DE102005022570B4

DE102005022570B4 - Anlaufscheibe für eine Lagerbüchse

Info

Publication number: DE102005022570B4
Application number: DE102005022570A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Bauer; Rut Heemskerk; Jürgen Reichert
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2011-11-17
Anticipated expiration: 2025-05-18
Also published as: DE102005022570A1

Abstract

Anlaufscheibe mit einer Anlauffläche (7) für den axialen Anlauf von Wälzkörpern (4) einer Lagerbüchse (1) und/oder eines in der Lagerbüchse (1) drehbar gelagerten Zapfens (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Anlaufscheibe (6) als ein im Bereich der Anlauffläche (7) spritztechnisch mikrostrukturiertes Kunststoffteil mit einer Vielzahl von teilkugelförmigen Vertiefungen (16) und/oder teilkugelförmigen Erhebungen (17) ausgebildet ist, welche jeweils maximal 0,1 mm relativ zu dem sie umgebenden Bereich der Anlauffläche (7) überstehen oder zurückgesetzt sind und dass die Vertiefungen (16) und/oder Erhebungen (17) einer Vielzahl von muldenförmigen Schmiertaschen (14) überlagert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlaufscheibe für eine Lagerbüchse. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Lagerbüchse mit einer derartigen Anlaufscheibe sowie ein Kreuzgelenk mit wenigstens einer derartigen Lagerbüchse.
Anlaufscheiben werden beispielsweise bei Lagerbüchsen von Kreuzgelenken eingesetzt, bei denen zwei um 90 Grad gegeneinander verdrehte Gabeln durch ein Zapfenkreuz schwenkbar miteinander verbunden sind. Die Lagerbüchsen sind in dafür vorgesehene Ausnehmungen der Gabeln eingesetzt, wobei je eine Lagerbüchse einen Zapfen des Zapfenkreuzes drehbar lagert. Hierfür sind in der Lagerbüchse Wälzkörper zur radialen Abstützung des jeweiligen Zapfens und eine Anlaufscheibe, die insbesondere aus Kunststoff gefertigt sein kann, zur Aufnahme von axialen Kräften angeordnet. Bei sehr hohen Axialkräften wird üblicherweise auf die Anlaufscheibe verzichtet, so dass der jeweilige Zapfen direkt am metallischen Boden der Lagerbüchse anläuft. Aufgrund der positiven Eigenschaften der Kunststoff-Anlaufscheiben, wäre auch im Falle von hohen Axialkräften ein Einsatz von Kunststoff-Anlaufscheiben wünschenswert. Unter diesen Bedingungen und insbesondere bei erhöhten Betriebstemperaturen eignen sich hierfür allerdings nur Spezialkunststoffe. Außerdem ist eine gute Schmierung der Kunststoff-Anlaufscheiben bei hohen Axialkräften besonders wichtig, aufgrund der hohen Flächenpressung aber nicht leicht realisierbar.
Aus der DE 68 10 086 U ist eine Stirnanlaufscheibe für die Lagerzapfen eines Kreuzgelenkes bekannt. Die bekannte Stirnanlaufscheibe besteht aus einem hitzestabilisierten, hochkristallinen und wärmebeständigen Kunststoff, in den bei der Herstellung Schmiertaschen eingepresst werden. Die Schmiertaschen sind beispielsweise als napfförmige Vertiefungen ausgebildet.
Die DE 25 55 667 A offenbart eine Stirnanlaufscheibe für die Lagerzapfen des Zapfenkreuzes eines Kreuzgelenks, deren Stirnfläche Schmiernuten aufweist. Die Flächen zwischen den Schmiernuten sind mit Erhebungen versehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlaufscheibe für eine Lagerbüchse so auszubilden, dass mit der Lagerbüchse eine möglichst optimale Lagerung eines Zapfens auch beim Auftreten hoher Temperaturen und hoher Axialkräften möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Anlaufscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Anlaufscheibe weist eine Anlauffläche für den axialen Anlauf von Wäzlzkörpern einer Lagerbüchse und/oder eines in der Lagerbüchse drehbar gelagerten Zapfens auf. Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Anlaufscheibe besteht darin, dass sie als ein im Bereich der Anlauffläche spritztechnisch mikrostrukturiertes Kunststoffteil mit einer Vielzahl von teilkugelförmigen Vertiefungen und/oder teilkugelförmigen Erhebungen ausgebildet ist, welche jeweils maximal 0,1 mm relativ zu dem sie umgebenden Bereich der Anlauffläche überstehen oder zurückgesetzt sind und einer Vielzahl von muldenförmigen Schmiertaschen überlagert sind.
Die erfindungsgemäße Anlaufscheibe hat den Vorteil, dass sie eine gute Schmierwirkung und gute Dämpfungseigenschaften aufweist und dennoch mit relativ geringem Aufwand herstellbar ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die gute Schmierwirkung der Verschleiß gering gehalten werden kann und ein Einsatz auch bei Lagerbüchsen möglich ist, die großen axialen Belastungen ausgesetzt sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die äußere Form von bereits bekannten Anlaufscheiben, die häufig derartige muldenförmige Schmiertaschen aufweisen, beibehalten werden kann und somit keine grundlegende Neukonstruktion erforderlich ist. Außerdem bleiben die mit den muldenförmigen Schmiertaschen erzielten Wirkungen erhalten und werden durch die positiven Eigenschaften der Vertiefungen und/oder Erhebungen ergänzt.
Die Vertiefungen und/oder Erhebungen sind vorzugsweise in stochastischer Anordnung über die Anlauffläche verteilt sind. Außerdem können Vertiefungen und/oder Erhebungen mit unterschiedlichen Abmessungen vorhanden sein. Insbesondere können die Abmessungen der Vertiefungen und/oder Erhebungen einer stochastischen Verteilung folgen. Durch diese Maßnahmen wird jeweils eine nochmalige Verbesserung der Schmierwirkung erzielt.
Im Hinblick auf ein gutes Schmierverhalten und eine einfache Herstellbarkeit ist es besonders vorteilhaft, wenn die Vertiefungen und/oder Erhebungen halbkugelförmig ausgebildet sind.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anlaufscheibe weisen die Vertiefungen und/oder Erhebungen kleinere Abmessungen auf als die muldenförmigen Schmiertaschen.
Vorzugsweise sind die Vertiefungen oder Erhebungen so ausgebildet, dass sie jeweils eine maximale laterale Erstreckung von 0,2 mm aufweisen. Die erfindungsgemäße Anlaufscheibe ist bevorzugt aus einem Kunststoff auf Polyphenylensulfid-Basis oder auf Polyphthalamid-Basis gefertigt. Diese Kunststoffe sind thermisch sehr stabil und ermöglichen somit hohe Betriebstemperaturen. Dadurch können viele zusätzliche Anwendungen im Bereich hoher Betriebstemperaturen erschlossen werden und es ist bei Anwendungen, die nominell bei niedrigeren Temperaturen arbeiten ein großes Sicherheitspolster und damit eine geringe Störanfälligkeit vorhanden.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Lagerbüchse zur drehbaren Lagerung eines Zapfens, die mit der erfindungsgemäßen Anlaufscheibe ausgerüstet ist sowie auf ein Kreuzgelenk, das wenigstens eine derartige Lagerbüchse aufweist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Lagerbüchse im montierten Zustand in Schnittdarstellung,
2 eine Aufsicht auf die Anlauffläche eines Ausführungsbeispiels der Anlaufscheibe,
3 einen vergrößerten Ausschnitt des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels der Anlaufscheibe in Schnittdarstellung und
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anlaufscheibe in einer 3 entsprechenden Darstellung.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Lagerbüchse 1 im montierten Zustand in Schnittdarstellung. Die Lagerbüchse 1 ist topfförmig ausgebildet und weist eine zylinderförmige Seitenwand 2 und einen Boden 3 auf. Im Innenbereich der Lagerbüchse 1 ist die Seitenwand 2 als eine Laufbahn ausgebildet, auf der zwei Sätze von zylinderförmigen Wälzkörpern 4 abrollen. Die Wälzkörper 4 rollen weiterhin auf einer zylinderförmigen Mantelfläche eines Zapfens 5 ab, der in die Lagerbüchse 1 eingeführt ist. Am Boden 3 der Lagerbüchse 1 ist eine Anlaufscheibe 6 angeordnet, die eine Anlauffläche 7 aufweist, an welcher der Zapfen 5 mit seiner axialen Stirnfläche anliegt. Mit ihrer zur Anlauffläche 7 rückwärtigen Auflagefläche 8 stützt sich die Anlaufscheibe 6 auf den Boden 3 der Lagerbüchse 1 ab. Im Bereich des offenen axialen Endes der Lagerbüchse 1 ist eine Dichtungsanordnung 9 mit mehreren Dichtelementen an der Seitenwand 2 der Lagerbüchse 1 fixiert und dichtet den Radialspalt zwischen der Seitenwand 2 der Lagerbüchse 1 und dem Zapfen 5 ab. Axial anschließend an die Dichtungsanordnung 9 ist ein Federring 10 angeordnet, der die Wälzkörper 4 zur Anlaufscheibe 6 hin vorspannt. Die der Anlaufscheibe 6 benachbarten Wälzkörper 4 laufen im Bereich eines erhaben ausgebildeten Randstreifens 11 der Anlauffläche 7 axial an der Anlaufscheibe 6 an.
Der Zapfen 5 kann beispielsweise Bestandteil eines Zapfenkreuzes eines Kreuzgelenks einer Gelenkwelle sein. Derartige Gelenkwellen können beispielsweise bei gelenkten Rädern von Lastkraftwagen eingesetzt werden, wobei hierfür insbesondere Doppelgelenkwellen eingesetzt werden, die zwei Kreuzgelenke aufweisen. Ebenso ist ein Einsatz in Industrieanlagen, insbesondere Walzwerksanlagen, möglich. Die im Betrieb auftretenden radialen Kräfte werden vom jeweiligen Zapfen 5 über die Wälzkörper 4 in die zugehörige Lagerbüchse 1 eingeleitet. Die axialen Kräfte werden vom jeweiligen Zapfen 5 über die Anlaufscheibe 6 an die zugehörige Lagerbüchse 1 weitergegeben. Bei hohen Winkelauslenkungen der Kreuzgelenke, die insbesondere bei einer Doppelgelenkwelle auftreten und große Axialkräfte verursachen, ist die Anlaufscheibe 6 sehr starken Belastungen ausgesetzt. Insbesondere bei hohen Temperaturen verlieren viele Kunststoffe, wie beispielsweise Polyamid unter diesen Belastungen ihre Formstabilität.
Aus diesem Grund wird die Anlaufscheibe 6 bevorzugt aus einem speziellen Kunststoff gefertigt, der sehr hohen Druckbelastungen unbeschadet standhält und zwar auch bei hohen Temperaturen. Hierfür eignen sich insbesondere Kunststoffe auf Polyphenylensulfid-Basis. Für Polyphenylensulfid wird im Folgenden jeweils die Abkürzung PPS verwendet. Der PPS-Kunststoff weist zudem gute spritztechnische Eigenschaften auf, so dass eine einfache und kostengünstige Herstellung der Anlaufscheibe 6 möglich ist. Um die gewünschte hohe Druckfestigkeit und Temperaturstabilität zu erreichen, sind dem PPS-Kunststoff ein oder mehrere Zusatzstoffe zugesetzt. Insbesondere eignen sich hierfür Fasermaterialien wie beispielsweise Glasfaser, Mineralfaser oder Kohlefaser, die sowohl einzeln oder auch in Kombination dem PPS-Kunststoff zugemischt sein können. Um einen nennenswerten Effekt zu erzielen, beträgt der gesamte Gewichtsanteil der zugesetzten Fasermaterialien wenigstens 10%. Sehr gute Ergebnisse lassen sich insbesondere bei einem Gewichtsanteil von ca. 60% Fasermaterial erzielen. Weiterhin können dem PPS Kunststoff noch Zusatzstoffe zugesetzt werden, um bessere Gleiteigenschaften zu erzielen. Hierfür eignen sich beispielsweise Teflon, Graphit und Molybdändisulfid, die einzeln oder in Kombination vorgesehen werden können. Mit der Anlaufscheibe 6 auf PPS-Basis sind Betriebstemperaturen bis ca. 240 Grad Celsius möglich, ohne die Druckfestigkeit der Anlaufscheibe 6 in unzulässiger Weise zu beeinträchtigen.
Falls nicht ganz so hohe Betriebstemperaturen erforderlich sind, kann anstelle des PPS auch ein Kunststoff auf Polyphthalamid-Basis eingesetzt werden. Auch hier können in entsprechender Weise wie beim PPS Fasermaterialien und sonstige Zusatzstoffe zugesetzt sein. Mit Polyphthalamid (PPA) lassen sich Betriebstemperaturen bis ca. 170 Grad Celsius realisieren.
Um bei der Anlaufscheibe 6 aus den genannten Kunststoffen oder einem sonstigen Kunststoff eine möglichst gute Schmierung zu gewährleisten, weist die Anlaufscheibe 6 im Bereich der Anlauffläche 7 eine Mikrostruktur auf. Dies wird anhand der 2 bis 4 erläutert.
2 zeigt eine Aufsicht auf die Anlauffläche 7 eines Ausführungsbeispiels der Anlaufscheibe 6. Radial innerhalb des Randstreifens 11, der im Bereich des Außendurchmessers der Anlaufscheibe 6 kreisförmig umläuft, ist ein innerer Anlaufbereich 12 ausgebildet, innerhalb dessen der Zapfen 5 axial an der Anlauffläche 7 anliegt. Im Zentrum des inneren Anlaufbereichs 12 weist die Anlaufscheibe 6 eine Durchgangsbohrung 13 auf. Über den inneren Anlaufbereich 12 ist eine Vielzahl von muldenförmigen Schmiertaschen 14 flächig verteilt. In den Schmiertaschen 14 kann sich Schmiermittel, dass in der Lagerbüchse 1 vorgehalten wird, anlagern, so dass im Bereich des gesamten inneren Anlaufbereichs 12 eine ausreichende Schmiermittelmenge vorhanden ist. Zwischen dem Randstreifen 11 und der Durchgangsbohrung 13 erstrecken sich mehrere Rillen 15, die in die Anlauffläche 7 eingearbeitet sind und eine gleichmäßige Schmiermittelverteilung über die gesamten inneren Anlaufbereich 12 unterstützen.
In 2 ist weiterhin ein vergrößerter Ausschnitt der Anlauffläche 7 im inneren Anlaufbereich 12 eingezeichnet. In diesem Ausschnitt ist die Mikrostruktur der Anlauffläche 7, d. h. Strukturelemente mit erheblich kleineren Abmessungen als die Schmiertaschen 14 und die Rillen 15, dargestellt. Die Mikrostruktur weist beispielsweise eine Vielzahl von Vertiefungen 16 auf, die insbesondere halbkugelförmig ausgebildet sind. Es sind aber auch andere Ausbildungen der Vertiefungen 16 möglich. Die Vertiefungen 16 sind vorzugsweise stochastisch über die Anlauffläche 7 verteilt und können auf den inneren Anlaufbereich 12 beschränkt sein oder auch für den gesamten Bereich der Anlauffläche 7 vorgesehen sein. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die einzelnen Vertiefungen 16 unterschiedliche Abmessungen auf, wobei die Abmessungen vorzugsweise einer stochastischen Verteilung folgen. Dabei können die Vertiefungen 16 wie beim dargestellten Ausführungsbeispiel lateral zueinander beabstandet angeordnet sein. Alternativ dazu können sich benachbarte Vertiefungen 16 auch jeweils berühren oder überlappen. Die maximale Tiefenerstreckung der Vertiefungen 16 beträgt 0,1 mm. Die mittlere Tiefenerstreckung liegt in der Regel deutlich unter diesem Maximalwert. Bei einer halbkugelförmigen Ausbildung der Vertiefungen 16 beträgt deren laterale Erstreckung somit maximal 0,2 mm. Auch für andersartig geformte Vertiefungen 16 kann dieser Wert herangezogen werden.
Die Vertiefungen 16 werden spritztechnisch hergestellt, indem die Anlaufscheibe 6 mittels einer Spritzgussform gefertigt wird, die auf ihrer Innenseite wenigstens im Bereich der Anlauffläche 7 eine zur gewünschten Mikrostruktur komplementäre Topographie aufweist. Diese Topographie kann beispielsweise durch eine Beschichtung der Innenseite der Spritzgussform erzeugt werden. Durch die auf diese Weise ausgebildete Mikrostruktur wird die Schmierung der Anlaufscheibe 6 nochmals verbessert, da durch die Feinheit der Mikrostruktur die Anlauffläche 7 bzw. ein gewünschter Teilbereich der Anlauffläche 7 über sehr fein gerasterte Schmiermitteldepots verfügt. Diese Rasterung ist wesentlich feiner als die Rasterung der Schmiermitteltaschen 14. Dies führt dazu, dass einerseits in grober Rasterung große Schmiermitteldepots und andererseits in feiner Rasterung kleine Schmiermitteldepots vorhanden sind, so dass sich diese beiden Arten von Schmiermitteldepots ergänzen und insgesamt eine sehr gute Schmierung bewirken. Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dass die Rillen 15 entfallen, wobei die Vertiefungen 16 aber jeweils vorgesehen sind.
3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels der Anlaufscheibe 6 in Schnittdarstellung. Dabei ist ein ähnlicher Maßstab wie beim vergrößerten Ausschnitt der 2 gewählt.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anlaufscheibe 6 in einer 3 entsprechenden Darstellung. Im Gegensatz zu 3 weist die Anlauffläche 7 allerdings nicht die Vertiefungen 16 sondern stattdessen Erhebungen 17 auf. Für die Erhebungen 17 gilt das für die Vertiefungen 16 Gesagte jeweils sinngemäß entsprechend.
In einer nicht figürlich dargestellten Abwandlung weist die Anlauffläche 7 der Anlaufscheibe 6 sowohl Vertiefungen 16 als auch Erhebungen 17 auf.
Die durch die Vertiefungen 16 und/oder Erhebungen 17 auf der Anlauffläche 7 ausgebildete Mikrostruktur verbessert nicht nur die Schmierwirkung, sondern wirkt sich auch positiv auf das Dämpfungsverhalten der Anlaufscheibe 6 aus.
Bezugszeichenliste

1: Lagerbüchse
2: Seitenwand
3: Boden
4: Wälzkörper
5: Zapfen
6: Anlaufscheibe
7: Anlauffläche
8: Auflagefläche
9: Dichtungsanordnung
10: Federring
11: Randstreifen
12: innerer Anlaufbereich
13: Durchgangsbohrung
14: Schmiertasche
15: Rille
16: Vertiefung
17: Erhebung

Claims

Anlaufscheibe mit einer Anlauffläche (7) für den axialen Anlauf von Wälzkörpern (4) einer Lagerbüchse (1) und/oder eines in der Lagerbüchse (1) drehbar gelagerten Zapfens (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Anlaufscheibe (6) als ein im Bereich der Anlauffläche (7) spritztechnisch mikrostrukturiertes Kunststoffteil mit einer Vielzahl von teilkugelförmigen Vertiefungen (16) und/oder teilkugelförmigen Erhebungen (17) ausgebildet ist, welche jeweils maximal 0,1 mm relativ zu dem sie umgebenden Bereich der Anlauffläche (7) überstehen oder zurückgesetzt sind und dass die Vertiefungen (16) und/oder Erhebungen (17) einer Vielzahl von muldenförmigen Schmiertaschen (14) überlagert sind.
Anlaufscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (16) und/oder Erhebungen (17) in stochastischer Anordnung über die Anlauffläche (7) verteilt sind.
Anlaufscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Vertiefungen (16) und/oder Erhebungen (17) mit unterschiedlichen Abmessungen vorhanden sind.
Anlaufscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Vertiefungen (16) und/oder Erhebungen (17) einer stochastischen Verteilung folgen.
Anlaufscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (16) und/oder Erhebungen (17) halbkugelförmig ausgebildet sind.
Anlaufscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (16) und/oder Erhebungen (17) kleinere Abmessungen aufweisen als die muldenförmigen Schmiertaschen (14).
Anlaufscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (16) oder Erhebungen (17) jeweils eine maximale laterale Erstreckung von 0,2 mm aufweisen.
Anlaufscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem Kunststoff auf Polyphenylensulfid-Basis oder auf Polyphthalamid-Basis gefertigt ist.
Lagerbüchse zur drehbaren Lagerung eines Zapfens (5), dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Anlaufscheibe (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Kreuzgelenk, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens eine Lagerbüchse (1) nach Anspruch 9 aufweist.