DE102020202220A1 - Verbindungselement und Verfahren zum Herstellen eines Rings für ein solches Verbindungselement - Google Patents

Verbindungselement und Verfahren zum Herstellen eines Rings für ein solches Verbindungselement Download PDF

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Jean-Baptiste Coudert
Alexandre Mondelin
Arnaud Turmeau
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement (1; 20), das einen ersten Ring (3; 22) und einen zweiten Ring (2; 21) aufweist, wobei die zwei Ringe relativ zueinander um eine Mittelachse (X1; X20) rotieren, wobei der erste Ring (3; 22) einen Kontaktabschnitt (3-1; 22-1) mit einer Kontaktfläche (9; 28), die mit dem zweiten Ring (2; 21) für die relative Rotation zusammenwirkt, und einen Befestigungsabschnitt (3-2; 32) aufweist, der dazu beabsichtigt ist, starr an einem Träger gesichert zu werden. Der Kontaktabschnitt (3-1; 22-1) ist aus einem ersten Material hergestellt und der Befestigungsabschnitt (3-2; 32) ist aus einem zweiten Material hergestellt, das verschieden von dem ersten Material ist, wobei das erste Material eine Härte hat, die streng größer ist als die des zweiten Materials und das zweite Material eine strukturelle Ermüdungsstärke hat, die streng größer ist als die des ersten Materials.

Description

  • Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung mit einem Ring, der aus mehreren Materialien hergestellt ist, wie beispielsweise eine Lageranordnung mit einem Käfigläufer, beispielsweise für eine Verwendung in Gasturbinen, oder eine gelenkige Verbindung, wie beispielsweise ein Kugelgelenk. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen eines solchen aus mehreren Materialien hergestellten Rings.
  • Stand der Technik
  • In der Luftfahrtindustrie ist es bekannt, eine gelenkige Verbindung in der Form eines metallischen Kugelgelenks zu verwenden, um zwei Elemente, wie beispielsweise ein Verbindungsstab und ein Bauteil, relativ zueinander translatorisch festzulegen, während eine relative Rotationsbewegung dieser Elemente ermöglicht wird.
  • Ein solches Kugellager umfasst üblicherweise einen Innenring und einen Außenring, die beide aus Metall hergestellt sind. Eine Innenfläche des Innenrings ist dazu ausgebildet, an einer Welle befestigt zu werden, während die Außenfläche im Wesentlichen kugelförmig ist und dazu ausgebildet ist, mit einer entsprechenden Innenfläche des Außenrings zusammenzuwirken. Der Innenring und der Außenring haben folglich drei gemeinsame Rotationsfreiheitsgrade, während sie translatorisch zueinander feststehend sind.
  • Der Außenring kann einen Befestigungsflansch haben, der sich radial nach außen erstreckt, wobei der Flansch dazu beabsichtigt ist, starr an einem feststehenden Träger, beispielsweise mittels Durchgangsschrauben, gesichert zu werden. Ein solcher Außenring ist als ein einzelnes Stück hergestellt. Jedoch sind die Eigenschaften und die Leistungsfähigkeiten, die von einem Außenring verlangt werden, zweifältig: für die Innenfläche aufgrund des Lagerkontakts in relativer Kontaktbewegung mit dem Innenring eine hohe Härte und eine hohe Ermüdungsstärke, und gleichzeitig für Lasten an dem Befestigungsflansch einen Flexibilitätsgrad und eine hohe Widerstandsfähigkeit.
  • Einem ähnlichen Problem begegnet man beispielsweise bei Lageranordnungen mit einem Käfigläufer für die Verwendung in Gasturbinen.
  • Eine solche Lageranordnung umfasst einen Innenring mit einer Innenlaufbahn, einen Außenring mit einer Außenlaufbahn und mehrere Wälzkörper, die zwischen der Innen- und Außenlaufbahn aufgenommen sind. Der Außenring hat ebenfalls einen Käfigläufer, der sich von dem Außenring axial erstreckt, wobei der Außenring und der Käfigläufer einstückig hergestellt sind. Der Käfigläufer hat einen Rand zum Befestigen eines feststehenden Trägers, beispielsweise mittels Durchgangsschrauben. Der Käfigläufer umfasst ferner einen axialen Zwischenabschnitt mit mehreren Fenstern, die umfänglich verteilt sind, um dem Käfig einen Flexibilitätsgrad zu geben, um verschiedenen Schwingungsarten der Anordnung zu widerstehen. Es ist auch bekannt, einen Schmiermittelfilm zwischen dem Außenring und der Fläche des feststehenden Trägers vorzusehen, wobei der Film in einer abgedichteten Kammer zwischen zwei Dichtungen aufgenommen ist, um die Schwingungen zu filtern.
  • Gegenwärtig wird ein Kompromiss dadurch erreicht, dass Metalle verwendet werden, die Eigenschaften haben, die mit Bezug auf die technischen und strukturellen Anforderungen von solchen Ringen für Verbindungsanordnungen zufriedenstellend sind. Beispielsweise können diese Ringe aus M50NiL hergestellt sein, wobei die Laufbahnen ebenfalls gehärtet sind.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die voranstehenden Nachteile zu beheben.
  • Insbesondere zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, ein Verbindungselement mit einem Ring bereitzustellen, der eine Laufbahn mit verbesserten spezifischen Eigenschaften hat, der ebenfalls einen Befestigungsabschnitt mit verbesserten spezifischen Eigenschaften hat, ohne Kompromisse auf beiden Seiten einzugehen, wobei das Verbindungselement günstiger ist, einfach herzustellen ist, und weniger wiegt.
  • Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement, das einen ersten Ring und einen zweiten Ring aufweist, wobei die zwei Ringe relativ zueinander um eine Mittelachse rotieren. Der erste Ring umfasst einen Kontaktabschnitt mit einer Kontaktfläche, die mit dem zweiten Ring für eine relative Rotation zusammenwirkt, und einen Befestigungsabschnitt, der dazu beabsichtigt ist, starr an einem Träger gesichert zu werden.
  • Gemäß der Erfindung ist der Kontaktabschnitt aus einem ersten Material hergestellt, und der Befestigungsabschnitt ist aus einem zweiten Material hergestellt, das verschieden von dem ersten Material ist. Das erste Material hat eine Härte, die streng größer ist als die des zweiten Materials. Das zweite Material hat eine strukturelle Ermüdungsstärke, die streng größer ist als die des ersten Materials.
  • Gemäß weiterer vorteilhafter, aber nicht zwingender Merkmale der Erfindung, ist ein solches Verbindungselement eine gelenkige Verbindung, und kann ebenfalls die folgenden Merkmale, allein oder in jeder technisch möglichen Kombination umfassen:
    • - Die Kontaktfläche des Kontaktabschnitts des ersten Rings ist ein direkter Gleitkontakt gegen eine Kontaktfläche des zweiten Rings.
    • - Die Kontaktflächen sind kugelförmig.
    • - Das Verbindungselement ist ein Kugelgelenk.
    • - Das erste Material ist eines aus der folgenden Liste: Bronze, Stahl, Kobaltlegierung, Titanlegierung, Nickellegierung.
    • - Das zweite Material ist eines aus der folgenden Liste: Titanlegierung, Aluminiumlegierung, Nickellegierung.
    • - Der Befestigungsabschnitt des ersten Rings besteht aus einem ringförmigen Flansch.
    • - Der Flansch erstreckt sich radial.
    • - Der Befestigungsabschnitt des ersten Rings umfasst mehrere Durchgangsöffnungen, wobei jede dazu beabsichtigt ist, eine Befestigungsschraube aufzunehmen, um starr an einem Träger gesichert zu werden.
  • Gemäß weiterer vorteilhafter, aber nicht zwingender Merkmale der Erfindung, ist ein solches Verbindungselement ein Lager mit Wälzkörpern, und kann ebenfalls die folgenden Merkmale, allein oder in jeder technisch möglichen Kombination, umfassen:
    • - Zumindest eine Reihe von Wälzkörpern wird zwischen der Kontaktfläche des Kontaktabschnitts des ersten Rings und einer Kontaktfläche des zweiten Rings eingesetzt.
    • - Das erste Material ist eines aus der folgenden Liste: 100C6, Schnellarbeitsstahl M50, ASP 2060 oder M62.
    • - Das zweite Material ist eines aus der folgenden Liste: kohlenstoffarmer Stahl, Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, Titanlegierung, Aluminiumlegierung, M50NiL, 32CVD13, INCONEL718.
    • - Der erste Ring ist ein Außenring, und der zweite Ring ist ein Innenring.
    • - Der Befestigungsabschnitt des ersten Rings ist ein Käfigläufer.
    • - Der Käfigläufer umfasst einen Befestigungsrand und einen Abschnitt mit mehreren Fenstern, die umfänglich verteilt sind.
    • - Der Rand erstreckt sich radial.
    • - Der Abschnitt mit mehreren Fenstern, die umfänglich verteilt sind, erstreckt sich im Wesentlichen axial.
    • - Der Befestigungsabschnitt des ersten Rings umfasst mehrere Durchgangsöffnungen, wobei jede dazu beabsichtigt ist, eine Befestigungsschraube aufzunehmen, um starr an einem Träger gesichert zu werden.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines ersten Rings für ein Verbindungselement gemäß einem der voranstehenden Ausführungsformen. Das Herstellungsverfahren umfasst die folgenden Schritte:
    1. (a) Der Kontaktabschnitt wird aus einem Stab oder durch additives Herstellen aus einem ersten Material maschinell hergestellt, und hat eine Kontaktfläche.
    2. (b) Der Kontaktabschnitt wird an einem feststehenden Träger in einer solchen Weise montiert, dass ein Teil seiner Außenfläche frei ist.
    3. (c) Das zweite Material wird in Pulverform gelagert, wobei der Befestigungsabschnitt an dem freien Teil des Kontaktabschnitts unter Verwendung des Pulvers hergestellt wird.
    4. (d) Die Abmessungen des Befestigungsabschnitts werden durch maschinelle Bearbeitung ab geschlossen.
  • Gemäß weiterer vorteilhafter, aber nicht zwingender Merkmale der Erfindung, wird Schritt (c) eines solchen Verfahrens durch 3D-Drucken ausgeführt.
  • Gemäß dieser besonderen Ausführungsform des Verfahrens wird der Kontaktabschnitt im Schritt (b) in einem feststehenden Träger in einer solchen Weise befestigt, dass nur die Fläche, an der der Befestigungsabschnitt hergestellt werden wird, fluchtend mit einer Montagefläche des Trägers ist. Dazu kann der Kontaktabschnitt an einer Ausnehmung des Trägers aufgenommen sein. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der Außenflächenteil geschliffen werden, um absolut fluchtend mit der Montagefläche des Trägers zu sein.
  • So zusammengebaut, werden der Kontaktabschnitt und der Träger in einen 3D-Drucker eingepasst. In Schritt (c) des Verfahrens werden aufeinanderfolgende Schichten des zweiten Materials auf der freien Fläche des Kontaktabschnitts abgelagert, bis der Befestigungsabschnitt gebildet ist.
  • Gemäß weiterer vorteilhafter, aber nicht zwingender Merkmale der Erfindung, wird eine Gussform mit der Form des Befestigungsabschnitts an dem Kontaktabschnitt in einer solchen Weise befestigt, dass nur die Fläche, an der der Befestigungsabschnitt gebildet werden wird, in der Gussform frei ist.
  • In Schritt (c) des Verfahrens wird der Befestigungsabschnitt durch Einspritzen des Pulvers unter Vakuum in die Gussform gebildet, die geschlossen ist. Die Form, die dadurch erhalten wird, wird durch heißes, isostatisches Pressen (HIP) verfestigt.
  • Alternativ kann das Pulver des zweiten Materials durch Elektronenstrahlschmelzen, selektives Laserschmelzen oder durch direkte Metallablagerung verschmolzen werden.
  • Gemäß anderer Ausführungsformen kann das Verfahren zum Herstellen des Rings ebenfalls einen Schritt des Ablagerns einer Oberflächenbeschichtung umfassen.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung wird nach Lesen der folgenden Beschreibung klarer werden, die rein als nicht beschränkendes Beispiel gegeben wird.
  • Die Beschreibung bezieht sich auf die angefügten Figuren, in denen:
    • 1 eine schematische Ansicht im Querschnitt eines Kugelgelenks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist, das an einer Welle montiert ist; und
    • 2 eine schematische Ansicht im Teilquerschnitt eines Lagerelements mit einem Käfigläufer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • 1 zeigt ein Kugelgelenk-Verbindungselement, das im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist, mit einer Mittelachse X1.
  • Das Kugelgelenk 1 umfasst einen Innenring 2 und einen Außenring 3.
  • Der Innenring 2 umfasst eine im Wesentlichen zylindrische Innenfläche 4, die dazu beabsichtigt ist, gegen den äußeren Umfang einer entsprechenden zylindrischen Welle 5 positioniert zu werden. Der Innenring 2 umfasst ferner eine Außenfläche 6 mit einem Kugelprofil, wie zum Beispiel Kugelabschnitte. Die Innenfläche 4 und die Außenfläche 6 des Innenrings 2 sind miteinander durch Seitenwände 7 verbunden. Gemäß einer nicht gezeigten Ausführungsform kann der Innenring 2 auch eine zylindrische Hülse haben, die zwischen seine Innenfläche 4 und dem äußeren Umfang der Welle 5 eingesetzt ist. Diese Hülse kann beispielsweise aus Bronze hergestellt sein.
  • Der Innenring 2 ist aus einer Titanlegierung, beispielsweise TA6V gebildet. Alternativ ist dieser Ring aus einer Nickellegierung oder aus Stahl gebildet.
  • Der Außenring 3 umfasst eine im Wesentlichen zylindrische Außenfläche 8. Der Außenring 3 umfasst ferner eine Innenfläche 9, die kugelförmig ist, wie beispielsweise Kugelabschnitte, die denen der Außenfläche 6 des Innenrings 2 entsprechen. Der Innenring 2 und der Außenring 3 haben daher aufeinander bezogen drei Rotationsfreiheitsgrade. Die Innenfläche 9 ist mit der Außenfläche 8 durch Seitenwände 10 verbunden. Die Seitenwände 7 des Innenrings 2 kragen in der axialen Richtung auf beiden Seiten der Seitenwände 10 des Außenrings 3 in der Position der 1 aus, in der die zylindrische Fläche 4 koaxial mit der Welle 5 ist.
  • Der Außenring 3 umfasst fernen einen ringförmigen Flansch 11, der von der Außenfläche 8 auskragt und sich in einer radialen Richtung weg von der Mittelachse X1 erstreckt. Der ringförmige Flansch 11 hat zumindest eine Durchgangsöffnung 12, die vorgesehen ist, um eine Befestigungsschraube zum starren Sichern des Außenrings 3 an einem Träger aufzunehmen.
  • Gemäß der Erfindung ist der Außenring 3 aus zwei unterschiedlichen Materialien hergestellt. Der Außenring 3 umfasst einen Kontaktabschnitt 3-1, der dazu ausgebildet ist, gegen den Innenring 2 in Gleitkontakt zu kommen, und der aus einem ersten Material hergestellt ist. Der Außenring 3 umfasst ferner einen Befestigungsabschnitt 3-2, der aus einem zweiten Material hergestellt ist, das verschieden von dem ersten Material ist.
  • Der Kontaktabschnitt 3-1 umfasst die Außenfläche 8 und die Innenfläche 9 und die Seitenwände 10. Der Kontaktabschnitt 3-1 ist aus einem Material hergestellt, das eine Härte hat, die streng größer als die des zweiten Materials ist. Folglich ist der Kontaktabschnitt 3-1 aus einem spezifischen Material zum Erfüllen der Funktion des Schwenkens durch direktes Gleiten gegen den Innenring 2 hergestellt. Das erste Material ist eines aus der folgenden Liste: Bronze, Stahl, Kobaltlegierung.
  • Der Befestigungsabschnitt 3-2 ist aus dem Flansch 11 gebildet und ist aus einem Material hergestellt, das eine Elastizität hat, die streng größer als die des ersten Materials ist. Daher ist der Befestigungsabschnitt 3-2 aus einem spezifischen Material zum Widerstehen von Lasten und Schwingungen hergestellt. Das zweite Material ist eines aus der folgenden Liste: Titan, Titanlegierung, Aluminiumlegierung, Nickellegierung.
  • Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist der, dass das Material, das für den Befestigungsabschnitt 3-2 verwendet wird, günstiger ist als das, das für den Kontaktabschnitt 3-1 oder in der Tat für einen Außenring verwendet wird, der aus einem einzelnen Stück gefertigt wird und aus einem Material hergestellt ist, das einen Kompromiss mit Bezug auf die Anforderungen darstellt. Das Material, das für den Befestigungsabschnitt 3-2 verwendet wird, ist auch leichter als das, das für den Kontaktabschnitt 3-1 oder in der Tat für einen Außenring verwendet wird, der als ein einzelnes Stück gefertigt wird und aus einem Material hergestellt ist, das einen Kompromiss mit Bezug auf die Anforderungen darstellt.
  • Dies ergibt ein Kugelgelenkring, der jede der zwei Funktionen, Schwenken und Befestigen, optimal bei geringeren Kosten und geringerem Gewicht durchführen kann.
  • Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in 2 gezeigt, in der das Verbindungselement aus einem Lagerelement mit Wälzkörpern, das im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 20 versehen ist, mit einer Mittelachse X20 besteht.
  • Das Lager 20 umfasst einen Innenring 21, einen Außenring 22 und mehrere Wälzkörper 23.
  • Der Innenring 21 hat eine im Wesentlichen zylindrische Innenfläche 24, eine zylindrische Außenfläche 25, die eine Innenlaufbahn für die Wälzkörper 23 bildet, und Seitenwände 26, die die Innenfläche 24 und die Außenfläche 25 verbinden.
  • Der Innenring 21 ist aus Stahl, beispielsweise M50, hergestellt.
  • Der Außenring 22 hat eine im Wesentlichen zylindrische Außenfläche 27, eine zylindrische Innenfläche 28, die eine Außenlaufbahn für die Wälzkörper 23 bildet, und Seitenwände 29, die die Außenfläche 27 und die Innenfläche 28 verbinden.
  • Vorteilhafterweise umfasst die Außenfläche 27 zwei umfängliche Nuten 30, 31, die jeweils eine O-Ring-Dichtung (nicht gezeigt) aufnehmen können, wobei ein Fluidfilm axial zwischen den zwei Dichtungen vorgesehen ist, die in den Nuten 30, 31 aufgenommen sind, wobei der Film radial zwischen der Außenfläche 27 und einer Fläche eines feststehenden Trägers (nicht gezeigt) eingeschlossen ist, um ein Mittel zum Dämpfen von Schwingungen zu bilden.
  • Die Wälzkörper 23 sind zwischen der Innenlaufbahn 25 und der Außenlaufbahn 28 aufgenommen. In dem Beispiel, das in 2 gezeigt ist, sind die Wälzkörper 23 zylindrische Rollen mit einer Achse, die parallel zu der Mittelachse X1 ist. Alternativ können die Wälzkörper eine andere Form, beispielsweise Kugeln oder konische Rollen, haben.
  • Gemäß der Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, hat der Außenring 22 auch einen Käfigläufer 32, der sich axial von einer Seitenwand 29 des Außenrings 22 erstreckt.
  • Der Käfigläufer 32 hat einen Befestigungsrand 33, der sich im Wesentlichen radial erstreckt und dazu beabsichtigt ist, starr an einem feststehenden Träger (nicht gezeigt), beispielsweise mittels Gewindeschrauben, die durch die Durchgangsöffnungen 34 hindurchgehen und in entsprechenden Gewindelöchern des Trägers aufgenommen werden, gesichert zu werden. Der Käfigläufer 32 umfasst ferner einen Zwischenabschnitt 35, der im Wesentlichen mit mehreren Fenstern 36 axial ist, die umfänglich verteilt sind, um dem Käfig 32 einen Flexibilitätsgrad zu geben, um verschiedene Schwingungsarten der Anordnung standhalten zu können. Gemäß der Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, umfasst der Zwischenabschnitt 35 zwei axiale Abschnitte 35-1, 35-2, die jeweils Fenster 36 haben, wobei der axiale Abschnitt 35-2 einen Durchmesser hat, der größer als der Durchmesser des axialen Abschnitts 35-1 ist. Die zwei axialen Abschnitte 35-1, 35-2 sind durch einen gebogenen Abschnitt 35-3 verbunden. Der Befestigungsrand 33 erstreckt sich radial von einem freien Ende des axialen Abschnitts 35-2 mit dem größeren Durchmesser.
  • Gemäß der Erfindung ist der Außenring 22 aus zwei unterschiedlichen Materialien hergestellt. Der Außenring 22 umfasst einen Kontaktabschnitt 22-1, der dazu ausgebildet ist, in Lagerkontakt gegen die Wälzkörper 23 zu kommen, und aus einem ersten Material hergestellt ist. Der Außenring 22 umfasst ferner den Käfigläufer 32, der aus einem zweiten Material hergestellt ist, das verschieden von dem ersten Material ist.
  • Der Kontaktabschnitt 22-1 umfasst die Außenfläche 27 und die Innenfläche 28 und die Seitenwände 29. Der Kontaktabschnitt 22-1 ist aus einem Material hergestellt, das eine Härte hat, die streng größer ist als die des zweiten Materials. Daher ist der Kontaktabschnitt 22-1 aus einem spezifischen Material zum Erfüllen der Funktion des direkten Lagerträgers für die Wälzkörper 23 hergestellt. Das erste Material ist ein Stahl aus der folgenden Liste: 100C6, ASP 2060, M50, M62.
  • Der Käfigläufer 32 ist aus einem Material hergestellt, das eine Elastizität hat, die streng größer ist als die des ersten Materials. Folglich ist der Käfigläufer 32 aus einem spezifischen Material zum Widerstehen von Lasten und Schwingungen hergestellt. Das zweite Material ist eines aus der folgenden Liste: kohlenstoffarmer Stahl, Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, Titanlegierung, Aluminiumlegierung, M50NiL, 32CVD13, INCONEL718.
  • Die Ringe 3 und 22 der zwei Ausführungsformen, die in 1 gezeigt sind, sind beide aus zwei verschiedenen Materialien hergestellt. Gemäß der Erfindung werden die Ringe 3 und 22 durch ein Verfahren hergestellt, das die folgenden Schritte aufweist.
  • Der Kontaktabschnitt 3-1, 22-1 wird maschinell aus einem Stab des ersten Materials bearbeitet und hat eine Kontaktfläche 9 bzw. 28. Die endgültigen Abmessungen und Form des Kontaktabschnitts 3-1, 22-1 können beginnend von diesem Schritt hergestellt werden.
  • Als nächstes wird der Kontaktabschnitt 3-1, 22-1, der folglich erhalten wird, in einem feststehenden Träger, in einer solchen Weise montiert, dass ein Teil seiner Außenfläche frei ist. Dieser Außenflächenteil entspricht der Fläche, an der der Befestigungsabschnitt gebildet und in den nachfolgenden Schritten befestigt werden wird. Folglich wird die Außenfläche der Seitenwand 10 des Kontaktabschnitts 3-1 freigelassen, und die Außenfläche der Seitenwand 29 des Kontaktabschnitts 22-1 wird freigelassen. Gemäß einer besonderen Ausführungsform dieses Verfahrens wird der Kontaktabschnitt in einem feststehenden Träger in einer solchen Weise montiert, dass nur die Fläche der Seitenwand 10, 29 fluchtend mit einer Montagefläche des Trägers ist. Dazu kann der Kontaktabschnitt 3-1, 22-1 in einer Ausnehmung des Trägers aufgenommen werden. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der Außenflächenteil 10, 29 geschliffen werden, um genau fluchtend mit der Montagefläche des Trägers zu sein.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform des Verfahrens werden der Kontaktabschnitt 3-1, 22-1 und der Träger in einen 3D-Drucker eingesetzt. Das zweite Material ist in Pulverform gelagert und die Form des Befestigungsabschnitts 3-2, 32 wird auf den Kontaktabschnitt 3-1 bzw. 22-1 gedruckt. Insbesondere werden aufeinanderfolgende Schichten des zweiten Materials an der freien Fläche der Seitenwand 10, 29 des Kontaktabschnitts 3-1, 22-1 abgelagert, bis der Befestigungsabschnitt 3-2, 22 gebildet ist.
  • Gemäß einer zweiten Ausführungsform wird eine Gussform, die die Form des Befestigungsabschnitts hat, an dem Kontaktabschnitt 3-1, 22 in einer solchen Weise montiert, dass nur die Fläche der Seitenwand 10, 29, an der der Befestigungsabschnitt gebildet werden wird, in der Gussform frei ist.
  • Der Befestigungsabschnitt 3-2, 32 wird durch Einspritzen von Pulver unter Vakuum in die Gussform gebildet, die geschlossen ist. Die Form, die dadurch erhalten wird, wird durch heißes isostatisches Pressen (HIP) verfestigt.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Pulver des zweiten Materials durch Elektronenstrahlschmelzen, selektives Laserschmelzen oder durch direkte Metallablagerung verschmolzen werden.
  • Schließlich werden die Abmessungen des Befestigungsabschnitts 3-2, 22 durch eine maschinelle Bearbeitung fertiggestellt. Das Verfahren zum Herstellen des Rings 3, 22 kann ebenfalls einen Schritt des Ablagerns einer Oberflächenbeschichtung, insbesondere auf den Laufbahnen 9, 28, umfassen.
  • Ferner können die technischen Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen, insgesamt oder nur einige, kombiniert werden. Folglich kann das Kugelgelenk hinsichtlich der Kosten, der Leistungsfähigkeit und der Benutzerfreundlichkeit angepasst werden.
  • Die vorliegende Erfindung wurde für einen gelenkigen Teil in der Form eines Kugelgelenks und für ein Lagerelement als Beispiele von Ausführungsformen beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann für jegliche Art von Verbindungselementen verwendet werden.

Claims (12)

  1. Verbindungselement (1; 20), das einen ersten Ring (3; 22) und einen zweiten Ring (2; 21) aufweist, wobei die zwei Ringe relativ zueinander um eine Mittelachse (X1; X20) rotieren, wobei der erste Ring (3; 22) einen Kontaktabschnitt (3-1; 22-1) mit einer Kontaktfläche (9; 28), die mit dem zweiten Ring (2; 21) für die relative Rotation zusammenwirkt, und einen Befestigungsabschnitt (3-2; 32) aufweist, der dazu beabsichtigt ist, starr an einem Träger gesichert zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktabschnitt (3-1; 22-1) aus einem ersten Material hergestellt ist und der Befestigungsabschnitt (3-2; 32) aus einem zweiten Material hergestellt ist, das verschieden von dem ersten Material ist, wobei das erste Material eine Härte hat, die streng größer ist als die des zweiten Materials und das zweite Material eine strukturelle Ermüdungsstärke hat, die streng größer ist als die des ersten Materials.
  2. Verbindungselement gemäß Anspruch 1, wobei das Verbindungselement aus einer gelenkigen Verbindung (1) besteht, in der die Kontaktfläche (9) des Kontaktabschnitts (3-1) des ersten Rings (3) in direktem Gleitkontakt gegen eine Kontaktfläche (6) des zweiten Rings (2) ist.
  3. Verbindungselement gemäß Anspruch 2, bei dem das erste Material eines aus der folgenden Liste ist: Bronze, Stahl, Kobaltlegierung, Titanlegierung, Nickellegierung.
  4. Verbindungselement gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem das zweite Material eines aus der folgenden Liste ist: Titanlegierung, Aluminiumlegierung, Nickellegierung.
  5. Verbindungselement gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem der Befestigungsabschnitt (3-2) des ersten Rings (3) aus einem ringförmigen Flansch (11) gefertigt ist, der sich radial erstreckt.
  6. Verbindungselement gemäß Anspruch 1, wobei das Verbindungselement aus einem Lager (20) mit Wälzkörpern (23) besteht, in dem zumindest eine Reihe von Wälzkörpern (23) zwischen der Kontaktfläche (28) des Kontaktabschnitts (22-1) des ersten Rings (22) und einer Kontaktfläche (25) des zweiten Rings (21) eingesetzt ist.
  7. Verbindungselement gemäß Anspruch 6, bei dem das erste Material eines aus der folgenden Liste ist: 100C6, Schnellarbeitsstahl M50, ASP 2060 oder M62.
  8. Verbindungselement gemäß Anspruch 6 oder 7, bei dem das zweite Material eines aus der folgenden Liste ist: kohlenstoffarmer Stahl, Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, Titanlegierung, Aluminiumlegierung, M50NiL, 32CVD13, INCONEL718.
  9. Verbindungselement, bei dem der Befestigungsabschnitt des ersten Rings (22) ein Käfigläufer (32) ist, der einen radialen Befestigungsrand (33) und einen im Wesentlichen axialen Abschnitt (35), mit mehreren Fenstern (36), die umfänglich verteilt sind aufweist.
  10. Verfahren zum Herstellen eines ersten Rings (3; 22) eines Verbindungselements (1; 20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, und das die folgenden Schritte aufweist: (a) der Kontaktabschnitt (3-1; 22-1) wird aus einem Stab oder durch additive Herstellung aus dem ersten Material hergestellt und hat eine Kontaktfläche (9; 28); (b) der Kontaktabschnitt (3-1; 22-1) wird in einem feststehenden Träger, in einer solchen Weise befestigt, dass ein Teil (10; 29) seiner Außenfläche frei ist; (c) das zweite Material ist in Pulverform gelagert, wobei der Befestigungsabschnitt (3-2; 32) an dem freien Teil (10; 29) des Kontaktabschnitts (3-1; 22-1) mit dem Pulver hergestellt wird; und (d) die Abmessungen des Befestigungsabschnitts (3-2; 32) werden durch eine maschinelle Bearbeitung fertiggestellt.
  11. Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 10, in dem der Schritt (c) eines solchen Verfahrens durch 3D-Drucken durchgeführt wird.
  12. Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 10, bei dem eine Gussform, die die Form des Befestigungsabschnitts (3-2; 32) hat, an dem Kontaktabschnitt (3-1; 22-1) in einer solchen Weise montiert wird, dass nur die Fläche (10; 29), an der der Befestigungsabschnitt (3-2; 32) gebildet werden wird, in der Gussform frei ist, wobei der Befestigungsabschnitt (3-2; 32) in dem Schritt (c) durch Einspritzen des Pulvers unter Vakuum in die Guss gebildet wird, die geschlossen ist, wobei die Form, die dadurch erhalten wird, durch heißes isostatisches Pressen (HIP) verfestigt wird.
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