DE102009053095A1

DE102009053095A1 - Gelenklager

Info

Publication number: DE102009053095A1
Application number: DE200910053095
Authority: DE
Inventors: Catia De Jesus Ribeiro; Stefan Ruhl
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2009-11-13
Publication date: 2011-05-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gelenklager (1) einer Antriebswelle (2) einer landwirtschaftlichen Zugmaschine, mit einem in einem ortsfesten Gehäuse (5) drehgelenkig angeordneten Wälzlager (8) mit einem Außenring (9) und einem Innenring (10), zwischen denen wenigstens zwei Reihen (11, 12) von Wälzkörpern (13) angeordnet sind, wobei das Gehäuse (5) einen dem Außenring (9) zugewandten, wenigstens abschnittsweise sphärischen Innenmantel (23) aufweist, und bei dem der Außenring (9) einen wenigstens abschnittsweise auf den Innenmantel (23) des Gehäuses (5) abgestimmten Außenmantel (24) aufweist. Um das Gelenklager kompakter zu gestalten ist vorgesehen, dass die Wälzkörper (13) beider Reihen (11, 12) des Wälzlagers (9) als Kugelrollen (20) mit jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachten sowie parallel zueinander angeordneten Seitenflächen (21, 22) ausgebildet sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Gelenklager einer Antriebswelle einer landwirtschaftlichen Zugmaschine, mit einem in einem ortsfesten Gehäuse drehgelenkig angeordneten Wälzlager mit einem Außenring und einem Innenring, zwischen denen wenigstens zwei Reihen von Wälzkörpern angeordnet sind, wobei das Gehäuse einen dem Außenring zugewandten, wenigstens abschnittsweise sphärischen Innenmantel aufweist, und bei dem der Außenring einen wenigstens abschnittsweise auf den Innenmantel des Gehäuses abgestimmten Außenmantel aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Insbesondere bei gefederten Vorderachsen langwirtschaftlicher Zugmaschinen, insbesondere Traktoren, werden Gelenklager zur Lagerung von Antriebswellen eingesetzt, welche üblicherweise als reine Gleitlager ausgebildet sind. Hierbei wirkt eine auf die Antriebswelle aufgezogene Lagerbuchse mit balligem bzw. konvexem Außenmantel mit einem Gehäuseteil mit konkavem Innenmantel zusammen, wodurch sich relative Winkeländerungen ermöglichen lassen. Hierdurch werden notwendige Pendelbewegungen der Antriebswelle ermöglicht und die Antriebswelle kann zumindest im Bereich einiger Winkelgrade im Gelenklager kippen.
Derartige, als reine Gleitlager ausgebildete Gelenklager haben sich seit Jahrzehnten zur Verwendung bei stark belasteten Wellen bewährt, sind aber auch nicht frei von Nachteilen, denn durch die Ausbildung als reines Gleitlager unterliegen sie naturgemäß einem hohen Verschleiß und müssen vergleichsweise oft ausgetauscht werden.
Es sind auch bereits Gelenklager bekannt, welche aus einer Kombination von Wälzlagern und Gleitlagern bestehen. So sind aus der DE 107 883 A , der DE 250 934 A und der DE 603 08 427 T2 Gelenklager bekannt, bei denen jeweils ein ballig bzw. konvex geformter Außenmantel eines Außenrings eines zweireihigen Kugelwälzlagers mit einem konkaven Gehäuseteil zusammenwirkt, um auf diese Weise eine Winkelverstellbarkeit des Kugelwälzlagers gegenüber dem Gehäuse zu ermöglichen.
Ähnliche Lösungen, bei denen einreihige Kugellager als Wälzlager verwendet werden, sind aus der DE 316 881 A und der DE 21 31 593 A1 bekannt. Andere, beispielsweise aus der DE 429 193 A und der DE 922 094 C2 bekannte Gelenklager beschreiben einreihige Zylinderrollen-Wälzlager zur Verwendung in einem Gelenklager. Ebenso ist bereits die Verwendung von zweireihigen Kegelrollenlagern als Wälzlager von Gelenklagern bekannt, so aus der DE 10 2006 028 200 A1 und aus der DE 37 01 397 A1 . Letzteres Dokument schlägt die Verwendung des Gelenklagers für landwirtschaftliche Maschinen, nämlich für Messerkopflager von Erntemaschinen vor.
Die zuvor beschriebenen Gelenklager lassen sich nicht oder nur ungenügend für hoch belastete Antriebswellen verwenden, da sie zum einen die auftretenden axialen und radialen Lasten nicht genügend aufnehmen können bzw. so großvolumig aufgebaut sind, dass sie nicht im Fahrzeugbau eingesetzt werden können. Ferner ist nicht bei allen beschriebenen Gelenklagern eine räumliche Einstellbarkeit gegeben.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gelenklager zu schaffen, das die geschilderten Nachteile beseitigt und bei kompaktesten Abmessungen hohe axiale und radiale Kräfte aufnehmen kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die gestellte Aufgabe auf überraschend einfache Art und Weise dadurch lösen lässt, dass als Wälzkörper jeweils Kugelrollen in das Wälzlager des Gelenklagers eingesetzt werden.
Die Erfindung geht daher aus von einem Gelenklager einer Antriebswelle einer landwirtschaftlichen Zugmaschine, mit einem in einem ortsfesten Gehäuse drehgelenkig angeordneten Wälzlager mit einem Außenring und einem Innenring, zwischen denen wenigstens zwei Reihen von Wälzkörpern angeordnet sind, wobei das Gehäuse einen dem Außenring zugewandten, wenigstens abschnittsweise sphärischen Innenmantel aufweist, und bei dem der Außenring einen wenigstens abschnittsweise auf den Innenmantel des Gehäuses abgestimmten Außenmantel aufweist. Zudem ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Wälzkörper beider Reihen des Wälzlagers als Kugelrollen mit jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachten sowie parallel zueinander angeordneten Seitenflächen ausgebildet sind.
Durch diesen Aufbau wird vorteilhaft erreicht, dass sich ein Gelenklager schaffen lässt, dessen Wälzlager einerseits besonders kurz baut und zum anderen besonders hohe axiale und radiale Kräfte übertragen kann.
Es wird also auf überraschend einfache Art und Weise ein Gelenklager aus zum Teil für sich bekannten Einzelkomponenten geschaffen, welches nicht nur schmal bzw. kurz baut, sondern bei dem zudem in völlig neuartiger Weise eine einfache sowie exakte räumliche Einstellung ermöglicht ist, und welches auch vergleichsweise großen Kräften über einen sehr langen Zeitraum standhält.
Das Gelenklager ist vorzugsweise so ausgebildet, dass die Kugelrollen durch axiales Einführen in den Abstand zwischen Außenring und Innenring sowie anschließendes Verkippen in ihre Laufbahnen in das Wälzlager eingesetzt sind.
In anderen praktischen Weiterbildungen kann vorgesehen sein, dass die Radien des Außenmantels des Außenrings und die Radien des Innenmantels des Gehäuses derart ausgeführt sind, dass Winkeländerungen des Außenrings gegenüber dem Gehäuse im Bereich von 2,5° bis 11° ausführbar sind.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Außenring einteilig ausgebildet ist. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass der Innenring einteilig ausgebildet ist.
In einer besonders praktischen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Außenring zumindest partiell im Bereich seines Außenmantels aus einem gleitlagerfähigen Material, beispielsweise aus einem Sintermaterial mit Gleitlagereigenschaften, aus einer graphithaltigen Stahllegierung oder aus Lagerbronze besteht. Alternativ dazu kann vorzusehen sein, dass zwischen dem Innenmantel des Gehäuses und dem Außenmantel des Außenrings eine Gleitlagerschicht oder eine Gleitlagerbeschichtung angeordnet ist.
Eine andere Ausgestaltung des Gelenklagers sieht vor, dass der Innenring gegenüber dem Außenring axial kürzer ausgebildet ist. Außerdem kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse einteilig ausgebildet oder radial geteilt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur eine Axialschnittansicht durch ein Gelenklager gemäß der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In der einzigen Figur ist schematisch ein Gelenklager 1 einer Antriebswelle 2 einer nicht dargestellten gefederten Vorderachse einer ebenfalls nicht dargestellten allradgetriebenen landwirtschaftlichen Zugmaschine dargestellt. Die Antriebswelle 2 ist koaxial in einem nur angedeuteten Hüllrohr 3 angeordnet. Dieses ist mittels einer Faltenbalg-Dichtmanschette 4 gegen ein Gehäuse 5 des Gelenklagers 1 abgedichtet. Das Gehäuse 5 ist ortsfest an einem nicht dargestellten Rahmenteil der Zugmaschine anschraubbar, wozu in einem radialen Gehäuseflansch 6 Bohrungen 7 vorgesehen sind, durch welche nicht dargestellte Schraubbolzen geführt werden können.
Im Gehäuse 5 ein zweireihiges Wälzlager 8 angeordnet. Das Wälzlager 8 weist einen Außenring 9 und einen Innenring 10 auf, wobei der Innenring 10 drehfest auf die Antriebswelle 2 aufgezogen und der Außenring 9 drehfest mit dem Hüllrohr 3 verbunden ist. Das Wälzlager 8 weist eine Vielzahl von in zwei Reihen 11, 12 nebeneinander zwischen dem Außenring 9 und dem Innenring 10 angeordnete, sowie durch zwei nicht dargestellte Lagerkäfige in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehaltene Wälzkörper 13 auf. Diese Wälzkörper 13 rollen in jeweils zwei benachbarten, in die Innenseite 14 des Außenrings 10 und in die Außenseite 15 des Innenrings 10 eingearbeitete rillenförmigen Laufbahnen 16, 17 und 18, 19 ab, deren Druckwinkelachsen in O-Anordnung gegeneinander angestellt sind. Die Laufbahnen 16, 17 und 18, 19 sind axial einseitig durch jeweils eine Schulter begrenzt. Der Außenring 9 und der Innenring 10 sind jeweils einteilig ausgebildet, wobei es auch im Rahmen der Erfindung liegt, wenigstens einen der beiden Lagerringe 9, 10 axial geteilt auszubilden. Bei einteiliger Ausbildung von Außenring 9 und Innenring 10 sind diese axial soweit zueinander beabstandet, dass die Wälzkörper 13 in die Laufbahnen 16, 17, 18, 19 einfüllbar sind.
Die Wälzkörper 13 beider Reihen 11, 12 sind jeweils als Kugelrollen 20 mit jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachten sowie parallel zueinander angeordneten Seitenflächen 21, 22 ausgebildet. Diese als Kugelrollen 20 ausgebildeten Wälzkörper 13 sind durch axiales Einführen in den Abstand zwischen Außenring 9 und Innenring 10 und anschließendes Verkippen in ihre Laufbahnen 16, 17, 18, 19 in das Wälzlager 8 einfüllbar und ermöglichen es somit, das Wälzlager 8 aus nur zwei Lagerringen 9, 10 herzustellen.
Das Gehäuse 5 weist einen sphärischen bzw. kugelförmigen Innenmantel 23 bzw. Oberfläche auf, und der Außenring 9 weist einen Außenmantel 24 bzw. eine dem Gehäuse 5 zugewandte Oberfläche auf, welche an die Innenoberfläche 23 des Gehäuses 5 geometrisch angepasst ist. Dies bedeutet, dass die Krümmungsradien dieser beiden Oberflächen 23, 24 im Wesentlichen miteinander übereinstimmen. Der Außenmantel 24 des Außenrings 9 ist in dem gewählten Ausführungsbeispiel als Kugelkalotte ausgebildet, welche sich im Gehäuse 5 drehen kann, welches bezüglich des Außenrings 9 als Gelenkpfanne wirkt. Damit wird eine Winkelverstellbarkeit des Außenrings 9 gegenüber dem Gehäuse 5 ermöglicht, obwohl das eigentliche Lager bzw. der Außenring 9 gegenüber dem Innenring 10 nicht winkelverstellbar ist.
Das Gehäuse 5 und der Außenring 9 bilden zusammen ein Gleitlager, während der Außenring 9 und der Innenring 10 zueinander durch die Wälzkörper 13 als Radialwälzlager wirken. Die Radien des Außenmantels 24 des Außenrings 9 bzw. des Innenmantels 23 des Gehäuses 5 sind so gewählt, dass sich Winkeländerungen im Bereich von 2,5° bis 11° ermöglichen lassen. Dies entspricht den normalen Anforderungen im Betrieb einer landwirtschaftlichen Zugmaschine, bei denen es vorkommen kann, dass sich die in der Regel starre Hinterachse und die ebenfalls starre Vorderachse nicht in einer Ebene befinden, so dass dieser Winkelversatz durch das Gelenklager 1 ausgeglichen werden muss, damit sich die Antriebsachse 2 zumindest in vertikaler Richtung neigen kann.
Dabei können der Außenmantel 24 des Außenrings 9 und der Innenmantel 23 des Gehäuses 5 wie zeichnerisch dargestellt direkt in Kontakt miteinander sein. In diesem Fall bietet es sich an, den Außenring 9 zumindest partiell im Bereich seines Außenmantels 23 aus einem gleitlagerfähigen Material zu fertigen, beispielsweise aus einem Sintermaterial mit Gleitlagereigenschaften, aus einer graphithaltigen Stahllegierung oder aus Lagerbronze. Es ist jedoch auch möglich, zwischen dem Innenmantel 23 des Gehäuses 5 und dem Außenmantel 24 des Außenrings 9 eine Gleitlagerschicht oder eine Gleitlagerbeschichtung anzuordnen.
Das Besondere an der erfindungsgemäßen Lösung ist der Einsatz von als Kugelrollen 20 ausgebildeten Wälzkörpern 13. Dies ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau des Wälzlagers 8 des Gelenklagers 1, so dass es unter anderem möglich ist, den Innenring 10 gegenüber dem Außenring 9 axial kürzer auszugestalten, was insbesondere von Vorteil sein kann, wenn besonders wenig Bauraum zur Verfügung steht. Außerdem ermöglichen die Kugelrollen 20 eine besonders einfache Montage des Wälzlagers 8 im Gehäuse 5, so dass sowohl das Gehäuse 5 als auch Außenring 9 und Innenring 10 einteilig ausgebildet sein können. Es ist jedoch auch möglich, das Gehäuse radial geteilt auszubilden.
Bezugszeichenliste

1: Gelenklager
2: Antriebswelle
3: Hüllrohr
4: Dichtmanschette
5: Gehäuse
6: Gehäuseflansch
7: Bohrung
8: Wälzlager
9: Außenring
10: Innenring
11: Wälzkörperreihe
12: Wälzkörperreihe
13: Wälzkörper
14: Innenseite des Außenrings
15: Außenseite des Innenrings
16: Laufbahn
17: Laufbahn
18: Laufbahn
19: Laufbahn
20: Kugelrolle
21: Seitenfläche
22: Seitenfläche
23: Innenmantel des Gehäuses 5
24: Außenmantel des Außenrings 9

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 107883 A [0004]
DE 250934 A [0004]
DE 60308427 T2 [0004]
DE 316881 A [0005]
DE 2131593 A1 [0005]
DE 429193 A [0005]
DE 922094 C2 [0005]
DE 102006028200 A1 [0005]
DE 3701397 A1 [0005]

Claims

Gelenklager (1) einer Antriebswelle (2) einer landwirtschaftlichen Zugmaschine, mit einem in einem ortsfesten Gehäuse (5) drehgelenkig angeordneten Wälzlager (8) mit einem Außenring (9) und einem Innenring (10), zwischen denen wenigstens zwei Reihen (11, 12) von Wälzkörpern (13) angeordnet sind, wobei das Gehäuse (5) einen dem Außenring (9) zugewandten, wenigstens abschnittsweise sphärischen Innenmantel (23) aufweist, und bei dem der Außenring (9) einen wenigstens abschnittsweise auf den Innenmantel (23) des Gehäuses (5) abgestimmten Außenmantel (24) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (13) beider Reihen (11, 12) des Wälzlagers (9) als Kugelrollen (20) mit jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachten sowie parallel zueinander angeordneten Seitenflächen (21, 22) ausgebildet sind.
Gelenklager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelrollen (20) durch axiales Einführen in den Abstand zwischen Außenring (9) und Innenring (10) sowie anschließendes Verkippen in ihre Laufbahnen (16, 17, 18, 19) in das Wälzlager (8) eingebracht sind.
Gelenklager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Radien des Außenmantels (24) des Außenrings (9) und die Radien des Innenmantels (23) des Gehäuses (5) derart ausgeführt sind, dass Winkeländerungen des Außenrings (9) gegenüber dem Gehäuse (5) im Bereich von 2,5° bis 11° ausführbar sind.
Gelenklager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (9) einteilig ausgebildet ist.
Gelenklager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (10) einteilig ausgebildet ist.
Gelenklager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (9) zumindest partiell im Bereich seines Außenmantels (23) aus einem gleitlagerfähigen Material, beispielsweise aus einem Sintermaterial mit Gleitlagereigenschaften, aus einer graphithaltigen Stahllegierung oder aus Lagerbronze besteht.
Gelenklager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Innenmantel (23) des Gehäuses (5) und Außenmantel (24) des Außenrings (9) eine Gleitlagerschicht oder eine Gleitlagerbeschichtung angeordnet ist.
Gelenklager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (10) gegenüber dem Außenring (9) axial kürzer ausgebildet ist.
Gelenklager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) einteilig ausgebildet ist.
Gelenklager wenigstens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) radial geteilt ist.