DE102010019671A1

DE102010019671A1 - Zapfenlager

Info

Publication number: DE102010019671A1
Application number: DE102010019671A
Authority: DE
Inventors: Dr. Schweigert Arndt; Eduard Beresch; Christian Dittner; Ahmed Hafit
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2010-05-07
Publication date: 2011-11-10
Also published as: WO2011138168A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zapfenlager (1) einer gelenkkreuzartigen Antriebswelle (2), welche wenigstens einen endständigen, nach radial innen abgesetzten Zapfen (3) aufweist, wobei das Zapfenlager (1) wenigstens ein Radiallager (7) und wenigstens ein Axiallager (8) umfasst, welche axial hintereinander auf dem Zapfen (3) angeordnet sind. Zur Verbesserung eines solchen Zapfenlagers ist vorgesehen, dass der Innenring (9) des Radiallagers (7) axial auf einem durchmessergrößeren Außenmantel (5) des Zapfens (3) angeordnet ist, dass der Innenring (16) des Axiallagers (8) axial auf einem durchmesserkleineren Außenmantel (4) des Zapfens (3) angeordnet ist, und dass der Innenring (16) des Axiallagers (8) eine sich radial erstreckende Stirnseite (22) aufweist, welche gegen eine Schulter (6) des Zapfens (3) gerichtet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Zapfenlager einer gelenkkreuzartigen Antriebswelle, welche wenigstens einen endständigen, nach radial innen abgesetzten Zapfen aufweist, wobei das Zapfenlager wenigstens ein Radiallager und wenigstens ein Axiallager umfasst, welche axial hintereinander auf dem Zapfen angeordnet sind.
Hintergrund der Erfindung
Bei gelenkkreuzartigen Antriebswellen, wie sie bei Gelenkkreuzen, Wellengelenkkreuzlagerungen für Antriebswellen oder Hydraulikgelenkköpfen verwendet werden, wird die Antriebswelle zumindest gelegentlich durch die Kombination eines Radiallagers und eines Axiallagers gelagert, da derartige gelenkkreuzartige Antriebswellen neben radialen Kräften auch axial Kräfte aufnehmen und übertragen müssen.
Aus der DE 10 2005 019 692 A1 ist ein Zapfenlager bzw. eine Gelenkkreuzbüchse bekannt, bei dem die Zapfen des Gelenkkreuzes über jeweils ein als Schrägkugellager ausgebildetes Axiallager an dem Boden der zugeordneten Gelenkkreuzbüchse abgestützt und geführt sind. Das eingesetzte Schrägkugellager, das auch als Schrägschulterlager zu bezeichnen ist, bildet einen geschlossenen, kreisringförmigen Abstützkontakt zwischen dem jeweiligen Zapfen des Gelenkkreuzes und dem Boden der Gelenkkreuzbüchse. Das als Schrägkugellager eingesetzte, zumindest zwei Wälzkörper umfassende Axiallager, ist zwischen der Stirnseite des Zapfens und dem Boden der Gelenkkreuzbüchse so ausgeführt, dass dieses eine wirksame Zentrierung des Gelenkkreuzes gegenüber der Gelenkkreuzbüchse sicherstellt. Für normale, beispielsweise im Automobilbereich verwendete Gelenkkreuze, ist eine derartige technische Lösung sicherlich vorteilhaft. Jedoch lässt sie sich nicht für extrem stark belastete und groß dimensionierte Antriebswellen verwenden, wie sie insbesondere im Bereich der Gezeitenkraftwerke zum Einsatz kommen.
Ein anderes Beispiel für die Kombination eines Radiallager mit einem Axiallager zur Lagerung einer Welle ist aus der DE 429 193 A bekannt, bei der ein winkelverstellbarer Außenring eines Zylinderrollenlagers mit einem als Axiallager wirkenden Schulterring zusammenwirkt, der gemeinsam mit dem Außenring des Zylinderrollenlagers radial innerhalb einer Kugelschale angeordnet ist.
Schließlich ist aus der DE 299 20 839 U1 ein gattungsgemäßes Lagersystem für Zapfen von Zapfenkreuzen und Kreuzgelenkanordnungen bekannt, bei dem ebenfalls eine Kombination von Radial- und Axiallagern verwendet wird, welche axial auf den jeweiligen Zapfen eines Kreuzgelenkes aufgeschoben sind.
Die zuvor beschriebenen technischen Lösungen lassen sich nicht oder nur ungenügend für besonders stark belastete Antriebswellen verwenden, da sie die auftretenden axialen und radialen Lasten nicht genügend aufnehmen können. Ferner ist nicht bei beschriebenen Lagerungen eine kompakte Anordnung von Zapfenlager und den Lagerelementen gegeben, da diese einen großen Bauraumbedarf aufweisen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zapfenlager zu schaffen, das die geschilderten Nachteile nicht aufweist. Insbesondere soll ein Zapfenlager vorgestellt werden, dass bei sehr kompakten Abmessungen hohe axiale und radiale Kräfte aufnehmen sowie weiterleiten kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die gestellte Aufgabe dadurch lösen lässt, dass das Axiallager auf einem durchmesserkleineren Abschnitt des Zapfens bzw. der Kreuzgelenkwelle axial aufgesteckt und mit einer radial ausgerichteten Stirnseite gegen eine radiale Schulter des Zapfens abgestützt ist. Dadurch lassen sich auf die Kreuzgelenkwelle bzw. deren Zapfen wirkende Axialkräfte in das Axiallager übertragen, ohne dass dazu an der endseitigen freien Stirnfläche des Zapfens ein Axiallager angeordnet werden muss.
Die Erfindung geht daher aus von einem Zapfenlager einer gelenkkreuzartigen Antriebswelle, welche wenigstens einen endständigen, nach radial innen abgesetzten Zapfen aufweist, wobei das Zapfenlager wenigstens ein Radiallager und wenigstens ein Axiallager umfasst, welche axial hintereinander auf dem Zapfen angeordnet sind. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist hierbei vorgesehen, dass der Innenring des Radiallagers axial auf einem durchmessergrößeren Außenmantel des Zapfens angeordnet ist, dass der Innenring des Axiallagers axial auf einem durchmesserkleineren Außenmantel des Zapfens angeordnet ist, und dass der Innenring des Axiallagers eine sich radial erstreckende Stirnseite aufweist, welche gegen eine Schulter des Zapfens gerichtet ist.
Durch diesen Aufbau ist ein kurz bauendes Zapfenlager realisiert, dessen Radial- und Axiallager einerseits besonders kurz ausgeführt sind, und welches andererseits besonders hohe axiale und radiale Kräfte aufnehmen und übertragen kann.
Es ist demnach ein Zapfenlager aus zum Teil für sich bekannten Einzelkomponenten geschaffen, welches nicht nur kurz baut, sondern bei dem in neuartiger Weise ein einfacher und exakter Zusammenbau vor allem bei besonders groß dimensionierten Antriebswellen ermöglicht ist, und welches auch extremen Kräften über einen sehr langen Zeitraum standhält.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass der Außenring des Radiallagers und der Außenring des Axiallagers drehfest in einer Gelenkbüchse angeordnet und gegeneinander vorgespannt sind, wobei die Gelenkbüchse konzentrisch radial über dem Zapfen angeordnet ist.
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Gelenkbüchse zwei radial nach innen verlaufende Ränder aufweist, welche an einer axial äußere Stirnseite des Außenrings des Radiallagers beziehungsweise am axialen Außenmantel des Außenrings des Axiallagers anliegen.
Diese Ausgestaltung lässt sich noch dadurch ergänzen, dass zwischen einem dem Axiallager zugewandten Rand der Gelenkbüchse und dem axialen Außenmantel des Außenrings des Axiallagers ein Reibbelag angeordnet ist, welcher eine Relativbewegung dieser beiden Bauteile gegeneinander verhindert.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass zwischen einer axial inneren Stirnseite des Außenrings des Radiallagers und dem dem Außenring des Axiallagers zugewandeten Rand der Gelenkbüchse ein Distanzring angeordnet ist, welcher sich mit seinen axialen Stirnflächen gegen den Rand der Gelenkbüchse beziehungsweise gegen die Stirnseite des Außenrings des Radiallagers abstützt, und dem der Distanzring mit einer radialen Schulter an einer axial inneren Stirnseite des Außenrings des Axiallagers anliegt.
Besonders vorteilhaft ist ebenso eine Ausgestaltung der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, dass zwischen dem Innenmantel des Innenrings des Radiallagers und dem Außenmantel des Zapfens ein Reibbelag angeordnet ist, welcher eine Relativbewegung dieser beiden Bauteile gegeneinander verhindert.
Außerdem ist vorgesehen, dass zwischen der sich radial erstreckenden Stirnseite des Innenrings des Axiallager und der Schulter des Zapfens ein Reibbelag angeordnet ist, der eine Relativbewegung dieser beiden Bauteile gegeneinander verhindert.
Die Vorteile, die sich durch den konstruktiven Aufbau der erfindungsgemäßen Lageranordndung erzielen lassen, können durch die Nutzung von Gleit- oder Wälzlagern erreicht werden, die als die genannten Radiallager und Axiallager eingesetzt werden.
Ebenso günstig ist eine Weiterbildung der Erfindung, bei welcher vorgesehen ist, dass das Radiallager winkelverstellbar ausgebildet ist, wobei der Innenring des Radiallagers einen konvexen Außenmantel aufweist, wobei der Außenring des Radiallagers einen konkaven Innenmantel aufweist, und wobei die Radien des Innenmantels des Außenrings und des Außenmantels des Innenrings zumindest weitend identisch sind.
Besonders vorteilhaft ist schließlich eine Ausgestaltung der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, dass das Axiallager winkelverstellbar ausgebildet ist, wobei der Innenring des Axiallagers einen konvexen Außenmantel aufweist, wobei der Außenring des Axiallagers einen konkaven Innenmantel aufweist, und wobei die Radien des Innenmantels des Außenrings und des Außenmantels des Innenrings zumindest weitend identisch sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur einen hälftigen Radialschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Zapfenlagers gemäß der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In der einzigen Figur ist schematisch in hälftigem Radialschnitt ein Zapfenlager 1 einer kreuzgelenkartigen Antriebswelle 2 eines nicht dargestellten Gezeitenkraftwerks dargestellt. Die Antriebswelle 2 weist wenigstens einen endständigen, nach radial abgesetzten Bolzen oder Zapfen 3 auf, dessen durchmesserkleinerer Außenmantel 4 von einem durchmessergrößeren Außenmantel 5 des Zapfens 3 bzw. der Antriebswelle 2 durch eine radiale Schulter 6 abgesetzt ist. Das Zapfenlager 1 besteht aus einer Lageranordnung mit einem auf den durchmessergrößeren Außenmantel 5 aufgeschobenen Radiallager 7 und aus einem auf den durchmesserkleinerer Außenmantel 4 aufgeschobenen Axiallager 8. Sowohl das Radiallager 7 als auch das Axiallager 8 sind als Gleitlager ausgebildet, sie können jedoch auch als Wälzlager ausgebildet sein.
Das auf den durchmessergrößeren Außenmantel 5 des Zapfens 3 aufgeschobene Radiallager 7 weist einen Innenring 9 mit einem zylindrischen Innenmantel 10 und konvexen Außenmantel 11. Außerdem gehört zum Radiallager 7 ein Außenring 12 mit zylindrischem Außenmantel 13 und einen konkaven Innenmantel 14, wobei die Radien des Innenmantels 14 des Außenrings 12 und des Außenmantels 11 des Innenrings 9 zumindest weitgehend identisch sind. Dieser Aufbau ermöglicht eine gewisse Winkelverstellbarkeit des Zapfens 3 bzw. der Antriebswelle 2, da der drehfest auf den Zapfen 3 aufgezogene Innenring 9 sich mit seinem Außenmantel 11 zumindest geringfügig gegenüber dem quasi als Gelenkpfanne wirkenden Innenmantel 14 des Außenrings 12 neigen kann. Zwischen dem Innenmantel 10 des Innenrings 9 des Radiallagers 7 und dem Außenmantel 5 des Zapfens 3 bzw. der Antriebswelle 2 ist ein Reibbelag 15 angeordnet, welcher als Schiebesitz und als Verdrehsicherung für den Innenring 9 des Radiallagers 7 dient.
Das auf den durchmesserkleineren Außenmantel 4 des Zapfens 3 aufgeschobene Axiallager 8 weist einen Innenring 16 mit zylindrischem, sich axial entlang des Außenmantels 4 des Zapfens 3 erstreckenden Innenmantel 17 und einen konvexen Außenmantel 18. Außerdem gehört zum Axiallager 8 ein Außenring 19 mit einem axial ausgerichteten zylindrischen Außenmantel 20 und einem konkaven Innenmantel 21, wobei die Radien des Innenmantels 21 des Außenrings 19 und des Außenmantels 18 des Innenrings 16 zumindest weitgehend identisch sind. Diese Bauweise ermöglicht ein gewisses Maß eine Winkelverstellbarkeit des Zapfens 3 bzw. der Antriebswelle 2, da der drehfest auf den Zapfen 3 aufgezogene Außenmantel 17 des Innenrings 16 sich zumindest geringfügig gegenüber dem quasi als Gelenkpfanne wirkenden Innenmantel 21 des Außenrings 19 neigen kann.
Eine sich radial erstreckende, axial innere Stirnseite 22 des Innenrings 16 des Axiallagers 8 ist gegen die Schulter 6 des Zapfens 3 gerichtet. Zwischen der sich radial erstreckenden Stirnseite 22 des Innenrings 16 und der Schulter 6 ist ein Reibbelag 23 angeordnet, welcher als Drehsicherung für den Innenring 16 dient. Der Reibbelag 23 ist durch Schraubbolzen 24 oder Passstifte am Innenring 16 des Axiallagers 8 befestigt.
Sowohl der Außenring 12 des Radiallagers 7 als auch der Außenring 19 des Axiallagers 8 sind drehfest in einer Gelenkbüchse 25 angeordnet und gegeneinander vorgespannt. Die Gelenkbüchse 25 ist konzentrisch radial über dem Zapfen 3 angeordnet. Die Gelenkbüchse 25 ist im Einbauzustand drehfest in einem nicht dargestellten Gehäuse eines Bauteils angeordnet, an welches ein Antriebsmoment weitergeleitet werden soll.
Die Gelenkbüchse 25 weist zwei radial verlaufende Ränder 26 und 27 auf, welche an einer axial äußeren Stirnseite 28 des Außenrings 12 des Radiallagers 7 beziehungsweise am Außenmantel 20 des Außenrings 19 des Axiallagers 8 anliegen, wobei zwischen dem Rand 26 der Gelenkbüchse 25 und dem Außenmantel 20 des Außenrings 19 des Axiallagers 8 ein Reibbelag 29 angeordnet ist, welcher als Drehsicherung des Außenrings 19 des Axiallagers 8 fungiert.
Zwischen einer axial inneren Stirnseite 30 des Außenrings 12 des Radiallagers 7 und dem dem Außenring 19 des Axiallagers 8 zugewandeten Rand 26 der Gelenkbüchse 25 ist ein Distanzring 31 angeordnet, welcher sich mit seinen gegenüber liegenden axialen Stirnflächen 32, 33 gegen den Rand 26 der Gelenkbüchse 25 beziehungsweise gegen die zugeordnete Stirnseite 30 des Außenrings 12 des Radiallagers 7 abstützt, und mit einer radialen Schulter 34 an einer axial inneren Stirnseite 35 des Außenrings 19 des Axiallagers 8 anliegt.
Bezugszeichenliste

1: Zapfenlager
2: Antriebswelle
3: Zapfen
4: Außenmantel
5: Außenmantel
6: Schulter
7: Radiallager
8: Axiallager
9: Innenring
10: Innenmantel
11: Außenmantel
12: Außenring
13: Außenmantel
14: Innenmantel
15: Reibbelag
16: Innenring
17: Innenmantel
18: Außenmantel
19: Außenring
20: Außenmantel
21: Innenmantel
22: Stirnseite
23: Reibbelag
24: Schraubbolzen
25: Gelenkbüchse
26: Rand
27: Rand
28: Stirnseite
29: Reibbelag
30: Stirnseite
31: Distanzring
32: Absatz
33: Stirnfläche
34: Schulter
35: Stirnseite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005019692 A1 [0003]
DE 429193 A [0004]
DE 29920839 U1 [0005]

Claims

Zapfenlager (1) einer gelenkkreuzartigen Antriebswelle (2), welche wenigstens einen endständigen, nach radial innen abgesetzten Zapfen (3) aufweist, wobei das Zapfenlager (1) wenigstens ein Radiallager (7) und wenigstens ein Axiallager (8) umfasst, welche axial hintereinander auf dem Zapfen (3) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (9) des Radiallagers (7) axial auf einem durchmessergrößeren Außenmantel (5) des Zapfens (3) angeordnet ist, dass der Innenring (16) des Axiallagers (8) axial auf einem durchmesserkleineren Außenmantel (4) des Zapfens (3) angeordnet ist, und dass der Innenring (16) des Axiallagers (8) eine sich radial erstreckende Stirnseite (22) aufweist, welche gegen eine Schulter (6) des Zapfens (3) gerichtet ist.
Zapfenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (12) des Radiallagers (7) und der Außenring (19) des Axiallagers (8) drehfest in einer Gelenkbüchse (25) angeordnet und gegeneinander vorgespannt sind, wobei die Gelenkbüchse (25) konzentrisch radial über dem Zapfen (3) angeordnet ist.
Zapfenlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkbüchse (25) zwei radial nach innen verlaufende Ränder (26, 27) aufweist, welche an einer axial äußere Stirnseite (28) des Außenrings (12) des Radiallagers (7) beziehungsweise am axialen Außenmantel (20) des Außenrings (19) des Axiallagers (8) anliegen.
Zapfenlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem dem Axiallager (8) zugewandten Rand (26) der Gelenkbüchse (25) und dem axialen Außenmantel (20) des Außenrings (19) des Axiallagers (8) ein Reibbelag (29) angeordnet ist.
Zapfenlager nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer axial inneren Stirnseite (30) des Außenrings (12) des Radiallagers (7) und dem dem Außenring (19) des Axiallagers (8) zugewandeten Rand (26) der Gelenkbüchse (25) ein Distanzring (31) angeordnet ist, welcher sich mit seinen axialen Stirnflächen (32, 33) gegen den Rand (26) der Gelenkbüchse (25) beziehungsweise gegen die Stirnseite (30) des Außenrings (12) des Radiallagers (7) abstützt, und bei dem der Distanzring (31) mit einer radialen Schulter (34) an einer axial inneren Stirnseite (35) des Außenrings (19) des Axiallagers (8) anliegt.
Zapfenlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Innenmantel (10) des Innenrings (9) des Radiallagers (7) und dem Außenmantel (5) des Zapfens (3) ein Reibbelag (15) angeordnet ist.
Zapfenlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der sich radial erstreckenden Stirnseite (22) des Innenrings (16) des Axiallagers (8) und der Schulter (6) des Zapfens (3) ein Reibbelag (23) angeordnet ist.
Zapfenlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Radiallager (7) und das Axiallager (8) als Gleit- oder als Wälzlager ausgebildet sind.
Zapfenlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Radiallager (7) winkelverstellbar ist, wobei der Innenring (9) des Radiallagers (7) einen konvexen Außenmantel (11) aufweist, wobei der Außenring (12) des Radiallagers (7) einen konkaven Innenmantel (14) aufweist, und wobei die Radien des Innenmantels (14) des Außenrings (12) und des Außenmantels (11) des Innenrings (9) zumindest weitend identisch sind.
Zapfenlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (8) winkelverstellbar ist, wobei der Innenring (16) des Axiallagers (8) einen konvexen Außenmantel (18) aufweist, wobei der Außenring (19) des Axiallagers (8) einen konkaven Innenmantel (21) aufweist, und wobei die Radien des Innenmantels (21) des Außenrings (19) und des Außenmantels (18) des Innenrings (16) zumindest weitend identisch sind.