DE60207431T2

DE60207431T2 - Lageranordnung und verfahren zum herstellen einer lageranordnung

Info

Publication number: DE60207431T2
Application number: DE60207431T
Authority: DE
Inventors: Clive Harrie Boshier; Allen Christopher Clarke; Paul Raymond Smith
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2001-10-05
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2022-09-13
Also published as: ATE310177T1; US7040812B2; GB0123989D0; US20040247214A1; GB2380528A; JP4056975B2; GB2380528B; CN1564916A; CN1294365C; DE60207431D1; EP1432918B1; WO2003031836A1; EP1432918A1; JP2005504941A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Lageranordnung und genauer gesagt auf eine Lageranordnung zur Verwendung in einer Transmissionseinheit sowie auf ein Verfahren zum Herstellen einer Lageranordnung.
Konventionelle Verfahren zur Schaffung einer Lageranordnung am Ende eines Schaftes zur Verwendung innerhalb einer von einem Transmissionsfluid gebildeten Umgebung haben sich als nicht ausführbar bzw. ungeeignet erwiesen. Ein Anschweißen eines konventionellen Lagers an das Ende des Schaftes würde ein in der Lageranordnung vorhandenes selbstschmierendes Material nachteilig beeinflussen, so daß diese Option ausgeschlossen werden mußte. Weiterhin konnte ein kugelförmiges Lager, welches ein Auskleidungssystem benutzt, unter Verwendung konventioneller Verfahren nicht in ausreichend billiger Weise hergestellt werden, so daß dieses Verfahren ebenfalls nicht zur Verfügung steht.
Die GB 1 291 905 offenbart ein Kugelgelenk (s. 5), bei dem ein oberer Abschnitt 3 der Muffe 1 um ein Kugelteil 4 geschmiedet ist. Weiterhin ist eine Buchse 2 in einem ringförmigen Ausschnitt an der Innenseite des oberen Abschnittes 3 vorgesehen. Der Zweck der Buchse 2 besteht darin, die mit einem Rückfedern verbundenen Probleme zu vermeiden. Das Dokument offenbart in den Zeilen 49–51 von Seite 3, daß die Buchse „sich ausdehnt, um den Spalt ... zwischen dem zweiten Teil [oberer Abschnitt 3] und dem Kugelteil auszufüllen".
Die FR 2 436 278 offenbart ein Kugelgelenk, bei dem die Kugel (1) in die Muffe (2) eingesetzt wird und die Muffe (2) sodann um die Kugel (2) geschmiedet wird. Danach wird in den Zwischenraum zwischen der Kugel (1) und der Muffe (2) Material (6) eingespritzt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung durch Schaffung einer Lageranordnung und eines Verfahrens zum Herstellen derselben die Probleme zu vermeiden, die mit konventionellen Verfahren und Konstruktionen verbunden sind.
Demgemäß schafft ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer einem Transmissionsfluid auszusetzenden Lageranordnung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Vorsehen eines Lagergehäuses mit einer Basis, einer von der Basis hochstehenden, ringförmigen Wand mit einer Innenseite und einer Außenseite, sowie mit einem sich von der Basis erstreckenden Flansch; Vorsehen einer Kugel an einem Ende eines Schaftes; Ausbilden einer halbkugelförmigen Schale in der Basis des Lagergehäuses, die von der ringförmigen Wand umgeben ist und eine Innenseite aufweist; Anheften einer vorgeformten Auskleidung an die Innenseiten der Schale und der Wand, wobei die Auskleidung aus einem nicht-hygroskopischen Material besteht und somit kein Transmissionsfluid absorbiert; Einsetzen der Kugel in die Schale; und (Gesenk-)Schmieden der ringförmigen Wand auf die Kugel.
Bevorzugt wird das Lagergehäuse aus einem Material gegossen, welches eine Streckbarkeit im Bereich von 10% und mehr aufweist.
Zweckmäßigerweise wird das Material aus einem Material der Gruppe ausgewählt, die aus Stahl, einer Aluminiumlegierung, einer Magnesiumlegierung oder ein Zinklegierung besteht.
Bevorzugt wird das Auskleidungssystem an die Innenseiten der Schale und der Wand durch Loctite^® 326 angeheftet.
Bevorzugt ist der Schaft zylindrisch und die Kugel hat einen Durchmesser, welcher größer als der Durchmesser des Schaftes ist, wobei die ringförmige Wand durch ein Schmiedewerkzeug auf die Kugel geschmiedet wird, welches eine Bohrung aufweist, die so dimensioniert ist, daß sie den dadurch verlaufenden Schaft aufnehmen kann, und welche sich nach außen hin zur Unterseite des Schmiedewerkzeuges so erweitert, daß sie einen halbkugelförmigen Kragen bildet, der so geformt ist, daß er beim Schmieden die ringförmige Wand auf die Kugel verformt.
Vorteilhafterweise ist ein Außendurchmesser des durch Schmieden verformten Randes der ringförmigen Wand größer als der Schaftdurchmesser.
Unter einem anderen Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Lageranordnung einer Transmissionseinheit, enthaltend: ein Lagergehäuse mit einer Basis; einer von der Basis hochstehenden, ringförmigen Wand mit einer Innenseite und einer Außenseite; einen sich von der Basis erstreckenden Flansch; eine halbkugelförmige Schale in der Basis des Lagergehäuses, welche von der ringförmigen Wand umgeben ist, und welche eine Innenseite aufweist; eine vorgeformte Auskleidung, die an den Innenseiten der Schale und der Wand haftet, wobei die Auskleidung aus einem nicht-hygroskopischen Material besteht, so daß sie kein Transmissionsfluid absorbiert; einen Schaft eines ersten Elementes der Transmissionseinheit und eine an einem Ende des Schaftes angeordnete Kugel, wobei die Kugel in der Schale angeordnet ist und die ringförmige Wand auf die Kugel geschmiedet ist.
Zweckmäßigerweise besteht das Auskleidungssystem aus einer Unimesh^®-Auskleidung (Marke der Minebea Co. Ltd.).
Vorzugsweise ist das Auskleidungssystem ein selbstschmierendes Auskleidungssystem.
Zweckmäßigerweise besteht das Lagergehäuse aus einem Gußteil.
Vorteilhafterweise sind der Schaft und die Kugel integral ausgebildet.
Bevorzugt ist das Lagergehäuse mit einem zweiten Element der Transmissionseinheit verbunden.
Zum besseren bzw. einfacheren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nunmehr beispielhafte Ausgestaltungen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:
1 einen teilweisen Querschnitt durch eine Lageranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung vor dem Zusammenbau;
2 einen teilweisen Querschnitt der Lageranordnung gemäß 1, gehalten in einem oberen und unteren Schmiedewerkzeug, welche bei einem Verfahren zum Herstellen der Lageranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden; und
3 einen schematischen teilweisen Querschnitt der Lageranordnung gemäß 1, gehalten in den Schmiedewerkzeugen gemäß 2, nach dem Zusammenbau.
Eine Lageranordnung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zwecks Verwendung in einer Transmissionseinheit ist in 1 gezeigt. Die Lageranordnung 1 enthält ein Lagergehäuse 2, welches einen Teil eines Kugelgelenkes aufweist, während der andere Teil des Kugelgelenkes eine Kugel 3 aufweist, welche integral mit einem Schaft 4 ausgebildet ist. Bei dem Schaft 4 handelt es sich um einen zylindrischen Schaft, welcher an einem (nicht gezeigten) Element befestigt ist oder einen Teil dieses Elementes der Transmissionseinheit bildet, innerhalb welcher die Lageranordnung angeordnet ist. Das Lagergehäuse 2 ist an einem weiteren (nicht gezeigten) Element der Transmissionseinheit befestigt oder bildet einen Teil dieses Elementes der Transmissionseinheit, innerhalb welcher die Lageranordnung angeordnet ist.
Bevorzugt sind der Schaft 4 und die Kugel 3 integral ausgebildet, wie in 2 gezeigt ist. Der Schaft 4 und die Kugel 3 sind bevorzugt aus Stahl hergestellt und chromplattiert. Eine Flüssigkeits-Zuführ-Bohrung 5 erstreckt sich durch den Schaft 4 und die Kugel 3 und ermöglicht es dem Transmissionsfluid von einem (nicht gezeigten) Reservoir durch die Lageranordnung zu strömen.
Bei dem Lagergehäuse 2 handelt es sich bevorzugt um ein gegossenes Teil, welches aus einer Aluminium-, Magnesium- oder Zinklegierung oder aus Stahl hergestellt ist. Aus Gründen, welche weiter unten erläutert werden, sollte die Streckbarkeit des Materials, aus dem das Lagergehäuse 2 hergestellt ist, für ein Gesenkschmieden geeignet sein und vorzugsweise eine Streckbarkeit im Bereich von 10% oder mehr aufweisen.
Das Lagergehäuse 2 hat eine innere kugelförmige Kontaktfläche 6 zur Aufnahme der Kugel 3. Diese Kontaktfläche ist mit einer Auskleidung 7 versehen, welche schematisch in 2 gezeigt und dort am besten erkennbar ist. Bei der Auskleidung 7 handelt es sich bevorzugt um eine selbstschmierende Auskleidung wie eine UNIMESH^®-Auskleidung.
Das Lagergehäuse 2 ist als Gußteil vorgesehen und besteht vor dem Zusammenfügen, wie in 2 gezeigt ist, aus einem im wesentlichen rechtwinkligen Flansch 10 mit einer hochstehenden, ringförmigen Wand 11, deren Inneres zu einer halbkugelförmigen Schale bearbeitet ist, die so dimensioniert ist, daß sie die Kugel 3 aufnehmen kann. Eine LINIMESH^®-Auskleidung 7 wird in eine exakte Streifenform geschnitten. Der Streifen wird sodann in eine Form gegeben und vorgeformt, um ihm eine kugelförmige Form zu verleihen, die es der Kugel ermöglicht, korrekt in der Schale angeordnet zu werden, mit keinem Überlappen der Auskleidung und ohne Spalte zwischen den Auskleidungsstreifen. Ein Klebstoff geeigneter Viskosität wird auf die Innenseite des Lagergehäuses aufgebracht, welches sodann schnell gedreht wird, um eine automatische Aufbringung des Klebers in einer gewünschten Dicke über die Innenseite des Lagergehäuses zu bewirken. Die vorgeformte Auskleidung 7 wird sodann an der Innenseite 6 der ringförmigen Wand 11 befestigt. Eine Flüssigkeits-Zuführbohrung 12 ist am Boden der kugelförmigen Schale vorgesehen, und ein konzentrischer ringförmiger Vorsprung 13 ist an der Basis des Lagergehäuses 2 ausgebildet, um eine ordnungsgemäße Zuordnung bzw. Ausrichtung mit dem weiteren Element der Transmissionseinheit sicherzustellen, an dem das Lagergehäuse montiert werden soll.
Die Lage des Kugelgelenkes innerhalb der Transmissionseinheit bedeutet bzw. hat zur Folge, daß das Kugelgelenk mit Transmissionsfluid in Kontakt kommt. Es ist daher außerordentlich zweckmäßig, wenn die Auskleidung 7 für das Kugelgelenk nicht hygroskopisch ist und keine Absorptionseigenschaften aufweist, so daß sie keinerlei Transmissionsfluid aufnimmt und demgemäß die Momentcharakteristika der Lageanordnung nicht verändert. Demgemäß ist das Kugelgelenk selbstschmierend.
Es wurde gefunden, daß zum Befestigen der Auskleidung 7 an der Kontaktfläche 6 des Lagergehäuses 2 ein Kleber verwendet werden kann, der bisher noch nicht bei selbstschmierenden Lagern verwendet worden ist. Loctite^® 326 (Marke der Loctite Corporation) ist überraschenderweise für diesen Zweck besonders geeignet. Die Verwendung eines Klebers zum Anbringen der Auskleidung an dem Lagergehäuse ist für einen automatisierten Zusammenbau besonderes geeignet und kann leicht hohen Temperaturen im Bereich von 120°C widerstehen, wie sie in dem Transmissionsfluid auftreten können.
Das Kugelgelenk bietet zwischen dem Schaft 4 und dem Lagergehäuse 2 eine Bewegungsmöglichkeit im Bereich von 18° zu der Mittelachse des Schaftes 4, wobei diese Bewegung durch Kontakt zwischen dem Schaft 4 und dem oberen Rand der ringförmigen Wand 11 beschränkt ist. Dieser Winkel kann vergrößert werden, obwohl bzgl. der Lager-Belastbarkeit Kompromisse gemacht werden müssen durch Reduzierung der Gehäusebreite, d.h. des Ausmaßes, um welches die hochstehende Wand 11 die Kugel 3 umschließt.
Selbst aus der schematischen Darstellung in 1 ist ohne weiteres ersichtlich, daß diese Ausgestaltung der Erfindung eine verbesserte, wirkungsvolle Konstruktion bildet.
In 1 sind die Kugel 3 und der Schaft 4 als ein integrales Teil gezeigt. Es ist möglich, den Schaft 4 gesondert von der Kugel auszubilden, und die Kugel 3 unter Verwendung einer Gewindebohrung oder anderer Mittel an dem Schaft 4 zu befestigen. Die integrale Konstruktion ist jedoch bevorzugt und als solche besonders vorteilhaft.
Es hat sich gezeigt, daß die Lageranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung den relativ hohen Belastungen widerstehen kann, welche in der Umgebung innerhalb einer Transmissionseinheit vorhanden sind bzw. erzeugt werden, ohne irgendwelche Zeichen von Verschleiß oder einer Spaltbildung innerhalb der Lageranordnung zu zeigen.
Der Flansch 10 des Lagergehäuses 2 ist mit Befestigungslöchern 14 versehen, um das Gehäuse an dem weiteren Element der Transmissionseinheit befestigen zu können. Die Basis des Flansches 10 des Lagergehäuses 2 wird bevorzugt maschinell bzw. spanabhebend bearbeitet und kann ebenfalls mit Ausrichtstiften oder einem Ring 13 versehen sein, um eine genaue Ausrichtung mit dem weiteren Element der Transmissionseinheit sowie eine Verbindung mit diesem sicherzustellen.
Das Verfahren zum Herstellen der Lagereinheit ist außerordentlich wichtig. Viele Verfahren wurden in Betracht gezogen, doch keine konventionellen Verfahren waren praktikabel, um eine Lageranordnung an dem Ende eines Schaftes zwecks Verwendung innerhalb einer Umgebung mit Transmissionsfluid zu schaffen. Wenn man ein konventionelles Lager nimmt und dieses an das Ende des Schaftes schweißt, so führt dieses zu einer nachteiligen Beeinflussung jeglichen selbstschmierenden Materials für das Kugelgelenk, so daß diese Option zu verwerfen war. Auch ein kugelförmiges Lager, welches ein Auskleidungssystem verwendet, könnte bei Anwendung konventioneller Verfahren nicht auf hinreichend billige Weise erstellt werden, so daß auch dieses Verfahren auszuschließen war. Überraschenderweise löst der Schritt eines Vorsehens der Lageranordnung als ein Teil des Schaftes 4 oder an diesem befestigte Anordnung viele Probleme, die mit konventionellen Konstruktionen von Lageranordnungen innerhalb von Transmissionseinheiten verbunden sind.
Eine Lageranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung wird wie folgt hergestellt.
Aus 2 der Zeichnung ergibt sich, wie vorstehend beschrieben worden ist, daß der Schaft 4 und die Kugel 3 aus einem integralen Teil bestehen, welches durch spanabhebende Bearbeitung hergestellt ist. Das Lagergehäuse 2 wird in einem unteren Schmiedewerkzeug 20 gehalten und bevorzugt unter Verwendung des ringförmigen Vorsprungs 13 zu diesem ausgerichtet, welcher in einer entsprechenden ringförmigen Vertiefung 21 angeordnet wird, die in einer oberen Fläche 22 des unteren Schmiedewerkzeuges 20 ausgebildet ist.
Ein oberes Schmiedewerkzeug 30 ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und mit einer sich durch das Werkzeug erstreckenden, zylindrischen Bohrung ausgebildet, welche sich zu einer Unterseite 32 des Werkzeuges 30 so erweitert, daß ein halbkugelförmiger Kragen 33 gebildet wird. Die zylindrische Bohrung 31 ist so dimensioniert, daß sie den Schaft 4 in sich annähernd mit einem Gleitsitz-Eingriff aufnimmt, so daß der Schaft 4 sich durch das Werkzeug 30 erstreckt und der kugelförmige Kragen 33 auf der Oberseite der ringförmigen Wand 11 des Lagergehäuses 2 aufliegt. Die Schmiedewerkzeuge 20, 30 sind in einer Vorrichtung gehalten und ein auf die Schmiedewerkzeuge ausgeübter Kompressionsdruck drückt das obere Schmiedewerkzeug 30 nach unten gegen das untere Schmiedewerkzeug 20 und verformt den oberen Teil der ringförmigen Wand 11 nach unten auf die obere Hälfte der Kugel 3, wie in 3 gezeigt ist, wobei die ringförmige Wand 11 die Kugel 3 umhüllt, um einen Belastungsbereich zu schaffen. Der Druck kann variiert werden, um das initiale Moment des sich ergebenden Kugelgelenkes zu bestimmen.
Es wird darauf verwiesen, daß der äußere Durchmesser des Randes der ringförmigen Wand 11 größer ist als der Schaftdurchmesser. Da der Durchmesser der zylindrischen Bohrung 31 so dimensioniert ist, daß der Schaft 4 darin annähernd mit einem Gleitsitz-Eingriff aufzunehmen ist, ist es weiterhin wichtig, daß der freie Rand der ringförmigen Wandung 11 die Kugel 3 voll umhüllt, da der Kragen 33 des oberen Schmiedewerkzeuges 30 die Wand 11 voll um die Kugel 3 herum schmieden kann, um den Belastungsbereich einschließlich des freien Randes der ringförmigen Wand zu maximalisieren.
Durch Gießen des Lagergehäuses 2 aus einem Material mit einer Streckbarkeit von 10% oder mehr erzielt man ein befriedigendes Verformen des oberen Teils der ringförmigen Wand 11 auf die Kugel 3 durch Gesenkschmieden, wie dieses in 3 gezeigt ist.
In der vorliegenden Beschreibung bedeutet „enthält" bzw. „enthaltend" entweder „vorhanden" oder „bestehend aus".
Die in der vorstehenden Beschreibung oder den Ansprüchen oder den beigefügten Zeichnungen offenbarten Merkmale, die in ihren spezifischen Formen oder in Bezeichnungen eines Mittels zur Durchführung der offenbarten Funktion ausgedrückt sind, oder bei einem Verfahren zum Erhalten des offenbarten Ergebnisses, können ggf. separat oder in irgendeiner Kombination solcher Merkmale zur Realisierung der Erfindung in diversen Ausführungsformen verwendet werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer einem Transmissionsfluid auszusetzenden Lageranordnung (1) mit folgenden Verfahrensschritten: Vorsehen eines Lagergehäuses (2) mit einer Basis, einer von der Basis hochstehenden, ringförmigen Wand (11) mit einer Innenseite und einer Außenseite, sowie mit einem sich von der Basis erstreckenden Flansch (10); Vorsehen einer Kugel (3) an einem Ende eines Schaftes (4); Ausbilden einer von der ringförmigen Wand (11) umgebenen, halbkugelförmigen Schale, die eine Innenseite aufweist, in der Basis des Lagergehäuses (2); Anheften einer vorgeformten Auskleidung (7) an die Innenseiten der Schale und der Wand (11), wobei die Auskleidung (7) aus einem nicht-hygroskopischen Material besteht und somit Transmissionsfluid nicht absorbiert; Anordnen der Kugel (3) in der Schale; und (Gesenk-)Schmieden der ringförmigen Wand (11) auf die Kugel (3).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Lagergehäuse (2) aus einem Material gegossen wird, welches eine Streckbarkeit im Bereich von 10% oder mehr aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Material aus Stahl, einer Aluminiumlegierung, einer Magnesiumlegierung oder einer Zinklegierung besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schaft (4) zylindrisch ist und die Kugel (3) einen Durchmesser aufweist, welcher größer ist als der Durchmesser des Schaftes (4); und wobei die ringförmige Wand (11) durch ein Schmiedewerkzeug (30) auf die Kugel (3) verformt bzw. geschmiedet wird, welches eine Bohrung (31) aufweist, die so dimensioniert ist, daß sie den Schaft (4) aufnehmen kann, und welche sich nach außen hin zur Unterseite des Schmiedewerkzeuges so erweitert, daß sie einen halbkugelförmigen Kragen (33) bildet, der so geformt ist, daß er beim Schmieden die ringförmige Wand (11) auf die Kugel verformt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein äußerer Durchmesser des durch Schmieden verformten Randes der ringförmigen Wand (11) größer ist als der Schaftdurchmesser.
Lageranordnung (1) einer Transmissionseinheit, enthaltend: ein Lagergehäuse (2) mit einer Basis, einer von der Basis hochstehenden, ringförmigen Wand (11) mit einer Innenseite und einer Außenseite, einen sich von der Basis erstreckenden Flansch (10), eine halbkugelförmige Schale mit einer Innenseite in der Basis des Lagergehäuses (2), die von der ringförmigen Wand (11) umgeben ist, eine vorgeformte Auskleidung (7), die an den Innenseiten der Schale und der Wand (11) haftet, und aus einem nicht-hygroskopischen Material besteht, so daß sie kein Transmissionsfluid absorbiert; einen Schaft (4) eines ersten Elementes der Transmissionseinheit und eine an einem Ende des Schaftes (4) angeordnete Kugel (3), wobei die Kugel (3) in der Schale angeordnet ist und die ringförmige Wand (11) auf die Kugel (3) geschmiedet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 6, wobei die Auskleidung (7) eine selbstschmierende Auskleidung ist.
Lageranordnung nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Lagergehäuse (2) ein Gußteil ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Schaft (4) und die Kugel (3) einteilig ausgebildet sind.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das Lagergehäuse (2) mit einem zweiten Element der Transmissionseinheit verbunden ist.