DE69200877T2 - Schmiervorrichtung für Kreuzgelenke. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft allgemein eine Schmiervorrichtung für Universalgelenke für Fahrzeuge und ebenso für industrielle Nutzung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Verbesserung der Schmierung von Nadellagern, die zwischen den Zapfen oder Lagern eines Universalgelenk-Kreuzstückes und zylindrischen Lagernkappen angeordnet sind, welche die Zapfen abstützen.
• Das typische Universalgelenk hat ein Kreuzstück mit vier Zapfen, die sich radial auswärts längs zwei senkrechter Achsen von einem zentralen Körper des Kreuzstückes aus erstrecken. Die Enden der Zapfen sind drehbar in Nadellagern abgestützt, die in Lagerkappen angeordnet sind, welche ihrerseits durch Paare von Ansätzen von zwei Verbindungsjochen abgestützt sind, wobei jedes Joch separate Wellen in einem Antriebszug koppelt. Der zentrale Körper des Kreuzstückes hat einen inneren Hohlraum, von welchem innere Schmierkanäle radial durch jeden der vier Zapfen ausgehen. Ein Schmiernippel, der außen am zentralen Körper des Kreuzstückes angeordnet ist, steht direkt in Verbindung mit dem inneren Hohlraum für die Zufuhr von Öl oder Fett in die vier Kanäle. Das Schmierfett, das über den Schmiernippel in den inneren Hohlraum hineingedrückt wird, muß daher durch die Kanäle laufen, um die Nadellager zu erreichen.
• Nachdem ein Universalgelenk einige Zeit lang eine Drehbewegung ausgeführt hat, ist die Temperatur des Schmierfettes angestiegen und das Fett neigt dazu, frei zu fließen wie eine Flüssigkeit mit niedriger Viskosität. In einem typischen Antriebszug rotiert das Kreuzstück in einer allgemein vertikalen Ebene. Beim Anhalten des Gelenkes, es sei denn überwacht durch Ventile, läuft das flüssige Fett aus einer oder zwei der Lagerkappen aus, die sich in den oberen Positionen befinden, nach unten durch die inneren Kanäle des Kreuzstückes und in die unteren Kappen. Wenn das Gelenk eine Zeit lang steht, kühlt das Fett ab und erstarrt zu einer festen Form. Später beim Beginn der Drehung des Gelenkes sind die oberen Kappen, die Fest oder Öl verloren haben und leer sind, einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt, bis das Fett erneut flüssig wird und ein ausreichender Rückfluß in die beeinflußte Kappe oder Kappen ermöglicht wird.
• Es wurden bisher viele Versuche gemacht, um dieses Problem zu meistern. Beispielsweise wurden Rückschlagventile in jedem Schmierkanal eingebaut, so daß das Fett nur radial auswärts zu den Enden der Zapfen fließen kann, jedoch nicht nach innen. Viele dieser Einrichtungen leiden jedoch an unwirksamen oder schlechten Ventilen. In manchen Fällen kann das Fett nicht alle Zapfenenden in gleichmäßiger Weise erreichen, insbesondere wenn hinsichtlich der Kraft, die erforderlich ist, um das Fett durch die verschiedenen Rückschlagventile zu drücken, große Unterschiede existieren.
• In einigen Versuchen wurden Standrohre verwendet, wobei ein Ende eines Rohres sich in den Schmierkanal jedes Zapfens erstreckt, während das andere Ende sich in ein Reservoir im Zapfenende erstreckt. Die Absicht war hier, eine bestimmte Menge an Schmiermittel in dem Reservoir während der Stillstandperiode zurückzuhalten. Ein Hauptproblem bei der Verwendung solcher Geräte betrifft eine ausreichende Abdichtung des Standrohres oder der Standleitung in dem Zapfenschmierkanal bei typischen Toleranzänderungen und insbesondere bei erhöhten Temperaturen. Typische Kunststoffstandrohre oder Standleitungen haben eine Neigung sich zu erweichen und sich bei Erwärmung zu versetzen, so daß solche Einrichtungen nicht geeignet sind, einen flüssigen Schmiermittelfluß zwischen der Standleitung und dem Schmierkanal zu ermöglichen.
• In dem US-Patent 3 832 865 ist eine Schmiervorrichtung für ein Universalgelenk beschrieben, die einen langgestreckten rohrförmigen Körper aufweist, der erste und zweite Enden hat, die längs eienr Achse im Abstand liegen, wobei wenigstens eines der Enden in einen Lagerschmierkanal eines Universalgelenk-Kreuzstückes eingesetzt werden kann, wobei ferner der rohrförmige Körper einen radial verlaufenden Positionier-Flansch zwischen den Enden hat.
• Nach der vorliegenden Erfindung hat ein solcher Körper ferner wenigstens einen verformbaren ringförmigen Ansatz an einem Ende, wobei sich der Ansatz radial um dieses eine Ende erstreckt und einen axialen Abstand von dem Flansch hat, wobei der letztere das Ausmaß der Einführung des Körpers in den Kanal begrenzt.
• Die Erfindung schafft eine verbesserte Schmier-Standleitung, die effektiv Fett in den Zapfen der oberen Lagerkappen während der Zeit zurückhalten kann, in der das Universalgelenk steht und insbesondere während das Fett in flüssiger Form verbleibt. Die Standleitung hat kein Rückschlagventil oder andere Beschränkungen. Eine wirksame Abdichtung gegen den Rückfluß von flüssigem Fett wird auch unter erhöhten Temperaturen erreicht.
• Der Ansatz bildet eine Abdicht- und Toleranz-Absorptioneinrichtung in Verbindung mit dem Lagerschmierkanal, wobei das eine Ende des Körpers durch Reibung im Schmierkanal 36 gehalten werden kann bei einem vorgegebenen Bereich der Maßtoleranz zwischen dem einen Ende und dem Kanal.
• Vorzugsweise hat der Ansatz eine kegelstumpfförmige Oberfläche, die sich in Umfangsrichtung um das Ende des Körpers erstreckt und eine radial verlaufende ringförmige Fläche, die dem Positionier-Flansch gegenüberliegt. Eine Mehrzahl von Ansätzen kann in axialen Abständen längs einem oder beider Enden des Körpers vorgesehen sein.
• Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der
• Figur 1 eine Seitenansicht eines Universalgelenkes nach der Erfindung zeigt.
• Figur 2 zeigt eine teilweise geschnittene Ansicht eines Kreuzstückes, wobei nur eine Lagerkappe (einer Gruppe von vier) auf einen der Zapfen des Universalgelenkes nach Figur 1 dargestellt ist.
• Figur 3 zeigt vergrößert eine Ansicht einer Steigleitung-Schmiereinrichtung gemäß der Erfindung, wobei die obere Hälfte der Einrichtung im Schnitt dargestellt ist.
• Das Universalgelenk 10 nach Figur 1 bildet eine Kupplung für ein Paar im Winkel versetzter Wellen, nämlich einer Antriebswelle 12 und einer getriebenen Welle 14. Das Gelenk 10 hat ein Paar Joche 16 und 18, welche Lagerkappen 20 aufweisen, die in Ansätzen 22 mittels Halteringen 24 gehalten sind.
• Gemäß Figur 2 sind vier Lagerkappen 20 (von denen nur eine gezeigt ist) drehbar auf vier Lagerzapfen 26 montiert, die sich radial von einem zentralen Körper 30 eines Kreuzstückes 28 aus erstrecken, wie dargestellt. Ein Schmierkanal 36 verläuft durch die Mitte jedes radial verlaufenden Lagerzapfens 26 nach außen von einem inneren Raum 29 des zentralen Körpers 30 aus. Der Körper 30 hat einen Schmier-Fitting 37 mit einem Paar schräg abgewinkelten äußeren Nippeln 38 und 40, über welche Einweg-Ströme von Schmiermittel direkt in die innere Kammer 29 und damit zu den Kanälen 36 eingebracht werden können. Das Gelenk 10 kann somit periodisch geschmiert werden für lange Lebensdauer und guten Betrieb.
• Jeder Kanal 36 endigt in einer Schmierkammer 42 im Ende 27 jedes Zapfens 26. Jede Kammer 42 wird gebildet durch eine Bohrung 43, die so bemessen ist, daß sie eine ausreichende Schmiermittelmenge zwischen den Perioden des Betriebs halten kann. Das Schmiersystem sieht vor, daß das Fett durch die Kanäle 36 in die Kammern 42 und schließlich ins Innere der Lagerkappen 20 fließt. Zu diesem Zweck haben die Enden 27 der Zapfen 26 Nuten 44, die sich radial auswärts erstrecken, um den Fluß des flüssigen Fettes zu erleichtern. Das Fett wandert durch die Nuten 44, um eine Vielzahl von Lagernadeln 32 zu schmieren, die zwischen der inneren zylindrischen Fläche 23 jeder Kappe und der äußeren zylindrischen Fläche 34 jedes Zapfens angeordnet sind. Das Fett wird in jeder Kappe durch eine doppelte Lippendichtung 46 (von denen nur eine gezeigt ist) gehalten, die zwischen jeder Kappe und dem Zapfen angeordnet ist.
• Während seines Betriebslebens ist das typische Universalgelenk 10 Perioden eines Nicht-Betriebes ausgesetzt, inwelchen das Gelenk in Ruhe bleibt, wobei einer oder zwei der Lagerzapfen in einer oberen Position relativ zu den anderen liegen. Wenn bisher das Fett flüssig geworden ist, so weit, daß das flüssige Fett eine relativ niedrige Viskosität hat, hat das Fett die Neigung, durch die höher liegenden Kanäle 36 unten und in die untere Kappe oder Kappen 20 zu fließen infolge der Schwerkraft, sobald die Drehung des Gelenkes aufhört. Nach einer entsprechenden Periode des Stillstandes kühlt das Fett ab, verfestigt sich und wird zäh, ehe der Betrieb wieder beginnt. Wenn die Rotation des Gelenkes wieder beginnt, hat das Fett zunächst die Neigung, in der Kappe oder den Kappen zu verbleiben, in welche es abgeflossen ist, bis es wieder flüssig wird. Außerdem wirkt die Zentrifugalkraft auf das Gelenk 10, um das Fett in der Kappe oder den Kappen zu halten. Diese kombinierten Effekte können zu einem Mangel an Schmierung bei wenigstens einer oder zwei der Kappen während des Anfangsteiles des wiederaufgenommen Betriebes führen, mit der Folge, daß der Verschleiß des Gelenkes 10 beträchtlich beschleunigt wird.
• In Figur 3 ist nun erfindungsgemäß eine Steigleitung-Schmiereinrichtung 50 gezeigt, die einen langgestreckten rohrförmigen Körper 52 aufweist, der mit umgekehrt identischen ersten und zweiten Enden 54 und 56 versehen ist, die sich längs einer Achse a-a erstrecken. Der Körper kann mit jedem Ende in den Schmierkanal 36 eingesetzt werden, der sich durch jeden Zapfen 26 erstreckt. Zwischen dem ersten und dem zweiten Ende 54, 56 ist ein radial verlaufender Positionier- Flansch 58 ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Flansch symmetrisch zwischen den beiden Enden positioniert, und er begrenzt das Maß der Einsetzung des rohrförmigen Körpers 52 auf die Länge des eingesetzten Endes 54 oder 56.
• Jede Bohrung 43 (Figur 2) hat eine kegelstumpfförmige Basis 48, die einen zugehörigen Schmierkanal 36 schneidet. Der Flansch 58 jeder Schmiereinrichtung 50 bildet ein Paar radial verlaufender Anschlag-Schultern 57, wobei jede Schulter zu einem Ende 54 oder 56 des Körpers 52 gerichtet ist. Jede Schulter 57 hat einen Umfangsrand 59, der einen kreisförmigen Linienkontakt mit der Basis 48 der Bohrung 43 herbeiführt. Dieser Kontakt zwischen der Schulter 57 und der zugehörigen Basis 48 dient zur Begrenzung der Einführung eines Endes 54, 56, das heißt zur Positionierung. Eine Schmiermittelabdichtung wird durch einen solchen Kontakt weder bewirkt noch gefordert, da die letztere Funktion vollständig durch Rippen 70 und 72 bewirkt wird, wie nachfolgend noch beschrieben wird. In einer bevorzugten Ausführungsform haben beide Enden 54 und 56 eine Mehrzahl von radial verlaufenden Nuten 64 und 66 in ihren entsprechenden Enden 60 und 62. Die Nuten erleichtern den radialen Fluß von flüssigem Fett zu den Lagern, auch dann, wenn die Enden 60 und 62 der Einrichtung 50 in Kontakt mit dem inneren Grund 21 der Lagerkappe 20 gelangen sollten.
• Jedes Ende 54, 56 ist durch eine Länge definiert, die sich zwischen einem Ende 60, 62 und einer Schulter 57 erstreckt, die diesem besonderen Ende am nächsten liegt. Längs der Enden 54, 56 sind axial mehrere ringförmige verformbare Rippen 70, 72 verteilt. Die Rippen sind sowohl axial in Längsrichtung als auch in Umfangsrichtung um die Achse a-a des rohrförmigen Körpers 52 symmetrisch ausgebildet. Die Durchmesser der Rippen sind so bemessen, daß sie größer sind als die Durchmesser des rohrförmigen Körpers 52 und des Kanales 36, in den ein Ende 54, 56 des Körpers eingeführt wird. Die Rippen sind so gestaltet, daß sie selbstsperrend einsetzbar sind, das heißt die Rippen 70, 72 auf den entsprechenden Enden 54 und 56 haben eine kegelstumpfförmige Oberfläche 80, 90, die weg von dem Positionier-Flansch 58 und auf das einzusetzende Ende 60 oder 62 hin gerichtet ist. Angrenzend an die kegelstumpfförmigen Oberflächen 80, 90 der Rippen 70 und 72 liegen zylindrische Flächen 82, 92, welche radial verlaufende ringförmige Oberflächen oder Rippen 84, 94 bilden, welche auf den Positionier-Flansch 58 zu gerichtet sind. Nach dem Einsetzen in einen Kanal 36 dienen die Rippen dazu, Kräften zu widerstehen, welche die Einrichtung 50 aus dem Kanal 36 herauszuziehen oder zu versetzen suchen. Diese selbstsperrende Eigenschaft verhindert, daß die Nuten 64, 66 durch Reibung der Enden 60, 62 am Boden 21 der Lagerkappen unter den Zentrifugalkräften der Rotation verschlissen werden. Das letztgenannte Phänomen, das zu einem Ölmangel führt, hat bisher zu Ausfällen bei bekannten Universalgelenken beigetragen.
• Um die Rippen noch wirksamer zu machen, bestehen sie vorzugsweise aus einem formbaren elastischen Material, z.B. einem Kunststoff oder Nylon, insbesondere einem Verbundmaterial, das bei Wärme dimensionsstabil ist. Vorzugsweise sind die Rippen integral mit dem rohrförmigen Körper 52 ausgebildet, und sie haben einen Durchmesser, der ausreichend größer ist als derjenige des Körpers 52, um Toleranzen zwischen dem Kanal 36 und dem Außendurchmesser des Körpers 52 zu absorbieren. Ein bevorzugtes Material, das die erforderliche Wärmestabilität hat, wird unter dem Warennamen "Zytel" von der Firma E. I. Du Pont de Nemours, Inc. hergestellt und vertrieben.
• Da jedes Ende 54 oder 56 der Einrichtung 50 geeignet in einen Kanal 36 eingesetzt werden kann, sind die entsprechenden Gruppen von Lippen 84 und 94 der Rippen 70 und 72 in entgegengesetzte Richtungen gerichtet. Die Rippen 70, 72 sind beim Einsetzen der Enden 54 und 56 in den Kanal 36 einer Verformung ausgesetzt. Jedes Ende 54, 56 schafft somit ein Reibungs- Haltesystem, das Toleranzen absorbieren kann und doch in der Lage ist, gegen eine flüssige Schmiermittelströmung zwischen dem Körper 52 und dem Schmierkanal 36 abzudichten unter einem vorgegebenen Bereich einer Dimensions-Varianz zwischen diesen Teilen.
Beispiel
• Ein Schmierstandrohr 50 hat eine Länge von 3,33 cm (1,31 "). Der Positionier-Flansch 58 hat einen Durchmesser von 1,12 cm (0,44 "). Jedes rohrförmige Ende 54, 56 hat einen Gesamt- Außendurchmesser von 0,76 cm (0,300 ") mit einer totalen zulässigen Toleranz von 0,03 cm (0,010 "), während die Rippen 70 und 72 eine Größe von 0,84 cm haben (0,330 "), ebenfalls mit einem zulässigen Toleranzbereich von 0,03 cm (0,010 "). Die radiale Maß-Differenz R (Figur 3) zwischen den Rippen 70, 72 und der äußeren Oberfläche des Körpers 52 beträgt damit etwa 0,04 cm (0,015 ").
• Der Durchmesser der Bohrung 43, welche das Ende der Schmierkammer 42 bildet, beträgt etwa 1,57 cm (0,62 "). Der Durchmesser des inneren Kanales 36 beträgt 0,80 cm (0,3135 ") mit einer Toleranz von 0,03 cm (0,013 "). Die zylindrische Oberfläche 82, 92 hat eine axiale Länge von 0,05 cm (0,020 "). Die angrenzenden kegelstumpfförmigen Oberflächen 80 und 90 erstrecken sich unter einem Winkel von 30º, gemessen bezüglich der Achse a-a. Die innere Bohrung 51, die durch den Körper 52 verläuft, hat einen Durchmesser von 0,48 cm (0,19 "). Schließlich beträgt die Länge von jedem der Enden 54, 56 1,35 cm (0,530 ").

Claims (10)

1. Schmiervorrichtung (50) für ein Universalgelenk (10), wobei die Vorrichtung (50) einen langgestreckten rohrförmigen Körper (52) aufweist, der erste und zweite Enden (54, 56) hat, die längs einer Achse a-a beabstandet sind, wobei wenigstens eines der Enden (54) in einen Lager-Schmierkanal (36) eines Universalgelenk-Kreuzstückes (28) einsetzbar ist, wobei ferner der Körper (52) einen radial verlaufenden Positionier-Flansch (58) zwischen den Enden (54, 56) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (52) ferner wenigstens eine verformbare ringförmige Rippe (70) an dem einen Ende (54) besitzt, daß die Rippe (70) sich radial um das eine Ende (54) erstreckt und einen axialen Abstand vom Flansch (58) hat, und daß der Flansch (58) das Maß der Einführung des Körpers (52) in den Kanal (36) begrenzt.

2. Schmiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (70) eine Abdicht- und Toleranz-Absorptionseinrichtung zur Zusammenwirkung mit dem Lager-Schmierkanal (36) aufweist, wodurch das eine Ende (54) des Körpers (52) durch Reibung in dem Schmierkanal (36) gehalten wird unter einem vorgegebenen Bereich einer Maß-Toleranz zwischen dem einen Ende (54) und dem Kanal (36).

3. Schmiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (70) integral mit dem einen Ende (54) des Körpers (52) ausgebildet ist.

4. Schmiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (70) eine kegelstumpfförmige Oberfläche (80) hat, die sich in Umfangsrichtung um das Ende (54) erstreckt.

5. Schmiervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (70) ferner eine radial verlaufende ringförmige Oberfläche (84) hat, die zu dem Positionier-Flansch (58) hin gerichtet ist.

6. Schmiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Rippen (70) in axialen Abständen längs des Endes (54) ausgebildet ist.

7. Schmiervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelstumpfförmigen Flächen (80) der Rippen (70) abgewinkelt sind, derart, daß sie von dem Positionier-Flansch (58) weg und auf das Ende (60) des einen Endes (54) zu gerichtet sind.

8. Schmiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Enden (54, 56) des Körpers (52) mit Rippen (70, 72) versehen sind.

9. Schmiervorrichtung nach Anspruch 8 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Oberflächen (84) jeder Rippe (70) des ersten Endes (54) alle in eine Richtung blicken, und daß die ringförmigen Oberflächen (94) der Rippen (72) des zweiten Endes (56) alle in eine zweite entgegengesetzte Richtung blicken.

10. Schmiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus einem formbaren oder gießbaren Material gebildet ist, das in der Wärme dimensions-stabil ist.