DE102005029741B4

DE102005029741B4 - Anordnung zur Verbindung zweier Wellenenden und Lager

Info

Publication number: DE102005029741B4
Application number: DE102005029741.2A
Authority: DE
Inventors: Markus Dürre; Guido Himmelmann
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Vibracoustic SE
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2014-12-04
Anticipated expiration: 2025-06-25
Also published as: DE102005029741A1; US7837565B2; US20070009320A1

Abstract

Anordnung, umfassend zwei Wellenenden (1, 2), welche durch ein Kupplungselement (3) drehmomentübertragend miteinander verbunden sind, wobei das Kupplungselement (3) als Hardyscheibe mit zwei damit verbundenen Befestigungsflanschen ausgestaltet ist, wobei ein Lager (4) in einen der Befestigungsflansche eingepresst ist, welches zumindest ein Wellenende (1) aufnimmt, wobei das Lager (4) als Zentrierhülse fungiert, wobei das Lager (4) einen Tragkörper (5) für das Wellenende (1) und einen diesen umgebenden Außenkörper (6) aufweist, wobei zwischen Tragkörper (5) und Außenkörper (6) zumindest eine elastisch deformierbare Lage (7) angeordnet ist, wobei die elastische Lage (7) zumindest teilweise sphärisch ausgebildet ist und wobei der Tragkörper (5) bereichsweise sphärisch ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkörper (6) zumindest bereichsweise sphärisch ausgebildet ist, wobei der Außenkörper (6) als Rohr ausgebildet ist, auf welches durch zwei Einschnürungen eine sphärische Struktur aufgeprägt ist, wobei die Lage (7) zumindest bereichsweise eine einheitliche Dicke aufweist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Anordnung, umfassend zwei Wellenenden, welche durch ein Kupplungselement drehmomentübertragend miteinander verbunden sind, wobei das Kupplungselement als Hardyscheibe mit zwei damit verbundenen Befestigungsflanschen ausgestattet ist, wobei ein Lager in einen der Befestigungsflansche eingepresst ist, welches zumindest ein Wellenende aufnimmt, wobei das Lager als Zentrierhülse fungiert, wobei das Lager einen Tragkörper für das Wellenende und einen diesen umgebenden Außenkörper aufweist und wobei zwischen Tragkörper und Außenkörper zumindest eine elastisch deformierbare Lage angeordnet ist und wobei die elastische Lage zumindest teilweise sphärisch ausgebildet ist und wobei der Tragkörper bereichsweise sphärisch ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Lager.
Stand der Technik
Derartige Anordnungen und Lager sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Aus der DE 103 48 787 B3 , der DE 21 13 357 A und der US 3 393 536 A sind gattungsbildende Anordnungen sowie gattungsbildende Lager bekannt. Die Lager fungieren dabei als Zentrierhülsen für die den Wellen zugeordneten Wellenzapfen, um deren korrekte Positionierung sicher zu stellen. Um einen einwandfreien Betrieb solcher Anordnungen zu gewährleisten, ist eine genaue Konzentrizität zwischen Außenkörper und Tragkörper erforderlich. Des Weiteren ist für eine präzise Wellenpositionierung eine hohe radiale Steifigkeit erforderlich. Sofern eine hohe radiale Steifigkeit nicht gegeben ist, besteht die Gefahr des Auswanderns der Welle. Eine zu hohe Steifigkeit wiederum bewirkt die Bildung von Schallbrücken. Das Lager sollte jedoch auch eine möglichst geringe kardanische Steifigkeit gewährleisten, um einer Kippbewegung der Wellenenden gegeneinander Rechnung tragen zu können.
Des Weiteren ist eine geringe torsionale und axiale Steifigkeit erforderlich, da Motoren und Antriebsstränge von Kraftfahrzeugen elastisch gelagert sind und die Wellen folglich in axialer Richtung eine Translationsbewegung ausführen können. Die torsionale Steifigkeit bewirkt insbesondere eine Entkopplung von Triebstrangschwingungen. Die Verwendung eines axialen Gleitlagers erleichtert überdies die Montage der genannten Anordnungen.
Mit der Fertigung einer dünnen elastischen Lage zur Realisierung einer hohen Radialsteifigkeit und einer geringen kardanischen Steifigkeit geht ein schwieriger Vulkanisationsprozess einher. Bei diesem Vulkanisationsprozess sind Parameter wie Bauteiltoleranzen, genaue Positionierung der miteinander zu vulkanisierenden Teile sowie Einspritzfüllfehler in aufwendiger Weise zu optimieren. So gefertigte Lager und insbesondere deren elastische Lagen unterliegen einem hohen Verschleiß, was den Einsatz teurer Werkstoffe erforderlich macht.
Zudem geht aus der US 6 068 555 A eine Anordnung hervor, die zwei Flansche aufweist, zwischen denen ein drehmomentübertragendes Kupplungselement angeordnet ist. Über die Flansche erfolgt die Anbindung an jeweils ein Wellenende. In einen der Flansche ist eine Zentrierhülse eingesetzt, die eine Innenhülse, eine die Innenhülse umgebende Außenhülse und eine zwischen der Innenhülse und der Außenhülse angeordnete elastische Lage umfasst. Ferner weist der mit der Zentrierhülse versehene Flansch eine sphärisch ausgebildete Gummifederanordnung auf, die zwischen zwei sphärisch ausgebildeten Krägen des Flansches angeordnet ist. Die Gummifeder-anordnung ermöglicht dabei eine Winkelauslenkung der Wellen in Bezug zueinander sowie eine Entkopplung kleinamplitudiger Schwingungen bei kleinen Drehmomenten.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu realisieren, welche bei möglichst geringer kardanischer Steifigkeit eine möglichst hohe Radialsteifigkeit gewährleistet.
Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Danach ist die eingangs genannte Anordnung dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkörper zumindest bereichsweise sphärisch ausgebildet ist, wobei der Außenkörper als Rohr ausgebildet ist, auf welches durch zwei Einschnürungen eine sphärische Struktur aufgeprägt ist, wobei die Lage zumindest bereichsweise eine einheitliche Dicke aufweist.
Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass die aus dem Stand der Technik bekannten zylindrischen Lagen dem dynamischen Verhalten zweier Wellenenden nicht gerecht werden. In einem zweiten Schritt ist erkannt worden, dass beim Betrieb der Anordnung die elastische Lage einerseits zu stark abgenutzt wird und andererseits die relative Bewegung der Wellenenden zueinander behindert wird. Erfindungsgemäß ist sodann erkannt worden, dass gerade durch eine sphärische Lage eine hohe radiale Steifigkeit und eine geringe kardanische Steifigkeit zugleich gewährleistet werden kann. Dies wird erfindungsgemäß dadurch realisiert, dass die elastische Lage auf Grund ihrer Wölbung vorwiegend Scherbeanspruchungen unterworfen wird. Des Weiteren ist erkannt worden, dass eine gewölbte elastische Lage nahezu unabhängig von ihrer Dicke eine hohe radiale Steifigkeit realisieren kann, da bei radialer Auslenkung hauptsächlich Zug-Druck-Belastungen auftreten. Durch die reduzierte kardanische Steifigkeit wird insgesamt eine geringere Kantenpressung zwischen Wellenzapfen und Tragkörper realisiert, wodurch deren Verschleiß minimiert wird. Auf Grund ihrer gewölbten Ausgestaltung ist die Lage überdies zur wirksamen Lagerung von Wellenzapfen nicht in ihrer Dicke beschränkt, so dass das Anbringen der Lage apparativ problemlos realisierbar ist.
Folglich ist eine Anordnung angegeben, welche bei möglichst geringer kardanischer Steifigkeit eine möglichst hohe Radialsteifigkeit gewährleistet.
Insoweit ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst. Die Lage könnte eine einheitliche Dicke entlang ihres Umfangs aufweisen. Diese konkrete Ausgestaltung stellt eine einfache Fertigung sicher. Des Weiteren ist sicher gestellt, dass die elastische Lage gleichmäßig abgenutzt wird und die radiale sowie kardanische Steifigkeit in Umfangsrichtung der Welle konstant ist.
Die Lage könnte aus einem Elastomer, beispielsweise aus Gummi, gefertigt sein. Gummi stellt einen Werkstoff dar, der sich auf besonders einfache Weise mit Metallen vulkanisieren lässt. Denkbar ist vor diesem Hintergrund auch, dass das Gummi mit Kunststoffteilen durch Verkleben oder Anspritzen verbindbar ist. Insoweit könnte der Außenkörper aus Metall oder Kunststoff gefertigt sein.
Die Lage könnte auf den Tragkörper übergezogen werden und sodann zusammen mit dem Tragkörper als Verbund in den Außenkörper eingefügt werden. Im Anschluss daran könnte der Außenkörper kalibriert werden, so dass ein formschlüssiger Verbund entsteht. Vor diesem Hintergrund ist ebenfalls denkbar, dass die Lage entweder mit dem Tragkörper und/ oder dem Außenkörper einseitig oder beidseitig vulkanisiert oder verklebt wird. Dabei könnte die jeweils der Lage zugewandte Fläche des Außenkörpers oder des Tragkörpers mit Greifstrukturen ausgebildet sein, um ein Verrutschen der Lage zu verhindern. Dabei sind Noppen, Rillen oder Rändelungen denkbar.
Bei einer sphärischen Ausbildung des Tragkörpers ist wesentlich, dass die der Lage zugewandte Fläche des Tragkörpers sphärisch ausgebildet ist. Diese konkrete Ausgestaltung erlaubt eine besonders effektive Verbindung des Tragkörpers mit der elastischen Lage. Bei dieser Ausgestaltung ist der Außenmantel des Tragkörpers konzentrisch zur elastischen Lage ausgebildet. Diese konkrete Ausgestaltung stellt sicher, dass der Tragkörper von der elastischen Lage umhüllt und eingeschlossen wird, so dass Lage und Tragkörper formschlüssig quasi als Kugelgelenk miteinander verbunden sind.
Der Tragkörper könnte aus Kunststoff gefertigt sein. Die Fertigung des Tragkörpers aus Kunststoff erlaubt eine kostengünstige Fertigung des Tragkörpers bei geringem Gewicht. Des Weiteren ist die Verwendung von Kunststoff vorteilhaft im Hinblick auf die Fertigung eines Lagers, da Kunststoffe in einfacher Weise in Hohlräume extrudiert oder eingespritzt werden können. Der Kunststoff könnte des Weiteren besondere tribologische Eigenschaften wie Selbstschmierung aufweisen, so dass auf Öle oder Fette verzichtet werden kann.
Als Tragkörper könnte auch ein metallisches Element fungieren, welches mit einer Kunststoffschicht überzogen ist. Beispielsweise könnte der Tragkörper als Bronzekörper ausgebildet sein, der mit einer Beschichtung aus Polytetrafluorethylen versehen ist.
Es ist auch denkbar, dass der Tragkörper aus einem Metall ohne Beschichtung gefertigt ist. Vor diesem Hintergrund kann Bronze zum Einsatz kommen, da dieser Werkstoff als Gleitlager geeignet ist.
Bei einer bereichsweisen sphärischen Ausbildung des Außenkörpers ist wesentlich, dass die der Lage zugewandte Fläche sphärisch ausgebildet ist. Vor diesem Hintergrund ist denkbar, dass der Außenkörper als Rohr ausgebildet ist, welches wellenseitig eine Einschnürung aufweist. Die Einschnürung kann einen Bereich einseitig begrenzen, welcher eine Kugel konzentrisch aufnehmen kann. In diesem Bereich könnte die elastische Lage und ein sphärischer Tragkörper eingepasst sein. Diese konkrete Ausgestaltung stellt eine einfache Fertigung des Außenkörpers sowie der elastischen Lage sicher. Durch die zweite Einschnürung entsteht ein fester formschlüssiger Verbund der elastischen Lage und des Tragkörpers mit dem Außenkörper. Dabei ist denkbar, dass Lage und Außenkörper miteinander fest verbunden sind und der Tragkörper lediglich formschlüssig fixiert ist. Auch könnte der Formschluss zwischen der Lage und dem Außenkörper bestehen.
Der Außenkörper könnte als Tiefziehteil ausgebildet sein. Denkbar ist vor diesem Hintergrund, dass der Außenkörper als Stahlrohr ausgestaltet ist. Die Tiefziehtechnik erlaubt eine günstige Herstellung, da ein Schleifen und eine Feinbearbeitung des hergestellten Rohrkörpers nicht erforderlich sein kann. Denkbar sind auch Fertigungstechniken wie Hydroforming.
Zwischen dem Außenkörper und dem Tragkörper könnte ein Zwischenkörper vorgesehen sein. Hierbei ist denkbar, dass der Außenkörper als Rohr ausgestaltet ist, in dessen zylindrisches Inneres ein umfangsseitig zylindrischer Zwischenkörper eingepasst ist. Der Zwischenkörper könnte zur Rohrachse hin konkav sphärisch ausgestaltet sein, um sich an die sphärische Lage anzuschmiegen. Im Anschluss an die Lage ist der Tragkörper angeordnet. Diese konkrete Ausgestaltung erlaubt die Einpassung eines Verbundes aus Zwischenkörper, Lage und Tragkörper in ein Rohr aus verschiedensten Materialien. Dabei ist denkbar, dass der Verbund formschlüssig oder klebend im Rohrinneren angeordnet ist. Denkbar ist auch, dass beliebige einzelne Teile des Verbundes miteinander formschlüssig und andere wiederum nur haftend verbunden sind. Dies ermöglicht eine Vorfertigung einzelner Komponenten der Anordnung.
Dabei könnte der Zwischenkörper aus Kunststoff gefertigt sein. Dies ermöglicht ein Einspritzen des Zwischenkörpers in Hohlräume und die Fertigung einer Anordnung geringen Gewichts.
Eine Hardyscheibe ist eine Elastomerkupplung, die sich durch kostengünstige Fertigung und besonders gute elastische Eigenschaften auszeichnet.
Des Weiteren wird die eingangs genannte Aufgabe durch ein Lager mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Danach ist der Außenkörper zumindest bereichsweise sphärisch ausgebildet, wobei der Außenkörper als Rohr ausgebildet ist, auf welches durch zwei Einschnürungen eine sphärische Struktur aufgeprägt ist, wobei die Lage zumindest bereichsweise eine einheitliche Dicke aufweist.
Um Wiederholungen zu vermeiden, wird in Bezug auf die erfinderische Tätigkeit auf die Ausführungen zur Anordnung verwiesen.
Alle lagerspezifischen Ausgestaltungen, die im Rahmen der Ausgestaltungen der Anordnung als solcher beschrieben wurden sind auch auf das Lager als Einzelelement anwendbar.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiter zu bilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung sowie des erfindungsgemäßen Lagers anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung, werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung zeigen
1 in einer schematischen Ansicht eine Anordnung mit einer Hardyscheibe und
2 ein Lager mit einer sphärischen elastischen Lage.
Ausführung der Erfindung
1 zeigt eine Anordnung mit zwei Wellenenden 1, 2, welche durch ein Kupplungselement 3 drehmomentübertragend miteinander verbunden sind. Dem Kupplungselement 3 ist ein Lager 4 zugeordnet, welches zumindest ein Wellenende 1 aufnimmt. Das Lager weist einen Tragkörper 5 für das Wellenende 1 und einen diesen umgebenden Außenkörper 6 auf. Zwischen dem Tragkörper 5 und dem Außenkörper 6 ist eine elastisch deformierbare Lage 7 angeordnet. Die elastische Lage 7 ist zumindest teilweise sphärisch ausgebildet.
Das Kupplungselement 3 ist als Hardyscheibe ausgebildet. Das Lager 4 fungiert als Zentrierhülse für zwei Wellenenden.
2 zeigt das im Kupplungselement 3 angeordnete Lager 4, welches als Zentrierhülse fungiert.
Die elastische Lage 7 ist sphärisch ausgebildet. Sie weist bereichsweise eine einheitliche Dicke auf. Die der Lage 7 zugewandte Außenfläche des Tragkörpers 5 ist sphärisch ausgebildet und von einem bereichsweise sphärischen Außenkörper 6 umgeben.
Der Außenkörper 6 ist als Tiefziehteil gefertigt. Der Außenkörper 6 ist als Rohr mit einer Einschnürung 8 ausgebildet. Dem Rohr ist eine sphärische Form aufgeprägt, wodurch der sphärische Tragkörper 5 in das Rohr einpassbar ist.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre wird einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen. Abschließend sei ganz besonders hervorgehoben, dass die zuvor rein willkürlich ausgewählten Ausführungsbeispiele lediglich zur Erörterung der erfindungsgemäßen Lehre dienen, diese jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele einschränken.

Claims

Anordnung, umfassend zwei Wellenenden (1, 2), welche durch ein Kupplungselement (3) drehmomentübertragend miteinander verbunden sind, wobei das Kupplungselement (3) als Hardyscheibe mit zwei damit verbundenen Befestigungsflanschen ausgestaltet ist, wobei ein Lager (4) in einen der Befestigungsflansche eingepresst ist, welches zumindest ein Wellenende (1) aufnimmt, wobei das Lager (4) als Zentrierhülse fungiert, wobei das Lager (4) einen Tragkörper (5) für das Wellenende (1) und einen diesen umgebenden Außenkörper (6) aufweist, wobei zwischen Tragkörper (5) und Außenkörper (6) zumindest eine elastisch deformierbare Lage (7) angeordnet ist, wobei die elastische Lage (7) zumindest teilweise sphärisch ausgebildet ist und wobei der Tragkörper (5) bereichsweise sphärisch ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkörper (6) zumindest bereichsweise sphärisch ausgebildet ist, wobei der Außenkörper (6) als Rohr ausgebildet ist, auf welches durch zwei Einschnürungen eine sphärische Struktur aufgeprägt ist, wobei die Lage (7) zumindest bereichsweise eine einheitliche Dicke aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage (7) aus einem Elastomer gefertigt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (5) zumindest teilweise aus Kunststoff gefertigt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkörper (6) als Tiefziehteil ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Außenkörper (6) und Tragkörper (5) ein Zwischenkörper vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkörper aus Kunststoff gefertigt ist.
Lager (4) zur Verwendung in einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.