DE69210205T2

DE69210205T2 - Geschlossene Hülse für Radiallager und deren Benutzung in einem Kardangelenk

Info

Publication number: DE69210205T2
Application number: DE69210205T
Authority: DE
Inventors: Jean-Denis Labedan
Original assignee: Nadella SA
Current assignee: Timken France SAS
Priority date: 1992-01-31
Filing date: 1992-12-29
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2012-12-30
Also published as: EP0553584A1; DE69210205D1; FR2686950A1; FR2686950B1; EP0553584B1

Description

Die Erfindung betrifft Lagerbüchsen mit zylindrischen Wälzelementen und insbesondere eine verbesserte napfförmige Buchse für ein Radialwälzlager mit zylindrischen Wälzelementen, die insbesondere bei Kardangelenken eine Anwendung findet, die beispielsweise für Kraftfahrzeuglenksäulen benutzt werden.
Bekanntlich findet die Montage der Kreuzstücke in den Bakken eines Kardangelenks gewöhnlich mit Hilfe von Lagerbüchsen oder Radialwälzlagern mit zylindrischen Wälzelementen statt, die zwischen die Drehzapfen der Kreuzstücke und die Bohrungen oder Aufnahmen der Backen eingesetzt sind.
Es ist bekannt, daß sich die korrekte Arbeitsweise eines Kardangelenks insbesondere aus einer Montage des Kreuzstücks in den Backen ergibt, die praktisch frei von jedem axialen Spiel zwischen den Drehzapfen der Kreuzstücke und den Aufnahmen jeder Backe ist. Insbesondere wenn man ein solches Kardangelenk mit Lagerbüchsen oder Radialwälzlagern ausrüstet, die eine Buchse oder dergleichen in Form eines Napfes mit geschlossenem Boden aufweisen, ist jedes axiale Spiel zwischen der Stirnfläche eines Kreuzstückdrehzapfens und dern gegenüberliegenden Boden der napfförmigen Buchse nachteilig. Ein solches Spiel erzeugt nämlich Betriebsgeräusche beispielsweise durch Schlagen oder erzeugt Längsschwingungen, die gewöhnlich "Pumpen" genannt werden und dem Kreuzstück und damit der anderen Backe, die es trägt, eine Stellung verleihen, die bezüglich der theoretischen Stellung, die eine korrekte Zentrierung gewährleistet, versetzt ist. Eine solche versetzte Stellung schadet somit der dynamischen Auswuchtung der Welle, die mit dieser anderen Backe, die sich versetzt, verbunden ist. All dies schadet auch der Dichtheit der Lagerbüchsen oder Radialwälzlager.
Um zu versuchen, diese Art von Schwierigkeiten zu beseitigen, hat man sich verschiedene Lösungen ausgedacht.
Es wurde vorgeschlagen, so vorzugehen, daß die Buchse oder Lagerbüchse einer axialen Vorspannung in der Achse der Drehzapfen der Kreuzstücke des Kardangelenks ausgesetzt ist. Zur Ausübung dieser Vorspannung wurde vorgeschlagen, den Boden der Buchse an die Stirnfläche des Drebzapfens anzudrücken, indem die Elastizität des Dichtrings benutzt wird, der zwischen den Drebzapfen und die Buchse an deren dem Boden entgegengesetzten Ende eingesetzt ist. Man hat auch vorgeschlagen, die elastische Verformung des Bodens einer solchen Buchse zu benutzen, der an der Stirnfläche des Drehzapfens in direktem Kontakt anliegt. Man hat ferner vorgeschlagen, ein mehr oder weniger elastisches oder plastisches Zwischenteil zu verwenden, das zwischen den Boden der Buchse und die Stirnfläche des Drehzapfens eingesetzt ist. Man hat auch vorgeschlagen, den Boden der Buchse über seine Elastizitätsgrenze hinaus zu verformen, um ihn plastisch zu verformen und die Restelastizität auszunutzen.
Beispiele dieser Lösungsarten sind beispielsweise in den Schriften FR 2 203 462, 2 231 261, 2 242 003, 2 459 899 dargelegt.
Keine dieser Lösungen ist jedoch vollkommen befriedigend, und zwar entweder aus Gründen der Kosten oder aus Gründen von Schwierigkeiten bei der technische Durchführung. Insbesondere bei der Lösung gemäß der Schrift FR 2 242 003, bei welcher eine plastische Verformung über die Elastizitätsgrenze hinaus vorgenommen wird, um die Restelastizität auszunutzen, wird für die Montage gewöhnlich ein einziger Stempel verwendet, um (1) die plastische Verformung des Bodens der Buchse vorzunehmen, (2) die Buchse in ihre Aufnahme einzusetzen und (3) die Buchse auf die Backe aufzuquetschen.
Eine andere Lösung ist in der Schrift DE 1 021 211 dargelegt. Die Lösung gemäß dieser Schrift benutzt eine Buchse, die in ihrem Teil gehärtet ist, der als Lauffläche für die Wälzelemente dient, und zwar auf solche Weise, daß der Boden in einem praktisch unelastischen Bereich Scherkräften ausgesetzt ist.
Ziel der Erfindung ist es, insbesondere die kurz genannten Schwierigkeiten mit Hilfe einer verbesserten napfförmigen Buchse für Lagerbüchsen oder Radialwälzlager mit zylindrischen Wälzelementen zu lösen, die insbesondere für die Lager der Kreuzstücke von Kardangelenken beispielsweise bei Kraftfahrzeuglenksäulen verwendbar sind.
Gegenstand der Erfindung ist eine napfförmige behandelte Buchse aus Metall für Radialwälzlager mit zylindrischen Wälzelementen, deren Typ und deren Merkmale insbesondere im Anspruch 1 dargelegt sind.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Anwendung einer solchen Buchse für die Montage der Kreuzstücke in den Backen eines Kardangelenks insbesondere für eine Kraftfahrzeuglenkung.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den folgenden Ansprüchen sowie aus der als Beispiel dienenden Zeichnung, in welcher:
- die Figuren 1A und 1B halbe Meridianteilschnitte einer erfindungsgemäßen verbesserten Buchse während der Montage und nach Montage und
- die Figuren 2A und 2B der Figur 1 entsprechende Ansichten einer anderen Ausführungsvariante sind.
Da die Lagerbüchsen oder Wälzlager mit zylindrischen Wälzelementen, die insbesondere für die Montage der Kreuzstücke in den Backen von Kardangelenken benutzt werden, sowie ihre Verwendung insbesondere für die Lenksäulen von Kraftfahrzeugen in der Technik wohlbekannt sind, wird im folgenden nur das beschrieben, was direkt oder indirekt die Erfindung betrifft. Darüber hinaus wird der Fachmann die ihm zur Verfügung stehenden gängigen herkömmlichen Lösungen heranziehen, um besondere Probleme zu lösen, die sich für ihn ergeben.
Im folgenden kennzeichnet ein und dieselbe Bezugszahl ein und dasselbe entsprechende Element, und zwar unabhängig von der Ausführungsform oder ihrer Ausführungsvariante.
Zur Vereinfachung der Beschreibung werden nacheinander alle Bestandteile der Erfindung beschrieben, bevor ggf. ihre Herstellung und ihr Einbau beschrieben werden.
Im folgenden wird eine erfindungsgemäße napfförmige Buchse in ihrer Anwendung auf eine Lagerbüchse oder ein Radialwälzlager mit zylindrischen Wälzelementen für ein Kardangelenk J beschrieben, das Backen M mit Aufnahmen L besitzt, die zur Aufnahme der Drehzapfen T eines Kreuzstücks C bestimmt sind.
Wie bekannt ist, wird das Kreuzstück eines solchen Kardangelenks in jeder Backe mit Hilfe einer Lagerbüchse oder eines Radialwälzlagers mit zylindrischen Wälzelementen R, und zwar Rollen oder Nadeln, montiert, das zwischen jeden Drehzapfen und die Aufnahme oder Bohrung der entsprechenden Backe eingesetzt ist.
Eine solche Lagerbüchse oder ein solches Wälzlager besitzt im wesentlichen eine Buchse in Form eines geschlossenen Napfes, der aus einem seitlichen Körper 10 und einem Boden 20 besteht.
Der Körper 10 besitzt eine Außenwand 101, die dazu bestimmt ist, in eine Aufnahme oder Bohrung L einer Backe M eingesetzt zu werden, und eine Innenwand 102, die dazu bestimmt ist, zylindrischen Wälzelementen R wie Nadeln oder Rollen als Außenlauffläche zu dienen. Die Innenlauffläche für diese Wälzelemente wird gewöhnlich direkt von der Außenfläche 5 des Drehzapfens gebildet.
Der Körper 10 besitzt vorzugsweise an seinem dem Boden 20 entgegengesetzten Ende einen radialen, zentripetalen abgewinkelten Rand 11. Dieser abgewinkelte Rand gestattet es, die Wälzelemente axial in der Buchse zurückzuhalten.
Der Boden 20 ist mit einer ringförmigen Umfangsrippe 21 nahe dem Körper und mit einer zentralen Auflage 22 versehen, die so angeordnet ist, daß sie sich auf der Achse des Drehzapfens befindet. Diese zentrale Auflage 22 hat eine bezüglich dem Äußeren zurückversetzte oder abgesenkte Außenseite 221 und eine nach innen hervorspringende oder kuppelförmige Innenfläche 222, wie dargestellt ist.
Wie es üblich ist, besteht eine solche Buchse aus einem dünnen Metallblech, das durch jedes bekannte Verfahren, beispielsweise Tief ziehen und Rollen, in Form gebracht wird und beispielsweise durch Einsatzhärten oder Karbonitrieren behandelt wird, um die verlangte Härte zu erhalten. Darauf wird nicht weiter eingegangen.
Erfindungsgemäß besitzt diese Buchse einen Zwischenkranz 23, der zwischen der Rippe 21 und der Auflage 22 gelegen ist und der örtlich geglüht wurde, um in ihm ein Härtegefälle zu erzeugen.
Wie man sieht, besitzt die kuppelförmig hervorspringende Innenseite 222 eine Scheitelscheibe 223, die vorzugsweise nicht glatt ist und beispielsweise gerillt, geprägt oder anders konfiguriert ist. Dieser Bereich mit Prägung oder Wabenmuster ist dazu bestimmt, als Schmiermittelreserve zu dienen.
Erfindungsgemäß bleibt die Scheitelscheibe 223 der kuppelförmigen Innenseite 222 der zentralen Auflage 22, ob sie nun glatt (Figur 1) oder nicht glatt ist (Figur 2), behandelt und behält eine gewisse Härte bei, und zwar vorzugsweise ihre Anfangshärte vor dem Glühen.
Gemäß einer Ausführungsvariante wird die Außenseite 221 der zentralen Auflage 22 oberflächlich geglüht, um in gewisser Weise ein Plättchen zu bilden, das ggf. radial an den ebenfalls geglühten Zwischenkranz 23 anschließt. Man versteht also, daß die zentrale Auflage zumindest teilweise behandelt bleibt.
Die Montage einer solchen Buchse geht mit Hilfe eines hohlen Stempels mit einer zentralen Aussparung vor sich, der an der als Schulter dienenden Rippe 21 zum Anliegen kommt. Dann drückt man die Buchse mit allem, mit dem sie bestückt ist, beispielsweise mit den ggf. durch einen Käfig zurückgehaltenen Wälzelementen, ein, so daß die kuppelförmige Innenseite 222 an der Stirnfläche F des Drehzapfens zum Anliegen kommt. Infolge des Vorhandenseins des geglühten Zwischenkranzes biegt sich der Boden der Buchse zum Teil permanent durch, und dadurch wird die endgültige Vorspannung gewährleistet, wobei man feststellt, daß die zentrale Auflage ihrerseits sich nicht verformt, da sie mindestens nach innen behandelt ist oder bleibt.
Als Werkstoff wählt man für die Buchse ein Blech aus ST4 (DIN-Norm) oder aus F14 (AFNOR-Norm) und wählt beispielsweise für die behandelten Teile eine Mindestoberflächenhärte von 500 HV und vorzugsweise von etwa 710 bis 810 HV und für die geglühten Teile eine Härte von etwa 450 HV5.
Dank des auf diese Weise geschaffenen Härtegefälles erhält man eine plastische Verformung mit einem örtlichen Fließen des Bodens, dessen Elastizitätsgrenze überschritten wird und dessen Glühen den Wert senkt und das eventuelle Auftreten von Rissen verzögert.
Jede eventuelle axiale Bewegung des Drehzapfens bezüglich der Backe wird durch das Vorhandensein der Vorspannung und der Starrheit, die auf diese Weise erhalten werden, praktisch ausgeschaltet.
Man bemerkt auch, daß die Innenseite der Scheitelscheibe der zentrale Auflage, die auf der Stirnfläche eines Drehzapfens aufliegt, behandelt ist, was ihren Verschleiß während des Betriebs verhindert oder verzögert.
Das Werkzeug ist so konfiguriert, daß es die Buchse erforderlichenfalls in der Backe auf die dargestellte und gebräuchliche Weise durch eine Quetschverbindung befestigt.
Man sieht also, daß man dank der Erfindung auf die Verwendung eines Zwischenteils zwischen dem Boden der Buchse und der Stirnfläche des Drehzapfens des Kreuzstücks verzichten kann, wobei man unter industriellen Bedingungen vorgeht, die die Erzeugung einer Vorspannung gestatten, ohne präzise Bearbeitungen und einen schwierigen Einbau mit Hilfe von Spezialwerkzeugen zu erfordern.
Man sieht also alle Vorteile der Erfindung insbesondere für die Kardangelenke, die insbesondere für Kraftfahrzeuglenksäulen verwendet werden.

Claims

1. Napfförmige behandelte Buchse aus Metall für Radiallager mit zylindrischen Wälzelementen, bestehend aus einem Körper (10) mit einer Außenwand (101), die dazu bestimmt ist, in eine Aufnahme eingesetzt zu werden, und einer Innenwand (102), die dazu bestimmt ist, als Außenlaufbahn für Wälzelemente zu dienen, sowie aus einem Boden (20), der mit einer ringförmigen Umfangsrippe (21) und einer zentralen Auflage (22) mit einer zurückversetzten Außenseite (221) und einer hervorspringenden Innenseite (222) sowie mit einem zwischen der Rippe (21) und der Auflage (22) gelegenen Zwischenkranz (23) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Kranz (23) örtlich auf eine solche Weise geglüht ist, daß die Innenseite (222) der zentralen Auflage (22) behandelt bleibt.

2. Buchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite (222) eine mindestens teilweise behandelte, nicht geglühte Scheitelscheibe (223) aufweist.

3. Buchse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheitelscheibe (223) nicht glatt ist.

4. Buchse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheitelscheibe (223) geprägt ist.

5. Buchse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zurückversetzte Außenseite (221) oberflächlich geglüht ist.

6. Buchse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zurückversetzte Außenseite (221) oberflächlich geglüht ist, um ein zentrales Plättchen zu bilden, das radial an den Zwischenkranz (23) anschließt.

7.Buchse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch Einsatzhärten oder Karbonitrieren behandelt ist.

8. Buchse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) an seinem dem Boden (20) entgegengesetzten Ende einen radialen, zentripetalen abgewinkelten Rand (11) aufweist.

9. Anwendung einer Buchse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie für die Montage der Kreuzstücke in den Backen von Kardangelenken verwendet wird.

10. Anwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Kardangelenk ein Kraftfahrzeuglenkungs-Gelenk ist.