DE3929998A1 - Waelzlager - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Wälzlager für Maschinenteile oder -einheiten, bei denen das Lager für eine geradlinige Bewegung und für eine gewisse win­ kelförmige Bewegung konstruiert ist. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Wälzlager, das u. a. in einem Universalgelenk-Vorderradantrieb für Motorfahrzeuge nützlich ist.

Bei vielen Personenkraftwagen mit Vorderradantrieb überträgt der Motor sein Drehmoment über ein Getriebe auf eine Antriebswelle. Das Drehmoment wird über drehmomentübertragene Universalgelenke mit konstanter Geschwin­ digkeit auf angetriebene Wellen übertragen. Das Universalgelenk weist ein Gehäuse auf, das mit der Antriebswelle verbunden ist, wobei das Gehäuse drei in Umfangsrichtung mit gleichen Abständen verteilte Paare paralleler Lauf­ bahnen hat. Die angetriebene Welle weist drei in Umfangsrichtung mit gleich­ mäßigen Abständen verteilte Wälzlager auf, wobei sich eine Rolle in Berüh­ rung mit den Laufbahnen in dem Gehäuse des Universalgelenks befindet. Die Lager sind so konstruiert, daß sie eine lineare Bewegung der angetriebenen Welle in bezug auf das Gehäuse und auch eine gewisse winkelmäßige Bewegung der Welle in bezug auf das Gehäuse gestatten. Bei anderen Anwendungen kann die Welle mit den Lagern die Antriebswelle und die Welle mit dem Gehäuse die angetriebene Welle sein.

Gehäuse für Universalgelenke, die in Fahrzeugen mit Vorderradantrieb ver­ wendet werden, können in verschiedenen Formen hergestellt werden. Viele dieser Gehäuse werden mit in Umfangsrichtung beabstandeten Laufbahnen hergestellt, die in radialer Richtung in bezug auf die Gehäuseachse gekrümmt sind. Beispiele solcher Gehäuse für Universalgelenke sind in US-PS 44 84 900 und DE-OS 37 16 962 gezeigt. Andere gegenwärtig herge­ stellte Gehäuse für Universalgelenke zur Verwendung in vorderradgetrie­ benen Fahrzeugen weisen in Umfangsrichtung mit Abstand angeordnete Lauf­ bahnen auf, die einer gekrümmten Bahn folgen, längs welcher die einzige Rolle eines Lagers sich bewegen kann. Ein Beispiel hierfür ist das Uni­ versalgelenkgehäuse nach US-PS 43 38 796.

Die US-PS 47 29 670 offenbart ein Universalgelenkgehäuse zur Verwendung in einem vorderradgetriebenen Fahrzeug, das in Umfangsrichtung beabstandete parallel flache Laufbahnen aufweist. Wie diese Patentschrift zeigt, sind die Lager auf der angetriebenen Welle rechteckförmig gestaltet, weil man glaubte, daß diese Gestaltung nötig wäre, um den geeigneten Kontakt und geeignete Beanspruchungen längs der Berührungslinie des Lagers mit den Laufbahnen des Gehäuses zu erzielen. Jedoch sind die rechteckförmig ge­ stalteten Lager und die Teile dafür sehr kostspielig.

Daher ist ein Universalgelenk zur Verwendung in vorderradgetriebenen Fahr­ zeugen sehr erwünscht, das ein Gehäuse der in US-PS 47 29 670 gezeigten Art aufweist, das aber nicht notwendigerweise die rechteckförmig gestalteten Lager nach jedem Patent erfordert, wenn es erwünscht ist, ein weniger teures Universalgelenk herzustellen. Die vorliegende Erfindung schafft eine Art und eine Gestalt des Lagers, die von derjenigen nach US-PS 47 29 670 ver­ schieden ist und die dennoch in Verbindung mit dem in jenem Patent gezeig­ ten Universalgelenkgehäuse verwendet werden kann.

Kurz gesagt stellt die Erfindung ein Lager dar, das in Verbindung mit einem Universalgelenk verwendet wird, das ein Gehäuse aufweist, das mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Paaren von parallelen flachen Laufbahnen versehen ist. Die Lager sind auf Lagerstützen montiert, die sich radial von einer drehbaren Welle her zwischen ein Paar von in Umfangs­ richtung beabstandeten Paaren von Laufbahnen erstrecken. Jedes Lager hat eine Vielzahl von Rollen, die um die Lagerstütze herum angeordnet sind, und eine einzige größere Rolle mit einer gekrümmten Oberfläche, die mit einer Laufbahn in Berührung steht, während sie gleichzeitig von der anderen Laufbahn einen kleinen Abstand oder Freiraum einhält. Eine zylindrische Hülse ist um die Vielzahl der Rolle herum angeordnet. Die innere Oberflä­ che der Hülse schafft die äußere Laufbahn für die Rollen. Die einzige größere Rolle hat eine zylindrische innere Oberfläche, die gleitfähig auf der Hülse gelagert ist. Die Vielzahl der Rollen und die Hülse sind um die Lagerstütze herum drehbar, aber axial an der Lagerstütze festgelegt. Die größere einzige Rolle ist um die Lagerstütze herum drehbar und axial auf der Hülse verschiebbar.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der fol­ genden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.

Fig. 1 ist eine auseinandergezogene Darstellung eines Universalgelenks mit konstanter Geschwindigkeit und veranschaulicht eine Art der Verwendung des Lagers;

Fig. 2 ist eine Ansicht, teilweise im Schnitt, die die innerhalb des Gehäu­ ses angeordneten Lager nach Fig. 1 zeigt;

Fig. 3 ist eine vergrößerte, bruchstückweise Ansicht, teilweise im Schnitt, der Lager von Fig. 1 und Fig. 2;

Fig. 4 ist eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels.

Wie insbesondere die Fig. 1 und 2 zeigen, weist das mit konstanter Geschwin­ digkeit arbeitende Universalgelenk ein Gehäuse 10 auf, das durch eine Antriebswelle 12 verdreht wird. Die Antriebswelle 12 könnte beispielsweise durch das Getriebe eines Fahrzeuges mit Vorderradantrieb angetrieben werden. Das Gehäuse 10 weist drei in Umfangsrichtung mit gleichen Abständen angeord­ nete Flügel 14, 16 und 18 auf, die als Laufbahnen dienen. Die Laufbahnen 14, 16 und 18 haben in Umfangsrichtung beabstandete, parallele, flache Laufflächen 20 und 22 bzw. 24 und 26 bzw. 28 und 30.

Die Antriebswelle 12 verdreht das Gehäuse 10, welches seinerseits einen Stern 37 auf der angetriebenen Welle 32 verdreht. Drei in Umfangsrichtung mit gleichen Abständen angeordnete Lager 34 sind jeweils auf einer von drei in Umfangsrichtung mit Abständen angeordneten Lagerstützen 36 montiert, die sich radial von dem Sternglied 37 erstrecken, das mit der angetriebenen Welle 32 verbunden ist. Die angetriebene Welle 32 kann beispielsweise mit einem Universalgelenk mit konstanter Geschwindigkeit verbunden sein, um ein Vorderrad eines Personenkraftwagens anzutreiben.

Wie durch die Pfeile in Fig. 1 ersichtlich ist, dreht die Antriebswelle 12 die angetriebene Welle 32 in der gleichen Richtung wie die gekrümmten Pfeile, während es gleichzeitig der angetriebenen Welle 32 gestattet ist, sich linear in jeder Richtung längs der voneinander beabstandeten Lauf­ flächen in den äußeren Laufbahnen 14, 16 und 18 zu bewegen. Die Anordnung gestattet auch eine winkelmäßige Bewegung der angetriebenen Welle 32 in dem Gehäuse 10.

Wie Fig. 3 zeigt, erstreckt sich jede Lagerstütze 36 radial von der ange­ triebenen Welle 32 zwischen ein Paar von beabstandeten Laufflächen. Jedes Lager weist eine Vielzahl von Rollen auf, beispielsweise Nadelrollen 40, in einem Ring, der die Lagerstütze 36 umgibt. Eine zylindrische Hülse 42 ist um die Vielzahl der Rollen 40 herum angeordnet. Die innere Oberfläche 44 der Hülse 42 bietet die äußere Lauffläche für die Nadelrollen 40.

Eine einzige große Rolle 46 ist auf der Hülse 42 gelagert. Die Rolle 46 hat eine zylindrische Bohrung und ist axial auf der Hülse 42 verschiebbar. Die Rolle 46 läuft zwischen einem beabstandeten Paar von parallelen flachen Laufbahnen des Gehäuses, beispielsweise zwischen den Laufbahnen 20 und 22. Das Sternglied 37 ist mit nach außen weisenden Schultern 48 versehen, und jede Lagerstütze 36 hat eine ringförmige Nut 50, die mit axialem Abstand gegenüber einer Schulter 48 angeordnet ist. Eine Beilagscheibe 52 ist auf dernach oben weisenden Schulter 48 des Sternglieds 37 und um die Lager­ stütze 36 herum angeordnet. Eine zweite Beilagscheibe 54 ist um die Lager­ stütze 36 herum angeordnet und axial mit Abstand gegenüber der Beilagscheibe 52 angeordnet.

Ein Klemmring 55 in der Nut 50 in der Lagerstütze 36 hält die Beilagschei­ ben 52 und 54, die Nadelrollen 40 und die Hülse 42 in einer fixierten axialen Stellung auf der Lagerstütze 36. Obwohl die Nadelrollen 40 und die Hülse 42 axial auf der Lagerstütze 36 fixiert sind, rotieren sie um die Lager­ stütze.

Ringförmige Federn 56 und 57, die axial durch beabstandete Nuten auf der Hülse 42 festgelegt sind, üben eine Federbelastung gegen die Endflächen 58 und 62 der einzigen Rolle 46 aus. Diese Federn 56 und 57 dienen dazu, die einzige Rolle 46 axial zentral auf der Hülse 42 festzulegen, wenn durch das Universalgelenk kein Drehmoment übertragen wird. Ringförmige Vorsprünge 70 und 72 an den Federn 56 und 57 erstrecken sich jeweils in eine Nut auf der Hülse 42.

Die Hülse 42 und die Rolle 46 rotieren um die Lagerstütze 36 mit etwa der gleichen Drehzahl. Da jedoch die Rolle 46 axial längs der Hülse 42 ver­ schiebbar oder gleitfähig ist, kann sich die Rolle 46 axial in bezug auf die Hülse 42 in Abhängigkeit von den kinematischen Anforderungen des Gelenks verschieben. Da sich diese Gleit- oder Verschiebebewegung der einzigen Rolle 46 relativ zu der Hülse 42 abspielt und nicht direkt entlang der Nadelrollen 40, besteht keine Notwendigkeit für Nadelrollen, die länger sind als die Hülse 42.

Bei gegenwärtig verwendeten Universalgelenken mit konstanter Geschwindig­ keit ist die Berührungsbeanspruchung auf die Nadelrollen sehr hoch, und die Berührungsbeanspruchung an der Gehäuselaufbahn der einzigen Rolle ist verhältnismäßig niedrig. Beispielsweise kann die Berührungsbeanspruchung an den Nadelrollen zwei-, drei- oder viermal so hoch sein wie die Berüh­ rungsbeanspruchung an der Gehäuselaufbahn der einzigen Rolle. Daher bieten Universalgelenke nach dem Stand der Technik nicht die besten Voraussetzun­ gen in bezug auf eine lange Beanspruchungsdauer.

Fig. 4 zeigt eine Lagerausbildung, die speziell dafür konstruiert ist, die Berührungsbeanspruchung der Nadelrollen und die Berührungsbeanspruchung der Gehäuselaufbahn der einzigen Rolle gleichmäßig zu machen. Dies schafft eine optimale Beanspruchungs-Lebensdauer, sofern erforderlich. Die äußere Umfangsfläche 64 der einzigen Rolle 46 gekrümmt. Der Umfang 66 jeder Nadelrolle 40 hat auch eine gekrümmte Oberfläche in Längsrichtung wie auch in Umfangsrichtung der Nadelrollen. Die zylindrische Oberfläche 48 der Hülse 42 und die zylindrische Bohrung der einzigen Rolle 46 haben die niedrigste Berührungsbeanspruchung und bieten damit den besten Ort zur Aufnahme der axialen Gleitbewegung. Die Berührungsfläche zwischen der gekrümmten Oberfläche 64 und der Gehäuselauffläche sowie die Berührungsfläche zwischen der gekrümmten Oberfläche 66 der Nadelrollen und der inneren Laufflä­ che der Hülse 42 sind so konstruiert, daß die Beanspruchungsbedingungen an den Berührungsstellen der Nadelrollen und an den Berührungsstellen der einzigen Rolle mit der äußeren Lauffläche für einen gegebenen Satz von Betriebsbedingungen des Universalgelenks optimiert sind. Das heißt, daß die Berührungsbeanspruchungen an der Berührungsstelle der äußeren Rolle 46 mit der äußeren Lauffläche im Vergleich zu den Berührungsbeanspruchungen an den Berührungsstellen der Nadelrollen mit der Lauffläche 44 der Hülse 42 im wesentlichen gleich gemacht und damit optimiert werden.

Ein ringförmiger Halter 60 kann verwendet werden, um den Klemmring 55 in der Nut 50 zu halten, wie es bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4 gezeigt ist. Auch kann, obwohl nicht gezeigt, ein entsprechender Halter bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 verwendet werden, um den Klemmring 55 zu halten.

Claims (7)

1. Universalgelenk mit einem Gehäuse, das mit einer Vielzahl von in Umfangs­ richtung mit Abstand angeordneten Paaren paralleler flacher Laufbahnen versehen ist, mit einer drehbaren Welle, mit in Umfangsrichtung mit Abständen angeordneten Lagerstützen auf der Welle, wobei jede Lagerstütze sich radial von der Welle zwischen ein Paar von in Umfangsrichtung mit Abstand angeordneten Paaren der Gehäuselaufbahnen erstreckt, wobei auf jeder Lagerstütze ein Lager angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Lager (34) eine Vielzahl von Rollen (40) um die Lagerstütze (36) herum angeordnet aufweist und daß eine einzige größere Rolle (46) eine gekrümmte Oberfläche hat, die zwischen einem mit Abstand angeordneten Paar von Gehäuselaufflächen (20, 22; 24, 26; 28, 30) läuft und in der Lage ist, eine dieser Laufflächen zu berühren.

2. Universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Rollen (40) um die Lagerstütze (36) herum jeweils eine gekrümmte Umfangsfläche haben.

3. Universalgelenk mit einem Gehäuse, das mit einer Vielzahl von in Umfangs­ richtung mit Abstand angeordneten Paaren paralleler flacher Laufbahnen versehen ist, mit einer drehbaren Welle, mit in Umfangsrichtung mit Abständen angeordneten Lagerstützen auf der Welle, wobei jede Lagerstütze sich radial von der Welle zwischen ein Paar von in Umfangsrichtung mit Abstand angeordneten Paaren der Gehäuselaufbahnen erstreckt, wobei auf jeder Lagerstütze ein Lager angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Lager (34) eine Vielzahl von Rollen (40) um die Lagerstütze (36) herum angeordnet aufweist, daß eine zylindrische Hülse (42) um die Vielzahl von Rollen (40) herum angeordnet ist, wobei die innere Oberfläche (44) der Hülse (42) die äußere Laufbahn für die Rollen (40) bildet, daß eine einzige Rolle (46) mit einer zylindrischen inneren Oberfläche gleitfähig auf der Hülse (42) gelagert ist und zwischen einem mit Abstand angeordneten Paar von Gehäuselaufflächen (20, 22; 24, 26; 28, 30) läuft und in der Lage ist, eine dieser Laufflächen zu berühren, daß die Vielzahl der Rollen (40) und die Hülse (42) um die Lagerstütze (36) herum drehbar sind und axial an der Lagerstütze (36) festgelegt sind, und daß die einzige Rolle (46) um die Lagerstütze (36) herum dreh­ bar und axial auf der Hülse (42) verschiebbar ist.

4. Universalgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (42) und die einzige Rolle (46) um die Lagerstütze (36) herum mit etwa der gleichen Drehzahl umlaufen.

5. Universalgelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zentrier­ feder (56, 57) benachbart jedem axialen Ende der einzigen Rolle (46) angeordnet ist, um die einzige Rolle (46) axial zentral auf der Hülse (42) festzulegen, wenn kein Drehmoment durch das Universalgelenk übertra­ gen wird.

6. Universalgelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzige Rolle (46) eine gekrümmte Oberfläche hat, die zwischen dem mit Abstand angeordneten Paar von Gehäuselaufflächen (20, 22; 24, 26; 28, 30) läuft.

7. Universalgelenk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Rollen (40) um die Lagerstütze (36) herum jeweils eine gekrümmte Umfangs­ fläche (66) aufweisen.