DE2916982A1

DE2916982A1 - Stuetzlageranordnung fuer rotierende ausgangswellen von fahrzeuggetrieben o.dgl.

Info

Publication number: DE2916982A1
Application number: DE19792916982
Authority: DE
Inventors: Philip J Mazziotti
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1978-05-08
Filing date: 1979-04-26
Publication date: 1979-11-15
Also published as: FR2425577A1; GB2020377A; BR7902781A; US4213512A; MX148290A; CA1105536A; JPS54147341A; GB2020377B; ES480296A1

Description

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PATENTANWÄLTE 4CJ ΙυοϋΛ Π

DR.-ING. R. DÖRING _ 5 _ DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

DANA Corporation

4500 Dorr Street, Toledo, Ohio / USA

"Stützlageranordnung für rotierende Ausgangswellen von Fahrzeuggetrieben oder dergleichen"

Die Erfindung betrifft eine Stützlageranordnung für rotierende Ausgangswellen von Fahrzeuggetrieben oder dgl., insb. zur Mittenabstützung von Gelenkwellen, bei der der abgestützte Wellenteil gegenüber dem Stützteil der Lageranordnung Rotationsbewegungen, axiale Bewegungen und Schwenkbewegungen ausführen kann.

In Fahrzeugantriebssysteraen mit relativ langen schwenkbaren Treibwellen zur übertragung von Antriebskraft ist es notwendig, die Welle in einem mittleren Bereich zu unterstützen. Die Stützanordnung für diese Treibwellen muß in der Lage sein, eine Drehbewegung der Welle gegenüber dem Stützteil ebenso wie eine Schwenkbewegung um eine Schwenkachse und auch eine axiale relative Gleitbewegung gegenüber der Stützeinrichtung zu ermög- _ liehen. Da die Stützeinrichtungen relativ zueinander bewegliche Kontaktlagerflächen aufweisen, muß eine adäquate Schmierung vor-

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gesehen sein, welche einen konstanten Schmiermittelstrom zu den Lagerflächen ermöglicht.

Es sind zahlreiche Versuche gemacht worden, um eine Stützlageranordnung zur drehbaren Unterstützung einer treibenden Welle zu entwickeln, wobei es bisher jedoch nicht gelungen ist, all die Anforderungen in befriedigender Weise zu lösen.

So zeigt die US-PS 1 606 747 ein sich selbsttätig einstellendes Wellenlager, bei dem die Welle rotieren und relativ zu der Lageranordnung schwenken kann. Es ist jedoch keine axiale Bewegung der Welle gegenüber der Lageranordnung möglich und auch keine kontinuierliche Einführung eines Schmiermittels in die Lagerbereiche vorgesehen. Statt dessen ist lediglich eine mit einem Schmiermittelöl imprägnierte hölzerne Buchse vorgesehen.

In der US-PS 2 423 689 ist ein kugelartiges Lager zur Unterstützung einer Welle vorgesehen. Obwohl die Lageranordnung die Welle zum Drehen und Schwenken sowie zum axialen Verschieben gegenüber der Stützanordnung abzustützen vermag, ist jedoch keine ständige Schmierung aller Lagerflächen möglich.

Ein kugelartiges Lager nach den US-PS'n 2 653 064 und 2 731 310 zeigen eine Stützlageranordnung oder aber eine Einrichtung zur Zuführung eines Schmiermittels für die Kugellagerflächen. Während die Lageranordnung jedoch ene Drehbewegung der zugehörigen Welle ermöglicht, sehen diese Lager keine Längsverschiebung

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- 7 und auch keine Schwenkbewegung vor.

Die US-PS 2 859 071 zeigt eine rotierende Wellendichtung für Fahrzeuge, bei der eine relative Drehbewegung und eine Gleitbewegung zwischen den Lagern und den zugehörigen Wellenteilen möglich ist. Jedoch ist keine relative Schwenkbewegung zwischen der gestützten Welle und der Stützlageranordnung möglich.

Die US-PS 3 243 212 zeigt eine Stützlageranordnung mit kugelartiger Lagerfläche, die der Erfindung in gewissen Punkten nahekommt. Jedoch handelt es sich hierbei nicht um ein Lager zur Unterstützung einer Welle, die geeignet ist zu rotieren, axial zu gleiten oder zu schwenken im Vergleich zu der Stützlageranordnung. Die bekannte Anordnung zeigt einen Fluidkanal um ein hydraulisches Fluid in Bezug auf eine Steuerbohrung einer zugehörigen Welle durch einen Kanal in der Lageranordnung fließen zu lassen. Es handelt sich hier also um eine wesentlich andere Anwendung und Zweckbestimmung.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Stützlageranordnung der Eingangs näher bezeichneten Art zu schaffen, welche den genannten Anforderungen weitgehend Rechnung trägt und all die erforderlichen Bewegungen zuläßt und gleichzeitig eine zuverlässige, dauerhafte und wartungsfreie Schmierung über lange Zeiten sicherstellt und gleichzeitig die zusammenwirkenden Lager- und Stützflächen gegen Eindringen von Schmutz oder dgl. Verunreinigungen zuverlässig sichert.

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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Kombination der Merkmale des Anspruchs 1.

Die Stützlageranordnung eignet sich ganz besonders bei Fahrzeugen mit Vierradantrieben, die für die Fahrt jenseits von Straßen in Grlände und anderen schwierigen Umgebungen ermöglicht. Die Stützlageranordnung nach der Erfindung ermöglicht es der gestützten Welle zu rotieren, sich axial zu Bewegen und außerdem gegenüber dem festen Lagerteil zu schwenken oder zu kippen. Dabei ist zu jeder Zeit jede gewünschte Antriebsmöglichkeit und Kraftübertragung über die Welle möglich. Weiterhin ist die Stützlageranordnung so ausgebildet, daß eine zuverlässige Schmierung aller Lagerflächen gewährleistet ist. Außerdem sorgen die Dichteinrichtungen dafür, daß die aufeinanderliegenden Lagerflächen gegen Eindringen von Teilchen oder Schmutz oder verunreinigter Flüssigkeit gesichert sind.

Vorteilhafterweise ist die innere Lagerfläche des ersten Lager-.teils aus Polytetrafluoräthylen gebildet. Auch ist das erste ringförmige Lagerteil zweckmäßigerweise konzentrisch zu der gestützten Welle angeordnet. Das zweite ringförmige Lagerteil ist zweckmäßigerweise aus zwei zusammenwirkenden Halbabschnitten gebildet, die durch die Montagehalterung zusammengehalten werden. Zu diesem Zweck können die beiden Hälften des weiteren ringförmigen Lagerteils gemeinsam einen ringförmigen radial nach außen vorspringenden Ansatz bilden, an dem die Montagehalterung außen angreift, um die Hälften in ihrem zusammengebauten Zustand

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- 9 zu halten.

Wenn die Stützlageranordnung für zwei über eine Universalkupplung gelenkig miteinander verbundene treibende Wellenabschnitte bestimmt ist, verbindet zweckmäßigerweise ein verzahnter Wellenstummel der Universalkupplung die beiden Treibwellenabschnitte, wobei der Wellenstummel drehbar und axial verschiebbar in einer Lagerbuchse aufgenommen ist, die ihrerseits fest in dem ersten ringförmigen Lagerteil eingesetzt ist. Sie kann eine Umfangsauf nehmung aufweisen, welche die Innenfläche der Buchse mit den etwa radial verlaufenden Schmiermittelkanälen in dem ersten und zweiten ringförmigen Lagerteil verbindet. Der Wellenstummel kann dabei eine innenverzahnte Hohlwelle sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. ;

Es zeigen: '

Fig. 1 im Ausschnitt eine Draufsicht auf das Antriebssystem : eines mit vier Laufrädern ausgerüsteten Fahrzeuges ein- . schließlich einer Lageranordnung nach der vorligenden ^;

Erfindung; !

Fig. 2 im Ausschnitt und im größeren Maßstabe die Lagerahordnung nach Fig. 1, wobei Teile der Anordnung weggebrochen ^; und andere geschnitten dargestellt sind, und

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Fig. 3 eine Stirnansicht der Lageranordnung nach Fig. 2 mit Blickrichtung von links nach rechts.

In Figur 1 ist in stark schematisierter Weise ein Abschnitt des Antriebssystems für ein Fahrzeug mit vier Laufrädern wiedergegeben. Das Fahrzeug weist eine durch Motor angetriebene Transmission 2 zur übertragung eines Drehmomentes an ein rückwärtiges Differential 3 über eine Antriebswelle 4 auf. Das Drehmoment wird einem vorderen Differential 5 von dem rückwärtigen Differential 3 aus durch miteinander gelenkig verbundene Antriebswellen 6 und 7 übertragen, welche über eine Universalkupplung 8 mit konstanter Geschwindigkeit miteinander gekuppelt sind. Der vordere Bereich der Kupplung 8 umfaßt eine einstückige innenverzahnte Welle 9, die mit der Außenverzahnung auf der Treibwelle 7 zusammenwirkt. Durch die Verwendung einer solchen Anordnung kann die Drehbewegung von der Welle 6 auf die Welle 7 übertrage8 werden, während diese eine begrenzte relative axiale Bewegung zueinander ausführen können.

Da die kombinierte Länge der gelenkig miteinander verbundenen Treibwellen 6 und 7 relativ groß ist, muß der mittlere Bereich von dieser Welle unterstützt werden. Eine solche Unterstützung wird durch eine Lageranordnung bewirkt, welche über eine Montageplatte 10 unterstützt wird, welche üblicherweise an dem Transmissionsgehäuse 2 angebracht ist.

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Die spezielle Lageranordnung nach der Erfindung geht am besten aus den Figuren 2 und 3 hervor. Diese zeigt ein Wellenzentrierlager 12 auf, welches allgemein ringförmig ausgebildet ist und eine Innenbuchse 14 umfaßt. Die Buchse 14 ist typischerweise aus zwei zusammenwirkenden Ringen gebildet, welche die Welle 9 umgeben und unterstützen. Ein Schmiermitteldurchgang 16 ist im Bereich der inneren aneinandergrenzenden Stoßkanten der beiden die Buchse 14 bildenden Ringe vorgesehen. Es wurde festgestellt, daß zufriedenstellende Ergebnisse erhalten werden, wenn man die Buchse 14 aus einem gewebten Fasermaterial, z.B. Polytetrafluoräthylen herstellt.

fie äußeren Kantenbereiche der Innenfläche des Wellenzentrierlagers 12 sind mit ringförmigen Nuten 18 und 20 versehen, in denen jeweils Dichtelemente 22 bzw. 24 aufgenommen und gehalten sind. Es ist ersichtlich, daß die ringförmigen Dichtelemente 22 und 24 i.n nächster Nähe der äußeren Stirnkanten der Buchse vorgesehen und so"angeordnet sind, daß sie das Schmiermittel im Bereich der lagerfläche zwischen der Innenfläche der Buchse 14 und der anliegenden äußeren Fläche der Welle 9 halten.

Ein Kanal 26 mit einem erweiterten radial äußeren Endbereich 28 ist in dem Wellenzentrierlager 12 vorgesehen und steht in allgemeiner Fluchtung mit dem Durchgang 16 in der Buchse 14.

Weiterhin ist das Wellenzentrierlager 12 so aisgebildet, daß es eine gekrümmte äußere Lagerfläche 30 bildet. Ein den Schwenk-

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mittelpunkt bildendes Lager 32 ist aus zwei zusammenwirkenden Hälften zusammengesetzt. Das Lager 32 weist eine gekrümmte innere Lagerfläche auf, welche auf der äußeren gekrümmten Lagerfläche 30 des Wellenzentrierlagers 12 aufliegt. Die gekrümmte Innenfläche der zusammenwirkenden Hälften des Schwenklagers 32 ist mit entsprechenden ringförmigen Nuten 34 und 36 versehen. Diese dienen jeweils zur Aufnahme und Halterung von O-Ringen 38 bzw. 40. Die zusammenwirkenden und zusammenpassenden Flächen der Halbabschnitte des Schwenklagers 32 sind außerdem mit zusammenwirkenden und radial verlaufenden Nuten versehen, welche einen Schmiermitteldurchgang 42 in Fluchtung mit dem Schmiermittelkanal 26 und dem erweiterten Abschnitt 28 in dem Wellenzentrierlager 12 bilden. Die zusammenwirkenden Hälften des Schwenklagers 32 weisen zwei radial nach außen gerichtete Schulterbereiche auf, welche ringförmige Anschläge 44 bilden.

Die beiden Hälften des Schwenklagers 32 werden durch einen bügelartigen'Montageteil im Zusammengebauten Zustand gehalten. Der Montageteil besteht aus zwei zzusarnmenwirkenden Abschnitten 46 und 48. Die Halteabschnitte 46 und 48 sind allgemein ringförmig und umfassen äußere und nach unten oder radial nach innen gerichtete Lippen oder Flansche 50 und 52. Diese sind so ausgebildet, daß sie an den nach außen weisenden Flächen der ringförmigen Anschläge 44 angreifen und so zusammenwirken, daß sie die Hälften des Schwenklagers 32 im zusammengebauten Zustand auf der außen gekrümmten Lagerfläche 30 des Wellenzentrierlagers 12 halten. Die Halterungen 46 und 48 sind so geformt, daß

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sie ein inneres Schmiermittelreservoir 54 bilden. Ein Schmiernippel 56 ist in eine entsprechende Öffnung im Abschnitt 48 eingeschraubt. Er schafft somit eine Verbindung mit dem inneren des Reservoirs 54 und so auch zu den Kanälen 42 und 26.

Ein ringförmiger Kranz von Montageöffnungen 58 ist in dem radial äußeren Flanschbereich der zusammenwirkenden Abschnitte 46 und 48 des Montageteils vorgesehen, um entsprechende, mit Gewinde versehene Befestigungselemente aufzunehmen. Mit diesen läßt·sich die Anordnung an der Montageplatte 10 befestigen, die ihrerseits, wie aus Fig. 1 hervorgeht, an dem Gehäuse des Getriebes 2 angebracht ist.

Es wurde festgestellt, daß die Abschnitte 46 und 48 auch in adäquater Weise -durch Punktschweißen an in gegenseitigen Abständen angeordneten Stellen entlang der ringförmigen Randbereiche miteinander verbunden werden können. Selbstverständlich können auch andere Verbindungsmöglichkeiten eingesetzt werden, um die Abschnitte 46 und 48 in geeigneter Form zusammenzuhalten.

Bei Betrieb kann die beschriebene Lageranordnung mit Vorteil dazu verwendet werden, um die Welle 9 abzustützen, welche effektiv die Antriebswellen 6 und 7 miteinander verbindet. Die Unterstützung erfolgt der Art, daß eine relative Drehbewegung, Schwenkbewegung und Längsbewegung zwischen der Welle 9 und dem übrigen Teil der Stützlageranordnung auftreten kann. Insbesondere ist ersichtlich, daß die Welle 9 innerhalb der Buchse 14 frei

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rotieren kann. Sie kann weiterhin in axialer Richtung frei verschoben werden, wenn eine solche Bewegung typischerweise durch eine entsprechende Bewegung des rückwärtigen Differentials 3 während der Fahrt des Fahrzeuges ausgelöst wird. Es ist ersichtlich, daß der Hauptteil der Längsbewegung, welche durch die Bewegung des vorderen Differentials ausgelöst wird, durch die Wellenverzahnung zwischen der Antriebswelle 8 und der Welle aufgenommen wird. Es können aber auch besonders schwierige Fahrbedingungen vorliegen, welche auch eine axiale Bewegung der Welle 9,verursacht durch die Bewegung des vorderen Differentials 5 veranlassen.

Die Lageranordnung liefert außerdem eine relative Schwenkbewegung der Welle 9, die typischerweise durch senkrechte Bewegungen des vorderen Differentials 5 veranlaßt werden. Eine solche Schwenkbewegung wird durch die relative Bewegung zwischen der äußeren gekrümmten Fläche 30 des Wellenzentrierlagers 12 und der damit zusammenwirkenden gekrümmten inneren Fläche des Schwenklagers 32 ermöglicht.

Zu allen Zeiten während des Betriebes der Lageranordnung nach der Erfindung wird innerhalb der zugehörigen Lagerflächen die Schmierung aufrechterhalten. Die Ringdichtungen 22 und 24 bewirken dabei ein Zurückhalten des Schmiermittels, welches aus dem Reservoirs 54 durch die zusammenwirkenden Kanäle 42 und in die Zone zwischen der Außenfläche der Welle 9 und der Innenfläche der Buchse 14 einströmt. Die O-Ringe 38 und 40 haben in

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ähnlicher Weise zur Folge, daß das Schmiermittel zurückgehalten wird, das aus dem Reservoir 54 durch den Kanal 42 in die Zone zwischen der gekrümmten Außenfläche des Wellenzentrierlagers und die innen gekrümmte Fläche des Schwenklagers 32 einfließt.

Zusätzlich zu dem Zurückhalten und einschließen des Schmiermittels in den kritischen Lagerflächenbereichen während des Betriebes der Lageranordnung sorgen die Ringdichtungen 22 und 24 sowie die O-Ringe 38 und 40 fortgesetzt dafür, daß keine Verunreinigungen in die kritischen Lagerflächenbereiche eindringen können. Dieses Merkmal ist von größter Wichtigkeit, da eine der Hauptanwendungen der Lageranordnung nach der Erfindung die bei einem Geländefahrzeug mit Vierradantrieb ist, bei dem die Lager extrem ungünstigen Verhältnissen ausgesetzt sind.

Kin weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht in der Eignung der Lageranordnung, die Lagerflächen kontinuierlich in genereller Verbindung mit dem Schmiermittelreservoir 54 halten zu können. Das vergrößerte oder erweiterte äußere mde 28 des Kanals 26 ermöglicht eine Verbindung zwischen den Kanälen 26 und 42 selbst während relativer Schwenkbewegungen zwischen dem Wellenzentrierlager 12 und dem Schwenklager 32.

Aus der vorangegangen Beschreibung ist deutlich, daß die Anordnung besonders nützlich im Antriebszug eines Fahrzeuges mit Vierradantrieb einzusetzen ist. Bei einem solchen System wird, wie leicht aus Fig. 2 ersichtlich ist, die Treibwelle 6 in adäquater

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Weise für eine Drehbeweung unterstützt, wobei sie gleichzeitig senkrechte Schwenkbewegungen um den Mittelpunkt der Universalkupplung 8 ausführen kann. Da die Treibwelle 6 mit der Treibwelle 7 über eine wellenverzahnte Verbindung der Welle 9 verbunden ist, kann sich die Welle 6 auch axial gegenüber der Stützanordnung oder Lageranordnung bewegen. Während die Welle 7 adäquat für Drehbewegung unterstützt ist, kann sie gleichermaßen auch in axialer Richtung bewegt und um den Mittelpunkt der Stützlageranordnung verschwenkt werden. Es ist ersichtlich, daß die Drehbewegung, die axiale Bewegung und auch die Schwenkbewegungen nacheinander oder auch gleichzeitig erfolgen können.

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Leerseite

Claims

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DR.-INGpR. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

Ansprüche

Stützlageranordnung für rotierende Ausgangswellen von Fahrzeuggetrieben oder dgl., insb. zur Mittenabstützung von ^Gelenkwellen, bei dem der abgestützte Wellenteil gegenüber dem Stützteil der Lageranordnung Rotationsbewegungen, axiale Bewegungen und Schwenk- oder Kippbewegungen ausführen kann, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale, daß

a) ein ringförmiges Lagerteil (12) zur drehbaren und axial verschiebbaren Lagerung des Wellenteils (9) vorgesehen ist, welches eine hohle Innenlagerflache und eine gekrümmte oder ballige äußere Lagerfläche (30) und zwischen diesen beiden wenigstens einen Schmiermittelkanal (16,26,28) aufweist;

b) ein weiteres ringförmiges Lagerteil (32) das andere ringförmige Lagerteil (12) umschließt, derart, daß beide gegeneinander schwenk- oder kippbar sind, wobei der weitere ringförmige Lagerteil (32) eine der gekrümmten oder balligen äußeren Lagerfläche (30) des ersten Lagerteils (12) angepaßte innere Lagerfläche und einen von dieser ausgehenden, das weitere Lagerteil nach außen durchsetzenden Schmierraittelkanal (42) aufweist,

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der mit dem Schmiermittelkanal (16,26,28) des ersten Lagerteils (12) in Verbindung steht;

c) Dichteinrichtungen (18-24; 34-40) den zusammenwirkenden Lagerflächen zugeordnet sind, welche die Lagerflächenbereiche nach außen schmiermittel- und schmutzdicht abschließen und

d) eine Montagehalterung (50,52) vorgesehen ist, welche das weitere Lagerteil 32 außen umschließt und ein inneres Schmiermittelreservoir (54) in Verbindung mit den Schmiermittelkanälen aufweist.
2. Stützlageranordnung nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die hohle innere Lagerfläche des ersten ringförmigen Lagerteils (12) aus Polytetraflouräthylen gebildet ist.
3. Stützlageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste ringförmige Lagerteil (12) konzentrisch gegenüber der unterstützten Welle (6,7) angeordnet ist.
4. Stützlageranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere ringförmige Lagerteil (32) aus zwei zusammenwirkenden Halbabschnitten besteht.

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5. Stützlageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden miteinander zusammenwirkenden Hälften einen radial nach außen ragenden ringförmigen Ansatz (44) bilden.
6. Stützlageranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Montagehalterung jeweils außen an den Schultern des Stützvorsprunges (44) des weiteren Lagerteils (32) anliegt, um die beiden zusammenwirkenden Hälften dieses weiteren ringförmigen Lagerteils (32) zusammenzuhalten.
7. Stützlageranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, mit zwei über eine Universalkupplung gelenkig miteinander verbundenen treibenden Wellenabschnitten, dadurch g e kennzeichnet, daß ein verzahnter Wellenstummel (9) der Universalkupplung die beiden Treibwellenabschnitte (6,7) miteinander verbindet und der Wellenstummel (9) drehbar und axial verschiebbar in einer Lagerbuchse (14) aufgenommen ist, die ihrerseits fest in dem ersten ringförmigen Lagerteil (12) eingesetzt ist und eine Umfangsausnehmung (16) aufweist, welche die Innenfläche der Buchse mit dem etwa radial verlaufenden Schmiermittelkanal (26) in dem ersten ringförmigen Lagerteil verbindet.

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8. Stützlageranordnung nach Anspruch 7, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Wellenstummel (9) der Universalkupplung eine innenverzahnte Hohlwelle ist.

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