
Abstand IR 1 von der Traghülse angeordnet ist.
Mehrere Lagerelemente, in der dargestellten Aus
führungsform Kugeln 26, sind so bemessen und ausge
führt, daß sie an einer auf dem konischen Laufring
22 geformten ringförmigen Lauffläche 28 anliegen.
Die Kugeln 26 werden von einem kombinierten Trag
und Abstandsring 30 getragen, der die Kugeln 26
in gleichen Abständen zueinander hält. Die Lauffläche
28 ist so geformt, daß sie die Kugeln 26 in einer
gleichmäßigen, bogenförmigen Kontaktlinie berührt.
Gemäß Fig. 2 erstreckt sich diese Kontaktlinie von
einem radial auswärts von der axialen Mittellinie C
jeder Kugel 26 gelegenen Punkt K zu einem axial jenseits
der radialen Mittellinie D dieser Kugel 26 gelegenen
Punkt L. Die Überlappung oder Verlängerung der Kon
taktflächen über die Mittellinien liegt in der Größen
ordnung von 0,76 mm. Durch diese Überlappung kann
das Lager Kräfte in radialer Richtung aufnehmen, die
anderenfalls, wie nachstehend ausführlich erläutert
wird, die Lagerkomponenten voneinander trennen würden.
Das Lager 10 besitzt ferner einen kappenförmigen
Laufring 34, der so angeordnet ist, daß er die Kugeln
26 weitgehend gegenüber dem konischen Laufring 22
berührt.
Der kappenförmige Laufring 34 besitzt eine Lauffläche
35, die die Kugeln 26 berührt; die Lauffläche 35
erstreckt sich von einem axial jenseits der radialen
Mittellinie D der Kugel 26 gelegenen Punkt M zu einem
radial einwärts von der axialen Mittellinie C dieser
Kugel 26 gelegenen Punkt N. Es wird daran erinnert,
daß die Lauffläche 28 des konischen Laufringes 22
auch die radialen und axialen Mittellinien D und C
überlappt. D.h., die Kugeln 26 werden sowohl in axialer
als auch in radialer Richtung getragen und gehalten;
dies ist wesentlich für die Aufnahme sowohl der in X
und Y-Richtung wirkenden axialen Lagerkräfte, als auch
der in radialer Richtung auftretenden Lagerkräfte, wenn
das Lager mit hoher Drehzahl rotiert. Genauer gesagt,
durch die Rotation des Lagers werden Zentrifugalkräfte
erzeugt, die die Kugeln 26 radial nach außen drücken,
und dadurch die Laufringe 22 und 34 voneinander trennen
würden. Wenn dies eintreten würde, würden sich die
Kontaktbereiche zwischen den Kugeln 26 und den Lauf
flächen 28 und 35 ändern, was zu einem übermäßigen
Verschleiß und einem frühzeitigen Lagerschaden führen
würde. In der erfindungsgemäßen Lagerkonstruktion ver
hindert die Überlappung der beiden Laufringe 22 und 34
über die radiale Mittellinie D um mindestens 0,76 mm
jede tendenzielle Auswärtsbewegung der Kugeln 26 und
nimmt die radialen Lagerkräfte auf.
Ferner ist zu beachten, daß der kappenförmige Laufring
34 zusätzlich zur Lauffläche 35 einen sich radial
nach innen erstreckenden ringförmigen Flansch 37 be
sitzt, der sich wesentlich über den Punkt N hinaus
erstreckt, der die radial am weitesten innenliegende
Erstreckung der Lauffläche 35 definiert. Der ring
förmige Flansch 37 besitzt eine axial nach außen ge
richtete ringförmige Stirnfläche 42, die, wie nach
stehend ausführlich beschrieben wird, an einer zuge
ordneten Fläche 40 des Lagergehäuses anliegt.
Eine Mittellinie F des Kugel/Laufflächen-Kontaktes
bildet gem. Fig. 2 mit der axialen Mittellinie C
der Kugeln 26 einen spitzen Winkel. Die Kontakt-
Mittellinie F bildet damit auch derart einen Winkel
mit den Richtungen X und Y der Druckkräfte, daß
Winkelkontakt zwischen dem Laufring 22 bzw. 34 und
den Kugeln 26 erhalten bleibt.
Ein Lagergehäuse 36 ist um die Laufringe 22 und 34
angeordnet; es dient dazu, die Komponenten des Lagers
10 in der Lagereinheit zu halten. Das Gehäuse 36 ist
mittels einer Preßpassung auf der Traghülse 12 be
festigt. Um Schmutz oder andere Beeinträchtigungen
auszuschließen und um eine labyrinthartige Dichtung
für das interne Schmiermittel zu bilden, besitzt das
Gehäuse 36 ein Kappenelement 38, das mittels einer
Preßpassung in dem Hauptteil des Gehäuses 36 befestigt
ist, so daß gem. Fig. 2 ein weitgehend geschlossenes
Gehäuse für das Lager vorhanden ist, das jedoch keine
der anderen Lagerteile berührt. Das Kappenelement 38
erstreckt sich derart zwischen dem Druckring 20 und
dem kegelförmigen Laufring 22, daß es die Labyrinth
dichtung bildet.
Das Lager 10 ist so konstruiert, daß die verschiedenen
internen, rotierenden Komponenten, d.h., der Druckring
20, der kegelförmige Laufring 22, die Kugeln 26 und
der kappenförmige Laufring 34, geringe Versetzungen
zwischen ihrer normalen Mittellinie B und der Rota
tionsachse A der Kupplungsfinger 14, die fixiert ist,
aufnehmen können. Zu diesem Zweck können die o.g.
Komponenten sich radial frei im Gehäuse 36 verschieben.
D.h., wenn die rotierenden Kupplungsfinger 14 an
dem Druckring 20 anliegen, rotieren die Finger 14
und der Druckring 20 infolge des Reibungseingriffes
zwischen den Fingern 14 und des Druckringes 20 als
eine Einheit. Unter den erzeugten Rotationskräften
versucht der Druckring 20 sich gem. Fig. 2 geringfügig
radial aufwärts zu bewegen, um seine Position der
Rotationsachse A der Finger 14 anzupassen. Da der
kegelförmige Laufring 22 mittels einer Preßpassung
mit dem Druckring 20 verbunden ist, versucht der
kegelförmige Laufring 22 ebenfalls seine radiale
Position anzupassen und um die Achse A zu rotieren.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, werden durch diese
Bewegung ebenfalls die Kugeln 26 und der zugehörige
Tragring 30 zusammen mit dem kappenförmigen Laufring
34 aufwärts gedrückt, so daß sie relativ zur Achse A
koaxial orientiert werden. Das mittels einer Preß
passung mit der Traghülse 12 verbundene Gehäuse 36
verbleibt koaxial fluchtend zur Mittellinie B. Um
die radialen Verschiebungen und Anpassungsbewegungen
des kappenförmigen Laufringes 34 relativ zum Gehäuse
36 zu ermöglichen, besitzen das Gehäuse 36 und der
benachbarte kappenförmige Laufring 34 benachbarte,
aneinander liegende, weitgehend ebene Flächen 40 und
42, die parallel zueinander und rechtwinkelig zu den
Achsen A und B ausgerichtet sind. Es hat sich gezeigt,
daß durch diese Ausbildung und Anordnung der Flächen
40 und 42 relativ Winkelbewegungen bzw. Rotationen
zwischen den Flächen weitgehend vermieden werden,
während sich der kappenförmige Laufring 34 quer zur
Achse B frei bewegen kann. Ebenfalls werden trennende
Bewegungen des kappenförmigen Laufringes 34 von den
Kugeln 26 minimiert oder eliminiert und damit interner
Lagerverschleiß und Betriebsgeräusche minimiert.
Um die beschriebenen Bewegungen der Komponenten des
Lagers 10 zu gewährleisten, müssen bestimmte Dimen
sionierungsfaktoren beachtet werden. Es ist zu beachten,
daß gem. Fig. 2 ein ringförmiger Abstand bzw. Spalt
OR zwischen dem äußeren Durchmesser des kegelförmigen
Laufringes 34 und des Gehäuses 36 vorgesehen wird.
Ferner sind ringförmige Spalte zwischen dem inneren
Ende 50 des kappenförmigen Laufringes 34 und der Trag
hülse 12 sowie zwischen dem inneren Durchmesser des
Druckringes 20 und der Traghülse 12 vorzusehen; diese
Spalte sind durch die Bezugszeichnen IR 2 und IR 1
gekennzeichnet. Daraus ist zu ersehen, daß in Bezug
auf die Lagereinheit 10 nur das Gehäuse 36 an der
Traghülse 12 befestigt ist, während die restlichen
Komponenten des Lagers 10 d.h., der Druckring 20,
die Laufringe 22 und 34 und die Kugeln 26 sich quer
zur Achse B frei verschieben können, um ihre Relativ
positionen der Rotationsachse A der Kupplungsfinger 14
anzupassen.
Vorzugsweise liegt jeder der Spalte OR, IR 1 und IR 2
in der Größenordnung von mindestens 1,0 mm. In den
Zeichnungen sind diese Spalte zur besseren Illustration
vergrößert dargestellt. Es ist ferner offensichtlich,
daß der kleinste dieser 3 Spalte die Größe der mög
lichen Anpassungsbewegungen des Lagers bestimmt.
Die beschriebene, erfindungsgemäße Kupplungs-Ausrück-
Lager-Konstruktion kann sowohl radiale als auch axiale
Kräfte aufnehmen und sich trotzdem geringfügigen
Versetzungen relativ zu den Kupplungsfingern oder
Mitnehmern anpassen. Obwohl eine bevorzugte Aus
führungsform der Erfindung beschrieben worden ist,
ist es offensichtlich, daß die mit dem Stand der
Technik Vertrauten, unter Anwendung des erfindungs
gemäßen Prinzips zahlreiche alternative Konstruktionen
ausführen können; daher ist es nicht beabsichtigt,
die Erfindung auf die dargestellte und beschriebene
bevorzugte Ausführungsform zu begrenzen. Es ist be
absichtigt, solche alternativen bzw. gleichwertigen
Konstruktionen in den durch die Ansprüche definierten
Erfindungsumfang einzuschließen.
Claims (8)
1. Kupplungs-Ausrück-Lager für den Einsatz in
Kombination mit einer Traghülse, die eine erste
Rotations-Achse definiert, wobei das Lager so ausge
bildet ist, daß es mit den rotierenden Kupplungsfingern
o.dgl. einer Kupplungsmechanik in Eingriff gebracht
werden kann, die Kupplungsfinger um eine zweite Achse
rotieren, die nicht notwendigerweise mit der ersten
Rotations-Achse zusammenfallen muß, die rotierenden
Komponenten des Lagers so ausgeführt sind, daß sie
ihre Rotations-Orientierung so justieren, daß sie mit
der zweiten Rotations-Achse zusammenfallen und das
Lager einen mit den Kupplungsfingern zum Eingriff
kommenden Druckring mit einem kegelförmigen Laufring,
einem relativ zu dem kegelförmigen Laufring dreh
baren kappenförmigen Ring, mehrere zwischen den Laufringen
angeordnete Lagerelemente, und ein dem kappenförmigen
Laufring benachbartes ringförmiges Gehäuse besitzt,
das so ausgeführt ist, daß es in einer die Lagerkompo
nenten umgebenden Position an der zylindrischen Trag
hülse befestigt werden kann, dadurch gekennzeichnet,
daß der äußere Durchmesser des kappenförmigen Lauf
ringes (34) kleiner ist als der innere Durchmesser des
Gehäuses (36); daß die inneren Durchmesser des Druck
ringes (20) und des kappenförmigen Laufringes (34)
größer sind als der äußere Durchmesser der Traghülse
(12),an der das Lager (10) befestigt wird; und daß der
kappenförmige Laufring (34) und das Gehäuse (36) rela
tiv zueinander so bewegbar sind, daß der Druckring (20),
der kegelförmige Laufring (22) und der kappenförmige
Laufring (34) in radialer Richtung frei verschiebbar
sind, so daß sie ihre Rotationspositionen relativ zur
Rotations-Achse (A) der Kupplungsfinger (14), die mit
dem Druckring (20) zum Eingriff kommen, justieren können.
2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Druckring (20) in einer Position mit einem ersten,
inneren radialen Abstand (IR 1) zur Traghülse (12) endet
und daß der kappenförmige Laufring (34) in einer Posi
tion mit einem zweiten, äußeren radialen Abstand (OR)
von dem überdeckenden Gehäuse (36) endet, so daß Ver
schiebungen des Druckringes (20) möglich sind, ohne
daß benachbarte Lagerteile beschädigt werden.
3. Lager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der kappenförmige Laufring (34) mit
einem zweiten inneren radialen Abstand (IR 2) von der
Traghülse (12) endet, so daß die Verschiebungen des
Druckringes (20) möglich sind.
4. Lager nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gehäuse (36) und der kappen
förmige Laufring (34) benachbarte, aneinanderliegende
Flächen (40 und 42) besitzen, die weitgehend eben und
parallel zueinander orientiert sind, wodurch Winkel
bzw. Rotationsbewegungen zwischen den Flächen (40 und
42) und damit zwischen dem Gehäuse (36) und dem kappen
förmigen Laufring (34) behindert werden.
5. Lager nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch
gekennzeichnet, daß die kegelförmige Lauffläche (28)
Teil eines separaten Laufringes (22) ist, der mit dem
Druckring (20) mittels einer Preßpassung verbunden ist.
6. Lager nach einem der Ansprüche 1-5, gekenn
zeichnet durch eine Traghülse (12), die mit dem
Gehäuse (36) durch eine Preßpassung verbunden ist.
7. Lager nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Flächen (40 und 42) des Ge
häuses (36) und des kappenförmigen Laufringes (34)
weitgehend senkrecht zur Rotations-Achse (B) der
zylindrischen Traghülse (12) orientiert sind.
8. Lager nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lagerelemente (26) Kugeln
sind, die den kappenförmigen Laufring (34) und den
kegelförmigen Laufring (22) in beiderseitigen Ober
flächenkontakten berühren; und daß sich der Oberflächen
kontakt zwischen dem kappenförmigen Laufring (34) und
der Kugel von einem axial jenseits der radialen Mittel
linie (D) der Kugel (26) gelegenen Punkt (M) bis zu
einem radial einwärts von der axialen Mittellinie (C)
der Kugel (26) gelegenen Punkt (M) erstreckt, um die
Trennbewegungen der Laufringe voneinander und damit
den Lagerverschleiß und das Laufgeräusch des Lagers
zu minimieren.
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