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Kreuzgelenkstern für Antriebswellen, insbesondere Kardanwellen für
Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft einen Kreuzgelenkstem für Antriebswellen,
insbesondere Kardanwellen für Kraftfahrzeuge, mit diametral gegenüberliegenden Lagerzapfen,
die unter Zwischenschaltung von kegelförmig gestalteten Wälzkörpern, welche auf
gegenüber der Mittelachse des jeweiligen Lagerzapfens geradlinig geneigt angeordneten
Laufbahnen abrollen, stirnseitig von Lagerbüchsen übergriffen werden, wobei die
sich gleichachsig gegenüberliegenden Lagerbüchsen in einem treibenden bzw. getriebenen
Gabelkopf aufgenommen sind.
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Die Verwendung von Nadellagern zur Lagerung von Kreuzgelenksternen
für Antriebswellen hat sich, insbesondere wegen ihrer guten Lagereigenschaften und
hohen Belastbarkeit, im allgemeinen gut bewährt. Bei derartigen Lagerungen ergeben
sich jedoch hinsichtlich der Lagerverhältnisse besonders dann unerwünschte Schwierigkeiten,
wenn die Radialluft ein zulässiges Maß übersteigt. Zum Erreichen der angestrebten
Vorteile und damit günstiger Betriebsverhältnisse sind daher enge Herstellungstoleranzen
und ein sorgfältiger Zusammenbau erforderlich. Bei bekanntgewordenen Lagerungen
für Kreuzgelenksterne rollen die Nadeln auf Innenlaufbahnen von zylindrischen Lagerzapfen
ab und nehmen die auftretenden Radialkräfte auf. Die in Achsrichtung wirkenden Kräfte
werden bei dieser Lagerung über die geschliffene Stirnfläche der Lagerzapfen auf
den gleichfalls geschliffenen Boden der den Lagerzapfen und die Nadeln übergreifenden
Lagerbüchse übertragen. Die aufeinanderliegenden und als Gleitlager wirkenden Flächen
erfordern zusätzliche Bearbeitungsgänge, welche die Herstellung einer derartigen
Lagerung verteuern.
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Damit sowohl in Axial- als auch in Radialrichtung wirkende Kräfte
von den Wälzkörpern aufgenommen werden können, ist es schon bekanntgeworden, die
Wälzkörper entweder als zylindrisch oder kegelförmig gestaltete Nadeln auszubilden,
die auf gegenüber der Mittelachse des jeweiligen Lagerzapfens geradlinig geneigt
angeordneten Laufbahnen abrollen, wobei eine Stirnseite der Wälzkörper kraftschlüssig
an einer Schulter anläuft. Diese Schulter ist bei den bekannten Ausführungen entweder
in den Lagerzapfen oder in die die Wälzkörper übergreifende Lagerbüchse eingearbeitet.
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Ein wesentlicher Nachteil der erwähnten Lagerungen ist vor allen Dingen
darin zu sehen, daß bei einer durch Verschleiß der einzelnen Teile entstehenden
Vergrößerung des Radialspieles über eine für den störungsfreien Betrieb noch zulässige
Grenze die gesamte Lagerung erneuert werden muß, da sich durch eine Reparatur keine
Verringerung des Lagerspieles erreichen läßt, ohne das Zusammenwirken der einzelnen
Lagerelemente zu stören.
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Es sind einige Lagerungsanordnungen mit Kegelrollen bekanntgeworden,
bei denen durch Nachstellen der Lagerzapfen das mit der Zeit auftretende, schädliche
Spiel beseitigt werden soll. Zu diesem Zweck sind die Lagerzapfen mit Gewinden versehen
und in die Gabelköpfe eingeschraubt. Durch weiteres Einschrauben der Zapfen gegen
den Sternblock zu wird das für den Betriebsablauf günstige Lagerspiel wieder eingestellt.
Nachteilig bei diesen Anordnungen ist aber, daß die Nachstellung nicht selbsttätig
im Betrieb erfolgt, sondern nur im Stillstand von Hand vorgenommen werden kann.
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Für ein Kardangelenk mit Gleitbewegung der übertragungselemente ist
es auch bekannt, das durch Abnutzung der kegehgen Lagerstellen entstehende Spiel
unter Verwendung keilförmiger Übertragungssteine auszuschalten, die entsprechend
der fortschreitenden Abnützung an den Gleitflächen selbständig durch Federkraft
nachgestellt werden, so daß alle Drehmomente übertragende Gelenkteile immer kraftschlüssige
Berührung miteinander haben.
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Diese Anordnung, die sehr aufwendig ist und viele komplizierte Teile
besitzt, läßt sich nicht für Wälzlagerungen anwenden, da keine geschlossenen Rotationskörper
vorhanden sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerung
für Kreuzgelenksterne für Antriebswellen, insbesondere Kardanwellen für Kraftfahrzeuge
mit Nadeln oder Langrollen zu schaffen, die sowohl in Axial- als auch in Radialrichtung
wirkende Kräfte aufnehmen kann und bei der jederzeit eine
selbsttätige,
stufenlose Einstellung des Lagerspieles in einfacher Weise möglich ist, so daß einem
vorzeitigen Unbrauchbarwerden wirksam begegnet wird.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Anlaufschulter für die Wälzkörper
als zusätzlicher Ring ausgebildet ist und die Wälzkörper zum Ausschalten der Lagerluft
durch ein Federglied mit einer vorgegebenen Spannung an ihre Laufbahnen gedrückt
werden. Wegen des geringen zur Verfügung stehenden Raumes empfiehlt sich die Verwendung
eines radial wirkenden, beispielsweise als geschlitzter Ring ausgebildeten Federgliedes,
welches sich einerseits gegen eine feste Schulter des Lagerzapfens und andererseits
gegen die als geschlossener Ring ausgebildete Schulter für die Wälzkörper abstützt.
Damit eine Veränderung des durch die selbsttätige Einstellung erzielten Lagerspieles
nicht möglich ist, kann das Federglied im Querschnitt keilförmig zweckmäßigerweise
mit einem solchen Keilwinkel gestaltet sein, daß es gegenüber seinen Stützflächen
selbsthemmend ist: Um die Lagerhaltung und insbesondere den Ein-und Ausbau der Lagerung
wesentlich zu vereinfachen, wird nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung die
Lagerbüchse mit den Walzkörpern, den gegebenenfalls vorhandenen Führungsmitteln
für die Wälzkörper z. B. in Form eines an sich bekannten Käfigs und der als Ring
ausgebildeten Anlaufschulter für die Wälzkörper mittels eines Halteringes zu einer
Einbaueinheit verbunden.
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Der Haltering kann dabei in der Weise ausgebildet werden, daß er die
offene Stirnseite der Lagerbüchse und die getrennte Anlaufschulter für die Wälzkörper
mit einem Flansch übergreift und mit einem nach innen gebogenen Randteil in eine
äußere Ringnut der Lagerbüchse eingreift.
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An und für sich sind schon Lagerungen bekanntgeworden, bei denen die
Nadeln durch einen konkav ausgebildeten Haltering, der mit Preßsitz, jedoch in Nadellängsrichtung
verschieblich, in den Außenlaufring eingesetzt ist, gegen Herausfallen gesichert
werden. Es handelt sich aber dabei um Lager, bei denen die Nadeln auf zylindrischen
Bahnen ablaufen und die keine aus einem Ring gebildete Anlaufschulter besitzen.
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Zur Sicherung der Lagerung gegen das Eindringen von Fremdkörpern und
den Austritt von Schmiermittel kann ferner in bekannter Weise eine elastische Dichtmuffe
auf einem im Durchmesser gegenüber der Laufbahn vergrößerten Bund des Lagerzapfens
aufgeschoben werden, wobei eine zurückklappbare Lippe der Dichtmuffe einen ungehinderten
Zugang zu dem Federglied gewährleistet.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in Ausführungsbeispielen dargestellt.
Dabei zeigt Fig. 1 einen Kreuzgelenkstern im eingebauten Zustand und teilweise im
Schnitt, Fig. 2 eine Lagerstelle gemäß Fig. 1 im Schnitt und vergrößerter Darstellung,
bei welcher nur eine Hälfte dargestellt ist und Fig. 3 eine weitere Ausführungsform
im Schnitt. Ein in bekannter Weise mit vier um jeweils 90° versetzt angeordneten
Lagerzapfen 2 versehener Kreuzgelenkstern 1 ist mit seinen beiden gleichachsig liegenden
Lagerzapfen 2 .in einem treibenden Gabelkopf 3 aufgenommen, während die beiden anderen
i Lagerzapfen in einem getriebenen Gabelkopf 4 lagern. Zur Lagerung der Lagerzapfen
in den Gabelköpfen sind Wälzlager vorgesehen, deren Wälzkörper 5 auf geneigt angeordnetenLaufbahnen2'
der Lagerzapfen2 abrollen. Eine die Wälzkörper 5 und die Stirnseite der einzelnen
Lager übergreifende Lagerbüchse 6 ist in eine Bohrung des Gabelkopfes eingepreßt
und durch einen in eine Nut 7 des Gabelkopfes 3 eingesetzten Sicherungsring 8 gehalten.
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Bei den in. der Lagerung gemäß Fig. 9: und 2 gezeigten Wälzkörpern
handelt es sich um kegelförmige Nadeln, deren dem Mittelpunkt des Kreuzgelenkes
1 zugekehrte Stirnseite gegen eine als Ring 9 aus Federbandstahl od. dgl. bestehende
Schulter anliegt. Zwischen dieser Schulter 9 und einem Bund 10 des Lagerzapfens
2 ist ein federndes Glied 11 in Form eines radial wirkenden Federringes eingesetzt,
welches sich einerseits an der Schulter 10 abstützt und mit einer Keilfläche 11'
gegen die dem Bund 10 zugekehrte Fläche der Schulter 9 drückt. Auf diese Weise werden
sämtliche Wälzkörper 5 mit einer der jeweils gewählten Spannung des Federringes
11 entsprechenden Kraft an die Laufbahn 2' des Zapfens 2 bzw. die Laufbahn 6' der
Lagerbüchse 6 gedrückt, so daß keine schädliche Lagerluft entsteht. Während des
Betriebes dieser Lagerung und ihrer jeweiligen Abnutzung werden die Wälzkörper 5
durch die Wirkung des Feder-, ringes 11 selbsttätig nachgestellt, so daß die Lagerung
auch bei stark wechselnder Belastung spielfrei bleibt. Die Steigung der Keilfläche
11' ist dabei so gewählt, daß sie nach außen hin selbsthemmend wirkt.
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Das Einsetzen des Federringes 11 erfolgt, wie in F.ig. Z strichpunktiert
angedeutet ist, in der Weise, daß nach dem Einsetzen der Lagerbüchse 6 mit den Wälzkörpern
in die Bohrung des Gabelkopfes 3 sowie der Sicherung der Lagerbüchse 6 durch den
Ring 8 die auf der Schulter 10 sitzenden Federringe 11 der beiden im gleichen Gabelkopf
aufgenommenen Lagerzapfen gleichzeitig mittels eines besonderen Werkzeuges in ihre
in Fig. 2 voll ausgezogene Wirkstellung gebracht werden. Eine auf dem Bund 10 des
Lagerzapfens 2 aufgeschobene Dichtmuffe 12 mit einer Dichtlippe 12' wird zum Zwecke
des Aufbringens bzw. Einfügens der Federringe zwischen die Schullern des Bundes
10 und die Schulter 9 in die in Fig. 2 strichpunktiert angedeutete Lage verformt,
so daß mit dem obenerwähnten Werkzeug ungehindert gearbeitet werden kann. Nach dem
Einrasten der Federringe 11 legt sich die Lippe 12' infolge ihrer Eigenelastizität
gegen die der Dichtmuffe 12 zugekehrte Stirnseite der Lagerbüchse 6 und verhindert
somit das Eindringen von Fremdkörpern in das Lager bzw. einen Austritt des Schmiermittels
aus dem Lager.
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Beim Zusammenbau ist es zweckmäßig, beide Federglieder für die gleichachsigen
Lager, wie schon oben erwähnt, gleichzeitig in ihre Wirkstellungen zu bringen. Durch
diese Maßnahme wird nämlich ein gleichmäßiges Belasten beider Lager und der mittige
Sitz des Kreuzgelenksternes erreicht, wobei eine durch etwaige Herstellungstoleranzen
bedingte Nachstellung der Kreuzgelenke in ihre Mittellage auf einfache Art in der
Weise durchgeführt werden kann, daß der Federring an einer Lagerstelle etwas gelöst
wird, so daß das auf der anderen, gegenüberliegenden Seite angeordnete Federglied
unmittelbar nachdrückt und das Gelenk so zur Seite rückt. Man hat durch diese Anordnung
somit die Möglichkeit, die Gelenksterne zur Einrichtung in bestimmten Grenzen hin
und her zu bewegen, ohne daß dabei die,in den Gabelköpfen mit Preßsitz befestigten
Lagerbüchsen verschoben werden müßten.
In Fig. 3 ist eine gegenüber
den Fig. 1 und 2 abgewandelte Ausführung gezeigt, bei der gleichfalls kegelförmig
gestaltete Nadeln 5 verwendet werden. Die Lagerbüchse 6 ist dabei ebenfalls in eine
Bohrung des Gabelkopfes 3 eingepaßt und durch einen in eine Ringnut 7 der Bohrung
des Gabelkopfes eingesetzten Sicherungsring 8 gehalten. Die dem freien Ende des
Zapfens 2 abgekehrten Stirnseiten der Nadeln 5 liegen ebenfalls an einer als Ring
9 ausgebildeten Anlaufschulter an. Die Anlaufschulter 9 sowie der daneben vorgesehene
Federring 11 werden von einem Stützflansch 13' des Halteringes 13 übergriffen, der
mit einem abgebogenen Randteil 13" in eine äußere, ringförmige Ausnehmung 14 der
Lagerbüchse greift. Durch den Haltering 13 kann somit die Lagerbüchse mit den Wälzkörpern
5 und der Schulter 9, insbesondere bei Verwendung eines Käfigs für die Nadeln 5,
zu einer Einbaueinheit verbunden werden. Eine solche Einbaueinheit erleichtert den
Zusammenbau des Lagers. Auf einem zylindrischen Teil des Lagerzapfens 2 ist bei
der Ausführung gemäß Fig. 3 eine in einer ringförmigen Fassung 15 aufgenommene Dichtung
16 angeordnet. Der Flansch 13' des Halteringes 13 legt sich dabei gegen die zur
Lagerbüchse 6 gerichtete Stirnfläche der Dichtung 16; so daß hier ebenfalls eine
zuverlässige Abdichtung gegen das Eindringen von Fremdkörpern in das Lagerinnere
erreicht wird.
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Um größere Ungenauigkeiten der Herstellung beim Zusammenbau der Teile
auszugleichen, kann die Dicke des Befestigungsringes 8 variiert werden (Fig. 3).
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Die Schmierung der Lager erfolgt, wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, in
bekannter Weise über Schmiermittelkanäle 19, welche beispielsweise an den Stirnenden
der Lagerzapfen 2 münden.
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Wie bereits erwähnt, sind die dargestellten Ausführungsformen nur
beispielsweise Verwirklichung der Erfindung. Diese sind jedoch nicht darauf beschränkt.
Vielmehr lassen sich unter Beibehaltung der durch die Erfindung erzielten Vorteile
noch mancherlei Abänderungen und Abwandlungen treffen. Dies bezieht sich sowohl
auf die Ausbildung der Schulter für die Wälzkörper als auch die Anordnung und Ausbildung
des Halteringes, mittels welchem die Lagerbüchse mit den Wälzkörpern sowie den gegebenenfalls
vorhandenen Führungsmitteln und der Schulter zu einer Einbaueinheit verbunden werden
kann.