DE202004013251U1

DE202004013251U1 - Gelenklager

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Publication number: DE202004013251U1
Application number: DE202004013251U
Authority: DE
Original assignee: ASK KUGELLAGERFABRIK ARTUR SEY; ASK-KUGELLAGERFABRIK ARTUR SEYFERT GmbH
Current assignee: ASK KUGELLAGERFABRIK ARTUR SEY; ASK-KUGELLAGERFABRIK ARTUR SEYFERT GmbH
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2014-08-21

Abstract

Gelenklager mit einem, eine kugelförmige Oberfläche (2) (sphärisch gekrümmte Oberfläche) aufweisenden, Innenring (1) (Innenkörper) und einem diesen umringenden und in eine erste Hälfte (4.1) und eine zweite Hälfte (4.2) radial geteilten Außenring (4), dessen Innenfläche der Oberfläche (2) des Innenrings angepasst ist, so dass Innenring (1) und Außenring (4) zueinander schwenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hälfte (4.1) und die zweite Hälfte (4.2) des Außenrings (4) an ihren aufeinander zuweisenden Stirnseiten (6.1, 6.2) direkt oder indirekt stoffschlüssig verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gelenklager nach dem Oberbegriff des 1. Schutzanspruchs.
Ein Gelenklager weist einen Innenkörper mit einer kugelförmigen Oberfläche und einen Außenkörper mit einer Ausnehmung auf, wobei die Krümmung der Ausnehmung der kugelförmigen Oberfläche des Innenkörpers angepasst ist, so dass Innenkörper und Außenkörper zueinander schwenkbar sind. Üblicher Weise werden Gelenklager durch Umformen des Außenrings hergestellt. Wenn eine Gleitschicht erforderlich ist, wird diese meist vor dem Umformen an der Innenseite des Außenrings befestigt. Die Gleitschicht muss daher unformbar sein. Durch die hohen Drücke beim Umformen kann die Gleitschicht beschädigt werden und das Einstellen des Spiels ist nur sehr aufwändig möglich. Weiterhin erfolgt ein verfahrensbedingtes Rückfedern des Außenringes, wodurch die Lagerluft relativ ungenau einstellbar ist. Ein entscheidender Nachteil besteht darin, dass bestimmte Werkstoffe, die für hohe Belastungen besonders geeignet sind, nicht umformbar und die Gelenklager daher mit diesem Verfahren nicht herstellbar sind. Ein Gelenklager mit Gleitschicht zwischen der kugelförmigen Oberfläche des Innenkörpers und der Ausnehmung des Außenkörpers zeigt DE 42 22 803 C2 . In WO 89/02542 wird ein Gelenklager mit einem sphärischen Innenkörper und einem Außenkörper aus zwei ineinander gesteckten Blechtöpfen mit zylindrischer Wand beschrieben, wobei der Innenraum zwischen den Blechtöpfen und dem Innenkörper mit einer Kunststoff-Masse ausgefüllt ist. Die Verbindung der Blechtöpfe erfolgt durch Einpressen oder Verschweißen. Die Böden der Blechtöpfe weisen kreisförmige Öffnungen auf, durch deren Innenränder der Innenkörper zentriert wird. Nachteil dieser Lösung ist, dass die Innenränder der Öffnungen der Blechtöpfe genau dem Verlauf der sphärisch gekrümmten Oberfläche des Innenkörpers folgen müssen, was bei tiefgezogenen Teilen nur durch aufwändige Nacharbeit möglich ist. Das Ausfüllen des Innenraums zwischen den Blechtöpfen und dem Innenkörper mit der Kunststoff-Masse stellt einen zusätzlichen Aufwand dar. Beim Zusammenschweißen der dünnwandigen Blechtöpfe besteht die Gefahr, dass diese sich durch die Wärmeeinwirkung verziehen. Werden die Blechtöpfe ineinander gepresst, ist die axiale Haltekraft durch den Presssitz limitiert. Weiterhin bestehen auch hier die verfahrensmäßig gesetzten Grenzen darin, dass tiefgezogene Blechtöpfe nicht aus allen Materialien herstellbar sind.
Ein Gelenklager mit einem zweiteiligen Außenring, welcher durch ein ebenfalls zweiteiliges Gehäuse axial verschraubt wird, beschreibt JP 61084413 A . Für diese Ausführungsform benötigt man somit ein zusätzliches Gehäuse, was ein größeres Einbaumaß und ein höheres Gewicht zur Folge hat. Die axiale Haltekraft wird durch das Gewinde bestimmt, so dass es bei Setzerscheinungen des Gewindes zu unerwünschtem Spiel (Lagerluft) des Lagers kommen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gelenklager mit einem geteilten Außenring zu entwickeln, welches einen einfachen Aufbau aufweist und auch die Verwendung hochfester und ggf. nicht umformbarer Werkstoffe für den Außenring gestattet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des 1. Schutzanspruchs gelöst.
Das Gelenklager besteht aus einem, eine kugelförmige Oberfläche (sphärisch gekrümmte Oberfläche) aufweisenden, Innenring (Innenkörper) und einem diesen umringenden in eine erste Hälfte und eine zweite Hälfte radial geteilten Außenring, dessen Innenfläche der Oberfläche des Innenrings angepasst ist, so dass Innenring und Außenring zueinander schwenkbar sind. Erfindungsgemäß sind die erste Hälfte und die zweite Hälfte des Außenrings an ihren aufeinander zuweisenden Stirnseiten direkt oder indirekt stoffschlüssig verbunden.
Zwischen der ersten Hälfte und der zweiten Hälfte des Außenrings kann auch ein Zwischenring angeordnet sein, mit dem dann die aufeinander zuweisenden Stirnseiten stoffschlüssig verbunden sind. Der Innenring kann aus metallischem Werkstoff oder Keramik, die erste und die zweite Hälfte des Außenrings aus nicht oder schwer umformbaren Werkstoff, z.B. aus Keramik oder hochfestem Stahl oder Aluminium bestehen.
Weiterhin können die Stirnseiten der ersten Hälfte und/oder die Stirnseiten der zweiten Hälfte des Außenrings mit einer Metallbeschichtung versehen sein.
Wird ein Zwischenring verwendet, besteht dieser aus Metall oder Keramik und kann ebenfalls in Richtung zu den Stirnflächen mit einer Metallbeschichtung versehen sein. Die erste und die zweite Hälfte des Außenrings sind in Form von Halbschalen ausgebildet.
Zwischen dem Innenring und dem Außenring kann eine Gleitschicht angeordnet sein, die im Bereich der stoffschlüssigen Verbindung unterbrochen ist, um ggf. eine Zerstörung durch Wärmeeinwirkung beim Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung zu vermeiden.
Die erste Hälfte des Außenrings weist dann einen ersten Teil der Gleitschicht und der zweite Teil des Außenrings einen zweiten Teil der Gleitschicht auf.
Wird ein Zwischenring verwendet, kann an diesem ein dritter Teil der Gleitschicht angeordnet sein.
Die Gleitschicht kann als Kunststoffschicht, Keramikschicht, Metallschicht, Folie oder Dünnschicht ausgebildet werden und auch mehrlagig aufgebaut sein.
Die stoffschlüssige Verbindung vorzugsweise eine Schweißverbindung, z.B. eine Reibschweißverbindung, Laserstrahlschweißverbindung, Diffussionsschweißverbindung oder Elektronenstrahlschweißverbindung.
Alternativ ist es auch möglich, die stoffschlüssige Verbindung als Lötverbindung auszuführen und z.B. durch Laserlöten zu erzeugen. Die Lötverbindung kann eine Diffussionslötverbindung und/oder eine mit Hartloten, Weichloten oder Glasloten hergestellte Verbindung sein.
Verfahrensgemäß erfolgt die Herstellung des Gelenklagers dadurch, dass die erste Hälfte und die zweite Hälfte des Außenrings auf dem Innenring positioniert und an ihren Stirnflächen stoffschlüssig verbunden werden, wobei zwischen der erste Hälfte und der zweite Hälfte des Außenrings ein Zwischenring angeordnet sein kann. Die stoffschlüssige Verbindung wird bevorzugt durch eine Schweißverbindung oder eine Lötverbindung hergestellt.
Die stoffschlüssige Verbindung zwischen der ersten Hälfte und der zweiten Hälfte bzw. zwischen den Hälften und dem Zwischenring wird je nach deren Werkstoffwahl als Metall- Metall-Verbindung, Keramik-Keramik-Verbindung oder Metall-Keramik-Verbindung hergestellt.
Als Schweißverfahren werden z.B. Reibschweißen, Laserstrahlschweißen, Diffussionsschweißen oder Elektronenstrahlschweißen und als Lötverfahren Laserlöten oder Diffussionslöten durchgeführt.
Mit der Erfindung ist es erstmalig möglich, ein Gelenklager mit einem sehr einfachen Aufbau herzustellen und dabei schwer oder nicht umformbare Materialien zu verwenden.
Der Außenring ist einfach in zwei Halbschalen unterteilt, die dann auf dem Außendurchmesser des Innenrings positioniert und direkt oder indirekt (mit oder ohne Zwischenring) miteinander verschweißt oder verlötet werden. Wenn eine Gleitschicht verwendet wird, muss diese nicht umformbar sein. Weiterhin ist die Lagerluft nicht mehr vom Umformprozess abgängig und kann somit definiert eingestellt werden. Die Außenkonturen des Außenrings können komplizierte Geometrien/Anschlussgeometrien aufweisen (z.B. Flansche). Es sind weiterhin unterschiedlichste Werkstoffpaarungen von Außen- und Innenring und ggf. Zwischenring und Gleitschicht möglich. Außen- und Innenring können z.B. beide aus Keramik hergestellt sein.
Neben der Herstellung von Gelenklagern ist es auch möglich, nach dem gleichen Prinzip Kugelhähne zu fertigen.
Weiterhin kann als stoffschlüssige Verbindung auch eine Klebverbindung eingesetzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1: Gelenklager mit einem Innenring 1, auf dessen sphärisch gekrümmter Oberfläche 2 der Außenring 4 aus zwei verlöteten Hälften 4.1, 4.2 sitzt, im Längsschnitt,
2: Gelenklager mit einem Innenring 1, einer Gleitschicht 3 und einem Außenring 4 aus zwei verschweißten Hälften 4.1, 4.2, im Längsschnitt,
3: Gelenklager mit einem Innenring 1, einer Gleitschicht 3 und einem Außenring 4 aus zwei verschweißten Hälften 4.1, 4.2 mit einem Zwischenring 9, im Längsschnitt.
In 1 ist ein Gelenklager mit einem Innenring 1, auf dessen sphärisch gekrümmter Oberfläche 2 der Außenring 4 aus einer ersten Hälfte 4.1 und einer zweiten Hälfte 4.2 sitzt, dargestellt. Die erste Hälfte und die zweite Hälfte 4.1, 4.2 des Innenrings 4 weisen Innenflächen 5.1, 5.2 auf, deren Krümmung der sphärisch gekrümmten Oberfläche 2 des Innenrings angepaßt ist und die direkt auf dieser Oberfläche 2 gleiten. Innenring 1 und Außenring 4 bestehen aus Keramik. Die erste Hälfte 4.1 des Außenrings 4 liegt mit ihrer Stirnfläche 6.1 an der Stirnfläche 6.2 der zweiten Hälfte 4.2 des Außenrings 4 an. Die erste und die zweite Hälfte 4.1, 4.2 des Außenrings 4 sind an ihren Stirnflächen 6.1, 6.2 über eine Lötstelle 7, die radial umlaufend ist, miteinander verbunden. Als Lötverfahren wurde dabei das Laserstrahllöten eingesetzt. Die Stirnflächen 6.1, 6.2 wurden dazu mit einer metallähnlichen Struktur, sogenannten aktiven Elementen (z.B. Titan), versehen, durch welche das Verlöten erst möglich wird.
Ein Gelenklager mit einem Innenring 1 mit einer sphärisch gekrümmten Oberfläche 2, darüber angeordneter Gleitschicht 3 und einem sich anschließenden Außenring 4 aus zwei an den aufeinander zuweisenden Stirnflächen 6.1, 6.2 verschweißten Hälften 4.1, 4.2 zeigt 2. Ein erster Teil 3.1 der Gleitschicht 3 wird an der Innenfläche 5.1 der ersten Hälfte 4.1 und ein zweiter Teil 3.2 der Gleitschicht 3 an der Innenfläche 5.2 der zweiten Hälfte 4.2 des Außenrings vor dem Verschweißen angeordnet. Die beiden Teile 3.1, 3.2 der Gleitschicht 3 sind im Bereich der Schweißnaht 8 (die bevorzugt radial umlaufend ist) durch einen Spalt 9 voneinander beabstandet. Dies ist erforderlich, wenn die Gleitschicht 3 durch die Wärmeeinwirkung des Schweiß prozesses beschädigt oder zerstört werden kann. Die erste und die zweite Hälfte 4.1, 4.2 des Außenrings 4 bestehen aus einem schwer oder nicht umformbaren Metall, z.B. hochfestem Stahl, gehärtetem Aluminium oder Titan. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Außenring 4 aus zwei verschweißten Keramikhälften 4.1, 4.2 herzustellen. Der Innenring 1 besteht bevorzugt aus Keramik und wird somit durch das Schweißen nicht beeinträchtigt.
Bei der Verwendung von Keramikhälften 4.1, 4.2 können diese, je nach dem verwendeten Schweißverfahren, mit oder ohne Metallbeschichtung verbunden werden.
Zum Verschweißen von Keramik wird bevorzugt das Laserstrahlschweißen eingesetzt. Das Verschweißen der ersten und der zweiten Hälfte 4.1, 4.2 aus Metall kann durch Reibschweißen, Laserstrahlschweißen, Diffussionsschweißen oder Elektronenstrahlschweißen erfolgen.
Ein Gelenklager mit einem Innenring 1, einer durchgängigen Gleitschicht 3 und einem Außenring 4 aus zwei über einen Zwischenring 10 verschweißten Hälften 4.1, 4.2 ist in 3 dargestellt. Beide Hälften 4.1, 4.2 können aus Keramik hergestellt werden und über einen metallischen Zwischenring 10 miteinander verbunden sein (z.B. verschweißt oder verlötet). Nachteilig dabei sind jedoch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Metall und Keramik. Alternativ kann der Zwischenring 10 aus Keramik bestehen und, falls für das Fügeverfahren erforderlich, in Richtung zu den Stirnflächen 6.1, 6.2 mit einer Metallbeschichtung versehen sein.
Mit der Erfindung ist es erstmalig möglich, Gelenklager für hohe und höchste Belastungen herzustellen, deren zweiteilige Außenringe aus entsprechenden nicht oder schwer umformbaren Materialien hoher und höchster Festigkeit bestehen, ohne zusätzliche Bauelemente herzustellen.

1: Innenring
2: sphärisch gekrümmte Oberfläche des Innenrings
3: Gleitschicht
3.1: erster Teil der Gleitschicht
3.2: zweiter Teil der Gleitschicht
4: Außenring
4.1: erste Hälfte des Außenrings
4.2: zweite Hälfte des Außenrings
5.1: Innenfläche der ersten Hälfte des Außenrings
5.2: Innenfläche der zweiten Hälfte des Außenrings
6.1: Stirnfläche der ersten Hälfte des Außenrings
6.2: Stirnfläche der zweiten Hälfte des Außenrings
7: Lötstelle
8: Schweißnaht
9: Spalt
10: Zwischenring

Claims

Gelenklager mit einem, eine kugelförmige Oberfläche (2) (sphärisch gekrümmte Oberfläche) aufweisenden, Innenring (1) (Innenkörper) und einem diesen umringenden und in eine erste Hälfte (4.1) und eine zweite Hälfte (4.2) radial geteilten Außenring (4), dessen Innenfläche der Oberfläche (2) des Innenrings angepasst ist, so dass Innenring (1) und Außenring (4) zueinander schwenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hälfte (4.1) und die zweite Hälfte (4.2) des Außenrings (4) an ihren aufeinander zuweisenden Stirnseiten (6.1, 6.2) direkt oder indirekt stoffschlüssig verbunden sind.
Gelenklager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Hälfte (4.1) und der zweiten Hälfte (4.2) des Außenrings (4) ein Zwischenring (10) angeordnet ist, mit dem die aufeinander zuweisenden Stirnseiten (6.1, 6.2) stoffschlüssig verbunden sind.
Gelenklager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (1) aus Metall oder Keramik besteht.
Gelenklager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Hälfte (4.1, 4.2) des Außenrings (4) aus nicht oder schwer umformbaren Werkstoff bestehen.
Gelenklager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Hälfte (4.1, 4.2) des Außenrings (4) aus Keramik bestehen.
Gelenklager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten (6.1) der ersten Hälfte (4.1) und/oder die Stirnseiten (6.2) der zweiten Hälfte (4.2) des Außenrings (4) mit einer Metallbeschichtung versehen sind.
Gelenklager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Hälfte (4.1, 4.2) des Außenrings (4) aus hochfestem Stahl oder gehärtetem Aluminium bestehen.
Gelenklager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenring (10) aus Metall oder Keramik besteht.
Gelenklager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenring (10) aus Keramik in Richtung zu den Stirnflächen (6.1, 6.2) mit einer Metallbeschichtung versehen ist.
Gelenklager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Hälfte (4.1, 4.2) des Außenrings (4) in Form von Halbschalen ausgebildet sind.
Gelenklager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Innenring (1) und dem Außenring (4) eine Gleitschicht (3) angeordnet ist.
Gelenklager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht (3) im Bereich der stoffschlüssigen Verbindung unterbrochen ist.
Gelenklager nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hälfte (4.1) einen ersten Teil (3.1) der Gleitschicht (3) und die zweite Hälfte (4.2) einen zweiten Teil (3.2) der Gleitschicht (3) aufweist.
Gelenklager nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass am Zwischenring (10) ein dritter Teil (3.3) der Gleitschicht (3) angeordnet ist.
Gelenklager nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht (3) eine Kunststoffschicht, Keramikschicht, Metallschicht, Folie oder Dünnschicht ist.
Gelenklager nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht mehrlagig ausgebildet ist.
Gelenklager nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung eine Schweißverbindung ist.
Gelenklager nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißverbindung eine Reibschweißverbindung, Laserstrahlschweißverbindung, Diffussionsschweißverbindung oder Elektronenstrahlschweißverbindung ist.
Gelenklager nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung eine Lötverbindung ist.
Gelenklager nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötverbindung durch Laserlöten erzeugt ist.
Gelenklager nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötverbindung eine Diffussionslötverbindung und/oder eine hartgelötete Verbindung ist.