DE4408812A1

DE4408812A1 - Gelenklager

Info

Publication number: DE4408812A1
Application number: DE4408812A
Authority: DE
Inventors: Pierre Alber; Didier Dipl Ing Hosdez
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1993-03-24
Filing date: 1994-03-16
Publication date: 1994-09-29

Description

Die Erfindung betrifft ein Gelenklager nach dem Oberbegriff der An sprüche 1 oder 2.

Aus der EP-A-441 382 ist ein derartiges Gelenklager für eine Tripode einheit bekannt, bei der ein Lagerinnenring mit Aussparungen versehen ist zur Einführung eines in zwei Zonen abgeflachten Kugelzapfens. Diese Gestaltung verlangt eine Verdrehsicherung des Innenrings, damit der Innenring nicht in seine Montagestellung zurückgelangen kann. Diese Verdrehsicherung erfolgt durch einen am Außentopf (Gehäuse) der Tripodeeinheit im Bereich des Kugelzapfens angebrachten Steg, der in eine stirnseitige Nut des Innenrings eingreift. Der Innenring muß daher den Kugelzapfen auch stirnseitig überdecken. Der Aufbau erfor dert einen aufwendig gestalteten, kostenintensiven Innenring, der verdrehgesichert und damit nachteilig nicht frei drehbar eingesetzt ist, d. h. die Kontaktflächen zwischen dem Kugelzapfen und dem Innen ring bleiben weitestgehend unverändert. Die starre Innenringlage erfordert außerdem zusätzliche Führungskräfte und die Drehsicherung sowie eine nachteilige Vergrößerung des radialen Bauraums der Tripode einheit.

In der DE-A-40 39 597 ist ein weiteres Gelenklager für eine Tripode einheit beschrieben. Dabei ist eine zylindrische Innenfläche des Wälzlagerinnenrings unmittelbar auf einem Kugelzapfen geführt. Die Kraftübertragung und die Gleitbewegung in der Tripodeeinheit geschieht über eine Punktberührung (Hohlzylinder/Kugelzapfen) verbunden mit einer hohen Flächenpressung, die den Verschleiß fördert und sich nachteilig auf die Lebensdauer der Tripodeeinheit auswirkt. Außerdem ist der Wälzlageraußenring ballig gestaltet zur Erreichung einer evtl. notwendigen Ausrichtung des Wälzlagers im Gehäuse bzw. im Außentopf der Tripodeeinheit. Ein balliger Außenring kann aber zu einem nachtei ligen Verkanten des Außenrings und einem damit verbundenen Kanten tragen der Wälzkörper führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gelenklager zu schaffen,

- mit einer vergrößerten Kontaktfläche zwischen dem Kugelzapfen und dem Wälzlager-Innenring,
- das eine einbauneutrale Montage des Innenrings ohne Drehsicherung ermöglicht,
- mit dem die Standzeit, d. h. die Lebensdauer erhöht werden kann,
- dessen erforderlicher Bauteileumfang und Bauraum optimiert ist und
- das kostengünstig herstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist der Innenring mit einer über den gesamten Umfang gleichförmigen Innenkontur versehen, das heißt, er weist eine sphärische Fläche ohne Einschnitte auf und der Innenring wird durch eine elastische Verformung in eine ovale Form unmittelbar auf den Kugelzapfen montierbar. Dieser erfindungsgemäße Aufbau bedarf in vorteilhafter Weise keiner Drehsicherung für den Innenring, der drehrichtungsunabhängig verschwenkbar verliergesichert zentriert ist. Damit verringert sich der erforderliche Bauteileumfang, verbunden mit einem Kostenvorteil. Gleichzeitig verringert sich der erforderliche Bauraum des erfindungsgemäßen Gelenklagers, insbesondere in radialer Richtung, da der erfindungsgemäße Innenring weitestgehend bündig mit der Stirnseite des Kugelzapfens abschließt. Da weiter gemäß dem Erfin dungsgedanken der Kugelzapfen nur für die Verformung des Innenrings seitlicher Freistellungen bedarf, kann die Kontaktfläche zwischen den unmittelbar gleitend in Verbindung stehenden Bauteilen, dem Innenring und dem Kugelzapfen im Vergleich zu der bekannten Lösung deutlich vergrößert werden, verbunden mit einer vorteilhaft reduzierten Flä chenpressung, die sich günstig auf die Lebensdauer auswirkt. Dieser Erfindungsgedanke ist allgemein anwendbar für alle Gelenklager, beste hend aus zwei Elementen, die zueinander winkelbeweglich und/oder drehbar angeordnet sind.

Die Aufgabe der Erfindung ist auch gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 2. Danach wird an einer Schulter durch Ausnehmungen der erforderliche Montageraum geschaffen, so daß der Innenring nach seiner Deformierung über die Kalotte des Kugel zapfens geschoben werden kann.

Gemäß Anspruch 3 sollen zwei Abflachungen vorgesehen sein, die eben ausgebildet sind. Diese Abflachungen, in die der Innenring während seiner Montage radial hineinverformbar ist, lassen sich als einfache Anfräsungen der Kalotte herstellen.

In einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens gemäß Anspruch 4 sind zur Erreichung einer großen Kontaktfläche die seitlich an der Kalotte vorgesehenen Abflachungen zueinander bogenförmig geneigt verlaufend angeordnet. Die Abflachungen schaffen somit die erforderliche Frei stellung zur Montage des Innenrings auf den Kugelzapfen. Vorteilhaft sind die Abflachungen durch ein kostengünstiges Bandschleifen am Kugelzapfen anbringbar.

Nach Anspruch 5 sollen die Abflachungen spanlos durch Schmieden her stellbar sein. Durch den Schmiedevorgang werden die Festigkeitseigen schaften des Kugelzapfens verbessert. Natürlich kann jedes andere spanlose Umformverfahren angewandt werden, wobei es darauf ankommt, den Faserverlauf nicht zu unterbrechen.

Nach Anspruch 6 ist ein Querschnitt der Kalotte in Form einer Ellipse ausgebildet, wobei die größte Achse zur Belastungsrichtung des Gelenk lagers ausgerichtet ist und eine kleine Achse in Richtung der Abfla chungen zeigt. Die Ellipse ist vorteilhaft der Fläche angepaßt, in die sich die Innenfläche des Innenrings beim Verformen verändert. Dabei ist darauf geachtet, daß sich bei der Verformung des Innenrings die Innenkontur einer Ellipsenform nähert, deren Achsen jeweils größer sind als die der Querschnittsfläche im Kontaktbereich des Kugelzap fens.

Als eine Maßnahme die Lastverteilung und damit die Flächenpressung zu optimieren, ist nach Anspruch 7 vorgesehen, die Radien des Kugelzap fens und des Innenrings zueinander abweichend auszulegen. Erfindungs gemäß ist dazu der Kugelzapfenradius im Bereich der Tragzonen deutlich größer als der dem Innenring zugehörige Radius. Vorteilhaft stellt sich damit im eingebauten Zustand des Gelenklagers bei einer Belastung (Drehmomentübertragung) eine elastische Verformung des Innenrings ein, bis zur vollständigen Anlage des Kugelzapfens am Innenring im Bereich der Tragzonen, verbunden mit einem vorteilhaft vergrößerten Beauf schlagungswinkel, durch den die Anzahl der belastbaren Wälzkörper erhöht wird.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist nach Anspruch 8 der Innenring frei beweglich angeordnet, d. h. weder in bezug auf den Kugelzapfen noch auf das Wälzlager besteht eine Einschränkung hin sichtlich einer freien Ausrichtung bzw. Drehbegrenzung. Damit ergibt sich vorteilhaft die Möglichkeit, daß es nicht zu einem festen, unver änderlichen Kontaktbereich zwischen dem Kugelzapfen und dem Innenring kommt, sondern daß der Innenring frei drehbar "wandern" kann, was sich vorteilhaft auf die Beanspruchung, d. h. den Verschleiß und damit auf die Lebensdauer auswirkt. Die ausschließlich auf dem Kugelzapfen zentrierte Anordnung des Innenrings verringert folglich auch die Gefahr einer Ermüdungsbeanspruchung.

Gemäß Anspruch 9 ist das Gelenklager für eine Tripodeeinheit vorgese hen und die sphärische Innenkontur des Innenrings soll von zwei Schul tern begrenzt sein, von denen aus die Innenkontur schräg radial nach außen zu den Außenseiten gerichtet verläuft. Vorteilhaft sind dabei alle Übergänge zur Vermeidung von Spannungsspitzen gerundet ausgebil det. Zur Erreichung einer vergrößerten, radialen Kontaktfläche zwi schen dem Kugelzapfen und dem Innenring ist die Schulter, die der Einführseite des Kugelzapfens in dem Innenring gegenüberliegt, erhöht ausgeführt, d. h. die dem Kugelzapfen zugewandte Schulter weist einen kleineren Durchmesser auf als die gegenüberliegende Schulter.

In Ausgestaltung der Erfindung ist nach Anspruch 10 der Außenring des Wälzlagers zylindrisch geformt und in einer Längsnut des Gehäuses der Tripodeeinheit beidseitig geführt, die gleichzeitig eine Axialsiche rung bewirkt. Diese Formgebung des Außenrings gewährleistet eine Sicherung gegen ein Verkanten des Wälzlagers. Vorteilhaft stellt sich dadurch eine exakte Führung aller Wälzlagerbauteile ein, wodurch beispielsweise ein Kragen am Innenring entfallen kann. Alternativ kann der Außenring auch eine andere, ein Verkanten des Wälzlagers verhin dernde Außenkontur aufweisen.

Im Anspruch 11 ist eine Maßnahme zur verbesserten Führung des Wälz lager-Außenrings in der Längsnut unter Schutz gestellt. Danach weist die Längsnut eine Tiefe auf, die so gewählt ist, daß sich beiderseits des Außenrings eine Führungslänge in der Längsnut einstellt, die maßlich dem Radius vom Außenumfang des Außenrings angepaßt ist. Vor teilhaft wird damit die Gefahr eines Verkanten des Außenrings unter bunden. Zur Erreichung dieser Maßnahme auch bei dünnwandigen Gehäusen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dieses örtlich beiderseits der Längs nut mit einer Wulst zu versehen, die beispielsweise angeformt oder angegossen ist.

Wie in Anspruch 12 ausgeführt, erfolgt eine Axialbewegung zwischen dem Tripodestern und dem Gehäuse ausschließlich durch ein Gleiten bzw. Verschieben der Wälzkörper auf der äußeren Umfangsfläche (Mantelfläche) des Innenrings.

Nach Anspruch 13 ist zur Erreichung eines weiteren Kostenvorteils der Tripodestern einschließlich aller Wälzlager mittels einer wieder verwendbaren Vorrichtung so ausrichtbar, daß die Wälzlager in die Längsnuten des Gehäuses positionierbar sind. Vorteilhaft ist die Vorrichtung so ausgelegt, daß sich die Vorrichtung nach Einführen der Wälzlager in das Gehäuse selbsttätig löst.

In den Zeichnungen, die nachfolgend näher beschrieben sind, ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform des in einer Tripodeeinheit verwendeten Gelenklagers;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie L-L in Fig. 1;

Fig. 3 die jedem Kugelzapfen zugeordnete Wälzlagerung der Tripodeeinheit in einer Schnittdarstellung;

Fig. 4 eine der Fig. 1 entsprechende Abbildung, in der die Flächenpressung des Kugelzapfens verdeutlicht ist.

In Fig. 1 ist ein Teilbereich einer Tripodeeinheit 1 im Schnitt abgebildet. Die Tripodeeinheit 1 ist versehen mit einem Tripodestern 2, der mit drei um je 120° zueinander radial nach außen versetzt angeordneten Kugelzapfen 3 versehen ist, von denen in Fig. 1 ein Kugelzapfen 3 abgebildet ist. Die Kugelzapfen 3 sind Bestandteil eines Gelenklagers 18.

Jeder Kugelzapfen 3 ist dabei über ein Radialwälzlager 4 in einem die Tripodeeinheit umschließenden Gehäuse 5 gelagert, zur Erreichung einer schwenkbeweglichen, axialverschiebbaren Anordnung des Tripodesterns 2 im Gehäuse 5. Das Radialwälzlager 4 umfaßt einen Innenring 6, der unmittelbar auf einer Kalotte 3a des Kugelzapfens 3 beweglich, aber unverlierbar geführt ist. Die Montage des Innenrings 6 auf dem Kugel zapfen 3 geschieht durch eine elastische Verformung des Rings in eine ovale Form, vorzugsweise entsprechend einer Ellipse, wobei die Haupt achse der Ellipse das Durchführen der sphärischen Bereiche des Kugel zapfens 3 ermöglicht und die Nebenachse das Durchführen der seitlichen abgeflachten Bereiche des Kugelzapfens 3 zuläßt (vergleiche Abflachun gen 13 und 17). Dazu weist der Innenring 6 eine der Form der Kalotte 3a angepaßte Innenkontur 7 auf. Die äußere Umfangsfläche des Innen rings 6 dient als Lauffläche der Wälzkörper 8, die im Außenring 9 eingesetzt sind, wobei eine Axialsicherung der Wälzkörper 8 über stirnseitig am Außenring 9 angeordnete radial nach innen zum Kugelzap fen 3 zeigende Borde 10, 11 erfolgt. Zur Erreichung einer Längsver schiebung des Tripodesterns 2 ist das Radialwälzlager 4 im Gehäuse 5 verlagerbar eingesetzt. Der Außenring 9 ist dazu in einer Längsnut 12 des Gehäuses 5 geführt.

Aus der in Fig. 2 gezeigten Schnittansicht geht insbesondere die Anordnung des Innenrings 6 auf dem Kugelzapfen 3 hervor, bei dem der Kugelzapfen rechtwinkelig zur Belastungsrichtung "F" beidseitig bogen förmig zueinander geneigte Abflachungen 13, 17 aufweist und folglich der Innenring 6 nur im Bereich von zwei gegenüberliegend angeordneten Tragzonen 14 mit der Kalotte 3a in Berührung steht. Die Abflachungen 13, 17 sind für eine Montage des Innenrings 6 auf der Kalotte 3a erforderlich, bei der eine elastische Verformung des Innenrings 6 in eine ebenfalls ovale Form erfolgt und der Innenring 6 anschließend auf die Kalotte 3a aufsetzbar ist. Nach Beendigung der elastischen Ver formung des Innenrings 6 ist dieser beweglich angeordnet, unverlierbar auf der sphärischen Kalotte 3a des Kugelzapfens 3 geführt.

In Fig. 2 ist in der unteren Hälfte der Abbildung die Kalotte 3a mit einem Radius "r1" gezeichnet, der größer ist als der dem Innenring zugehörige Radius "r2". Im nicht belasteten Zustand entsteht dadurch eine Zweipunktberührung zwischen dem Kugelzapfen 3 und dem Innenring 6 im Bereich der Tragzone 14. Zur Anlage beider Bauteile zwischen den Kontaktpunkten kommt es bei einer Drehmomentübertragung der Tripode einheit 1, in dem sich der Innenring 6 elastisch verformt und damit eine größere Lastzone beaufschlagt, die verbunden ist mit einer Last verteilung auf mehr Wälzkörper 8. Außerdem zeigt Fig. 2 in der unte ren Hälfte eine Führungslänge "b" des Außenrings 9 in der Längsnut 12, die abhängig ist von der Tiefe "a" der Längsnut 12 und dem Radius "R" am Außenring 9. Zur Erreichung einer optimalen Führung und damit Vermeidung eines Verkantens des Außenrings 9 in der Längsnut 12 sollte die Führungslänge "b" annähernd dem Radius "R" entsprechen.

In Fig. 3 ist das Radialwälzlager 4 des Gelenklagers 18 einschließ lich aller zugehörigen Einzelkomponenten abgebildet. In der vergrößer ten Darstellung wird insbesondere die Innenkontur 7 vom Innenring 6 verdeutlicht. Danach ist die Innenkontur 7 in Anlehnung an die Außen kontur der Kalotte 3a ebenfalls spährisch ausgebildet, wobei die Innenkontur 7 seitlich jeweils begrenzt ist von einer Schulter 15, 16. Zur Vergrößerung der Anlagefläche (Kontaktzone) zwischen dem Kugelzap fen 3 und dem Innenring 6 sind die Schulterhöhen unterschiedlich ausgeführt, d. h., die einen Einführquerschnitt (siehe Pfeil) gegen überliegende Schulter 15 weist im Vergleich zur Schulter 16 einen kleineren Durchmesser auf.

In Fig. 4 ist die Flächenpressung "P" sichtbar gemacht, die auf die Oberfläche des Kugelzapfens 3 wirksam wird. Danach wird deutlich, daß der erfindungsgemäßen Tripodeeinheit 1 die vom Gehäuse 5 eingeleitete Kraft "F" sich über den gesamten Kontaktbereich des Innenrings 6 auf den Kugelzapfen 3 überträgt. Außerdem ist verdeutlicht, daß eine relative Axialbewegung des Kugelzapfens 3 zum Gehäuse 5 möglich ist durch eine Verschiebung (Gleiten) der Wälzkörper 8 auf der Mantel fläche des Innenrings 6. Das Radiallager kann selbstverständlich auch als Gleitlager ausgebildet sein.

Bezugszeichenliste

1 Tripodeeinheit
2 Tripodestern
3 Kugelzapfen
3a Kalotte
4 Wälzlager
5 Gehäuse
6 Innenring
7 Innenkontur
8 Wälzkörper
9 Außenring
10 Bord
11 Bord
12 Längsnut
13 Abflachung
14 Tragzone
15 Schulter
16 Schulter
17 Abflachung
18 Gelenklager.

Claims

1. Gelenklager mit einem Radiallager, vorzugsweise Wälzlager, dessen Innenring mittels einer sphärischen Innenkontur schwenkbeweglich an einer Kalotte eines Kugelzapfens geführt ist, wobei die Kalotte seit liche, diametral gegenüberliegende Abflachungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkontur (7) des Innenrings (6) über ihren gesamten die Kalotte (3a) berührenden Umfang gleichförmig gestaltet ist und der Innenring (6) durch eine elastische Verformung auf den Kugelzapfen (3) montierbar ist.

2. Gelenklager mit einem Radiallager, vorzugsweise Wälzlager, dessen Innenring mittels einer sphärischen Innenkontur schwenkbeweglich an einer Kalotte eines Kugelzapfens geführt ist, wobei der Innenring (6) an einer Schulter diametral gegenüberliegende Ausnehmungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalotte (3a) an ihrem die Innenkontur (7) berührenden Abschnitt gleichförmig gestaltet ist, so daß der Innenring (6) durch eine elastische Verformung auf den Kugelzapfen (3) montierbar ist.

3. Gelenklager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalot te (3a) in einem Bereich außerhalb ihrer Tragzone (14) mit zwei eben ausgebildeten Abflachungen versehen ist.

4. Gelenklager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugel zapfen (3) mit zwei bogenförmigen Abflachungen (13, 17) versehen ist.

5. Gelenklager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bogen förmigen Abflachungen (13, 17) spanlos durch Schmieden herstellbar sind.

6. Gelenklager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Querschnittsfläche in einem Kontaktbereich bzw. den Tragzonen (14) zwischen dem Kugelzapfen (3) und dem Innenring (6) einer Ellipse ent spricht, wobei die größte Achse zu einer Belastungsrichtung der Trio podeeinheit (1) ausgerichtet ist und eine kleinere Achse in Richtung der Abflachungen (13, 17) zeigt.

7. Gelenklager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Kalotte (3a) einen Radius (r1) aufweist, der deutlich größer ist als ein dem Innenring (6) zugehöriger Radius (r2).

8. Gelenklager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß der Innenring (6) im montierten Zustand drehbar auf den Kugelzapfen (3) angeordnet ist.

9. Gelenklager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß eine spährische Innenkontur (7) des Innenrings (6) seitlich von zwei Schultern (15, 16) begrenzt ist, wobei die dem Kugelzapfen (3) zugewandte Schulter (15) einen kleineren Durchmesser aufweist als die gegenüberliegende Schulter (16).

10. Tripodeeinheit mit einem Gelenklager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der zumindest drei radial nach außen gerichtete Kugelzap fen an einem Tripodestern, der mit einer ersten Welle verbunden ist, ausgebildet sind, wobei Außenringe der auf den Kugelzapfen angeord neten Radialwälzlager in achsparallel verlaufenden Längsnuten eines mit einer zweiten Welle verbundenen Gehäuses geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wälzlager (4) ein zylindrisch geformter Außen ring (9) zugeordnet ist, der in der Längsnut (12) des Gehäuses (5) beidseitig geführt ist.

11. Tripodeeinheit mit einem Gelenklager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsnut (12) eine Tiefe (a) aufweist zur Erreichung einer Führungslänge (b), die maßlich einem Radius (R) des Außenrings (9) angepaßt ist.

12. Tripodeeinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Axialbewegung zwischen dem Tripodestern (2) und dem Gehäuse (5) ausschließlich durch ein Verschieben der Wälzkörper (8) auf einer äußeren Mantelfläche des Innenrings (6) erfolgt.

13. Vorrichtung zur Montage einer Tripodeeinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Tripodestern (2) einschließlich der Wälzlager (4) mittels einer Haltevorrichtung so positioniert ist, daß die Wälzlager (4) unmittelbar in die Längsnuten (12) des Gehäuses (5) einfügbar sind.