DE3534408A1 - Selbstjustierendes drucklager mit kleinem kontaktwinkel - Google Patents

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.