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Patent Searching and Data


Title:
BALL JOINT BEARING, ESPECIALLY FOR MUTUALLY CENTERING TWO SHAFT ENDS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/042991
Kind Code:
A1
Abstract:
Two shaft ends (10, 20) that are interlinked so as to transmit torques and so as to be axially displaced, twisted and bent relative each other to a limited degree can be mutually centered by means of a ball joint bearing (40). Said bearing (40) is composed of a bearing outer ring (50) having an outer surface (54) for its installation in a bearing housing (42) and a spherical inner surface (56), and a bearing inner ring (60) having a spherical outer surface (66) with which it rests on the inner surface (56) of the bearing outer ring (50), and a central seat (65) for receiving a structural component (36). The bearing inner ring (60), in an initial position of the bearing (40), is disposed coaxially relative to the bearing outer ring (50). There is an additional connection between the two bearing rings (50, 60) which maintains the coaxial arrangement of the bearing inner ring (60) with the bearing outer ring (50) for a post-treatment of the center guide (64) and/or for a first-time installation of the bearing (40). This additional connection is configured in such a way that it is destroyed once the bearing rings (50, 60) are deflected relative each other under working conditions.

Inventors:
Rothe, Joachim (Am Burgfried 80, Mühldorf, 84453, DE)
Application Number:
PCT/EP2004/011563
Publication Date:
May 12, 2005
Filing Date:
October 14, 2004
Export Citation:
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Assignee:
SGF SÜDDEUTSCHE GELENKSCHEIBENFABRIK GMBH & CO. KG (Graslitzer Strasse 14, Waldkraiburg, 84478, DE)
Rothe, Joachim (Am Burgfried 80, Mühldorf, 84453, DE)
International Classes:
F16C23/04; F16C33/20; F16C41/04; (IPC1-7): F16C23/04; F16C33/20; F16C41/04
Foreign References:
US3094376A
US2954992A
US4118952A
US3591669A
GB1120686A
US3482465A
Attorney, Agent or Firm:
Thum, Bernhard (Wuesthoff & Wuesthoff, Schweigerstrasse 2, München, 81541, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Kugelgelenkiges Lager (40), insbesondere zum gegenseitigen Zentrieren zwei er Wellenenden (10,20), die Drehmomente übertragend und gegeneinander be grenzt axial verschiebbar, verdrehbar und beugbar miteinander verbunden sind, mit einem Lageraußenring (50), der eine Außenfläche (54) für seinen Einbau in ein La gergehäuse (42) sowie eine sphärische Innenfläche (56) aufweist, und einem Lagerinnenring (60), der eine sphärische Außenfläche (66) aufweist, mit der er an der Innenfläche (56) des Lageraußenrings (50) anliegt, und eine zentrale Auf nahme (64) für ein zu lagerndes Bauteil (36) aufweist, wobei der Lagerinnenring (60) in einer Ausgangslage des Lagers (40) gleichachsig mit dem Lageraußenring (50) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Lagerringen (50,60) eine zusätzliche Verbindung besteht, die für eine Nachbearbeitung der zentralen Führung (64) und/oder für eine erstmalige Montage des Lagers (40) die mit dem Lageraußenring (50) gleichachsige Anordnung des Lagerinnenrings (60) aufrecht erhält, diese zusätzliche Verbindung jedoch so beschaffen ist, dass sie zerstört wird, wenn die Lagerringe (50,60) unter Betriebsbedingungen gegeneinander ausgelenkt wer den.
2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster (50) der beiden Lagerringe (50,60) mindestens eine Ankerstelle (58 ; 58') aufweist, die an dessen sphärische Fläche (56) angrenzt, und der zweite Lagerring (60) aus Kunststoff einstückig mit mindestens einem Anker (68 ; 68') an den ersten Lagerring (50) angespritzt ist, wobei Ankerstelle (58 ; 58') und Anker (68 ; 68') gemeinsam die Verbindung zwi schen den beiden Lagerringen (50,60) bilden, die bei deren erstmaliger gegenseiti ger Winkelauslenkung durch Ankerbruch zerstört wird.
3. Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Ankerstelle (58 ; 58') und Anker (68 ; 68') in einer Äquatorialebene (52 bzw. 62) des zugehörigen Lagerrings (50,60) angeordnet sind.
4. Lager nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Ankerstelle (58) eine Ringnut in die sphärische Fläche (56) eines der beiden Lagerringe (50) eingearbeitet ist und am anderen La gerring (60) eine komplementäre Ringrippe als Anker (68) ausgebildet ist.
5. Lager nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Ankerstelle (58) und Anker (68) einen Tförmigen Querschnitt haben.
6. Lager nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Ankerstellen (58') radiale Bohrungen, und als An ker (68') komplementäre radiale Zapfen vorgesehen sind.
7. Lager nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden Lagerringe (50,60) aus Metall be steht, und dass sämtliche Ankerstellen (58 ; 58') an diesem Lagerring ausgebildet sind.
8. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zerstörbare zusätzliche Verbindung stirnseitig an mindestens einer an die sphärische Innenbzw. Außenfläche (56,66) der beiden Lagerringe (50,60) angrenzenden Verbindungsstelle (72) ausgebildet ist.
9. Lager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lagerringe (50,60) an der Verbindungs stelle (72) miteinander verklebt, verschweißt oder verstemmt sind.
10. Lager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lagerringe (50,60), von denen mindestens einer aus Kunststoff gespritzt ist, durch eine beim Spritzen entstandene Haut mitein ander verbunden sind.
Description:
Kugelgelenkiges Lager, insbesondere zum gegenseitigen Zentrieren zweier Wellenenden Die Erfindung betrifft ein Lager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus DE 29 43 711 AI ist ein kugelgelenkiges Lager dieser Gattung bekannt, bei dem in eine im Wesentlichen zylindrische Bohrung eines Lagergehäuses ein Lageraußen- ring eingesetzt und gegen axiale Verschiebung dadurch gesichert ist, dass der Lager- außenring in der Nähe mindestens einer seiner beiden Stirnseiten ein radial nach außen vorspringendes Halteprofil aufweist, das in eine in die zylindrische Bohrung des Lagergehäuses eingearbeitete Ringnut eingerastet ist. Der Lagerinnenring kann sich gegenüber dem Lageraußenring wegen der aneinander liegenden komplementä- ren sphärischen Flächen dieser beiden Ringe nur dadurch bewegen, dass der Lagerinnenring um den gemeinsamen Mittelpunkt dieser Flächen kippt. Eine axiale Relatiwerschiebung ist hingegen zwischen dem Lagerinnenring und dem in ihm ge- lagerten Bauteil vorgesehen ; zu diesem Zweck ist die im Lagerinnenring ausgebildete Aufnahme eine zylindrische Bohrung, in der eine entsprechende zylindrische Außen- fläche des gelagerten Bauteils, einer Hohlwelle, geführt ist.

Ein ebenfalls kugelgelenkiges Lager ist aus DE 101 50 189 AI bekannt. Dort ist ein Lageraußenring, der eine sphärische Innenfläche aufweist und einen komplementär sphärischen Lagerinnenring umschließt, durch einen schwingungsdämpfenden Elastomerringkörper mit einem hülsenartigen Lagergehäuse verbunden. Der Lager- innenring hat wiederum eine zylindrische Bohrung als Aufnahme für ein zu lagerndes Bauteil, das beispielsweise Bestandteil eines in einem Fahrzeug zu befestigenden Schwingungsdämpfers sein kann.

Wie beispielsweise aus US 4 118 952 A bekannt, werden kugelgelenkige Lager der eingangs genannten Gattung auch zum gegenseitigen Zentrieren zweier Wellenen- den verwendet, die als Bestandteile eines Antriebsstrangs in einem Kraftfahrzeug Drehmomente übertragend und gegeneinander begrenzt axial verschiebbar, verdreh- bar und beugbar miteinander verbunden sind.

Bei den beschriebenen bekannten kugelgelenkigen Lagern sind die beiden Lagerringe von Anfang an mindestens in einem Maß gegeneinander winkelbeweglich, das durch vorgesehene Betriebsbedingungen des Lagers vorgegeben ist. Im Allgemeinen wird die Winkelbeweglichkeit der Lagerringe erst durch den Einbau des Lagers am vorge- sehenen Verwendungsort beschränkt. Die Erfindung beruht demgegenüber auf der Erkenntnis, dass bestimmte, vor Betriebsbeginn notwendige Handhabungen eines gattungsgemäßen Lagers durch die ursprüngliche Winkelbeweglichkeit der Lager- ringe in Bezug zueinander erschwert werden können. Eine solche Handhabung kann z. B. eine Messung oder Nachbearbeitung des Lagers sein oder ein Zusammenfügen des Lagers mit anderen Bauteilen vor deren endgültiger Montage sowie diese Monta- ge selbst. Jede solche Handhabung kann bei bekannten gattungsgemäßen Lagern dadurch verzögert werden, dass eine zufällige Schrägstellung des Lagerinnenrings in Bezug auf den Lageraußenring rückgängig gemacht werden muss, ehe die betreffen- de Handhabung ausgeführt werden kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein kugelgelenkiges Lager der genannten Gattung derart weiterzubilden, dass Handhabungen der im Vorstehenden beispielsweise beschriebenen Art erleichtert werden.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vor- teilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele mit weiteren Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beschrieben : Fig. 1 ist ein axialer Schnitt durch zwei Wellenenden im Antriebsstrang eines Kraft- fahrzeugs, die durch ein erfindungsgemäßes Lager miteinander gelenkig ver- bunden und in bezug zueinander zentriert sind ; Fig. 2 ist ein stark vergrößerter Ausschnitt aus Fig. 1 ; Fig. 3 ist ein weiter vergrößerter Ausschnitt im Bereich III der Fig. 2 ; Fig. 4 ist ein Einzelteil aus Fig. 2 ; Fig. 5 ist eine der Fig. 2 vergleichbare Darstellung einer abgewandelten Ausfüh- rungsform der Erfindung ; Fig. 6 ist ein vergrößerter Ausschnitt im Bereich VI der Fig. 5 ; Fig. 7 ist ein mit Fig. 3 und Fig. 6 vergleichbarer Ausschnitt einer weiteren Ausfüh- rungsform der Erfindung ; Fig. 8 ist ein vergrößerter Ausschnitt im Bereich VIII der Fig. 7.

In Fig. 1 ist ein erstes Wellenende 10 angedeutet, das zur Abtriebswelle eines Schaltgetriebes eines Kraftfahrzeugs gehört. Am ersten Wellenende 10 ist ein äuße- res Vielnutprofil 12 ausgebildet, das drehmomentübertragend mit einem komplemen- tären inneren Vielnutprofil an einem Flansch 14 verbunden ist. Der Flansch 14 hat drei in Winkelabständen von 120° radial wegragende Arme 16, ist in Richtung der Achse A des ersten Wellenendes 10 auf dieses aufgesteckt und mittels eines Schraubrings 18 festgehalten.

Dem ersten Wellenende 10 steht ein zweites Wellenende 20 gegenüber, dessen Ach- se A in der abgebildeten Ruhelage des Wellenstranges, zu dem die beiden Wellernen- den 10 und 20 gehören, mit der Achse A fluchtet. Am zweiten Wellenende 20 ist ein vom ersten Wellenende 10 abgewandter Befestigungskragen 22 ausgebildet, der dazu bestimmt ist, mit einem rohrförmigen Wellenabschnitt einer Kardanwelle zu- sammengesteckt und verschweißt zu werden. In entsprechender Weise wie das Wellenende 10 hat auch das Wellenende 20 einen Flansch 24 mit drei radial wegra- genden Armen 26, die gegeneinander um 120° versetzt und in montiertem Zustand in bezug auf die von Flansch 14 wegragenden Arme 16 auf Lücke angeordnet sind.

Dem ersten Wellenende 10 zugewandt ist am zweiten Wellenende 20 eine Zentrier- bohrung 28 ausgebildet.

Zwischen den von je drei Armen 16 bzw. 26 gebildeten Armsternen ist eine beuge- und drehelastische Gelenkscheibe 30 bekannter Bauart angeordnet, die an jedem der genannten Arme 16 und 26 mit je einer Schraube 32 und einer zugehörigen Mutter 34 befestigt ist. Die Gelenkscheibe 30 bildet eine Drehmomente übertragende Ver- bindung zwischen den beiden Wellenenden 10 und 20, ist jedoch nicht imstande, diese ausreichend genau in bezug zueinander zu zentrieren. Deshalb ist dem ersten Wellenende 10 ein zu lagerndes Bauteil 36 zugeordnet, das in allen hier beschriebe- nen Ausführungsbeispielen ein nur in Fig. 1 dargestellter, mit dem ersten Wellenende 10 einstückiger Zapfen mit einer äußeren Zylinderfläche 38 ist. Dieses Bauteil 36 ist im montierten Zustand gemäß Fig. 1 in einem dem zweiten Wellenende 20 zugeord- neten kugelgelenkigen Lager 40 derart gelagert, dass die beiden Wellenenden in be- zug zueinander begrenzt axial verschiebbar, um ihre Achse A bzw. A'begrenzt gegeneinander verdrehbar sowie um Achsen beugbar sind, die sich normal zu den Achsen A und A'erstrecken.

Das Lager 40 hat ein starres, rohrförmiges Lagergehäuse 42 aus Metall, das mit Preßsitz in die Zentrierbohrung 28 eingepreßt ist und eine Auskleidung 44 aus gum- mielastischem Material aufweist. In der Auskleidung 44 sind zwei Schultern 46 und 48 ausgebildet, zwischen denen ein Lageraußenring 50 festgehalten ist. Der Lager- außenring 50 ist in bezug auf eine zur Achse A'normale Äquatorialebene 52 symmet- risch und weist eine zylindrische Außenfläche 54 sowie eine konkave sphärische (kugelsegmentförmige) Innenfläche 56 auf. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 4 ist der Lageraußenring 50 aus Kunststoff mit guten Gleiteigenschaften gespritzt und mit mehreren an seine Innenfläche 56 angrenzenden, in Winkelabstän- den von z. B. 120° rings um die Achse A'gegeneinander versetzten Ankerstellen 58 von T-förmigem Querschnitt versehen. Im Lageraußenring 50 ist ein Lagerinnenring 60 gelagert, der in bezug auf eine zur Achse A normale Äquatorialebene 62 symmet- risch gestaltet und mit einer zentralen Aufnahme 64 in Form einer zylindrischen Boh- rung ausgestattet ist und eine konvexe sphärische (kugelsegmentförmige) Außenfläche 66 aufweist, die spielfrei an der Innenfläche 56 des Lageraußenrings 50 anliegt.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 4 ist der Lagerinnenring 60 nach einem bekannten Kunststoff-In-Kunststoff-Verfahren in den Lageraußenring 50 hineinge- spritzt und dabei mit T-oder pilzförmigen Ankern 68 versehen worden, die über sei- ne konvexe sphärische Außenfläche 66 hinaus ragen, in je einer der Ankerstellen 58 ausgeformt und darin festgehalten sind. Durch diese beim Spritzen des Lagerinnen- rings 60 entstandene Verbindung ist der Lagerinnenring 60 im unbenutzten Zustand des kugelgelenkigen Lagers 40 innerhalb des Lageraußenrings 50 mit diesem koaxial gehalten, wobei die Äquatorialebene 62 des Lagerinnenrings 60 mit der Äquatorial- ebene 52 des Lageraußenrings 50 übereinstimmt.

In dieser ursprünglichen Anordnung lässt sich die zentrale Aufnahme 64 des Lager- innenrings 60 mit der entsprechend dem Anwendungsfall wünschenswerten Genau- igkeit spanend bearbeiten, beispielsweise durch sogenanntes Ausspindeln mittels eines mit hoher Drehzahl umlaufenden Bohr-oder Drehwerkzeugs. Bei einer solchen spanenden Bearbeitung der beim Spritzen oder Druckgießen des Lagerinnenrings 60 mit einer Bearbeitungszugabe hergestellten Aufnahme 64 bleibt die starre Verbin- dung des Lagerinnenrings 60 mit dem Lageraußenring 50 über die an den Ankerstel- len 58 formschlüssig festgehaltenen Anker 68 noch erhalten, und es wird sicherge- stellt, dass beim Zusammenbau der in Fig. 1 abgebildeten Anordnung der Zapfen, der das zu lagernde Bauteil 36 bildet, ohne Schwierigkeiten durch eine am Lager 40 ausgebildete ringförmige Dichtlippe 70 hindurch in die zentrale Aufnahme 64 des Lagerinnenrings 60 eingeführt werden kann und dann spielfrei, jedoch axial ver- schiebbar, im Lager 40 gelagert ist.

Die Anker 68 sind jedoch so bemessen, dass sie in einem unmittelbar an die konvexe sphärische Außenfläche 66 des Lagerinnenrings 60 angrenzenden Bereich brechen, sobald nach der Montage der in Fig. 1 abgebildeten Anordnung die Achsen A und A' ihre miteinander fluchtende Lage verlassen, indem die Wellen, zu denen die Wellen- enden 10 und 20 gehören, eine Beugebewegung in bezug zueinander ausführen, wie dies bei einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs schon bei dessen endgültigem Einbau, spätestens aber bei Federungsbewegungen des Kraftfahrzeugs, regelmäßig der Fall ist. Die Querschnitte, in denen die Anker 68 vom Lagerinnenring 60 abbre- chen, sind so klein bemessen, dass die Bruchflächen im Verhältnis zu den miteinan- der zusammenwirkenden sphärischen Flächen 56 und 66 des Lageraußenrings 50 und des Lagerinnenrings 60 bedeutungslos sind.

Eine nicht dargestellte Variante der in Fig. 1 bis 4 abgebildeten Ausführungsform besteht darin, dass die Anker am Lageraußenring 50 ausgebildet sind und sich über dessen konkave sphärische Innenfläche 56 hinaus nach innen erstrecken, während die zugehörigen Ankerstellen am Lagerinnenring 60 als von dessen konvexer sphäri- scher Außenfläche 66 ausgehende Vertiefungen ausgebildet sind.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 und 6 unterscheidet sich von dem in Fig. 1 bis 4 dargestellten dadurch, dass der Lageraußenring 50 aus Metall besteht, beispiels- weise aus Stahl oder Sinterbronze, und dass er Ankerstellen 58'in Form radialer Durchgangsbohrungen aufweist, die sich nach außen hin trichterförmig erweitern.

Auch diese Ankerstellen 58'sind rings um die Achse A'in gleichen Winkelabständen von z. B. 120° gegeneinander versetzt angeordnet. Der Lagerinnenring 60 besteht weiterhin aus Kunststoff, und bei seiner Herstellung durch Spritzen oder Druckgießen hat der Lageraußenring 50 als Form gedient, so dass in dessen Ankerstellen 58'je ein komplementärer Anker 68'entstanden ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel besteht also zwischen den beiden Lagerringen 50 und 60 eine zusätzliche Verbin- dung, durch die sie in ihrer koaxialen Stellung gehalten sind, solange diese Verbin- dung nicht gelöst worden ist.

Fig. 6 macht besonders deutlich, dass die Anker 68 ihren geringsten Querschnitt in je einer die sphärische Außenfläche 66 des Lagerinnenrings 60 tangierenden Ebene haben. In dieser Ebene wird der Anker 68'brechen, wenn bei oder nach dem Einbau des kugelgelenkigen Lagers 40 die Achsen A und A'erstmals in bezug zueinander gebeugt werden. Die so entstehenden Bruchstellen sind wegen ihrer Lage und gerin- gen Ausdehnung völlig unschädlich.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 und 8 ist eine die sphärische Lagerung des Lagerinnenrings 60 im Lageraußenring 50 fixierende zusätzliche Verbindung zwischen diesen beiden Lagerringen im Gegensatz zu den vorangehenden Ausführungsbeispie- len nicht in der Äquatorialebene 52 bzw. 62 ausgebildet, sondern an einer Stirnflä- che, nämlich der in den Zeichnungen linken. Diese Verbindung besteht darin, dass die beiden Lagerringe 50 und 60 an mindestens einer Verbindungsstelle 72, die an die beiden sphärischen Flächen 56 und 66 angrenzt, miteinander verklebt, ver- schweißt oder verstemmt sind. Vorzugsweise sind drei um 120° gegeneinander ver- setzt rings um die gemeinsame Achse A, A'angeordnete Verbindungsstellen 72 vorgesehen. Für die Verbindungsstellen 72 ist zweckmäßigerweise eine vorgeformte gemeinsame Ringnut 74 vorgesehen.

Zum Herstellen dieser zusätzlichen Verbindung zwischen den beiden Lagerringen 50 und 60 kann ein Schweiß-oder Stemmwerkzeug verwendet werden, das beispiels- weise drei Stempel aufweist, von denen einer in Fig. 7 und 8 mit einem Pfeil 76 an- gedeutet ist. Ein solches Werkzeug und ein an der entgegengesetzten Stirnseite der Lagerringe 50,60 anzusetzender Gegenhalter mit entsprechenden Stempeln 78 kann dazu verwendet werden, die beiden Lagerringe 50,60 einzuspannen, wenn die zent- rale Aufnahme 64 ausgespindelt werden soll.