DE69732700T2

DE69732700T2 - Sphärisches elastomerlager

Info

Publication number: DE69732700T2
Application number: DE69732700T
Authority: DE
Inventors: J. Paul BALCZUN; L. Paul BECOTTE; L. Randall SOLOMON
Original assignee: Alinabal Inc Milford; Lord Corp; ALINABAL Inc
Current assignee: Alinabal Inc Milford; Lord Corp; ALINABAL Inc
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1997-04-16
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2017-04-17
Also published as: WO1997045650A1; DE69732700D1; EP0901580B1; CA2256419A1; EP0901580A1; US5902050A

Description

Hintergrund und Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist auf das Gebiet von sphärischen Lagern gerichtet. Im Besonderen ist die Erfindung auf ein verbessertes sphärisches Lager gerichtet, welches ein elastomeres Element einschließt, um eine Isolation von übertragenen Vibrationen zur Verfügung zu stellen.
Sphärische Stabenden, d.h. Stabenden mit sphärischen Lagern werden in großem Rahmen eingesetzt, um verschiedene Anschlüsse herzustellen, einschließlich Steuerkabeln und Kupplungshebeln von Lastwagen der Klasse 8, landwirtschaftlichen Traktoren, Geländefahrzeugen und anderen Ausrüstungstypen. Derartige Stabenden umfassen typischerweise ein sphärisches Lager (ein Metallelement mit einer äußeren sphärischen Konfiguration und ein zweites Metallelement mit einer komplementären inneren sphärischen Oberfläche mit einem Teflon^®-Überzug oder einem ähnlich konfigurierten Kunststoffelement) in einem Gehäuse. Das Gehäuse besitzt i) eine zylindrische Öffnung, die das sphärische Lager aufnimmt und ii) einen sich radial erstreckenden Bolzen, welcher typischerweise ein Innengewinde aufweist, das direkt auf das Ende eines Kabels oder ähnlichem aufschraubbar ist. Das äußere Element kann in dem Gehäuse gehalten werden durch Presssitz oder einen anderen mechanischen Anschluß, wie etwa Vernieten oder ähnliches. Das innere metallische Element des sphärischen Lagers kann mit einer Klammer oder einem anderen Anschlusselement verschraubt werden, und die Schwenkbarkeit des sphärischen Lagers gestattet eine Fehlausrichtung und Bewegung des Kabels relativ zu dem Anschlusselement, wie dies benötigt wird.
Die GB 1 360 515 A beschreibt ein sphärisches Stabende im Wesentlichen von dem Typ, wie er in dem Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben ist. Die EP 570 625 A beschreibt den Einsatz eines komprimierten elastomeren Elementes.
Ein besonderes Problem bei den Stabenden, die einen starren Aufbau besitzen, liegt darin, dass ein Verbindungsweg geschaffen wird für die Übertragung von Vibration, wobei ein Teil der Vibration die Form von Schallenergie einnimmt, d.h. Geräusch. Wenn Anstrengungen gemacht werden, um die Fahrerkabinen von diesen Lastwagen, Traktoren und Geländefahrzeugen ruhiger zu machen, muß etwas geschehen hinsichtlich der Isolierung dieser Übertragungswege. Die vorliegende Erfindung schlägt vor, eine elastomere Schicht auf mindestens das innere oder das äußere Element aufzubringen, um diesen direkten Übertragungsweg zu unterbrechen (isolieren). Das Elastomer kann natürlicher Kautschuk sein, Neopren, Silikonelastomer, Fluorkarbonelastomer, EPDM, SBR, PDR oder Mischungen hieraus. Darüber hinaus können Hochtemperaturanwendungen den Einsatz anderer Elastomerer erfordern, wie Viton^®polymer z.B. Gemäß einer Ausführungsform wird das Elastomer positioniert zwischen dem inneren und dem äußeren Element und an beide gebunden. Bei einer weiteren Ausführungsform wird das innere sphärische Ringelement ersetzt durch einen länglichen Bolzen mit einem sphärischen Kopfteil. Das gegenüberliegende Ende des Bolzens besitzt ein Außengewinde zum Einschrauben in ein Verbindungselement.
Verschiedene andere Merkmale, Vorteile und Charakteristika der vorliegenden Erfindung werden deutlich nach dem Studium der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird beschrieben in Verbindung mit den angeschlossenen Figuren, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Teile identifizieren:
1A ist eine Vorderansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
1B ist eine Seitenansicht teilweise im Querschnitt der ersten Ausführungsform;
2A ist ein Querschnittsseitendetail der zweiten Ausführungsform einer elastomeren Lageranordnung, bevor es in seinem Gehäuse installiert ist;
2B ist eine Seitenansicht teilweise im Schnitt der zweiten Ausführungsform;
3A ist eine Querschnittsseitenansicht einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung teilweise montiert dargestellt;
3B ist eine Querschnittsseitenansicht der dritten Ausführungsform im vollständig montierten Zustand;
4 ist eine Querschnittsseitenansicht einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Eine erste Ausführungsform des sphärischen Stabendes gemäß der vorliegenden Erfindung ist in den 1A und 1B dargestellt und allgemein mit der Bezugsziffer identifiziert. Ein sphärisches Lager 22 umfasst ein inneres Element 24, welches vorzugsweise metallisch ist mit einer äußeren sphärischen Oberfläche 26 und einem zylindrischen äußeren Element 28, welches vorzugsweise aus Kunststoff ist, mit einer komplementär ausgebildeten inneren Oberfläche 30, die schwenkbar das innere Element 24 aufnimmt. Typischerweise ist das äußere Element 28 aus einem glasgefüllten Nylonmaterial hergestellt. Alternativ kann das Element 28 im wesentlichen metallisch sein mit einem Nylatronüberzug auf der Oberfläche, die an dem Element 24 anliegt. Vorzugsweise ist das sphärische Lager 22 von einem Typ, der identifiziert ist als PLS-10-G, verfügbar von Alinabal, Millford, Connecticut, obwohl andere Lager zum Einsatz kommen können.
Ein radförmiges elastomeres Element 32 ist an das Äußere des äußeren Elementes 28 gebunden. Das Elastomer des Elementes 32 kann natürlicher Kautschuk, Neopren, Fluorcarbonelastomer, EPDM, SBR, PBR oder Mischungen hieraus sein. Darüber hinaus können Hochtemperaturanwendungen den Einsatz anderer Elastomere erfordern, wie etwa Siliconelastomer oder Viton^®elastomer. Das Element 32 besitzt einen externen Oberflächenteil 34, der im allgemeinen zylindrisch ist, sowie ein Paar von Flanschen 36 und 38, die sich hiervon ausgehend radial nach außen erstrecken. Das Stabendgehäuse 40 besitzt eine zylindrische Öffnung 42, welche typischerweise einen Durchmesser aufweist, der ein klein wenig geringer ist als derjenige des Oberflächenteils 34. In der Tat ist das Elastomer des Elementes 32 vorkomprimiert durch die Öffnung 42 um einen Betrag gleich 30% der Dicke des Elastomers. Die Vorkompression von mindestens 5% verlängert die Lebensdauer des Elastomers. Die Lageranordnung 44 (das Lager 22 mit dem hieran gebundenen elastomeren Element 32) wird im Presssitz in die Öffnung 42 eingebracht. Flansche 36 und 38 erstrecken sich auf jeder Seite der Öffnung 42 und dienen dazu, die Lageranordnung 44 in der Öffnung 42 zu halten.
Das Ende 46 des Stabendgehäuses 40, welches dem Ende mit der Öffnung 42 gegenüberliegt, besitzt eine abgesetzte Bohrung 48, die direkt auf ein Ende eines Steuerkabels, eines Kupplungshebels oder ähnlichem aufgeschraubt werden kann. Es leuchtet ein, dass ein Bolzen mit einem Außengewinde die abgestufte Bohrung 48 ersetzen kann. Das andere Ende, welches die Lageranordnung 44 aufnimmt, kann mit einer Klammer oder einem anderen Verbindungselement (nicht dargestellt) verschraubt sein. Das innere Element 24 läßt sich vorzugsweise verschwenken, relativ zum äußeren Element 28, um ein Ausmaß entsprechend mindestens 15° in jeder Richtung, d.h. eine zentrale Achse des inneren Elementes 24 läßt sich verschwenken über einen Konus, der einen Winkel von 30° einschließt, relativ zur zentralen Achse des äußeren Elementes 28, um eine Fehlausrichtung und eine Bewegung zu gestatten, falls sie erforderlich ist, wie im Fall z.B. eines Kupplungshebels. Das Elastomer des Elementes 32 verhindert die Übertragung von Vibration über das Element 32 von den Kabeln oder Hebeln in die Fahrerkabine des Fahrzeuges. Wie zuvor erwähnt wurde, kann diese Vibration im hörbaren Bereich liegen und einen Teil des Hintergrundgeräusches bilden. Es nutzt nicht viel, Isolationshalterungen für den Motor vorzusehen und passive Schalldämpfungseinrichtungen in den Wänden und den Böden der Fahrerkabine einzurichten, wenn feste Verbindungen vorliegen, durch welche der Schall in die Fahrerkabine wandern kann. Die sphärische elastomere Lagerung 20 gemäß der vorliegenden Erfindung unterbricht diese Wanderung.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den 2A und 2B wiedergegeben und allgemein mit der Bezugsziffer 20a identifiziert. Das Lager 22a ist identisch in jeder Hinsicht zu demjenigen der ersten Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform ist die Konfiguration des elastomeren Elementes 32a und der Öffnung 42a im Gehäuse 40a ein wenig unterschiedlich ausgestaltet. Das elastomere Element 32a ist trapezoidal im Querschnitt sich nach außen verjüngend. Die Öffnung 42a ist im allgemeinen zylindrisch, trägt jedoch einen leichten Radius von vom nach hinten, welcher die Lagermontage unterstützt. Die Lageranordnung 44a ist im Presssitz in die Öffnung 42a eingebracht und wird gehalten durch den Radius von vorn nach hinten. Diese Konfiguration kann für manche Einsätze geeignet sein. Wo immer jedoch das Stabende eine Belastung entlang der zentralen Achse des Lagers 22a erfährt, wird die Ausführungsform nach den 1A und 1B bevorzugt.
Eine dritte Ausführungsform ist in den 3A und 3B wiedergegeben und allgemein mit der Bezugsziffer 20b identifiziert. Bei dieser Ausführungsform ist das elastomere Element 32b positioniert zwischen und gebunden an sowohl das innere Element 24b als auch das äußere Element 28b. Das Elastomer des Elementes 32b besitzt eine umlaufende Nut oder einen Spalt 33b, welcher hierin ausgebildet ist und ein äußeres Element 28b ist ausgebildet als zwei beabstandete Elemente. Entsprechend der Darstellung in 3A ist die Öffnung 42b im Stabendgehäuse 40b zylindrisch. Nachdem die elastomere Lageranordnung 44b in der Öffnung 42b installiert ist, werden die Kanten 45b gefalzt, um die Lageranordnung 44b in dem Gehäuse 40b zu halten. Entsprechend der Darstellung in 3B schließt sich der Spalt 33b nach dem Falzen. Der Grund, einen Spalt 33b vorzusehen, liegt darin, die Spannungsbelastungen in dem Elastomeren zu entlasten, die verursacht werden durch thermisches Schrumpfen nach dem Binden.
Der Spalt 33b stellt einen Entlastungsraum dar, in welchem das durch die Vorkompression verschobene Elastomere fließen kann. Bei dieser Ausführungsform tritt die Winkelfehlausrichtung, die durch das elastomere Lager 20b ermöglicht wird, ein Ergebnis der Auslenkung des Elastomeren. Man wird sich erinnern, dass diese Fehlausrichtung mindestens ±15° von der Horizontalen ausmacht.
4 zeigt noch eine vierte Ausführungsform, die allgemein mit der Bezugsziffer 20c identifiziert ist. Bei dieser Ausführungsform nimmt das innere Element 24c die Form eines Bolzens 50c ein, wobei die sphärische Oberfläche 26c an der Oberfläche eines Kopfteils 52c ausgebildet ist. Das gegenüberliegende Ende 54c des Bolzens 50c ist mit einem Gewinde versehen, um verschraubt zu werden mit der Oberfläche eines Verbindungselementes oder durch dieses hindurch durch das Aufschrauben einer Mutter auf das Gewindeende 54c. Diese Ausführungsform wird als die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angesehen. Der Bolzen 50c kann verschwenkt werden um das vorerwähnte Minimum von ±15° und in der Tat kann für bestimmte Anwendungen eine Winkelfreiheit von bis zu ±25° bereitgestellt werden. Es leuchtet ein, dass obwohl diese Ausführungsform die Konfiguration eines Außengewindes zeigt, ein Innengewinde stattdessen am Ende 54c eingesetzt werden kann durch die Vergrößerung des Durchmessers des Endes 54c auf in etwa den Durchmesser des Flansches.
Verschiedene Abänderungen, Alternativen und Modifikationen leuchten dem Sachverständigen auf diesem Gebiet ein im Anschluß an das Studium der vorangehenden detaillierten Beschreibung. Es ist beabsichtigt, dass alle derartigen Abänderungen, Alternativen und Modifikationen, soweit sie in den Rahmen der folgenden Ansprüche fallen, als Teil der vorliegenden Erfindung anzusehen sind.

Claims

Sphärisches Stabende (20) umfassend: ein Stabende einschließlich eines Gehäuses (40) mit einer im Wesentlichen zylindrischen Öffnung (42) sowie einer sphärischen Lageranordnung (22) umfassend: (a) ein inneres Element (24) mit einer im Wesentlichen sphärischen äußeren Oberfläche (26), (b) ein im Wesentlichen zylindrisches äußeres Element (28) mit einer im Wesentlichen sphärischen inneren Oberfläche, die die äußere Oberfläche (26) des inneren Elementes (24) für eine Schwenkbewegung aufnimmt; (c) ein elastomeres Element (32), welches das innere und/oder das äußere Element (24, 28) umgibt und hieran gebunden ist, wobei die sphärische Lageranordnung durch die im Wesentlichen zylindrische Öffnung (42) des Gehäuses (40) aufgenommen und hierin gehalten ist und die Übertragung von Vibrationen auf das und von dem Gehäuse (40) reduziert, dadurch gekennzeichnet, dass das elastomere Element (32) vorkomprimiert ist um 30% der unbelasteten Dicke des elastomeren Elementes.
Sphärische Lageranordnung gemäß Anspruch 1, wobei das äußere Element (28) an die im Wesentlichen zylindrische äußere Oberfläche (26) des elastomeren Elementes (32) gebunden ist und das elastomere Element (32) eine äußere Oberflächenkonfiguration besitzt, die in einem komplementär geformten inneren Oberflächenteil der Öffnung (42) in dem Gehäuse (40) aufgenommen ist.
Sphärische Lageranordnung gemäß Anspruch 2, wobei die äußere Oberflächenkonfiguration des elastomeren Elementes und der komplementär geformte innere Oberflächenteil der Öffnung (42) in dem Gehäuse (40) im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sind.
Sphärische Lageranordnung gemäß Anspruch 3, wobei das elastomere Element (32) im Presssitz in das Gehäuse eingebracht ist.
Sphärische Lageranordnung gemäß Anspruch 4, wobei das elastomere Element (32) darüber hinaus ein Paar von Flanschen (36, 38) aufweist, angrenzend an die im Wesentlichen zylindrische Oberflächenkonfiguration, wobei das Paar von Flanschen (36, 38) sich radial nach außen erstreckt über sowohl die radiale Ausdehnung der zylindrischen Oberflächenkonfiguration der äußeren Oberfläche als auch der radialen Ausdehnung der Öffnung in dem Gehäuse zur Halterung der sphärischen Lageranordnung (22) innerhalb des Gehäuses (40).
Sphärische Lageranordnung gemäß Anspruch 1, wobei das elastomere Element (32b) zwischen dem inneren Element und dem äußeren Element (24b, 28b) positioniert und gebunden ist an jedes der Elemente (24b, 28b) derart, dass die Schwenkbewegung ermöglicht wird durch das Ausbiegen des elastomeren Elementes (32b).
Sphärische Lageranordnung gemäß Anspruch 6, wobei das elastomere Element (32b) eine im Wesentlichen sphärische äußere Oberfläche besitzt, die an eine komplementär geformte innere Oberfläche des äußeren Elementes (28b) gebunden ist.
Sphärische Lageranordnung gemäß Anspruch 1, wobei das innere Element (24c) einen länglichen Zapfen (50c) umfasst und die äußere im Wesentlichen sphärische Oberfläche (26c) einen Kopfteil (52c) des Zapfens (50c) umfasst.
Sphärische Lageranordnung gemäß Anspruch 9, wobei der längliche Zapfen einen Oberflächenteil (54c) umfasst, entfernt von dem Kopfteil, der ein Gewinde trägt.
Sphärische Lageranordnung gemäß Anspruch 9, wobei der Oberflächenteil (54c), der ein Gewinde trägt, ein äußerer Oberflächenteil ist, der an einem Ende des länglichen Zapfens des Kopfteiles gegenüberliegend ausgebildet ist.
Sphärische Lageranordnung gemäß Anspruch 1, wobei das elastomere Element (32) aus einem Material hergestellt ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus natürlichem Kautschuk, Neopren, Silikonkautschuk, Fluorkarbonelastomer, EPDM, SBR, PBR und deren Mischungen.
Sphärische Lageranordnung gemäß Anspruch 1, wobei das innere Element (24) eine zentrale Achse besitzt, die zumindest um 15° abzuweichen vermag von der Ausrichtung in Bezug auf eine zentrale Achse des äußeren Elementes.