DE2457941C3 - Schwingfähiges Wellenlager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein schwingfähiges Wellenlager mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen.

Ein derartiges Lager ist aus der US-PS 30 73 654 bekannt. Das bekannte Lager umfaßt einen Support für den Außenring, der eine Nut etwa halbkreisförmigen Querschnitts auf seiner Innenfläche aufweist, einen eine Lagerbüchse bildenden Innenkranz, der auf seiner Außenfläche ebenfalls eine etwa halbkreisförmigen Querschnitt aufweisende Nut mit etwas kleinerem Querschnitt als der im Außenring aufweist, sowie einen in beide Nuten greifenden, den Innenkranz im Außenring haltenden volumeninkompressiblen, jedoch elastisch deformierbaren Zwischenring. Der Querschnitt des Zwischenringes soll etwas kleiner bemessen sein als der von den Nuten begrenzte Hohlraumquerschnitt, damit eine Winkelbeweglichkeit des Innenkranzes relativ zum ortsfesten Außenring ermöglicht wird.

Der Nachteil dieses Lagers besteht darin, daß zwar eine gewisse Beugung der gelagerten Welle relativ zu der Achse des Außenringes zulässig ist, aber keine nennenswerte Verschiebung des Innenkranzes relativ zu diesem in im wesentlichen axialer Richtung. Diese Bedingung liegt aber beispielsweise bei Lagern vor, mittels derer Kardanwellen von Kraftfahrzeugen abgestützt werden; es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lager mit gattungsgleichen Merkmalen zu schaffen, das neben der sicheren Radialabstützung eine Beugeposition der gelagerten Welle zuläßt, darüber hinaus aber auch eine gewisse axiale Beweglichkeit des Innenkranzes gegenüber dem Außenring erlaubt und zugleich mit relativ geringen Kosten in Massenfertigung herstellbar ist.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1; die Unteransprüche definieren zweckmäßige Ausgestaltungen eines solchen Lagers.

Die erfindungsgemäß vorgesehene »Abwälzbarkeit« des Zwischenringes zwischen Innenkranz und Außenring hat sich in der Praxis auch insofern ais vorteilhaft erwiesen, als die so aufgebaute Anordnung kaum schmutzempfindlich ist und nur eines Minimums an Wartung bedarf.

Es ist darauf hinzuweisen, daß abrollende, formschlüssig mit einem Innenrohr und einem Außenrohr in Eingriff stehende Zwischenringe an sich bekannt sind, so für einen Axialkompensator (DE-AS 12 85 813) oder einen Schalldämpfer (DE-PS 9 30 054). Hier liegen jedoch jeweils unterschiedliche Problemstellungen vor; im ersteren Fall dient der Zwischenring ausschließlich der Abdichtung und hat allenfalls in Axialrichtung wirkende Druckdifferenzen aufzunehmen, während im letzteren Falle der Formschluß als Ersatz für einen durch Vulkanisation sonst zu bew,.Senden Massenschluß herangezogen wird.

Schließlich ist noch auf eine schw:ngfähige Wellenlagerung hinzuweisen, die in dem DE-GM 17 88 708 beschrieben ist. Die Ausbildung ist ganz ähnlich der obengenannten US-PS mit der Ausnahme, daß Innenkranz und Außenrng keine Nuten aufweisen, sondern glatt zylindrisch sind mit Anschlägen an beiden Enden der vorgesehenen Axialverschiebungsstrecke. Der Zwischenring hat einfache O-Ringform.

Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

¹⁷Ig-I zeigt in Axialansicht eine erste Ausführungsform eines Wellenlagers gemäß der Erfindung in Ruhestellung, d. h. in einer Position, bei der die Achse der abzustützenden Welle und die Achse des Außenringes, falls sie nicht zusammenfallen, zumindest zueinander parallel verlaufen,

Fig. 2 ist ein Schnitt nach Linie H-II der Fig. 1,

F ι g. 3 ist ein Querschnitt durch einen elastischen Torusring, der einen Teil der Ausführungsform nach F i g. I und 2 bildet,

Fig.4 ist eine schematische Darstellung im Radial· schnitt durch die HauptteÜe des Lagers nach F i g. 1 Und

2, wobei jedoch die gelagerte Welle unter einem Winkel α relativ zum Außenring steht,

Fi g. 5 ist ein Längsschnitt ähnlich F i g. 2, jedoch von einer zweiten Ausführungsförm eines Wellenlagers,

Fig.6 ist ein Diametralschnitt durch den elastischen Tonisring für das Lager nach F i g. 5,

Fig.7 ist eine Axialansicht einer anderen Ausführungsform eines elastischen Torusringes,

F i g. 8 ist eine Schnittansicht nach Linie VIII-VIII der Fig. 7,

Fig.9 ist eine Seitenansicht eines Elements des Torusringes nach Fig.7 und 8, jedoch in geradlinig gestreckte Form gebracht,

F i g. 10 zeigt »sine Variante des Elements nach F i g. 9, und

F i g. 11 ist ein Querschnitt durch eine andere Ausfühiungsform eines elastischen Torusringes für ein Wellenlager gemäß der Erfindung.

Gemäß F i g. 1 bis 4 umfaßt das Lager gemäß der Erfindung einen Innenkranz 1, in dem zwischen einer inneren Schulter 2 und einem Gewindering 3, der in ein Gewinde 4 des Innenkranzes 1 geschraubt ist, der äußere Laufring eines Kugellagers 5 gehalten ist, dessen Innenlaufring auf die von dem Lager abzustützende Welle 6 aufgeschoben ist und auf dieser gesichert ist zwischen einer Schulter 7 und einem Gewindering 8, welcher seinerseits auf ein Gewinde 9 d;r Welle aufgeschraubt wurde. Um den Innenkranz 1 in Hülsenform herum ist ein Außenring 10 angeordnet, der ebenfalls hülsenartig ausgebildet ist und an dem Füße 11 angeschweißt sind, die mit Hilfe von Bolzen und Muttern 12 auf ein ortsfestes Teil 13 geschraubt sind, beispielsweise eine Traverse eines Kraftfahrzeugfahrgestells, das mit einem Kardangetriebezug ausgestattet ist, von dem die Welle 6, hier als Zwischenwelle angenommen, einen Teil bildet

In die Außenfläche des Innenkranzes 1 sind runde Nuten 14 zueinander parallel eingearbeitet, die im Querschnitt eine Art Zahnstangenprofil aufweisen, wobei der genutete Abschnitt des Innenkranzes 1 an jedem Ende des Innenkranzes durch einen abgesetzten Kragen 15 begrenzt ist. Ähnliche Nuten 16, im wesentlichen gleicher Querschnittsabmessungen, sind in die Innenfläche des Außenrings 10 eingearbeitet, wobei der genutete Abschnitt hier begrenzt wird an jedem Ende der hülsenförmigen Abstützung durch eine zylindrische glatte Partie 17.

Zwischen Innenkranz 1 und Außenring 10 ist ein Torusring 18 (Fig.3) als Zwischenring eingelegt, der aus elastomerem Material besteht und in dessen Oberfläche kippen 19 eingeformt sii>d, derart, daß sie dem Querschnitt des Zwischenringes näherungsweise die Form eines Zahnrades verleihen, das kämmen kann mit den Nuten 14 bzw. 16 in dem Innenkranz 1 bzw. dem Außenring 10.

Wie F i g. 2 zeigt, sind die jeweiligen Durchmesser der Außenfläche des Innenkraiizes 1, der Innenfläche des Außenrings 10 und des Querschnitts des Torusringes 18 derart bemessen, daß der letztere zwischen Innenkranz 1 und Außenring 10 komprimiert eingelegt ist. Darüber hinaus ist der mittlere Durchmesser Do (F i g. 3) des Torusringes 18 im freien Zustand kleiner als der mittlere Durchmesser D\ (F i g. 2) desselben Ringes, wenn er im eingebauten Zustand ist, so daß demgemäß der Torusring elastisch auf den Innenkranz 1 aufgezogen ist und gespannt gehalten wird, sobald er in Eingriff mit diesem steht. Dank dieser Anordnung bewirkt die Radialkompression des Torusringes 18 zwischen dem Innenkranz 1 Und dem Außenring 10 nur eine seitliche Ausbuchtung des Torusringes, nicht jedoch eine Umfangskompression, die zu einer Ausbauchung des Ringes führen würde, mi ι der Tendenz, daß er aus den »Verzahnungen« herausspringen könnte, die von den Nuten 14 bzw. 16 des Innenkranzes bzw. Außenrings gebildet werden, insbesondere bei einem Arbeiten des Lagers unter einem Winkel.

Sobald sich im Betrieb des Lagers, beispielsweise im Zuge einer Kraftfahrzeuggetriebekette, zu der die Welle 6 gehört, diese letztere relativ zur Längsachse yy' des Außenrings 10 neigt, ergibt sich gleichzeitig eine Neigung und eine Längsgleitbewegung der Welle 6 und infolgedessen auch des Innenkranzes 1 relativ zum ortsfesten Außenring 10, wobei der Mittelpunkt 20 des Kugellagers 5, der auch der Mittelpunkt des Innenkranzes 1 ist, in die Position 20_t gelangt (Fig.4). Diese Bewegung wird möglich dank der Tatsache, daß der Torusring 18 zwischen dem Innenkranz 1 und dem Außenring 10 abrollt, welche Abrollbewegung kontrolliert wird durch den Eingriff der Rippen 19 des Torusringes mit den Nuten 14 und 16 derart, daß, wenn die Mittelebene ff' des Innenkranzes 1 mit ihrer Ausgangsposition oder Ruheposition einen Winkel λ einschließt, die Mittelebene t\t\ dp^r Torusringes 18 gegenüber dieser Ausgangs- oder kuheposition nur einen Winkel Λ2 einschließt, so daß die Kompressionsrate der unterschiedlichen Abschnitte des Torusringes 18 im wesentlichen konstant bleibt.

Um maximale Leichtgängigkeit der Axialverschiebung und der gleichzeitigen Beugebewegung der Welle 6 relativ zum festen Außenring 10 zu erzielen, ist es vorteilhaft, das Verhältnis der Durchmesser des Querschnitts des Torusringes 18 zum mittleren Durchmesser dieses Ringes zu reduzieren, wobei jedoch dieses Verhältnis eine untere Grenze findet durch die Notwendigkeit, ein Aufeinanderstoßen von Innenkranz 1 und Außenring 10 bei den obenerwähnten Bewegungen der Welle 6 relativ zum Außenelement 10 zu vermeiden.

Andererseits muß man den Elastizitätsmodul des Elastomers, aus dem der Torusring 18 besteht, hinreichend hoch wählen, d. h. daß dieser Elastomer steif genug sein muß, um das Eintreten von Resonanz unter der Wirkung von Restunwuchten zu vermeiden, und ZWS- selbst bei ziemlich hohen Drehzahlen der Welle 6.

Der Torusring 18 könnte aus einem üblicherweise nicht gerade als Elastomer anzusehendem Material bestehen, wobei gleichwohl von dem Prinzip der vorliegenden Erfindung Gebrauch gemacht würdt, doch besitzen Elastomermaterialien wegen der ihnen arteigenen Qualitäten eine besondere Eignung für das Dämpfen von Vibrationen sehr hoher Frequenzen, was sehr erwünscht ist, um Geräuschbildung zu vermeiden, insbesondere bei der Verwendung des Lagers im Kraftfahrzeugbau.

Für gleiche Leichtgängigkeit beim Arbeiten untei einem Beugewinkel und bei Axialversetzung besitzt ein Torusring mit einem Querschnitt größeren Durchmessers, wie z. B. in den noch näher zu erläuternden F i g. 5 und 6 dargestellt, eine verringerte Eigenresonanzfrequenz in Radialrichtung für das System, bestehend aus dem Zwischenlager und der entsprechenden Masse der Getriebeteile, die ν ,η dem Lager abgestützt werden.

Um den Torusring 18 in die Arbeitsposition zu bringen, wird er um die Achse seines Querschnitts rollend auf den Innenkranz gebracht, der vorher beinahe vollständig aus der Innenausnehmung des Lagers derart entnommen worden ist, daß, wenn der Innenkranz seine Ruheposition gemäß Fig.2 dann wieder eingenommen hat, der Torusring die ursprüngliche Lage seiner Querschnitteile wieder einnimmt, die er

im Ruhezustand oder Vor dem Einbau in das Lager hatte.

Zwar ist der Innenkranz des Lagers in der Mittelposition infolge der elastischen Flexionsrückstellkräfte stabil, die im Torusring bei der Bewegung unter einem Winkel und bei Äxialbewegung auftreten, doch sind natürlich alle Möglichkeiten auszuschließen, daß der Torusring aus dem Lager herausfällt, sowohl während des Einbaus als auch beim Lagern oder bei der Wartung des Lagers. Für diesen Zweck sind die Kragen 15 am Innenkranz und die Zylinderflächen 17 am Außenring Vorgesehen, die als Sicherheitsanschläge dienen.

In der Ausführungsform nach Fig.5 und 6 erkennt man wiederum dieselben Elemente wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel, die dementsprechend auch mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, soweit die Elemente einander entsprechen, jedoch vermehrt um 20 Einheiten. Hier erhält man den Innenkranz 21 und den Außenring 30, indem man Von rohrförmigen Öiechrohlingen ausgeht, in die die Nuten in Form von Wellungen 34 bi:w. 36 eingebracht werden mittels Kaltverformung oder Prägung der entsprechenden Rohlinge. Das Halten des Kugellagers 5 in dem Innenkranz 21 wird durch Umbördeln des Innenkranzes auf den Außenring des Kugellagers sichergestellt, wie dies bei 32 angedeutet ist. Bezüglich des Torusringes 38, dessen Rippen 39 an die Wellungen 34 und 36 angepaßt sind, ist festzuhalten, daß der Durchmesser seines Querschnitts erheblich größer ist als im vorhergehenden Ausführungsbeispiel, wie bereits erwähnt.

Das so gebildete Lager ist natürlich von ganz besonders wirtschaftlicher Konstruktion, ohne daß jedoch die oben beschriebenen Vorteile verlorengehen.

Anstatt einen durchgehenden Torusring zu benutzen,

wie in F i g. 3 und 6 dargestellt, kann man auch gemäß F i g. 7 einen »Zwischenring« benutzen, bestehend aus einzelnen walzenartigen Abschnitten 48.

In diesem Falle können, wie auch gegebenenfalls in den vorhergehenden Fällen, die Rillen entweder kreisringförmig um die Hauptachse des Torus verlaufen, wie in F i g. 7—9 dargestellt, oder auch etwa schraubenlinienförmig mit sehr großer Steigung, wie in Fig. 10 gezeigt, um dem Fall zu entsprechen, bei dem die Nuten des Innenkranzes 1 oder 21 und des Außenrings 10 oder 30 von Gewindegängen gebildet werden. _

wie in Fi g. Ii gezeigt, kann man auf dem lorusfing 49 auch vorspringende, keine Rippen 41 aufweisenden Querschnittsabschnitte oder Ausbauchungen vorsehen zwischen zwei Abschnitten, die solche Rippen besitzen, wobei diese vorspringenden Abschnitte 40 als Anschläge am Ende des Ringlaufweges bei der Rollbewegung desselben wirken und so die Anschläge 15,17 ersetzen, die im Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 vorhanden sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schwingfähiges Wellenlager mit einem die Welle drehbeweglich abstützenden Innenkranz und einem ortsfesten, zum Innenkranz mit Abstand angeordneten Außenring, wobei zwischen Innenkranz und Außenring, axial begrenzt beweglich, ein Zwischenring mit torischer Grundform aus gummielastischem Material angeordnet ist, der in im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden runden Nuten von etwa gleichen Abmessungen in den einander zugewandten, zylindrische Grundform aufweisenden Innenkranz- bzw. Außenringflächen formschlüssig unter Vorspannung eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den einander zugewandten Innenkranz- und Außenringflächen jeweils mehrere, ein zahnstangenartiges Profil bildende nebeneinander liegende Nuten (14, 16; 34, 36) vorgesehen sind und daß der Zwischenring (18; 38; 48) im wesentlichen in seiner Umfangsridiiung verlaufende, zu den Nuten komplementäre Rippen (19; 39; 41) aufweist, wodurch ein ritzelartiger Zwischenring-Querschnitt gebildet ist.

Z Wellenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkranz (1; 21) und der Außenring (10; 30) an ihren jeweiligen Stirnenden ungenutete Abschnitte (17) oder Flanschabschnitte (15) als Sicherheitsanschläge aufweisen.

3. Wellenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring (48) auf seiner Peripherie zv. ύ einander diametral gegenüberliegende Zonen (40) im Ringque^chnitt aufweist, die ungerillt sind und deren Durchmesser im wesentlichen gleich dem größten DurcKmesser des Querschnitts sind.

4. Wellenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Durchmesser des Zwischenringes (18; 38; 49) derart bemessen ist, daß er unter elastischer Vorspannung auf dem Innenkranz sitzt.

5. Wellenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Innenkranz (1; 21) und den Außenring (10; 30) eingearbeiteten Nuten Gewindegänge sind.

6. Wellenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring aus einzelnen, sich über einen Teilumfang erstreckenden Abschnitten (48) besteht.