DE3590284C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Universalgelenk nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die mechanische Kraftübertragung erfordert normalerweise eine Übertragungsvorrichtung, welche die Krafterzeugungs­ einheit (Quelle) an die Arbeitseinheit koppelt, um eine mechanische Funktion auszuführen. Die Übertragungsvor­ richtung koppelt gleichzeitig die beiden Einheiten und überträgt zwischen ihnen Kraft. Sehr häufig werden bei der Kraftübertragung Wellen verwendet, die von der Über­ tragungsvorrichtung zur drehenden und/oder hin- und her­ gehenden Energieübertragung gelenkig verbunden sind. Die­ se Anordnung bezeichnet man häufig als "Antriebswelle", während die Übertragungsvorrichtung für gewöhnlich als "Kreuzgelenk" bezeichnet wird, wenn vier (4) Zapfen verwendet werden oder als "Dreifuß", wenn drei (3) Zapfen verwendet werden. Die Bezeichnung "Universalgelenk" ist die am häufigsten gebrauchte Bezeichnung, wenn es unge­ achtet der Anzahl von Zapfen um irgendeine Kraftübertra­ gungsvorrichtung geht.

Eine Antriebswelle verwendet normalerweise zwei Universal­ gelenke, während eine "Antriebsstrecke" mehr als zwei Universalgelenke und Wellen aufweisen kann.

Die Funktionen des Universalgelenks bestehen darin, (a) ein hohes Anlauf- oder Abbrems-Drehmoment einschließ­ lich einer Drehrichtungsumkehr zu übertragen, (b) eine kontinuierliche Kraftübertragung bei entweder konstanter oder variierender Antriebswellen-Drehzahl pro Minute aufrecht zu erhalten, und (c) eine maximale Kraftüber­ tragung zwischen der Kraftquelle und der Arbeitseinheit oder Arbeitseinheiten bei sämtlichen Schwankungen und Vibrationen zwischen Antriebsstreckenwinkel und -länge aufrecht zu erhalten.

Ein derzeit verwendetes Universalgelenk ist das manchmal als Kreuzgelenk bezeichnete Gelenk. Bei dem Kreuzgelenk besitzen die antreibende und die angetriebene Welle jeweils ein Joch, wobei die jeweiligen Joche von einem aus Zapfen-Lager-Sätzen bestehenden Kreuz verbunden sind. Mehrere Übertragungsflächen von im wesentlichen zylindrischer Gestalt sind an den jeweiligen Zapfen des Kreuzes geschliffen. Jede Zapfen-Übertragungsfläche ist dazu ausgebildet, eine Lagerschale aufzunehmen, die in ihrem Inneren mehrere Nadeln enthält. Kreuze mit vier Übertragungsflächen (Zapfen) sind bei Kraftfahrzeugen mit Hinterradantrieb und bei industriellen Antriebswellen weit verbreitet. In ähnlicher Weise sind Dreifüße mit drei Übertragungsflächen (oder Zapfen) bei Kraftfahr­ zeugen mit Frontantrieb weit verbreitet.

Die in Lagerschalen bekannter Universalgelenke verwendeten Nadeln haben die Aufgabe, Reibung zwischen dem Zapfen und der Lagerschale durch Abrollen herabzusetzen, um dadurch die relativ leichte Bewegung zwischen diesen Teilen zu ermöglichen. Die Nadeln dienen außerdem dazu, die Über­ tragung von Drehmomenten zwischen der Lagerschale und dem Zapfen zu übernehmen und aufrecht zu erhalten.

Die Verwendung von Nadeln in Lagerschalen ist insoweit zu­ friedenstellend, als die Übertragung von Drehmomenten über das Universalgelenk betroffen ist. Allerdings besitzen Nadeln zwei grundlegende Nachteile.

Erstens: Nadeln stellen einen zusätzlichen Kostenfaktor bei der Herstellung der Universalgelenke dar, sowohl durch die Kosten der Nadeln selbst als auch durch die Kosten des Zusammenbaus des Zapfen- und Lagersatzes, weil die Nadeln beim Zusammenbau gehandhabt werden müssen. Ein zweiter Nachteil besteht darin, daß ohne ausreichende Schmierung die Nadeln schließlich verschleißen und sich bis zu einem Punkt verschlechtern, an dem der Zapfen-Lagersatz des Universalgelenks ausgetauscht werden muß.

Aus der DE-OS 31 17 837 ist bereits ein Universalgelenk nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Die Gelenk­ lagerfläche der Lagerschalen ist zylindrisch und liegt damit vollflächig an der ebenfalls zylindrischen glatten Gleitlagerfläche der aus massivem Metall bestehenden Zapfen an. Durch die vollflächige Anlage soll eine gute Schmierung sichergestellt werden. Die Reibung ist bei dem bekannten Universalgelenk jedoch erheblich größer als bei einem Nadellager. Aus der DE-OS 27 11 983 geht eine Lager­ schale hervor, die an der Gleitlagerfläche mit axialen Nuten versehen ist, in die Ölbohrungen münden. Nach "Dubbel", Taschenbuch für den Maschinenbau, 13. Aufl., Bd. I, 1970, Springer Verlag, Seite 724 und 725 sind Sinterme­ talle gegen Kantenpressung empfindlich. Aus US-Z: Machine Design, 1983, Heft 21, Seiten 54-60 geht zwar hervor, daß auch Zahnräder mit hoher Kantenpressung aus Sintermetall hergestellt werden können. Es müssen dann aber so hohe Preßdrucke bei der Herstellung angewendet werden, daß die Porosität verloren geht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Universalgelenk zu schaffen, das keine Walzkörper, wie Nadeln, besitzt und dennoch eine sehr geringe Reibung aufweist. Die wird erfindungsgemäß mit dem im Anspruch 1 gekennzeichneten Universalgelenk erreicht. In den Unteransprüchen sind vor­ teilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Universal­ gelenks angegeben.

Bei dem Universalgelenk kann es sich um eines mit vier, drei oder zwei Zapfen handeln. Die Schalen sind normaler­ weise bei der Kreuzanordnung mit geschlossenem Ende und bei der Dreifußanordnung mit offenem Ende ausgebildet.

Die Lagerschale und die Zapfen werden bevorzugt unter Ver­ wendung von Pulver-Metallurgie-Verfahren hergestellt, wodurch es möglich ist, einstückig mit der Schale und dem Zapfen ausgebildete innere Lagerflächen zu definieren und herzustellen.

Die Lagerschale und die Zapfen können auch mit Hilfe her­ kömmlicher Oberflächenbearbeitungsmethoden hergestellt werden.

Gleichgültig, ob mit Hilfe von Pulver-Metallurgie- oder mit Oberflächenbearbeitungsmethoden hergestellt, ist die Notwendigkeit der Verwendung von Nadeln, Kugeln oder anderer Rollelemente ausgeschaltet.

Im folgenden wird eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren gegeben, in denen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Antriebsstrecke mit eingefügten Universalgelenken ist,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines herkömmlichen Universalgelenks mit vier Zapfen- Lagerschalen-Sätzen ist,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf ein herkömmliches Kreuz ist,

Fig. 4 eine auseinandergezogene, teilweise geschnittene Seitenansicht einer herkömmlichen Lagerschale mit einer zugehörigen Übertragungsfläche eines be­ kannten Zapfens ist,

Fig. 5 eine auseinandergezogene Seitenansicht eines drei Zapfen aufweisenden, bekannten Dreifußes, wie er vornehmlich in Kraftfahrzeugen mit Frontantrieb eingesetzt wird, ist,

Fig. 6 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendeten Lagerschale ist,

Fig. 7 eine stirnseitige Ansicht der Lagerschale nach Fig. 6 ist, die im Schnitt die Übertragungsfläche eines zugehörigen Zapfens zeigt,

Fig. 8 eine schematische Ansicht einer modifizierten Aus­ führungsform eines Zapfens zur Verwendung in Ver­ bindung mit dem erfindungsgemäßen Universalgelenk ist,

Fig. 9 eine stirnseitige Ansicht einer modifizierten Form einer Lagerschale, die in dem erfindungsgemäßen Universalgelenk verwendet wird, ist,

Fig. 10 eine stirnseitige Ansicht einer modifizierten Lagerschale nach der Erfindung ist,

Fig. 11 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer offenen Schale gemäß der Erfindung ist,

Fig. 12 eine stirnseitige Ansicht einer modifizierten offenen Schale gemäß der Erfindung ist, wobei im Schnitt die Zapfen-Übertragungsfläche mit dem dazugehörigen Gehäuse dargestellt ist, und

Fig. 13a, 13b, 13c Variationen von Lagerflächen zeigen.

Zunächst soll Fig. 1 betrachtet werden, in der eine eine Antriebsquelle mit einer Arbeitseinheit verbindende Antriebsstrecke dargestellt ist. Die Antriebsquelle in Fig. 1 trägt das Bezugszeichen 10 und kann die Form eines Elektromotors, oder, alternativ, eines Motors mit innerer Verbrennung haben. Die angetriebene oder Arbeits­ einheit ist in Fig. 1 mit 12 bezeichnet. Eine Antriebs­ strecke verbindet die Antriebsquelle 10 mit der Arbeits­ einheit 12, und sie wird definiert durch mehrere Antriebs­ wellen 14, 16, 18. In Fig. 1 gezeigte Universalgelenke 20, 22, 24 und 26 schaffen eine Verbindung der jeweiligen Antriebswellen 14, 16 und 18 untereinander sowie mit der Antriebsquelle 10 und der Arbeitseinheit 12. Zur Abstützung der Antriebsstrecke werden vorteilhaft mittige Wellenlager 28 und 30 verwendet.

In Fig. 2 ist ein herkömmliches Universalgelenk dargestellt. Die jeweiligen Antriebswellen 35 und 37 besitzen Joche 32, 34, die mittels eines Kreuzes 36, welches Lagerschalen 54 aufweist, miteinander verbunden sind. Zur Beschreibung des Kreuzes 36 wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen.

Das Kreuz 36 nach Fig. 3 ist ein mit vier Zapfen versehenes Lastübertragungselement, definiert durch Zapfen 39, 41, 43 und 45 sowie durch zylindrische Übertragungsflächen 38, 40, 42, 44, die an den jeweiligen Zapfen geschliffen oder in anderer Weise gebildet sind. Im Inneren des Kreuzes sind gebohrte Kreuzdurchgänge 46 und 48 vorgesehen, welche Schmiermitteldurchgänge zum Zuführen von Schmiermittel von einem Formstück 50, bei dem es sich um einen Schmiernippel oder dergleichen handeln kann, definieren. Schmiermittel wird von dem Formstück 50 über die Durchgänge 46 und 48 nach außen zu den Übertragungsflächen 38, 40, 42 und 44 geführt, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist.

Die Schmiermittel-Durchgänge sowie das Formstück sind vor­ gesehen, um innerhalb der Lagerschale befindlichen Wälz­ nadeln Schmiermittel zuführen zu können, wie unten er­ läutert wird.

Es wird nun Bezug genommen auf Fig. 4, in der eine be­ kannte Wälznadel-Lagerschale vor deren Anordnung an einem Zapfen gezeigt ist.

Die Lagerschale nach Fig. 4 ist mit 54 bezeichnet, und sie besitzt eine zylindrische Seitenwand 56, eine zylindrische Innenwand 57 und ein geschlossenes Ende 58.

Mehrere Wälznadeln 60 befinden sich innerhalb der Lager­ schale 54, verteilt am Umfang ihrer Innenwand 57.

Es ist eine Dichtung 62 in Form eines von der Lagerschale abstehenden Kragens vorgesehen. Die Dichtung hat die Auf­ gabe, das Schmiermittel in der Schale zu halten.

Wenn die Lagerschale 54 nach Fig. 4 auf dem Zapfen in­ stalliert wird, gelangen die Wälznadeln 60 in Berührung mit der Übertragungsfläche 38 des Zapfens 39. Die Dichtung 62 berührt die Fläche 64 des Zapfens und bewirkt eine Ab­ dichtung der inneren Ringkammer, in der sich die Wälz­ nadeln befinden. Es ist daher unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 ersichtlich, daß Schmiermittel von dem Formstück 50 durch die Durchgänge 46 und 48 hindurch in die Lagerschale 54 gelangt und dadurch eine Schmierung der Wälznadeln 60 bewirkt.

Die vollständige Anordnung aus Kreuz- und Lagerschale gemäß Fig. 3 und 4 ist in Fig. 2 gezeigt. Die Lager­ schale 54 ist innerhalb eines zugehörigen Jochs 32, 34 aufgenommen und schafft so eine Verbindung zwischen dem Joch und dem Zapfen.

Die Übertragung eines Drehmoments über das Universalge­ lenk nach Fig. 2 erfolgt an den Übertragungsflächen des Kreuzes, der Lagerschale und des Jochs. Diese Übertragungs­ flächen sind an dem Kreuz mit den Bezugszeichen 38, 40, 42 und 44, in der Lagerschale mit den Bezugszeichen 57 und 59 und in dem Joch mit dem Bezugszeichen 61 bezeichnet.

Nochmals bezugnehmend auf herkömmliche Universalgelenke ist in Fig. 5 ein Universalgelenk gezeigt, wie es in Kraftfahrzeugen mit Frontantrieb verwendet wird. Der Drei­ fuß nach Fig. 5 enthält drei Zapfen 69, 71 und 73, welche Übertragungsflächen 70, 72 und 74 definieren. Lagerschalen 76, 78 und 80 sind den jeweiligen Übertragungsflächen der Zapfen zugeordnet. Die Lagerschalen nach Fig. 5 werden auch manchmal als offene Schalen bezeichnet, und zwar des­ halb, weil die Schale an beiden Enden offen ist und keine Querwand enthält, wie beispielsweise die in Fig. 4 gezeig­ te Querwand 58. Mehrere Nadeln 82 sind in Berührung mit den Übertragungsflächen 70, 72 und 74 des Dreifußes nach Fig. 5. Die Nadeln werden von den jeweiligen La­ gerschalen 76, 78, 80 gehalten. Die Lagerschalen ihrerseits sind in dem Gehäuse 84 aufgenommen.

Die Übertragung eines Drehmoments über den Dreifuß gemäß Fig. 5 erfolgt an den Übertragungsflächen des Dreifußes, der Lagerschale und des Gehäuses. Speziell sind diese Über­ tragungsflächen bei dem Dreifuß mit den Bezugszeichen 70, 72 und 74, bei den offenen Schalen 76, 78 und 80 mit den Bezugszeichen 77 und 79 und bei dem Gehäuse mit den Bezugs­ zeichen 80 und 83 bezeichnet.

Die Übertragungsvorrichtungen nach Fig. 2 (Kreuz­ gelenk) und Fig. 5 (Dreifuß) erfordern beide den Einsatz von Wälznadeln zur Reibungsverringerung, um dadurch eine re­ lativ geringe Bewegung zwischen der Lagerschale und den Zapfen-Übertragungsflächen zu erreichen. Außerdem über­ tragen die Nadeln zwischen der Lagerschale und den Zapfen- Übertragungsflächen Drehmomente und halten diese aufrecht.

Während im Betrieb eine einzige Umdrehung der Welle 35 nach Fig. 2 eine einzige Umdrehung der Welle 37 mit sich bringt, vollzieht auch das Kreuz 36 des Universalgelenks eine vollständige Umdrehung. Allerdings gibt es eine kleine Relativbewegung zwischen den Zapfen-Übertragungsflächen und den Nadeln, wenn sich das Kreuz dreht. D.h., während die Wellen 35 und 37 zusammen mit dem sie verbindenden Universalgelenk eine Einheit drehen, gibt es innerhalb der Lagerschale eine kleine Relativbewegung zwischen den Wälznadeln und den Übertragungsflächen des Zapfens. Ent­ gegen den Erwartungen machen die Wälznadeln von sich aus normalerweise keine vollständigen Umdrehungen innerhalb der Lagerschale, wenn sich das Universalgelenk dreht. Es ist dieses Phänomen der begrenzten Bewegung zwischen der Lagerschale und dem Zapfen, welches die Verwendung der nadellosen Lagerschale gemäß der Erfindung gestattet. Die begrenzte Relativbewegung zwischen der Lagerschale und dem Zapfen ermöglicht weiterhin die Anwendung von Pulvermetallur­ giemethoden bei der Herstellung beider dieser Elemente, sowie die Verwendung von mit Öl imprägnierten Metallen zur Schmierung des Universalgelenks.

Das Ausmaß der Relativbewegung zwischen der Lagerschale und dem Zapfen wurde als gering beschrieben. Eine andere Möglichkeit, die Relativbewegung zwischen diesen Elementen zu beschreiben, besteht darin, zu sagen, daß es eine be­ grenzte Winkel- und/oder Längs-Versetzung zwischen diesen Teilen gibt. Im Extremfall handelt es sich bei der Be­ wegung zwischen der Lagerschale und dem Zapfen um eine aperiodische Schwingbewegung in Längs- und/oder radialer Richtung.

Die von den Anmeldern gewonnene Erkenntnis der be­ grenzten Relativbewegung zwischen Lagerschale und Zapfen während des Betriebs führte zu der Untersuchung verschiedenartig geformter Übertragungsflächen des Zapfens, der Lagerschale und der Kombination von Zapfen/Lagerschale, mit dem Ziel, die Verwendung von Nadeln bei Universalgelen­ ken überflüssig zu machen. Speziell ergab sich der Ein­ satz von Pulvermetallurgiemethoden zur Herstellung von Zapfen und Lagerschalen mit daran ausgebildeten, ein­ stückigen Lagerflächen.

Gemäß Fig. 6 wird die verbesserte Lagerschale 86, bei der es sich um ein Element nach vorliegender Erfindung handelt, definiert durch eine im wesentlichen zylindrische Seiten­ wand 88 mit einer zylindrischen Außenfläche 89 und einem geschlossenen Ende 90.

Gemäß Fig. 7 werden durch schmale Rippen mehrere Lagerflächen 94 an der Innenfläche der Seitenwand der Schale definiert, und in der be­ vorzugten Ausführungsform nach Fig. 7 sind die Lager­ flächen im Querschnitt im wesentlichen halbkreisförmig, um das Profil mehrerer etwa Seite an Seite angeordneter Nadeln zu approximieren. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, er­ strecken sich die Lagerflächen 94 von etwa der Außenkante der Lagerschale nach innen über praktisch die gesamte Tie­ fe der Schale.

Wenn die Lagerschale 86 nach Fig. 6 auf einem Ende eines Zapfens angeordnet wird, erfolgt eine Berührung der Lager­ flächen 94 mit der Übertragungsfläche des Zapfens. Diese Übertragungsfläche ist in Fig. 7 mit 96 bezeichnet und ist im wesentlichen eine zylindrische Fläche, die geschlif­ fen oder in anderer Weise am Ende des Zapfens 97 ausgebildet ist.

Die Lagerflächen 94 nach Fig. 7 sind mithin der Gestalt von Wälznadeln insoweit angenähert, als ihre Berührung mit der Übertragungsfläche 96 des Zapfens betroffen ist. Da die Lagerflächen 94 nach Fig. 7 einstückig mit der Schale 86 ausgebildet sind, kann keine Relativdrehung zwischen den Lagerflächen 94 und der Schale erfolgen. Wie oben jedoch bereits erwähnt wurde, weist die einstückige Lagerstruktur nach Fig. 7 die Vorteile von Wälznadeln insofern auf, als der Lagerkontakt mit der Zapfen-Über­ tragungsfläche vorhanden ist, ohne daß jedoch die Nach­ teile erhöhter Kosten für die Nadeln und erhöhter Kosten für den Zusammenbau gegeben ist, und zwar weil während der Drehung der Antriebswelle eine relativ kleine Bewegung zwischen der Lagerschale und dem Zapfen erfolgt, und die Wälznadeln im Stand der Technik ihrerseits im Betrieb nicht ständig rotieren.

In Fig. 9 ist eine andere Ausführungsform der Lagerschale für die Verwendung im Rahmen der Erfindung dargestellt. In Fig. 9 ist die Lagerschale 99 mit mehreren beabstandeten, etwa halbkreisförmigen Ausnehmungen 100 zwischen schmalen Rippen in der Seitenwand 101 der Schale ausgestattet, wobei die Ausnehmungen durch Lagerflächen 102 miteinander verbunden sind. In der Aus­ führungsform nach Fig. 9 sind die Lagerflächen 102 de­ finiert als Segmente einer zylindrischen Fläche mit einer Stegbreite von etwa 0,76 cm. Die Außenfläche der Schale 99 ist etwa zylindrisch, wie bei 103 gezeigt ist.

Eine weiter modifizierte oder abgewandelte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 10 gezeigt. In Fig. 10 ist die Lagerschale 110 mit einer Seitenwand 112 ausgestattet, die eine im wesentlichen zylindrische Innenfläche 114 be­ sitzt. An der Außenfläche der Seitenwand 112 befinden sich mehrere Lagerflächen 116, die bei der Ausführungsform nach Fig. 10 im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt besitzen, um eine Annäherung an das Profil mehrerer etwa Seite an Seite angeordneter Nadeln zu schaffen. Die Aus­ führungsform nach Fig. 10 ist mithin eine Umkehrung der Lagerflächen, wie sie in Fig. 7 gezeigt sind. Während in Fig. 7 die Lagerflächen definiert werden an der Innen­ fläche der Lagerschale, werden solche Lagerflächen in Fig. 10 an der Außenseite der Lagerschale gebildet. Die Lagerschale nach Fig. 10 ist wie die in Fig. 7 gezeigte Lagerschale eine Schale mit geschlossenem Ende, die sich speziell eignet zur Verwendung mit einem Vier-Zapfen-Kreuz gemäß Fig. 3.

In einer noch weiter modifizierten Form der Erfindung kann die Lagerschale mit Lagerflächen sowohl an der Innen- als auch an der Außenwand der Schale ausgebildet sein. Wenngleich in der Zeichnung nicht dargestellt, sollte ver­ standen werden, daß eine solche Struktur die internen Lagerflächen 94 nach Fig. 7 und die externen Lagerflächen 116 nach Fig. 10 umfaßt.

Fig. 11 zeigt eine erfindungsgemäße Lagerschale des offe­ nen Typs. Die Lagerschale nach Fig. 11 findet mithin An­ wendung bei Übertragungsvorrichtungen wie der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung. Die Lagerschale nach Fig. 11 ist eine offene Schale 120 mit einer konvexen Außenfläche 122, die in dem in Fig. 5 gezeigten Gehäuse 84 aufgenommen werden kann, um in Berührung zu gelangen mit der Gehäuse- Übertragungsfläche 83. Die Innenwand der Lagerschale nach Fig. 11 enthält mehrere Lagerflächen 124 von dem in den Fig. 6 und 7 gezeigten Typ. Das heißt, die Lagerflächen 124 der offenen Schale nach Fig. 11 haben einen etwa halbkreis­ förmigen Querschnitt und sind dem Profil mehrerer benach­ barter Nadeln angenähert.

Eine noch weiter modifizierte Ausführungsform der Lager­ schale ist in Fig. 12 gezeigt. Die Lagerschale 128 nach Fig. 12 besitzt Lagerflächen, die sowohl an der Innen- als auch der Außenwand der Schale definiert sind. Lager­ flächen 130 befinden sich an der Innenwand der Schale 128, während sich an deren Außenwand Lagerflächen 132 befin­ den. Die inneren Lagerflächen 130 nach Fig. 12 können in Berührung mit der Zapfen-Übertragungsfläche 134 ge­ langen. Die äußeren Lagerflächen 132 können in Berührung mit der Gehäuse-Lagerfläche gelangen, die in Fig. 5 bei 83 dargestellt ist.

Die Lagerflächen gemäß der Erfindung können viele unter­ schiedliche Formen und Gestalten annehmen, abhängig von Entwurfsüberlegungen. Während in der bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Erfindung die Lagerflächen mit etwa halb­ kreisförmigem Querschnitt dargestellt sind, damit sie sich dem Profil benachbarter Wälznadeln annähern, versteht sich, daß andere Lagerformen im Rahmen dieser Erfindung verwendet werden können.

Das Profil der Lagerfläche nach Fig. 13a wird durch elliptische Kurven definiert.

Das Profil der Lagerfläche nach Fig. 13b wird durch Kurven definiert, die einer Sinuswelle angenähert sind.

Das Lagerflächen-Profil nach Fig. 13c ist dem eng beab­ standeter dreieckiger Elemente angenähert, die scharfe oder etwas abgerundete Ecken besitzen.

Die Lagerflächen nach der Erfindung können eine große Vielfalt von Berührungspunkten und Berührungsflächen schaffen, darunter, jedoch nicht ausschließlich, Linien­ berührung, Punkt-zu-Punkt-Berührung, Linien-Zylinder- Berührung, Zylinder-Zylinder-Berührung, kugelförmige Be­ rührung, pyramidenförmige Berührung, Fläche-zu-Fläche-Be­ rührung, um nur einige zu benennen.

Die bevorzugte Ausführungsform der in den Fig. 6 und 7 gezeigten Lagerschale und die abgewandelten Ausführungs­ formen nach den Fig. 9-13 können unter Verwendung von Pulvermetallurgie-Methoden hergestellt werden. Diese Methoden gestatten die Ausbildung der Lagerflächen mit einem hohen Maß an Genauigkeit bei einer Vielfalt von Formen.

Die Struktur nach den Fig. 6, 7 sowie 9-13 kann auch unter Verwendung herkömmlicher Bearbeitungsmethoden hergestellt werden, z. B. durch Bohren, Ziehen oder dergl.

Wenngleich bislang die Ausbildung der Lagerflächen unter Bezugnahme auf die Lagerschale beschrieben wurde, so ver­ steht sich, daß die Erfindung Strukturen umfaßt, bei denen die Lagerflächen an dem Lastübertragungselement (Kreuz oder Dreifuß) definiert sind. Es wird auf Fig. 8 verwiesen, in der die Stirnseite 106 eines Zapfens gezeigt ist, wobei mehrere Lagerflächen 108 an dem Zapfen ausge­ bildet sind. Die Lagerflächen 108 werden definiert durch mit Abstand voneinander angeordnete Lagerglieder mit halb­ kreisförmigem Querschnitt. Es sollte verstanden werden, daß, wenn die Lagerflächen am Zapfen definiert sind, die Lagerschale oder das Übertragungselement, welches auf dem Zapfen sitzt, eine praktisch ununterbrochene zylindri­ sche Innenfläche oder eine Übertragungsfläche besitzt, gegen die die Lagerflächen 108 anliegen, wenn Zapfen und Schale zusammengesetzt sind.

Es sollte verstanden werden, daß die Anwendung von Pulver­ metallurgie-Methoden die Herstellung vieler Oberflächenkon­ figurationen und -formen gestattet und mithin praktisch jegliche theoretisch oder empirisch bestimmte, strukturier­ te Lagerfläche, von konvex bis konkav, ermöglicht.

Wie oben angemerkt wurde, können Pulvermetallurgie-Verfah­ ren in vorteilhafter Weise dazu eingesetzt werden, die verschiedenen Elemente der vorliegenden Erfindung herzu­ stellen. Bei der Herstellung eines Teils unter Einsatz von Pulvermetallurgie-Verfahren werden normalerweise drei grundlegende Schritte durchgeführt, d. h. Mischen, Pressen und Sintern.

Beim Mischen werden zuerst vorlegierte Metallpulver mit Schmiermitteln oder anderen Legierungszusätzen gemischt, um eine homogene Mischung der Bestandteile zu erzeugen.

Beim Pressen wird eine bestimmte Menge des gemischten Pulvers durch Schwerkraft einer Präzisionsform zugeführt und mit variierenden Drücken und Temperaturen, die von den Dichteerfordernissen des jeweiligen Teils abhängen, ge­ preßt.

Beim Sintern durchläuft das Preßteil einen eine gesteuerte Atmosphäre enthaltenden Ofen. Das Teil wird bis unterhalb des Schmelzpunkts des Grundmetalls aufgeheizt und eine ge­ eignete Zeit lang auf der Sintertemperatur gehalten, bevor es abgekühlt wird.

Nach dem Sintern kann das Teil mit zusätzlichem Schmier­ mittel imprägniert, oberflächenbearbeitet, plattiert oder wärmebehandelt werden.

Das Imprägnieren mit Öl oder einem Harz nach dem Sintern ist in Verbindung mit der Erfindung besonders vorteilhaft, da es ein Mittel ist, um dem Universalgelenk ausreichend Schmierstoff zuzuführen, ohne daß die Notwendigkeit zu­ sätzlichen Schmierstoffs in dem Gelenk besteht, so daß kein Bedarf an Schmiernippeln und Schmierstofflöchern be­ steht.

Das Imprägnieren der Pulvermetallurgie-Teile läßt sich dadurch bewerkstelligen, daß die Teile in erhitztem Öl oder mit Hilfe von Vakuum-Methoden durchnäßt werden. Wenn das Teil im Betrieb durch Reibung erwärmt wird, dehnt sich das Öl aus und fließt zu der Lagerfläche. Bei Abküh­ lung kehrt das Öl durch Kapillarwirkung in die Metallporen des Teils zurück.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird Kohlenstoff-Stahl-Pulvermaterial mit hohem Kohlenstoff­ anteil für die Lagerschale und/oder den Zapfen verwendet.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung schafft eine Reihe von Vorteilen, die bei herkömmlichen Anordnungen nicht gegeben sind.

Zunächst werden die Materialkosten des Universalgelenks aufgrund der nicht mehr benötigten Wälznadeln, Schmier­ nippel und Schmierung in dem Kreuz oder dem Dreifuß re­ duziert. Als Folge davon kann man Dichtungskragen der be­ kannten Anordnungen, wie beispielsweise in Fig. 4 bei 62 gezeigt ist, fortlassen, und statt dessen einen herkömm­ lichen "O"-Ring verwenden. Der "O"-Ring braucht lediglich die Innenflächen der Schale vor Fremdstoffen zu schützen. Er muß nicht Schmiermittel innerhalb der Schale zurück­ halten, da die Schmierung durch das mit Öl imprägnierte Schalenmaterial erfolgt.

Weitere Kostensenkungen sind durch den Einsatz der Er­ findung möglich, da Montagearbeit verringert wird und nicht das Erfordernis besteht, mehrere Wälznadeln in der Lagerschale zu positionieren, bevor die Schale auf den Zapfen gesetzt wird.

Noch weitergehende Kostenverminderungen sind bedingt durch den Wegfall interner Schmiermitteldurchgänge des Zapfens, Schmiermittellöcher und Schmiermittel, wobei letztere ein abgestuftes Loch erforderten, das zum ortsfesten Halten des Nippels am Zapfen notwendig war.

Eine spürbare Kostensenkung ergibt sich durch die Erfin­ dung auch dadurch, daß Metallpulver verwendet werden. Die Verarbeitung von Metallpulver schafft ein Produkt in der end­ gültigen oder fast endgültigen Form, so daß Drehen, Ober­ flächenbehandlungen und Schleifen von Flächen sowie die da­ zu gehörigen Werkzeuge nicht nötig sind. Durch Herstellen sowohl des Zapfens als auch der Lagerschale aus Metall­ pulver entfallen praktisch alle Oberflächenbehandlungsar­ beiten, Schleif- und Polierarbeiten.

Durch die Erfindung werden Montage- und Wartungsarbeiten vereinfacht. Ohne lose Nadeln verringert sich die Montage­ zeit. Das Risiko von Oberflächenverunreinigungen durch Eintritt von Fremdmaterial wird ebenfalls gesenkt, da Nadeln, die während Wartungs- und Montagearbeiten aus der Lagerschale herausfallen könnten, nicht vorhanden sind.

Die Beseitigung der Schmierung von dem Nippel aus verein­ facht die Wartung in hohem Maße.

Claims (7)

1. Universalgelenk mit einem Lastübertragungselement mit mehreren radialen Zapfen, die jeweils in einer Lagerschale gelagert sind, die aus einer selbstschmierenden Sinter­ legierung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (97, 106) ebenfalls aus einer selbstschmierenden Sinter­ legierung bestehen und daß die Gleitlagerflächen (96, 134; 94, 102) der Zapfen (97; 106) oder der Lagerschalen (86, 99, 110, 120, 128) durch eine Vielzahl von axial und sich über die gesamte Lagerbreite erstreckenden, schmalen Rippen gebildet sind, wobei die jeweils damit zusam­ menwirkende Gleitlagerfläche (96, 134; 94, 102) der Lagerschalen (86, 99, 110, 120, 128) oder der Zapfen (97, 106) zylindrisch ausgebildet ist.

2. Universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rippen im Querschnitt etwa halb­ kreisförmig ausgebildet sind.

3. Universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rippen im Querschnitt elliptisch ausgebildet sind.

4. Universalgelenk nach einem der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitlagerflächen (94, 102, 134) an den Rippen durch gekrümmte Flächen gebildet sind.

5. Universalgelenk nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gleitlagerflächen (94, 134) konvex ausgebildet sind.

6. Universalgelenk nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gleitlagerflächen (102) konkav ausgebildet sind.

7. Universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rippen im Querschnitt dreieckig ausgebildet sind.