DE202004006818U1

DE202004006818U1 - Lagerbüchse zur drehbaren Lagerung eines Zapfens

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Publication number: DE202004006818U1
Application number: DE202004006818U
Authority: DE
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2014-04-29

Abstract

Lagerbüchse zur drehbaren Lagerung eines Zapfens (5), mit einer Seitenwand (2), einem wenigstens partiell ausgebildeten Boden (3), wenigstens einem Satz von Wälzkörpern (4), die auf der Seitenwand (2) abrollen und einer Anlaufscheibe (6), die auf einer ersten Seite (7) eine axiale Anlauffläche (12) für den Zapfen (5) aufweist und sich mit einer zweiten Seite (8) im Bereich einer Auflagefläche (19) auf den Boden (3) abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlaufscheibe (6) aus einem Kunststoff auf Polyphenylensulfid-Basis oder auf Polyphthalamid-Basis gefertigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagerbüchse zur drehbaren Lagerung eines Zapfens. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anlaufscheibe für eine Lagerbüchse.
Derartige Lagerbüchsen werden insbesondere bei Gabeln von Kreuzgelenken zur drehbaren Lagerung der an den axialen Enden des Zapfenkreuzes ausgebildeten Zapfen eingesetzt. Die Zapfen werden mit Hilfe von Wälzkörpern radial gelagert. Zur Aufnahme von axialen Kräften kann am Boden der Lagerbüchsen jeweils eine Anlaufscheibe aus Kunststoff vorgesehen sein, an welcher der Zapfen axial anläuft. Die bislang bekannten Kunststoff-Anlaufscheiben eignen sich jedoch nur für einen begrenzten Temperaturbereich und für die Einwirkung nicht allzu hoher Axialkräfte. Bei sehr hohen Axialkräften wird üblicherweise auf die Anlaufscheibe verzichtet, so dass der Zapfen direkt am metallischen Boden der Lagerbüchse anläuft. Hohe Axialkräfte treten bei Kreuzgelenken im Falle einer großen Winkelauslenkung auf. Dies kommt beispielsweise bei Doppelgelenkwellen vor, wie sie unter anderem zum Antreiben von lenkbaren Rädern eines Lastkraftwagens eingesetzt werden. Aufgrund der positiven Eigenschaften der Kunststoff-Anlaufscheiben, wäre auch im Falle von großen Winkelauslenkungen insbesondere bei Doppelgelenkwellen ein Einsatz von Kunststoff-Anlaufscheiben wünschenswert. Die bekannten Kunststoff-Anlaufscheiben halten den hohen Axialkräften insbesondere bei erhöhten Betriebstemperaturen allerdings nicht stand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerbüchse zur drehbaren Lagerung eines Zapfens so auszubilden, dass damit eine möglichst optimale Lagerung des Zapfens auch bei hohen Temperaturen und hohen auftretenden Axialkräften möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Lagerbüchse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Lagerbüchse zur drehbaren Lagerung eines Zapfens weist eine Seitenwand, einen wenigstens partiell ausgebildeten Boden, wenigstens einen Satz von Wälzkörpern, die auf der Seitenwand abrollen und eine Anlaufscheibe auf. Die Anlaufscheibe weist auf einer ersten Seite eine axiale Anlauffläche für den Zapfen auf und stützt sich mit einer zweiten Seite im Bereich einer Auflagefläche auf den Boden ab. Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Lagerbüchse besteht darin, dass die Anlaufscheibe aus einem Kunststoff auf Polyphenylensulfid-Basis oder auf Polyphthalamid-Basis gefertigt ist.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Lagerbüchse bei hohen Temperaturen und gleichzeitig hohen Axialkräften eingesetzt werden kann. Dies ermöglicht beispielsweise den Einsatz der erfindungsgemäßen Lagerbüchse bei Kreuzgelenken für große Auslenkungen, bei denen bislang jeweils Lagerbüchsen ohne Anlaufscheiben zum Einsatz kommen. Durch die Anlaufscheibe ergibt sich ein günstigeres Anlaufverhalten als dies bei einem direkten axialen Anlaufen des Zapfens am Boden der Lagerbüchse der Fall ist. Außerdem werden durch die Anlaufscheibe axiale Stöße abgefedert.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lagerbüchse ist dem Kunststoff wenigstens ein Fasermaterial, insbesondere Glasfasern, Mineralfasern oder Kohlefasern, zugesetzt. Dabei ist es von Vorteil, wenn der gesamte Gewichtsanteil des zugesetzten Fasermaterials wenigstens 10 % beträgt. Vorzugsweise beträgt der Gewichtsanteil etwa 60 %. Durch das Fasermaterial werden die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Druckfestigkeit positiv beeinflusst. Außerdem wird das Temperaturverhalten verbessert und dadurch ein Betrieb bei relativ hohen Temperaturen ermöglicht. Als weitere Zusatzstoffe kommen beispielsweise Teflon, Graphit und/oder Molyphidändisulfid in Frage. Durch diese Zusatzstoffe lassen sich die Gleiteigenschaften der Anlaufscheibe, die insbesondere bei einem Trockenlauf von Bedeutung sind, verbessern.
Im Bereich der axialen Anlauffläche auf der ersten Seite der Anlaufscheibe können flächig verteilt muldenförmige Vertiefungen ausgebildet sein. Diese Vertiefungen, die als Schmiertaschen für ein im Bereich der Lagerbüchse vorgehaltenes Schmiermittel dienen, sorgen dafür, dass im gesamten Bereich der Anlauffläche jeweils eine ausreichende Menge von Schmiermittel vorhanden ist. Weiterhin können im Bereich der axialen Anlauffläche Rillen ausgebildet sein, die sich über unterschiedliche Radialbereiche erstrecken. Mit Hilfe dieser Rillen ist eine schnelle und gleichmäßige Verteilung des Schmiermittels über die gesamte Anlauffläche möglich. Auf der ersten Seite der Anlaufscheibe kann zudem ein radial außerhalb der axialen Anlauffläche umlaufender erster Randstreifen erhaben ausgebildet sein. Der erste Randstreifen dient als Axialanschlag für die benachbarten Wälzkörper und bewirkt, dass die Wälzkörper innerhalb des dafür vorgesehenen axialen Bereichs am Zapfen abrollen.
Auf der zweiten Seite der Anlaufscheibe kann ein zweiter Randstreifen ausgebildet sein, der radial außerhalb der Auflagefläche umläuft und durch radial verlaufende Stege von einander getrennte Ausnehmungen aufweist.
Die Anlaufscheibe ist für eine Betriebstemperatur bis zu 240 Grad Celsius oder bis 170 Grad Celsius ausgelegt. Der höhere Wert lässt sich mit einem Kunststoff auf Polyphenylensulfid-Basis erreichen. Für den niedrigeren Wert kann auch ein Kunststoff auf Polyphtalamid-Basis verwendet werden. Durch diese hohen zulässigen Betriebstemperaturen können viele unterschiedliche Anwendungen erschlossen werden und es ist bei Anwendungen, die nominell bei niedrigeren Temperaturen arbeiten ein großes Sicherheitspolster und damit eine geringe Störanfälligkeit vorhanden.
Die erfindungsgemäße Lagerbüchse kann für den Einbau in ein Kreuzgelenk, insbesondere ein Kreuzgelenk einer Doppelgelenkwelle, ausgebildet sein. Das Kreuzgelenk kann Bestandteil eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Lastkraftwagens, oder einer Industrieanlage, insbesondere einer Walzwerksanlage sein.
Die erfindungsgemäße Anlaufscheibe für eine Lagerbüchse zur drehbaren Lagerung eines Zapfens weist eine erste Seite mit einer axialen Anlauffläche für den Zapfen und eine zweite Seite mit einer Auflagefläche zum Abstützen der Anlaufscheibe auf der Lagerbüchse auf. Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Anlaufscheibe besteht darin, dass sie aus einem Kunststoff aus Polyphenylensulfid-Basis oder auf Polyphtalamid-Basis gefertigt ist.
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 Vorderseite eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anlaufscheibe und
3 eine Aufsicht auf die Rückseite des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anlaufscheibe.
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. Auf ihrer Innenseite 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, an deren Vorderseite 7 der Zapfen 5 mit seiner axialen Stirnfläche anliegt. Mit ihrer Rückseite 8 stützt sich die Anlaufscheibe 6 auf den Boden 3 der Lagerbüchse 1 ab. Im Bereich des offenen axialen Endes der Lagerbüchse ist eine Dichtungsanordnung 9 mit mehreren Dichtelementen an der Wand 2 der Lagerbüchse 1 fixiert und dichtet den Radialspalt zwischen der Wand 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 auf der Vorderseite 7 der Anlaufscheibe 6 erhaben ausgebildeten ersten Randstreifens 11 axial an der Anlaufscheibe 6 an.
Der Zapfen 5 kann beispielsweise Bestandteil eines Zapfenkreuzes eines Kreuzgelenks sein, das zusammen mit einem weiteren Kreuzgelenk eine Doppelgelenkwelle ausbildet. Derartige Doppelgelenkwellen können beispielsweise bei gelenkten Rädern von Lastkraftwagen eingesetzt werden. 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 bei einer Doppelgelenkwelle häufig auftreten und große Axialkräfte verursachen, ist die Anlaufscheibe 6 sehr starken Belastungen ausgesetzt. Insbesondere bei hohen Temperaturen verlieren üblicherweise eingesetzte Kunststoffe, wie beispielsweise Polyamid unter diesen Belastungen ihre Formstabilität.
Aus diesem Grund wird für die Anlaufscheibe 6 erfindungsgemäß ein Kunststoff eingesetzt, der sehr hohen Druckbelastungen unbeschadet standhält und zwar auch bei hohen Temperaturen. Außerdem weist der Kunststoff gute spritztechnische Eigenschaften auf, so dass eine einfache und kostengünstige Herstellung der Anlaufscheibe 6 möglich ist. Es handelt sich dabei um einen Kunststoff auf Polyphenylensulfid-Basis. Für Polyphenylensulfid wird im folgenden jeweils die Abkürzung PPS verwendet. 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 erfindungsgemäßen Anlaufscheibe 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. Eine konkrete Ausgestaltung der Anlaufscheibe 6 ist in den 2 und 3 dargestellt.
2 zeigt eine Aufsicht auf die Vorderseite 7 eines Ausführungsbeispiels der Anlaufscheibe 6. Radial innerhalb des ersten Randstreifens 11, der im Bereich des Außendurchmessers der Anlaufscheibe 6 kreisförmig umläuft, ist eine axiale Anlauffläche 12 für den Zapfen 5 ausgebildet. Im Zentrum der axialen Anlauffläche 12 weist die Anlaufscheibe 6 eine Durchgangsbohrung 13 auf. Über die axiale Anlauffläche 12 ist eine Vielzahl von muldenförmigen Vertiefungen 14 flächig verteilt. In den Vertiefungen 14 kann sich Schmiermittel, dass in der Lagerbüchse 1 vorgehalten wird, anlagern, so dass im Bereich der gesamten axialen Anlauffläche 12 eine ausreichende Schmiermittelmenge vorhanden ist. Zwischen dem ersten Randstreifen 11 und der Durchgangsbohrung 13 erstrecken sich mehrere Rillen 15, die in die axiale Anlauffläche 12 eingearbeitet sind und eine gleichmäßige Schmiermittelverteilung über die gesamte axiale Anlauffläche 12 unterstützen.
3 zeigt eine Aufsicht auf die Rückseite 8 des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels der Anlaufscheibe 6 in Aufsicht. Innerhalb eines im Bereich des Außendurchmessers der Anlaufscheibe 6 umlaufenden zweiten Randstreifens 16 sind Ausnehmungen 17 in Umfangsrichtung aneinandergereiht, wobei benachbarte Ausnehmungen 17 durch radial verlaufende Stege 18 voneinander getrennt sind. Die Stege 18 schließen in Axialrichtung bündig mit einer radial innerhalb des zweiten Randstreifens 16 angeordneten Auflagefläche 19 ab, die auf dem Boden 3 der Lagerbüchse 1 aufliegt. Die Ausnehmungen 17 werden somit durch die Auflagefläche 19 radial nach innen begrenzt. Radial nach außen hin sind die Ausnehmungen 17 offen.
Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel der Anlaufscheibe 6 entfällt der zweite Randstreifen 16, so dass sich die Auflagefläche 19 über die gesamte Rückseite 8 der Anlaufscheibe 6 erstreckt. Dieses Ausführungsbeispiel wird insbesondere bei kleineren Lagerbüchsen 1 mit einem Außendurchmesser von einigen Zentimetern eingesetzt.
Die Lagerbüchse 1 eignet sich generell zum Einsatz bei Kreuzgelenken, beispielsweise bei Fahrzeugen, insbesondere Lastkraftwagen, oder bei Industrieanlagen, insbesondere Walzwerksanlagen. Vor allem eignet sich die Lagerbüchse 1 dabei auch für Kreuzgelenke, bei denen große Winkelauslenkungen auftreten. Die Lagerbüchse 1 wird daher bevorzugt bei Kreuzgelenken von Doppelgelenkwellen eingesetzt.

1: Lagerbüchse
2: Seitenwand
3: Boden
4: Wälzkörper
5: Zapfen
6: Anlaufscheibe
7: Vorderseite
8: Rückseite
9: Dichtungsanordnung
10: Federring
11: erster Randstreifen
12: axiale Anlauffläche
13: Durchgangsbohrung
14: Vertiefung
15: Rille
16: zweiter Randstreifen
17: Ausnehmung
18: Steg
19: Auflagefläche

Claims

Lagerbüchse zur drehbaren Lagerung eines Zapfens (5), mit einer Seitenwand (2), einem wenigstens partiell ausgebildeten Boden (3), wenigstens einem Satz von Wälzkörpern (4), die auf der Seitenwand (2) abrollen und einer Anlaufscheibe (6), die auf einer ersten Seite (7) eine axiale Anlauffläche (12) für den Zapfen (5) aufweist und sich mit einer zweiten Seite (8) im Bereich einer Auflagefläche (19) auf den Boden (3) abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlaufscheibe (6) aus einem Kunststoff auf Polyphenylensulfid-Basis oder auf Polyphthalamid-Basis gefertigt ist.
Lagerbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kunststoff wenigstens ein Fasermaterial, insbesondere Glasfasern, Mineralfasern oder Kohlefasern, zugesetzt ist.
Lagerbüchse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Gewichtsanteil des zugesetzten Fasermaterials wenigstens 10 % und vorzugsweise etwa 60 % beträgt.
Lagerbüchse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kunststoff Teflon, Graphit und/oder Molybdändisulfid zugesetzt ist.
Lagerbüchse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der axialen Anlauffläche (12) auf der ersten Seite (7) der Anlaufscheibe (6) flächig verteilt muldenförmige Vertiefungen (14) ausgebildet sind.
Lagerbüchse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der axialen Anlauffläche (12) auf der ersten Seite (7) der Anlaufscheibe (6) sich über unterschiedliche Radialbereiche erstreckende Rillen (15) ausgebildet sind.
Lagerbüchse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der ersten Seite (7) der Anlaufscheibe (6) ein radial außerhalb der axialen Anlauffläche (12) umlaufender erster Randstreifen (11) erhaben ausgebildet ist.
Lagerbüchse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der zweiten Seite (8) der Anlaufscheibe (6) ein zweiter Randstreifen (16) ausgebildet ist, der radial außerhalb der Auflagefläche (19) umläuft und durch radial verlaufende Stege (18) voneinander getrennte Ausnehmungen (17) aufweist.
Lagerbüchse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlaufscheibe (6) für eine Betriebstemperatur bis 240 ° C oder bis 170 ° C ausgelegt ist.
Lagerbüchse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie für den Einbau in ein Kreuzgelenk, insbesondere ein Kreuzgelenk einer Doppelgelenkwelle, ausgebildet ist.
Lagerbüchse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreuzgelenk einen Bestandteil eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Lastkraftwagens, oder einer Industrieanlage, insbesondere einer Walzwerksanlage, ist.
Anlaufscheibe für eine Lagerbüchse (1) zur drehbaren Lagerung eines Zapfens (5), mit einer ersten Seite (7), die eine axiale Anlauffläche (12) für den Zapfen (5) aufweist und einer zweiten Seite (8), die eine Auflagefläche (19) zum Abstützen der Anlaufscheibe (6) auf der Lagerbüchse (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlaufscheibe (6) aus einem Kunststoff auf Polyphenylensulfid-Basis oder auf Polyphthalamid-Basis gefertigt ist.