DE3516224C2 - Verfahren zur Herstellung einer flexiblen Lagerverbindung sowie flexible Lagerverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer flexiblen Lagerverbindung vom Kugellagertyp nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine flexible Lagerverbindung vom Kugel­ lagertyp nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

Üblicherweise aber nicht notwendigerweise ist das elastomere Material mit dem Metall des inneren oder äußeren starren Gliedes verbunden und/oder es wird beim Zusammenbau einem Druck zwischen den starren Gliedern ausgesetzt, so daß die gewünschte relative Orientierung und Lage der starren Glieder und des nachgiebigen Materials während der Benutzung des Gelenks oder des Lagers auf­ rechterhalten wird.

Obgleich übliche Konstruktionen von Kugelgelenken oder -lagern bei ihrer Benutzung befriedigend funktionieren, sind sie aufwendig in Herstellung und Zusammenbau.

Aus der DE-PS 19 53 116 ist ein Kugelgelenk bekannt, bei welchem ein geschmiedetes Gelenkgehäuse den Kugelkopf eines Gelenkzapfens aufnimmt. Auf der dem Austritt des Gelenkzapfens aus dem Gehäuse abgewandten Seite ist ein Kugelschalenkörper aus Kunststoff von ausreichender Härte in die Gehäusekammer eingesetzt. Auf der geschlossenen Seite weist der Kugelschalenkörper von zylindrischem Umfang einen Randflansch auf und ist von einer Deckelscheibe überdeckt. Mit dem Randflansch liegt der Kugelschalenkörper auf einer Innenschulter auf, welche durch eine Durchmesservergrößerung der Gehäusekammer gebildet ist. Auf den Rand der den Kugelschalen­ körper überdeckenden Deckelscheibe ist ein Gehäuserand umgelegt. Hierdurch sollen unterschiedliche Gängigkeiten dadurch ausge­ schlossen werden, daß für einen Ausgleich der Fertigungstoleran­ zen bei Einspannen ohne ins Gewicht fallende Beeinflussung des Einspannungsdruckes gesorgt wird.

Die vorliegende Erfindung ist auf die vereinfachte Herstellung einer flexiblen Lagerverbindung vom Kugellagertyp und eine verbes­ sert funktionierende flexible Lagerverbindung vom Kugellagertyp gerichtet. Die Lösung besteht nach dem Verfahrensaspekt der Erfin­ dung in den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Die hierdurch hergestellte Anordnung des inneren starren Gliedes, der Schicht aus elastomerem Material und des ringförmigen Gliedes wird vorzugsweise einer Vulkanisationsbehandlung unterworfen, um das elastomere Material sowohl mit dem inneren starren Glied als auch mit den ringförmigen Gliedern zu verbinden. Vorzugsweise wird diese vollständig verbundene Anordnung gebildet, bevor irgendeines der Bauteile der Anordnung in das äußere starre Glied eingesetzt wird.

Bei einer abgewandelten Verfahrensweise kann die Anordnung eine Schicht aus elastomerem Material aufweisen, welche vorvulkanisiert wird und welche wahlweise entweder mit dem inneren starren Glied oder den ringförmigen Gliedern dadurch vereinigt wird, daß darauf­ hin eine Nachvulkanisationsverbindung geschaffen wird.

Es ist auch in Betracht zu ziehen, daß die Schicht aus elastomerem Material auf andere Weise, bspw. mittels Klebstoff, auf dem inne­ ren starren Glied oder an den ringförmigen Gliedern befestigt wird; dies ist jedoch nicht notwendig. Wenn die Schicht aus ela­ stomerem Material einem hohen Maß an radia­ lem Druck mittels des äußeren starren Gliedes unterworfen wird, kann der resultierende Reibwiderstand die Relativbewe­ gung zwischen dem elastomeren Material und dem inneren starren Glied bzw. den ringförmigen Gliedern ausreichen, um eine unerwünschte Gleitbewegung an den Zwischenflächen mit dem Elastomermaterial unter den Arbeitsauslenkungen zu verhindern, welche bei der Benutzung der Lagerverbindung auftreten. Bei einigen Anwendungen kann das äußere starre Glied vorteilhaf­ terweise eine etwas rauhe einwärts weisende Oberfläche zur Berührung mit dem ringförmigen Glied aufweisen, um eine Rela­ tivbewegung zwischen diesen zu hemmen.

Es wird außerdem vorteilhafterweise angestrebt, daß norma­ lerweise das äußere Glied gegen Bewegung relativ zu dem ring­ förmigen Glied gehemmt wird, so beispielsweise aufgrund des Reibwiderstandes verursacht durch die radialen Druckkräfte oder beispielsweise durch Anwendung von Klebstoffen. Diese Hemmung ist jedoch nicht wesentlich, da für einige Anwendungen eine relative Gleitbewegung zulässig ist, indem beispielsweise sichergestellt wird, daß die radialen Drucklasten nicht zu groß sind und daß Materialien von niedrigem Reibkoeffizienten eingesetzt werden.

Die Deformation des äußeren starren Gliedes, welche mit Hilfe von Druckkräften erfolgt, welche einen bleibenden Druck auf die Schicht aus elastomerem Material ausüben, wird vorzugs­ weise so gesteuert, daß die äußeren Abmessungen des äußeren starren Gliedes nach dem Zusammendrücken nahezu denjenigen Abmessungen entsprechen, welche für die sich ergebende Lager­ verbindung erforderlich sind, um es einzubauen oder relativ zu einem oder mehreren Bauteilen, die verbunden werden sollen, festzulegen. Alternativ dazu kann jedoch das starre äußere Glied nach dem Zusammendrücken und Deformieren einem Bearbei­ tungsprozeß unterworfen werden, so daß seine äußeren Abmessun­ gen denjenigen des beabsichtigten Einsatzes für die sich ergebende Lagerverbindung entsprechen.

Das innere starre Glied besteht vorzugsweise aus einem zylind­ risch gestalteten Rohr oder Stab, an dessen äußerer Oberfläche ein oder mehrere Elemente befestigt sind, welche eine teil­ sphärische oder faßförmige Oberfläche des inneren starren Gliedes bestimmen. Die teilsphärische oder faßförmige Ober­ fläche kann durch einen massiven Ring gebildet sein, welche eine zylindrische Bohrung mit einem Durchmesser hat, welcher dem äußeren Durchmesser des Rohres oder Stabes entspricht, an welchem er befestigt ist, sowie eine äußere Oberfläche, welche die gewünschte teilsphärische oder faßförmige Gestalt hat. Der Ring kann an dem Stab oder Rohr durch Schweißen, Löten oder Kleben oder andere Mittel befestigt sein, welche im Hinblick auf die eingesetzten Materialen ausgewählt sind und unter welchen metallische Materialien, Kunststoffe oder zusammen gesetzte Werkstoffe wie faserverstärkte Kunststoffe sein können.

Die teilsphärische oder faßförmige Oberfläche des inneren starren Gliedes kann alternativ auch durch eine schalenähn­ liche Struktur bestimmt sein, beispielsweise aus gepreßtem Blech, welches um den Stab oder das Rohr vorgesehen ist. Die schalenähnliche Struktur kann Ring- oder Segmentform haben oder aus einem Streifen aus quergekrümmtem Material gebildet sein, welches um den Stab oder das Rohr gewickelt ist, wobei die Enden des Streifens aneinander befestigt sind, um den Streifen in der erforderlichen ringähnlichen Gestalt zu hal­ ten.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das innere starre Glied ein hohles oder massives sphärisches, teilsphärisch oder faßförmiges Glied sein, welches mit einem Ende des Stütz­ stabes oder -rohres verbunden oder mit diesem einstückig ausgebildet ist.

Vorzugsweise wird das ringförmige Glied aus einem im wesent­ lichen nicht nachgiebigen Formmaterial gebildet. Kunststoff­ materialien wie beispielsweise Nylon sind für das ringförmige Glied bevorzugt, aber auch andere Materialien, beispielsweise metallische Materialien wie Zinklegierung, können verwendet werden.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine flexible Lagerver­ bindung vom Kugellagertyp, welche sich im wesentlichen durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 6 aus­ zeichnet.

Die Endwiderlager sind vorzugsweise durch Deformation des Materials, vorzugsweise Stahl gebildet, welches den mittleren Gehäuseabschnitt des äußeren starren Gliedes bildet.

Das ringförmige Glied hat vorzugsweise ein Paar von Ringen, beispielsweise geformte Kunststoffringe, welche in der zu­ sammengebauten Lagerverbindung in geringem axialen Abstand voneinander oder axial aneinanderliegen können.

Vorzugsweise ist das ringförmige Glied mit der Schicht aus elastomerem Material verbunden, z. B. verklebt.

Bei Konstruktionen, in welchen das ringförmige Glied mit der Schicht aus elastomerem Material verbunden ist, kann es für einige Anwendungen erwünscht sein, das ringförmige Glied mit einer im wesentlichen glatten Oberfläche zur Berührung mit dem rohrförmigen Gehäuseabschnitt des äußeren starren Glie­ des auszustatten, so daß eine kontrollierte Gleitbewegung zwischen dem ringförmigen Glied und dem rohrförmigen Gehäu­ seabschnitt bei der Benutzung der Lagerverbindung unter bestimmten Lastbedingungen gestattet ist.

Geeignete Materialien für das äußere starre Glied schließen metallische Materialien, beispielsweise Messing oder Stahl ein; das ausgewählte Material ist ein solches, welches einen höheren Elastizitätsmodul hat, als das Material des ring­ förmigen Gliedes, wodurch das ringförmige Glied ohne über­ mäßige Schwierigkeiten deformiert werden kann, wenn das äußere starre Glied einem radialen Druck ausgesetzt wird, um das elastomere Material radial unter Druck zu setzen. Das Material des äußeren starren Gliedes sollte ein solches sein, für welches die Streckgrenze überschritten wird, wenn der notwendige radiale Druck aufgebracht wird, um die Schicht aus elastomerem Material unter bleibenden Druck zu setzen.

Vorzugsweise ist das Ringglied zweiteilig, beispielsweise in Form von zwei ringförmigen Einsätzen, wobei die Ringelemente axial in dichter Nachbarschaft oder aneinanderliegend ange­ ordnet sind, wodurch die genannte radiale innere Oberfläche von teilsphärischer oder faßförmiger Gestalt bestimmt wird.

Wo das ringförmige Glied zweiteilig ausgebildet ist, sind die aneinanderliegenden oder einander zugekehrten Enden der beiden Ringelemente im wesentlichen von vernachlässigbarer Dicke. Folglich kann die gesamte radiale Abmessung der flexiblen Lagerverbindung möglichst gering gehalten werden.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht, die linke Hälfte im Längs­ schnitt der flexiblen Lagerverbindung,

Fig. 2 eine Endansicht der Lagerverbindung nach Fig. 1, halb geschnitten entlang der Linie II-II von Fig. 1, und

Fig. 3 eine Endansicht der Lagerverbindung von Fig. 1 und 2, nach radialer Kompression.

Ein flexibles Lager hat für die Lagefixierung, z. B. einen Preßsitz in einem Gehäuse (nicht dargestellt) eine innere starre Anordnung 10, eine äußere starre Anordnung 11 und zwischen beiden eine Schicht 12 aus nachgiebigem elastomerem Material, beispielsweise aus Naturgummi.

Die innere starre Anordnung 10 ist zweiteilig und besteht aus einem massiven Stab 13, welcher sich durch das flexible Lager erstreckt, und eine äußere metallische Hülle 14, welche an der äußeren Oberfläche des Stabes 13 befestigt ist.

Der Stab 13 hat einen kreisförmigen Querschnitt und ist an jedem Ende mit einem zungenähnlichen Abschnitt 15 ausge­ stattet, durch welchen sich ein Loch 16 erstreckt. Die Löcher 16 der beiden Endabschnitte 15 erleichtern die Be­ festigung der Lageranordnung jeweils an einem der beiden Komponenten, die mittels des Lagers miteinander verbunden werden sollen.

Die Schicht 12 aus Naturgummi ist mittels Klebstoff auf der äußeren teilsphärischen Oberfläche der Hülle 14 festgelegt. Die Schicht 12 hat im wesentlichen gleichförmige Dicke und bildet daher eine äußere Oberfläche, welche ebenfalls teil­ sphärische Gestalt hat und an welcher die äußere starre An­ ordnung 11 mittels Klebstoff befestigt ist.

Die äußere starre Anordnung 11 ist dreiteilig und weist ein äußeres Glied 17 mit einem zylinderförmigen Mittelabschnitt 18 auf, in welchem ein Paar von Ringen 19 aus Kunststoff­ material vorgesehen ist, welches so geformt ist, daß es eine innere Oberfläche von teilsphärischer Gestalt zum Anhaften an der Gummischicht 12 und ferner eine äußere Oberfläche von teilzylindrischer Gestalt hat, um in Reibverbindung mit der radial inneren Oberfläche des zylindrischen Abschnittes 18 des äußeren Gliedes 17 zu kommen.

Das äußere Glied 17 ist aus gepreßtem Blech gebildet und hat vor dem Zusammenbau mit den anderen Bauteilen des flexiblen Lagers die Form eines zylindrischen Abschnittes, welcher den oben erwähnten mittleren zylindrischen Abschnitt 18 umfaßt sowie zusätzliche zylindrische Abschnitte (nicht darge­ stellt), welche sich von jedem Ende des mittleren zylindri­ schen Abschnittes aus erstrecken. Vor dem Zusammenbau kann eines der Endabschnitte so verformt sein, daß es einen radial einwärts gerichteten Flansch 20 bildet, welcher eine axiale Widerlagerfläche für einen Kunststoffringe 19 bildet.

Zur Herstellung des flexiblen Lagers werden die innere starre Anordnung 10 und die Kunststoffringe 19 in eine Form angeordnet, wobei die Ringe axial aneinanderliegen und ein gleichförmiger Abstand zwischen den Ringen 19 und der Hülle 14 der äußeren starren Anordnung 10 gewährleistet ist. Das elastomere Material wird dann in diesen Zwischenraum inji­ ziert und nachfolgend in solcher Weise vulkanisiert, daß eine Verbundanordnung aus der inneren starren Anordnung 10, der Schicht 12 aus elastomerem Material und den beiden Ring­ elementen 19 entsteht.

Die so gebildete Anordnung wird dann in das äußere Glied 17 eingesetzt dessen Enden so verformt werden, daß ein Paar von Endwiderlagerflanschen 20 gebildet wird, welche gegen die axial äußeren Endflächen der beiden Kunststoffringe 19 anliegen.

Die sich so ergebende Anordnung wird dann einem radialen Druck ausgesetzt, um den Durchmesser der äußeren starren Anordnung 17 auf einen Durchmesser zu verringern, welcher so ausgewählt ist, daß er in das Gehäuse, in welchem das Lager im Preßsitz für eine eventuelle Verwendung eingesetzt werden soll, paßt. Die Verringerung des Durchmessers der äußeren starren Anordnung 17 wird so getroffen, daß das erforderliche Maß an bleibenden Vorspannungsdruck auf das elastomere Mat­ erial der Schicht 12 ausgeübt wird.

Bei einem alternativen Verfahren der Herstellung des flexiblen Lagers wird die Schicht 12 aus nachgiebigem elastomerem Mate­ rial auf der teilsphärischen äußeren Oberfläche der Hülle 14 festgeklebt. Ein geformter Kunststoffring 19 wird dann in das äußere starre Glied in Anlage mit dem Endflansch 20 einge­ setzt. Die teilsphärische äußere Oberfläche der Schicht 12 aus elastomerem Material wird dann mit einem Klebstoff versehen und die miteinander verklebte Anordnung aus elastomerem Mate­ rial und innerer starrer Anordnung 10 wird dann innerhalb des äußeren starren Gliedes 17 so positioniert, daß ein Endab­ schnitt 15 des Stabes 13 durch die Öffnung hindurchragt welche von dem inneren Umfang das Flansches 20 gebildet wird. Dar zweite geformte Kunststoffring 19 wird dann in das äußere starre Glied 17 eingesetzt und der zylindrische Endabschnitt des äußeren starren Gliedes 17 an dem dem Flansch 20 gegen­ überliegenden Ende des mittleren zylindrischen Abschnittes 18 so verformt, daß ein zweiter Flansch 21 von im wesentlichen ähnlicher Gestalt wie der Flansch 20 und in Anlage zu dem zweiten der beiden geformten Kunststoffringe 19 gebildet wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Schicht 12 aus elastomerem Material mit der inneren starren Anordnung 10 verbunden werden, nachdem sie in die äußere starre Anordnung 11 eingesetzt worden ist.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung einer flexiblen Lagerverbindung vom Kugellagertyp, durch:
Herstellen einer Anordnung eines inneren starren Gliedes (10) mit einer gekrümmten, teilsphärischen oder faßähnlichen Oberfläche, einer Schicht (12) aus elastomerem Material, welche sich über die gekrümmte Oberfläche erstreckt und ein ringförmiges Glied (13) aufweist, welches eine gekrümmte teilsphärische oder faßähnliche Oberfläche bestimmt und mit der Oberfläche in Berührung zu dem elastomeren Material (12) zwischen dem inneren, starren (10) und dem ringförmigen Glied (19) liegt, und wobei das ringförmige Glied (19) aus einem deformierbaren Material mit einem höheren Elastizi­ tätsmodul als das elastomere Material besteht,
gekennzeichnet durch Umgeben der Anordnung mit einem im wesentli­ chen rohrförmigen äußeren starren Glied (17) aus einem Material mit höherem Elastizitätsmodul als das ringförmige Glied (19), wobei das äußere starre Glied (17) derart positioniert wird, daß die Schicht aus elastomerem Material (12) und daß ringförmige Glied (19) zwischen dem inneren und dem äußeren starren Glied (10, 17) liegt;
Anpassen des äußeren starren Gliedes (17), indem es mit einem Paar von Endwiderlagern (20) versehen wird, um das ringförmige Glied und die Schicht aus elastomerem Material axial festzulegen,
und Aussetzen des äußeren starren Gliedes einem radialen Druck, wodurch das ringförmige Glied (19) einer Verformung unter­ worfen wird, um auf die Schicht (12) aus elastomerem Material einzuwirken und Druckbelastung auf diese unter Druck zu halten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als ringförmiges Glied (19) zwei Ringelemente verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ringelement in das rohrförmige äußere Glied (17) eingepaßt wird, um an einwärts gerichteten Endwiderlagern (20) an einem Ende des rohrförmigen Gliedes (17) anzulegen, und das andere Ringelement in das rohrförmige Glied (17) nach dem Einsetzen des inneren starren Gliedes (10) und der Schicht (12) aus elastomerem Material einge­ paßt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das ringförmige Glied (19) aus einer nicht-elasti­ schen Formmasse gebildet ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das ringförmige Glied (19) aus einer nicht-elasti­ schen Formmasse gebildet wird.

6. Flexible Lagerverbindung vom Kugellagertyp mit:
einer Schicht (12) aus elastomerem Material, welche sich um ein inneres starres Glied (10) von teilsphärischer oder faßähnlicher Gestalt erstreckt,
einem äußeren starren Glied (17), welches sich um die Schicht (12) aus elastomerem Material und das innere starre Glied (10) erstreckt und die Schicht (12) aus elastomerem Material unter bleibendem Druck zwischen den starren Gliedern (10, 17) hält,
dadurch gekennzeichnet, daß das äußere starre Glied (17) einen rohrförmigen Gehäuseabschnitt aufweist, welcher zwischen einem Paar von Endwiderlagern (20) für die axiale Festlegung der Schicht (12) aus elastomerem Material liegt,
wobei der rohrförmige Gehäuseabschnitt (18) mit dem inneren star­ ren Glied (10) zusammenwirkt, um dazwischen ein ringförmiges Glied (19) aufzunehmen, welches eine teilsphärische oder faßförmige Oberfläche für die Berührung mit der Schicht (12) aus elastomerem Material bestimmt, wobei das ringförmige Glied (19) aus einem Material gebildet ist, welches einen höheren Elastizitätsmodul hat, als die Schicht (12) aus elastomerem Material und einen geringeren Elastizitätsmodul als das äußere starre Glied (17) und die Schicht (12) aus elastomerem Material zwischen dem ringförmi­ gen Glied (19) und dem inneren starren Glied (10) unter Druck gehalten wird.

7. Flexible Lagerverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Glied (19) zwei axial ausgerichtete Ringelemente aufweist.

8. Flexible Lagerverbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ringelemente (19) axial im Abstand voneinander angeord­ net sind.

9. Flexible Lagerverbindung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die gegeneinander gekehrten Enden der Ringelemente (19) von im wesentlichen vernachlässigbarer Dicke sind.

10. Flexible Lagerverbindung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Glied (19) mit der Schicht (12) aus elastomerem Material verbunden, bspw. verklebt ist.

11. Flexible Lagerverbindung nach einem der Ansprüche 6 bis 1 0, dadurch gekennzeichnet, daß die Endwiderlager (20) einstückig mit dem mittleren Gehäuseabschnitt (18) das äußeren starren Gliedes (17) ausgebildet sind.