EP1257745A1 - Wälzlagergelenk - Google Patents

Wälzlagergelenk

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Publication number
EP1257745A1
EP1257745A1 EP01915033A EP01915033A EP1257745A1 EP 1257745 A1 EP1257745 A1 EP 1257745A1 EP 01915033 A EP01915033 A EP 01915033A EP 01915033 A EP01915033 A EP 01915033A EP 1257745 A1 EP1257745 A1 EP 1257745A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bearing
bearings
joint
rolling bearing
shells
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01915033A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lutz Scheffer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canyon Bicycles GmbH
Original Assignee
RAD-SPORT-ARNOLD GmbH
RAD SPORT ARNOLD GmbH
Canyon Bicycles GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by RAD-SPORT-ARNOLD GmbH, RAD SPORT ARNOLD GmbH, Canyon Bicycles GmbH filed Critical RAD-SPORT-ARNOLD GmbH
Publication of EP1257745A1 publication Critical patent/EP1257745A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/54—Systems consisting of a plurality of bearings with rolling friction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K25/00—Axle suspensions
    • B62K25/04—Axle suspensions for mounting axles resiliently on cycle frame or fork
    • B62K25/28—Axle suspensions for mounting axles resiliently on cycle frame or fork with pivoted chain-stay
    • B62K25/30—Axle suspensions for mounting axles resiliently on cycle frame or fork with pivoted chain-stay pivoted on pedal crank shelf
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M3/00—Construction of cranks operated by hand or foot
    • B62M3/003—Combination of crank axles and bearings housed in the bottom bracket
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C23/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for aligning or positioning
    • F16C23/06—Ball or roller bearings
    • F16C23/08—Ball or roller bearings self-adjusting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C35/00—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F16C35/04—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of ball or roller bearings
    • F16C35/06—Mounting or dismounting of ball or roller bearings; Fixing them onto shaft or in housing
    • F16C35/061—Mounting or dismounting of ball or roller bearings; Fixing them onto shaft or in housing mounting a plurality of bearings side by side
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2326/00—Articles relating to transporting
    • F16C2326/20—Land vehicles
    • F16C2326/26—Bicycle steering or suspension
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C2326/00—Articles relating to transporting
    • F16C2326/20—Land vehicles
    • F16C2326/28—Bicycle propulsion, e.g. crankshaft and its support

Definitions

  • the present invention relates to a roller bearing joint with a first joint part and a second joint part, which is at least limitedly rotatable about an axis with respect to the first joint part, with two coaxial and axially spaced roller bearings, which are provided between the first and the second joint part are, the roller bearings each having an inner and an outer raceway, the outer raceways of the two roller bearings being assigned to the first joint part and the inner raceways of both roller bearings being assigned to the second joint part.
  • first joint part and “second joint part” can also be interchanged and only for the sake of simplicity, the first joint part is referred to here as that which is connected to the outer raceways of the roller bearings.
  • a special area of application for corresponding roller bearing joints are bicycle frames in which the so-called rear frame can be pivoted to a limited extent about a horizontal axis relative to the main frame.
  • Such bicycles are, for example, relatively high-quality mountain bikes with a so-called resilient rear triangle, in which the rotational movement of the rear triangle relative to the main frame can be pivoted to a limited extent in the event of hard impacts by a roller bearing joint and against the force of an elastic return element, optionally with integrated damping.
  • the present invention can also be used in other areas of mechanical engineering, wherever a first machine part should be able to rotate to a limited extent with respect to a second machine part, and the swivel joint should be as stable as possible with a precisely defined axis and at the same time with little friction.
  • roller bearing joints of this type In the previously known roller bearing joints of this type, however, the assembly and adjustment of the roller bearings is relatively complex and difficult. Since the two joint parts are mutually movable and are only connected to one another via the roller bearings, adjustable bearing shells with integrated raceways are often used, which must be installed and adjusted together with the roller bearing elements (e.g. balls) when installing the roller bearing joint. The setting of these bearings is a relatively complex process in which errors can easily occur.
  • the bearing can deflect very easily, i.e., in the case of shock loads due to the existing play in motion, also lead to shock loads on individual roller bearing elements, which then press locally into the raceway or damage the running surface , so that a low-friction and precise joint movement in the bearings is no longer possible.
  • the bearing can be set too tight, which also leads to damage to the raceway, since then the individual roller bearing elements as well as the raceways are subject to very large loads in continuous operation, which also causes indentations and depressions in the raceway surface or non-roundness in the Rolling bearing elements result.
  • the present invention has for its object to provide a rolling bearing joint with the features mentioned above, which is quick and easy to install and ensures an exact bearing fit without fine adjustment.
  • This object is achieved by two inner and two outer bearing shells, which are at least partially in close engagement with the parts forming the raceways and are otherwise optionally formed in one piece with the raceways, the two outer bearing shells being fixed to the first joint part and the two inner bearing shells are fixedly connected to the second joint part and the raceways of one of the bearings are fixed in the axial direction both on the associated outer bearing shell and on the associated inner bearing shell, while the other of the bearings is axially fixed to only one of the associated outer or inner bearing shells is fixed and is axially movable relative to the remaining bearing shell in a preferably narrow sliding fit.
  • the bearing shells are thus at least partially in close engagement with the parts forming the raceways, that is to say at least partially bearing elements are separated from the raceways or the parts forming the raceways. At least one of the bearing shells must not be identical or integral with one of the raceways.
  • the other bearing shells could, however, optionally also be directly the parts forming the raceways, that is to say be formed in one piece with the raceways.
  • the bearing shells are preferably only components, and as precise as possible components which are in close engagement with races or similar parts forming the raceways and thus define their position and represent the connection between the raceway or raceway and the first or second joint part.
  • the bearing shells could in principle and at least partially also be formed in one piece with the first and second joint parts, but in the preferred embodiment of the invention they are also elements separate from the first and second joint parts.
  • the ball bearings are preferably pre-assembled bearings, preferably encapsulated bearings, which have seals which prevent the running surfaces of the bearing rings and the balls from becoming dirty.
  • bearing shells is interpreted in a relatively broad sense within the scope of the present invention.
  • an outer cylindrical surface on which a ball bearing race is placed is also viewed and interpreted as a "bearing shell”.
  • these bearing shells are firmly connected to one of the first or second joint parts in such a way that the two outer bearing shells are firmly connected to the first joint part and the two inner bearing shells are firmly connected to the second joint part.
  • One of the bearings is then fixed in the axial direction both on the outer bearing shell and on the associated inner bearing shell in the axial direction.
  • the outer or inner bearing races are fixed to the outer or inner bearing shell, which in turn are connected to the first or second joint part. In this way, the axial position of the two joint parts is fixed relative to one another via the intermediate bearing and the axial fixation of the outer and inner bearing races on the bearing shells and thus also on the joint parts.
  • the second bearing which is arranged at an axial distance from the first bearing, is then only fixed to one of the bearing shells, that is to say either the inner bearing race is axially fixed to the inner bearing shell or the outer race is attached to the outer bearing shell and thus fixed to the first joint part.
  • the outer bearing race then remains axially movable, albeit with the closest possible sliding fit. Since the relative axial position of the first joint part relative to the second is already fixed by the axial fixation of the two races of the first bearing, the fixation of the second bearing on both parts would mean an overdetermination of the axial position of these two parts and it would lead to bearing tension with the smallest tolerances.
  • bearing shells so that the associated bearing race rests on this bearing shell in a tight sliding fit, that is to say inside the cylindrical bearing shell as an outer ball race or as a ring-shaped inner bearing shell as the inner bearing race, corresponding tensions can occur do not occur in advance and no bearing adjustment is required at all.
  • completely prefabricated bearings consist of an outer and an inner race with intermediate rolling elements, such as e.g. Balls, exist.
  • the bearings or their raceways or races are axially fixed to the associated bearing shells on the axially one side by a projecting collar and on the axially other side by a retaining ring. Accordingly, the roller bearings are placed with an inner roller bearing race on the bearing shell in the form of a cylindrical pin or the like until they strike a collar of the pin, and / or are inserted into a hollow cylindrical bearing shell until the outer bearing race strikes a collar.
  • a locking ring is then provided for the axial length or width of the bearings or bearing races, which is preferably inserted into a circumferential groove of the bearing shells in question, the groove being positioned such that the bearing or the corresponding bearing race between the as a stop acting collar and the locking ring is axially fixed largely without play.
  • bearing shell is understood in a broad sense in the context of the present description in that it does not only include more or less hollow cylindrical parts which receive a bearing, specifically an outer bearing race , but also pins or other parts with a cylindrical outer surface on which an inner bearing race fits properly.
  • the projecting collar is expediently provided on the bearing shells on the side of a roller bearing facing the respective other roller bearing, since then access to the other side of the bearing, where the securing ring is to be attached, is not hindered by the respective other bearing.
  • the inner bearing shells are formed in one piece with two cone pins, which have a central bore for the passage of a clamping screw and which engage in two corresponding hollow conical ends of a tubular part and are braced with this.
  • the two so-called cone pins have correspondingly conical outer surfaces which engage with the conical inner surfaces at the ends of the tubular part opposite one another, the central bore of these two cone pins being penetrated by a tension screw or a tension screw being pushed through one pin and into the other is screwed in, so that the conical pins are moved towards one another, thereby being pulled firmly into the hollow-conical ends of the tubular part and being braced with the tubular part.
  • the remaining part of the cone pin which still protrudes from the tubular part, is cylindrical and has a cylindrical outer diameter which corresponds to the inner diameter of the associated inner races of the roller bearings, so that these cylindrical ends of the cone pins are the inner bearing shells for the roller bearings form.
  • the tubular part with two hollow conical ends is part of a bicycle frame, in particular part of a so-called bicycle main frame.
  • This part of the bicycle frame which is designed as a tube with conical inner surfaces at both tube ends, is preferably part of a bicycle main frame, which is arranged directly above a bottom bracket housing and in the same orientation as the bottom bracket housing and is integrally connected to the bottom bracket housing.
  • the outer bearing shells have external threads and are screwed into two preferably rigidly interconnected eyelets or short pipe sections with a corresponding internal thread. These rigidly interconnected eyelets or pipe sections represent the first joint part or a part thereof.
  • these eyelets are part of a bicycle rear triangle, which essentially consists of two interconnected tubular triangles, one of which is arranged on one side of a rear wheel and forms the so-called "rear wheel gait” and these have a clear distance , which corresponds at least to the axial length of the double hollow conical, tubular part of the bicycle frame.
  • the eyelets of the bicycle rear structure have a clear distance which corresponds at least to the axial length of the double hollow conical, tubular part of the bicycle frame, this tubular part can be guided between the two eyelets and aligned axially with the eyelets.
  • the cone pins can be inserted and clamped through the eyelets into the ends of the tubular part, and the bearings can also be seated on the cylindrical ends of the cone pins.
  • the bearing shells are screwed into the eyes in the form of rings with an external thread, which also simultaneously on the cylindrical Grip the ends of the tapered ball bearings from the outside.
  • the races of one of the bearings are then fixed in the axial direction both on the inner bearing shell of the conical journal and on the outer bearing shell, unless this has already happened (e.g. when the ball bearings are placed on the inner bearing shells) while on the on the other hand, only one of the bearing races, for example the bearing race seated on the cone journal, is fixed in the axial direction, but is guided so as to be axially movable in the outer bearing shell.
  • the range of motion for the outer bearing race in the outer bearing shell only has to compensate for the manufacturing tolerances that arise during the manufacture of the individual joint parts, i.e. the axial length of the bearing shell in which the outer bearing race is axially movable does not have to be, or only slightly larger than, the one axial length of a bearing race, e.g. by 2-3 mm.
  • the inner surface of one of the outer bearing shells has a substantially smooth, cylindrical inner wall without radially inwardly projecting parts, while the inner surface of the other outer bearing shell has a radially inwardly projecting collar, which serves as a stop for a rolling bearing race, as well as at a distance and parallel to it the collar has a circumferential groove for receiving a locking ring such that the outer rolling bearing race between the collar and the locking ring is axially fixed in the bearing shell.
  • the inner bearing shells in turn also each have a collar, in this case a radially outwardly projecting collar, which serves as a stop for an inner rolling bearing race, and they have a circumferential groove at a distance and parallel to the collar for receiving a Circlip in such a way that the inner rolling bearing races are axially fixed between the collar and the circlip each of one bearing shell.
  • the bearings are expediently encapsulated rolling bearings, that is to say pre-assembled bearings.
  • the roller bearings are designed as ball bearings.
  • the two cone pins which have already been described above, have a central bore, in the case of a first of these cone pins the bore is provided with an internal thread, whereas the second cone pin has only one through bore for the passage of the bolt, which can be screwed into the internal thread of the other cone pin.
  • the bolt is supported with a bolt head on a matching collar or edge of the cone that only has the through hole.
  • the open ends of the through bores of both cone pins can preferably be closed by a cover or the like. These can be plastic lids, which are simply snapped into suitably designed openings at the ends of the cone pins.
  • an embodiment of the invention is preferred in which one bearing shell has a right-hand thread and the other has a left-hand thread.
  • An embodiment in which the threads have the standard dimensions which are also suitable for pedaling is particularly preferred. bearing threads are used. In this way it is possible to produce or rework the threads in the eyelets of the bicycle rear end in the same way as is also the case with bottom bracket threads. Exactly the same tools can be used, which considerably simplifies and speeds up the assembly and manufacturing process.
  • FIG. 1 shows the side view of a bicycle (mountain bike) with a roller bearing joint 100
  • FIG. 2 shows a perspective exploded view of the roller bearing joint according to the invention with the adjacent joint parts and
  • FIG. 3 shows an axial section through the roller bearing element shown in FIGS. 1 and 2.
  • a bicycle can be seen in FIG. 1, which has a frame 20 and a rear structure 10 articulated thereto at 100.
  • This rear end consists essentially of a tube 15, which also carries a roller bearing housing 1, the rear wheel fork 16 and the struts 17, the tubes and struts 15, 16, 17 being welded or soldered together to form a double triangular connection, so that a The rear wheel of a bicycle can be received between the rear fork 16 and the struts 17, the upper triangle point of this tube assembly being connected to a suspension and damping element 18 which is articulated on the frame 20 at its other end.
  • a bottom bracket housing 22, which is firmly connected to the frame 20, can also be seen below the roller bearing joint 100.
  • roller bearing 100 and also the immediately adjacent elements of the frame of the rear frame are shown again in a perspective exploded view (and reversed with respect to Figure 1).
  • tube 15 and the fork 16 of the rear triangle which are firmly connected to a roller bearing housing 1, which has two lateral eyelets 11.
  • a tubular sleeve 2 is inserted, which is rigidly connected to the bottom bracket 22 and the other parts of the frame 20, as can also be seen in FIG.
  • the roller bearing housing 1 and the tubular sleeve 2 form the first and second joint part, which are articulated to one another by the other elements shown in Figure 2, so that the rear frame 10 can be pivoted relative to the frame about the axis defined by the roller bearing.
  • a force exerted, for example, essentially vertically in the direction of the roller bearing joint 100 via the saddle leads to the bottom bracket 22 with the roller bearing joint 100 lowering somewhat, while the axes of the two ratchets which are fixed when the bicycle stands on the ground, so that as a result opposite rotational movements of the frame 20 and the rear frame 10 take place around the roller bearing joint 100, whereby the spring 18 is compressed.
  • the spring 18 is relatively strong, the rotational movement in the joint 100 when the bicycle is under normal load is still only very slight due to the weight of a person.
  • very violent impacts can be exerted on the wheels, whereby impacts on the front wheel are intercepted primarily via the front fork, which is likewise provided with a suspension, while the impacts exerted on the rear wheel can be absorbed by the spring system 18, whereby the rear triangle is pivoted relative to the frame around the roller bearing joint 100.
  • the swiveling range is greatly limited by the maximum stroke of the spring and is in any case significantly below 30 ° without the rolling bearing joint according to the invention in principle being limited to small swiveling angles.
  • FIG. 2 shows the connection of the two joint parts, namely the roller bearing housing 1 and the tubular sleeve 2, takes place via the elements which can be seen in detail in FIG. 2.
  • These are initially two outer bearing shells 6 and 6 ', which are screwed into threads in the eyelets 11 of the roller bearing housing 1.
  • FIG. 3 shows the roller bearing in the assembled state in an axial section.
  • the cone pin 7 only has a simple through hole, while the cone pin 7 'has a threaded hole.
  • a screw bolt 13 is passed through the bore of the conical pin 7 and screwed into the opposite threaded bore of the conical pin 7 ', whereby the conical pins 7, 7' are drawn into the tubular sleeve 2 from opposite sides and their conical surfaces are firmly attached to the conical inner surfaces of the tubular sleeve 2 until an end position of the two conical pins in the tubular sleeve results at a specific, preferably fixed tightening torque.
  • the two outer ends of the conical pins 7, 7 ' are designed as cylindrical bearing shells for receiving the inner bearing ring of a ball bearing 5 or 5'. Before their transition into the conical surfaces of the conical pins, these cylindrical ends also have an outwardly projecting, annular circumferential collar 12 or 12 ', which in each case serves as a stop surface for the inner race of the ball bearings 5 or 5'. Furthermore, these bearing shell surfaces of the conical pins 7, 7 'have a circumferential groove at a distance from the collar 12 or 12' which corresponds exactly to the axial length of the inner ball races of the ball bearing 5.
  • a retaining ring 3 or 4 is inserted into this groove after the ball bearings 5, 5 'have been pushed onto the inner bearing shells of the conical pins 7.
  • the bearing shell 6' shown on the right in FIG. 3 must be screwed into the bottom bracket housing 1 or the eyelet 11.
  • This bearing sleeve 6 ' has an inwardly projecting collar 14 which serves as a stop for an outer bearing race. If the bearing 5 'which can be seen on the right in FIG. 3 is then pushed onto the cylindrical end of the conical pin 7' and at the same time into the bearing shell 6 ', the dimensions of which are closely matched to one another, the inner locking ring 4 and the outer locking ring 9 can then be used become.
  • a circumferential groove is also provided in the outer bearing shell 6 ', the distance from the inner collar 14 of the bearing shell 6' corresponds to the axial length of the outer ball bearing race.
  • the ball bearing is first inserted into the bearing shell 6 'and then assembled together with the bearing shell, that is to say the bearing shell is screwed into the housing 1 with the ball bearing arranged therein, whereby the inner ball bearing race slides onto the cylindrical end portion of the taper pin 7 '.
  • the tubular sleeve 2 which can be seen in FIG. 3, is connected to the bottom bracket housing 22 according to FIG.
  • tubular sleeve 2 is only axially displaceable to a limited extent in the space between the two eyelets 11 and thus forms an abutment when the ball bearing 5 'is pushed onto the conical pin 7' which is firmly connected to the tubular sleeve 2.
  • the ball bearing 5 can then be mounted on the left-hand side in FIG. 3, but this can also be placed on the cylindrical section of the conical pin 7 beforehand and secured with the locking ring 3.
  • the left outer bearing shell 6 has no annoying collar or other stop for the bearing 5, since its position would otherwise be overdetermined, which would require precise adjustment of the contact surfaces on the bearing shell 6.
  • the position of the bearing 5 is determined solely by the position of the bearing 5 'which can be seen on the right, since this bearing 5' is fixed to the bearing shell 6 'by the collar 14 and the locking ring 9, which in turn has a fixed end stop position after being screwed into it Has thread of the housing 1.
  • the inner bearing race is also axially fixed with respect to the outer one and is via the connection of the inner bearing race to the cylindrical portion of the conical pin 7' and the contact of the inner ball bearing race with the collar 12 'and the locking ring 4 also the position of the opposite ball bearing in the axial direction. This is obviously because the two - ⁇
  • the cone pins 7, 7 ' are firmly and rigidly connected to one another via the screw bolt 13 and the bracing on the tubular sleeve 2.
  • the ball bearing 5 is in turn fixed on the locking ring 3 and the collar 12 on the taper pin 7, while the outer bearing race ring of the ball bearing 5 in the outer bearing shell 6 is axially freely movable.
  • roller bearing joint and its assembly is not limited to use on bicycles, but can be used in many areas of technology wherever parts have to be pivoted relative to one another.

Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wälzlagergelenk mit einem ersten Gelenkteil (1) und einem zweiten Gelenkteil (2), welches gegenüber dem ersten Gelenkteil (1) um eine Achse mindestens begrenzt drehbeweglich ist, zwei koaxialen und in axialem Abstand zueinander angeordneten Wälzlagern (4, 5), welche zwischen dem ersten und dem zweiten Gelenkteil (1, 2) vorgesehen sind, wobei die Wälzlager (4, 5) je eine innere und eine äußere Laufbahn aufweisen, wobei die äußeren Laufbahnen der beiden Wälzlager (4, 5) dem ersten Gelenkteil (1) zugeordnet sind und die inneren Laufbahnen beider Wälzlager (4, 5) dem zweiten Gelenkteil zugeordnet sind. Um ein Wälzlagergelenk mit den eingangs genannten Merkmalen zu schaffen, welches schnell und einfach montierbar ist und ohne Feinjustierung einen exakten Lagersitz gewährleistet, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass zwei innere und zwei äußere Lagerschalen (6', 7'), die mindestens teilweise in enger Passung mit den die Laufbahnen bildenden Teilen in Eingriff stehen und ansonsten wahlweise mit den Laufbahnen einstückig ausgebildet sind, wobei die zwei äußeren Lagerschalen (6, 6') fest mit dem ersten Gelenkteil (1) und die zwei inneren Lagerschalen (7, 7') fest mit dem zweiten Gelenkteil (2) verbunden sind, und wobei die Laufbahnen eines der Lager (4) sowohl an der zugehörigen äußeren Lagerschale (6') als auch an der zugehörigen inneren Lagerschale (7') in axialer Richtung fixiert sind, während das andere der Lager (5) nur an einer der zugehörigen äußeren oder inneren Lagerschalen (6, 7) axial fixiert und gegenüber der verbleibenden Lagerschale (7, 6) in vorzugsweise enger Gleitpassung axial bewegbar ist.

Description

Wälzlagergelenk
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wälzlagergelenk mit einem ersten Gelenkteil und einem zwei- ten Gelenkteil, welches gegenüber dem ersten Gelenkteil um eine Achse mindestens begrenzt drehbeweglich ist, mit zwei koaxialen und in axialem Abstand zueinander angeordneten Wälzlagern, welche zwischen dem ersten und dem zweiten Gelenkteil vorgesehen sind, wobei die Wälzlager je eine innere und eine äußere Laufbahn aufweisen, wobei die äußeren Laufbahnen der beiden Wälzlager dem ersten Gelenkteil zugeordnet sind und die inneren Laufbahnen beider Wälzlager dem zweiten Gelenkteil zugeordnet sind.
Soweit im folgenden konkrete Beispiele beschrieben werden, wird der Einfachheit halber auf Kugellager als Wälzlager Bezug genommen und die entsprechenden Laufbahnen sind Kugellaufbahnen, ohne daß hiermit eine Einschränkungsabsicht verbunden ist. Die Erfindung ist selbstverständlich entsprechend der Formulierung der Ansprüche ganz allgemein auf Gelenke mit Wälzlagern anwendbar, seien die Wälzlager nun Kugellager, Nadellager oder dergleichen. Weiterhin können die Begriffe "erstes Gelenkteil" und "zweites Gelenkteil" auch vertauscht werden und lediglich der Einfachheit halber wird hier als erstes Gelenkteil dasjenige bezeichnet, welches mit den äußeren Laufbahnen der Wälzlager verbunden ist. Weiterhin wäre es im Prinzip auch möglich, jedenfalls wenn die Gelenkteile nur begrenzt gegeneinander drehbeweglich sein müssen, das erste Gelenkteil bei einem der Wälzlager mit der äußeren Laufbahn und bei dem anderen Wälzlager mit der inneren Laufbahn zu verbinden und das zweite Gelenkteil dementsprechend mit der inneren Laufbahn des ersten Wälzlagers und der äußeren Laufbahn des zweiten Wälzlagers zu verbinden. Dies würde allerdings zu relativ umständlichen Konstruktionen der ersten und zweiten Gelenkteile führen, die aus diesem Grunde nicht bevorzugt sind, aus dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung aber auch nicht ausgeschlossen werden sollen.
Ein besonderes Anwendungsgebiet für entsprechende Wälzlagergelenke sind Fahrradrahmen, bei denen der sogenannte Hinterbau gegenüber dem Hauptrahmen um eine horizontale Achse begrenzt verschwenkbar ist. Solche Fahrräder sind z.B. relativ hochwertige Mountainbikes mit einem sogenannten federnden Hinterbau, bei welchen die Drehbewegung des Hinterbaus gegenüber dem Hauptrahmen durch ein Wälzlagergelenk und gegen die Kraft eines elastischen Rückstellelements, gegebenenfalls mit integrierter Dämpfung, bei harten Stößen begrenzt verschwenkbar ist. Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung darüber hinaus auch Anwendung finden kann in anderen Bereichen des Maschinenbaus, wo immer ein erstes Maschinenteil gegenüber einem zweiten Maschinenteil begrenzt drehbeweglich sein soll und wobei die Drehgelenkverbindung möglichst stabil mit exakt definierter Achse und gleichzeitig reibungsarm erfolgen soll. Für eine genau definier- te Achse und geringes Spiel bei gleichzeitig geringer Reibung sorgen dabei zwei im axialen Abstand zueinander und koaxial angeordnete Wälzlager, welche durch ihre relative Anordnung und Ausrichtung die gewünschte Drehachse definieren.
Bei den bisher bekannten Wälzlagergelenken dieser Art ist jedoch die Montage und Einstellung der Wälzlager relativ aufwendig und schwierig. Da die beiden Gelenkteile gegeneinander beweglich sind und nur über die Wälzlager miteinander verbunden sind, werden häufig einstellbare Lagerschalen mit integrierten Laufbahnen verwendet, die bei der Montage des Wälzlagergelenks zusammen mit den Wälzlagerelementen (z.B. Kugeln) montiert und eingestellt werden müssen. Dabei ist die Einstellung dieser Lager ein relativ aufwendiger Vorgang, bei dem es leicht zu Fehlern kommen kann. Werden die Laufbahnen bzw. Lagerschalen mit zu großem Spiel eingestellt, so kann das Lager sehr leicht ausschlagen, das heißt bei stoßartigen Belastungen aufgrund des vorhandenen Bewegungsspiels auch zu stoßartigen Belastungen einzelner Wälzlagerelemente führen, die sich dann lokal in die Laufbahn eindrücken bzw. die Lauffläche beschädigen, so daß im Anschluß daran eine reibungsarme und präzise Gelenkbewegung in den Lagern nicht mehr möglich ist.
Im anderen Extremfall kann das Lager zu stramm eingestellt werden, was ebenfalls zu Beschädigungen der Laufbahn führt, da dann die einzelnen Wälzlagerelemente ebenso wie die Laufbahnen punktuell sehr großen Belastungen im Dauerbetrieb ausgesetzt werden, wodurch sich ebenfalls Eindrückungen und Vertiefungen der Laufbahnoberfläche oder aber Unrundheiten in den Wälzlager- elementen ergeben.
Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlagergelenk mit den eingangs genannten Merkmalen zu schaffen, welches schnell und einfach montierbar ist und ohne Feinjustierung einen exakten Lagersitz gewährleistet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch zwei innere und zwei äußere Lagerschalen, die mindestens teilweise in enger Passung mit den die Laufbahnen bildenden Teilen in Eingriff stehen und ansonsten wahlweise mit den Laufbahnen einstückig ausgebildet sind, wobei die zwei äußeren Lagerschalen fest mit dem ersten Gelenkteil und die zwei inneren Lagerschalen fest mit dem zweiten Gelenkteil verbunden sind und wobei die Laufbahnen eines der Lager sowohl an der zugehörigen äußeren Lagerschale als auch an der zugehörigen inneren Lagerschale in axialer Richtung fixiert sind, während das andere der Lager nur an einer der zugehörigen äußeren oder inneren Lagerschalen axial fixiert ist und gegenüber der verbleibenden Lagerschale in vorzugsweise enger Gleitpassung axial bewegbar ist. Die Lagerschalen stehen also mindestens teilweise in enger Passung mit den die Laufbahnen bildenden Teilen in Eingriff, das heißt es handelt sich mindestens teilweise um von den Laufbahnen bzw. den die Laufbahnen bildenden Teilen getrennte Lagerelemente. Mindestens eine der Lager- schalen darf also nicht identisch oder einstückig mit einer der Laufbahnen ausgebildet sein. Die übrigen Lagerschalen könnten aber wahlweise auch unmittelbar die die Laufbahnen bildenden Teile sein, also einstückig mit den Laufbahnen ausgebildet sein. Vorzugsweise sind aber die Lagerschalen lediglich Bauteile, und zwar möglichst präzise Bauteile, welche mit Laufringen oder ähnlichen, die Laufbahnen bildenden Teilen, in engem Eingriff stehen und damit deren Position definieren und die Verbindung zwischen Laufring bzw. Laufbahn und erstem oder zweitem Gelenkteil darstellen. Die Lagerschalen könnten im Prinzip und zumindest teilweise auch mit den ersten und zweiten Gelenkteilen einstückig ausgebildet sein, sind aber in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auch von den ersten und zweiten Gelenkteilen getrennte Elemente.
Die Kugellager sind vorzugsweise fertig vorkonfektionierte Lager, vorzugsweise gekapselte Lager, die Dichtungen aufweisen, durch welche ein Verschmutzen der Laufflächen der Lagerringe und der Kugeln verhindert wird.
Der Begriff der "Lagerschalen" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung in relativ breitem Sinne interpretiert. Insbesondere wird auch eine äußere zylindrische Fläche, auf welcher ein Kugellagerlaufring aufgesetzt wird, als "Lagerschale" angesehen und interpretiert.
Diese Lagerschalen stehen jedoch mit jeweils einem der ersten oder zweiten Gelenkteile in fester Verbindung und zwar in der Weise, daß die zwei äußeren Lagerschalen fest mit dem ersten Gelenk- teil und die zwei inneren Lagerschalen fest mit dem zweiten Gelenkteil verbunden sind. Eines der Lager wird dann in axialer Richtung sowohl an der äußeren Lagerschale als auch an der zugehörigen inneren Lagerschale in axialer Richtung fixiert. Konkret werden die äußeren bzw. inneren Lagerlaufringe an der äußeren bzw. inneren Lagerschale fixiert, die ihrerseits wiederum mit dem ersten bzw. zweiten Gelenkteil verbunden sind. Auf diese Weise werden über das zwischengeschaltete Lager und die axiale Fixierung der äußeren und inneren Lagerlaufringe an den Lagerschalen und damit auch an den Gelenkteilen die axialen Position der beiden Gelenkteile relativ zueinander fixiert. Das zweite Lager, welches im axialen Abstand zu dem ersten Lager angeordnet ist, wird dann nur noch an einer der Lagerschalen fixiert, das heißt es wird entweder der innere Lagerlaufring an der inneren Lagerschale axial fixiert oder es wird der äußere Laufring an der äußeren Lagerschale und damit an dem ersten Gelenkteil fixiert. Gegenüber der verbleibenden Lagerschale bleibt dann z.B. der äußere Lagerlaufring axial beweglich, wenn auch in möglichst enger Gleitpassung. Da nämlich durch die axiale Fixierung der beiden Laufringe des ersten Lagers die relative axiale Position des ersten Gelenkteils gegenüber dem zweiten bereits fixiert ist, würde die Fixierung des zweiten Lagers an beiden Teilen eine Überbestimmung der axialen Position dieser beiden Teile bedeuten und schon bei geringsten Toleranzen zu Lagerverspannungen führen. Zwar könnte man diese Lagerverspannungen durch axial verstellbare Lagerschalen beseitigen bzw. minimieren, jedoch erfordert dies einen Einstellvorgang, bei dem wiederum von Zeit zu Zeit auftretende Fehler unvermeidlich sind, so daß es doch zu Lagerverspannungen kommt. Außerdem könnte eine solche verstellbare Lagerscha- le unter Umständen im Gebrauch auch zu selbsttätigen Verstellungen führen, so daß dann die Lager doch wieder verspannt wären und entsprechend schwergängig sind und unter Umständen sogar beschädigt oder zerstört werden, auf jeden Fall aber schnell verschleißen.
Dadurch jedoch, daß eine der Lagerschalen so ausgestaltet wird, daß der zugehörige Lagerlaufring in enger Gleitpassung an dieser Lagerschale anliegt, das heißt im Inneren der zylindrischen Lagerschale als äußerer Kugellaufring anliegt oder aber als innerer Lagerlaufring ringförmig eine zylindrische innere Lagerschale umfaßt, können entsprechende Verspannungen von vornherein nicht auftreten und es ist überhaupt keine Lagereinstellung erforderlich. Dementsprechend werden zweckmäßigerweise komplett vorgefertigte Lager verwendet, die aus einem äußeren und einem inneren Laufring mit dazwischen angeordneten Wälzelementen, wie z.B. Kugeln, bestehen.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die axiale Fixierung der Lager bzw. ihrer Laufbahnen oder Laufringe an den zugeordneten Lagerschalen auf der axial einen Seite jeweils durch einen vorstehenden Bund und auf der axial anderen Seite jeweils durch einen Sicherungsring. Die Wälzlager werden dementsprechend mit einem inneren Wälzlagerlaufring auf die Lagerschale in Form eines zylindrischen Zapfens oder dergleichen aufgesetzt, bis sie an einen Bund des Zapfens anschlagen, und/oder in eine hohlzylindrische Lagerschale eingeschoben, bis der äußere Lagerlaufring an einen Bund anschlägt. Auf die axiale Länge bzw. Breite der Lager bzw. Lagerlaufringe abgestimmt ist dann ein Sicherungsring vorgesehen, der vorzugsweise in eine umlaufende Nut der betreffenden Lagerschalen eingesetzt wird, wobei die Nut so positioniert ist, daß das Lager bzw. der entsprechende Lagerlaufring zwischen dem als Anschlag wirkenden Bund und dem Sicherungsring weitgehend spielfrei axial fixiert ist. Wie aus der vorstehenden Beschreibung schon zu entnehmen war, wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung der Begriff "Lagerschale" in einem weiten Sinn verstanden, indem er nicht nur mehr oder weniger hohlzylindrische Teile umfaßt, die ein Lager, kon- kret einen äußeren Lagerlaufring, aufnehmen, sondern auch Zapfen oder andere Teile mit einer zylindrischen Außenfläche, auf welcher ein innerer Lagerlaufring passend aufsitzt.
Zweckmäßigerweise ist der vorstehende Bund an den Lagerschalen auf der dem jeweils anderen Wälzlager zugewandten Seite eines Wälzlagers vorgesehen, da dann der Zugang zur anderen Seite des Lagers, wo der Sicherungsring anzubringen ist, nicht durch das jeweils andere Lager behindert wird.
In der bevorzugten Ausführungsform sind die inneren Lagerschalen einstückig mit zwei Konuszapfen ausgebildet, welche eine zentrale Bohrung für den Durchgriff einer Spannschraube aufweisen und welche in zwei entsprechend hohlkonische Enden eines rohrförmigen Teiles eingreifen und mit diesem verspannt sind. Das rohrförmige Teil, dessen beide Rohrenden eine konische Innenfläche haben, entspricht dem zweiten Gelenkteil. Die beiden sogenannten Konuszapfen haben entsprechend konische Außenflächen, die mit den konischen Innenflächen an den Enden des rohrförmigen Teils einander gegenüberliegend in Eingriff treten, wobei die zentrale Bohrung dieser beiden Konuszapfen von einer Spannschraube durchgriffen wird bzw. eine Spannschraube durch einen Zapfen hindurchgesteckt und in den anderen eingeschraubt wird, so daß die Konuszapfen in Richtung auf- einanderzu bewegt werden, dadurch fest in die hohlkonischen Enden des rohrförmigen Teiles hineingezogen und mit dem rohrförmigen Teil verspannt werden. Der verbleibende Teil der Konuszap- fen, der noch aus dem rohrförmigen Teil heraussteht, ist zylindrisch ausgebildet und hat einen zylindrischen Außendurchmesser, der dem Innendurchmesser der zugehörigen inneren Laufringe der Wälzlager entspricht, so daß also diese zylindrischen Enden der Konuszapfen die inneren Lagerschalen für die Wälzlager bilden.
In der bevorzugten Ausführungsform ist das rohrförmige Teil mit zwei hohlkonischen Enden Teil eines Fahrradrahmens, insbesondere Teil eines sogenannten Fahrradhauptrahmens. Bei diesem Teil des Fahrradrahmens, welches als Rohr mit konischen Innenflächen an beiden Rohrenden ausgebildet ist, handelt es sich vorzugsweise um einen Teil eines Fahrradhauptrahmens, der unmittelbar über einem Tretlagergehäuse und in gleicher Ausrichtung wie das Tretlagergehäuse angeordnet und einstückig mit dem Tretlagergehäuse verbunden ist.
Die äußeren Lagerschalen weisen in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Außengewinde auf und sind in zwei vorzugsweise starr miteinander verbundene Ösen bzw. kurze Rohrstücke mit entsprechendem Innengewinde eingeschraubt. Diese starr miteinander verbundenen Ösen bzw. Rohrstücke stellen das erste Gelenkteil bzw. einen Teil desselben dar.
Wiederum in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind diese Ösen Teil eines Fahrradhinterbaus, der im wesentlichen aus zwei miteinander verbundenen Rohrdreiecken besteht, von denen je eines auf einer Seite eines Hinterrades angeordnet ist und die sogenannte "Hinterradga- bei" bildet und diese haben einen lichten Abstand, der mindestens der axialen Länge des doppelt hohlkonischen, rohrförmigen Teils des Fahrradrahmens entspricht.
Da die Ösen des Fahrradhinterbaus einen lichten Abstand haben, der mindestens der axialen Länge des doppelt hohlkonischen, rohrförmigen Teiles des Fahrradrahmens entspricht, kann dieses rohr- förmige Teil zwischen die beiden Ösen geführt und axial mit den Ösen ausgerichtet werden. In dieser Position können die Konuszapfen durch die Ösen in die Enden des rohrförmigen Teiles eingeschoben und verspannt werden, wobei auch die Lager bereits auf den zylindrischen Enden der Konuszapfen aufsitzen können. In die Ösen werden dann noch oder auch zuvor die Lagerschalen in Form von Ringen mit Außengewinde eingeschraubt, die auch gleichzeitig die auf den zylindrischen Enden der Konuszapfen aufsitzenden Kugellager von außen umfassen. Wie bereits erwähnt, werden dann die Laufringe eines der Lager sowohl an der inneren Lagerschale des Konuszapfens als auch an der äußeren Lagerschale in axialer Richtung fixiert, soweit dies nicht schon (z.B. beim Aufsetzen der Kugellager auf den inneren Lagerschalen) geschehen ist, während auf der anderen Seite nur einer der Lagerlaufringe, z.B. der auf dem Konuszapfen aufsitzende Lagerlaufring, in axialer Richtung fixiert wird, in der äußeren Lagerschale jedoch axial beweglich geführt ist. Der Bewegungsspielraum für den äußeren Lagerlaufring in der äußeren Lagerschale muß lediglich die im Rahmen der Fertigung der einzelnen Gelenkteile auftretenden Fertigungstoleranzen ausgleichen, das heißt die axiale Länge der Lagerschale, in welcher der äußere Lagerlaufring axial beweglich ist, muß nicht oder nur geringfügig größer sein als die axiale Länge eines Lagerlaufrings, z.B. um 2-3 mm.
Dementsprechend weist die Innenfläche einer der äußeren Lagerschalen eine im wesentlichen glatte, zylindrische Innenwand ohne radial einwärts ragende Teile auf, während die Innenfläche der anderen äußeren Lagerschale einen radial einwärts ragenden Bund aufweist, der als Anschlag für einen Wälzlagerlaufring dient, sowie im Abstand und parallel zu dem Bund eine umlaufende Nut zur Aufnahme eines Sicherungsringes derart, daß der äußere Wälzlagerlaufring zwischen dem Bund und dem Sicherungsring axial in der Lagerschale fixiert ist. Die inneren Lagerschalen weisen ihrerseits ebenfalls je einen Bund, und zwar in diesem Fall einen radial auswärts ragenden Bund auf, der als Anschlag für je einen inneren Wälzlagerlaufring dient, und sie weisen im Abstand und parallel zu dem Bund eine umlaufende Nut auf für die Aufnahme eines Sicherungsringes derart, daß die inneren Wälzlagerlaufringe jeweils zwischen dem Bund und dem Sicherungsring je einer Lagerschalen axial fixiert sind. Die Lager sind zweckmäßigerweise gekapselte Wälzlager, das heißt fertig vorkonfektionierte Lager. In einer besonders einfachen und preiswerten Ausführungsform der Erfindung sind die Wälzlager als Kugellager ausgebildet.
Die beiden Konuszapfen, die oben bereits beschrieben wurden, weisen in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine zentrale Bohrung auf, wobei bei einem ersten dieser Konuszapfen die Bohrung mit einem Innengewinde versehen ist, wohingegen der zweite Konuszapfen lediglich eine Durchgangsbohrung für die Hindurchführung des Bolzens aufweist, der in das Innengewinde des anderen Konuszapfens einschraubbar ist. Der Bolzen stützt sich mit einem Bolzenkopf an einem passenden Bund oder Rand desjenigen Konuszapfens ab, der lediglich die Durchgangsbohrung aufweist. Vorzugsweise sind die offenen Enden der Durchgangsbohrungen beider Konuszapfen durch Deckel oder dergleichen verschließbar. Dabei kann es sich um Kunststoffdeckel handeln, die einfach in passend ausgestaltete Öffnungen an den Enden der Konuszapfen eingerastet werden.
Bezüglich der äußeren Lagerschalen ist eine Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, bei der die eine Lagerschale ein Rechtsgewinde und die andere ein Linksgewinde hat. Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher die Gewinde die Standardmaße haben, die auch für Tret- lagergewinde Verwendung finden. Auf diese Weise ist es möglich, die Gewinde in den Ösen des Fahrradhinterbaus in gleicher Weise herzustellen oder auch nachzuarbeiten, wie dies auch bei Tretlagergewinden geschieht. Man kann exakt dieselben Werkzeuge verwenden, was den Montage- und Herstellungsvorgang beträchtlich erleichtert und beschleunigt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:
Figur 1 die Seitenansicht eines Fahrrades (Mountainbikes) mit einem Wälzlagergelenk 100,
Figur 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Wälzlagergelenks mit den angrenzenden Gelenkteilen und Figur 3 einen axialen Schnitt durch das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Wälzlagerelement.
Man erkennt in Figur 1 ein Fahrrad (Mountainbike), welches einen Rahmen 20 und einen damit bei 100 gelenkig verbundenen Hinterbau 10 aufweist. Dieser Hinterbau besteht im wesentlichen aus einem Rohr 15, welches zudem ein Wälzlagergehäuse 1 trägt, der Hinterradgabel 16 und den Streben 17, wobei die Rohre und Streben 15, 16, 17 zu einem doppelten Dreiecksverbund zusammen- geschweißt oder -gelötet sind, so daß ein Hinterrad eines Fahrrades zwischen der Hinterradgabel 16 und den Streben 17 aufgenommen werden kann, wobei der obere Dreieckspunkt dieses Rohrverbundes mit einem Federungs- und Dämpfungselement 18 verbunden ist, welches mit seinem anderen Ende an dem Rahmen 20 angelenkt ist. Man erkennt unterhalb des Wälzlagergelenks 100 noch ein mit dem Rahmen 20 fest verbundenes Tretlagergehäuse 22.
In Figur 2 sind das Wälzlager 100 und auch die unmittelbar angrenzenden Elemente des Rahmens des Hinterbaus nochmals in perspektivischer Explosionsdarstellung (und gegenüber Figur 1 seitenverkehrt) dargestellt. Insbesondere erkennt man wieder das Rohr 15 und die Gabel 16 des Hinterbaus, die mit einem Wälzlagergehäuse 1 , welches zwei seitliche Ösen 11 aufweist, fest verbunden sind. In den Zwischenraum, der zwischen den von dem Wälzlagergehäuse 1 gebildeten Ösen 11 freigelassen wird, ist eine Rohrhülse 2 eingesetzt, die mit dem Tretlager 22 und den übrigen Teilen des Rahmens 20 starr verbunden ist, wie man in Figur 1 ebenfalls noch erkennen kann.
Das Wälzlagergehäuse 1 und die Rohrhülse 2 bilden das erste bzw. zweite Gelenkteil, welche durch die übrigen in Figur 2 dargestellten Elemente gelenkig miteinander verbunden werden, so daß der Hinterbau 10 gegenüber dem Rahmen um die durch das Wälzlager definierte Achse begrenzt verschwenkt werden kann. Anhand der Figur 1 kann man erkennen, daß eine z.B. über den Sattel im wesentlichen vertikal in Richtung des Wälzlagergelenks 100 ausgeübte Kraft dazu führt, daß sich das Tretlager 22 mit dem Wälzlagergelenk 100 etwas absenkt, während die Achsen der beiden Rä- der fixiert sind, wenn das Fahrrad auf dem Boden aufsteht, so daß im Ergebnis entgegengesetzte Drehbewegungen des Rahmens 20 und des Hinterbaus 10 um das Wälzlagergelenk 100 stattfinden, wodurch die Feder 18 zusammengedrückt wird. Da aber die Feder 18 relativ stark ist, ist die Drehbewegung in dem Gelenk 100 bei normaler Belastung des Fahrrades allein durch das Gewicht einer Person noch sehr gering. Während schneller Fahrt über unebene Strecken können jedoch auf die Räder sehr heftige Stöße ausgeübt werden, wobei Stöße des Vorderrades vor allem über die ebenfalls mit einer Federung versehene Vorderradgabel abgefangen werden, während die auf das Hinterrad ausgeübten Stöße durch das Federsystem 18 aufgefangen werden können, wobei der Hinterbau relativ zum Rahmen um das Wälzlagergelenk 100 verschwenkt. Wie man allerdings erkennt, ist der Schwenkbereich durch den Maxirnalhub der Feder stark begrenzt und beträgt auf jeden Fall deutlich unter 30°, ohne daß im Prinzip das erfindungsgemäße Wälzlagergelenk an sich auf kleine Schwenkwinkel beschränkt wäre.
Die Verbindung der beiden Gelenkteile, nämlich des Wälzlagergehäuses 1 und der Rohrhülse 2, erfolgt über die in Figur 2 im einzelnen erkennbaren Elemente. Dies sind zunächst zwei äußere Lagerschalen 6 bzw. 6', die in Gewinde in den Ösen 1 1 des Wälzlagergehäuses 1 eingeschraubt werden. Für die Beschreibung der Montagepositionen der einzelnen Elemente wird auf Figur 3 Bezug genommen, die das Wälzlager im zusammenmontierten Zustand in einem axialen Schnitt zeigt.
Die beiden axial durchbohrten Konuszapfen 7, die gleichzeitig als innere "Lagerschalen" dienen, werden von beiden Seiten her in die Rohrhülse 2 eingesetzt, deren innere Enden passend zu den Konusflächen der Konuszapfen 7, 7' konisch ausgebildet sind, wie man in Figur 3 deutlich erkennt. Der Konuszapfen 7 weist lediglich eine einfache Durchgangsbohrung auf, während der Konuszapfen 7' eine Gewindebohrung hat. Ein Schraubbolzen 13 wird durch die Bohrung des Konuszapfens 7 hindurchgeführt und in die gegenüberliegende Gewindebohrung des Konuszapfens 7' eingeschraubt, wodurch die Konuszapfen 7, 7' von gegenüberliegenden Seiten her in die Rohrhülse 2 hineingezogen werden und ihre konischen Flächen sich dabei fest an die konischen Innenflächen der Rohrhülse 2 anlegen, bis sich bei einem bestimmten, vorzugsweise festgelegten Anzugsmoment eine Endposition der beiden Konuszapfen in der Rohrhülse ergibt.
Die beiden äußeren Enden der Konuszapfen 7, 7' sind als zylindrische Lagerschalen für die Aufnahme des inneren Lagerrings eines Kugellagers 5 bzw. 5' ausgebildet. Diese zylindrischen Enden weisen vor ihrem Übergang in die konischen Flächen der Konuszapfen noch einen nach außen vorragenden, ringförmig umlaufenden Bund 12 bzw. 12' auf, der jeweils als Anschlagfläche für den in- neren Laufring der Kugellager 5 bzw. 5' dient. Weiterhin haben diese Lagerschalenflächen der Konuszapfen 7, 7' eine umlaufende Nut in einem Abstand von dem Bund 12 bzw. 12', der genau der axialen Länge der inneren Kugellaufringe des Kugellagers 5 entspricht. In diese Nut wird ein Sicherungsring 3 bzw. 4 eingesetzt, nachdem die Kugellager 5, 5' auf die inneren Lagerschalen der Konuszapfen 7 aufgeschoben worden sind. Vor dem Aufschieben der Kugellager 5, 5' muß mindestens die rechts in Figur 3 erkennbare Lagerschale 6' in das Tretlagergehäuse 1 bzw. die Öse 11 eingeschraubt werden. Diese Lagerhülse 6' weist nämlich einen nach innen ragenden Bund 14 auf, der als Anschlag für einen äußeren Lager- laufring dient. Wenn dann das in Figur 3 rechts erkennbare Lager 5' auf das zylindrische Ende des Konuszapfens 7' und gleichzeitig in die Lagerschale 6' eingeschoben wird, deren Maße in enger Passung aufeinander abgestimmt sind, können anschließend der innere Sicherungsring 4 und der äußere Sicherungsring 9 eingesetzt werden.
Wie man sieht, ist auch in der äußeren Lagerschale 6' eine umlaufende Nut vorgesehen, deren Abstand von dem inneren Bund 14 der Lagerschale 6' der axialen Länge des äußeren Kugellagerlaufringes entspricht. Für die Montage kann es im übrigen zweckmäßig sein, wenn das Kugellager zunächst in die Lagerschale 6' eingesetzt wird und dann gemeinsam mit der Lagerschale montiert wird, das heißt die Lagerschale wird in das Gehäuse 1 mit dem darin angeordneten Kugellager ein- geschraubt, wobei sich der innere Kugellagerlaufring auf den zylindrischen Endabschnitt des Konuszapfens 7' aufschiebt. Man beachte, daß die Rohrhülse 2, die in Figur 3 erkennbar ist, gemäß Figur 2 mit dem Tretlagergehäuse 22 verbunden ist, so daß die Rohrhülse 2 in dem Zwischenraum zwischen den beiden Ösen 11 nur begrenzt axial verschiebbar ist und somit ein Widerlager bildet, wenn das Kugellager 5' auf den fest mit der Rohrhülse 2 verbundenen Konuszapfen 7' aufgeschoben wird.
Wenn die in Figur 3 rechts erkennbare Lagerhülse eingeschraubt ist und das Lager 5' durch die beiden Sicherungsringe 4, 9 und die jeweils gegenüberliegenden Bunde 12' bzw. 14 fixiert ist, sind damit auch der Konuszapfen 7' und mit diesem auch die Rohrhülse 2 und der gegenüberliegende Konuszapfen 5 axial eindeutig fixiert. Dann ist auch die Rohrhülse 2 gegenüber dem Gehäuse 1 des Wälzlagergelenkes axial fixiert.
Anschließend kann das Kugellager 5 auf der linken Seite in Figur 3 montiert werden, welches aber auch schon zuvor auf den zylindrischen Abschnitt des Konuszapfens 7 aufgesetzt werden und mit dem Sicherungsring 3 gesichert werden kann. Die linke äußere Lagerschale 6 weist nämlich keiner- lei dabei störenden Bund oder sonstigen Anschlag für das Lager 5 auf, da dessen Position ansonsten überbestimmt wäre, was eine genaue Justierung der Anlageflächen an der Lagerschale 6 erfordern würde. Die Position des Lagers 5 wird stattdessen allein durch die Position des rechts erkennbaren Lagers 5' festgelegt, da dieses Lager 5' durch den Bund 14 und den Sicherungsring 9 an der Lagerschale 6' fixiert ist, die ihrerseits eine feste Endanschlagsposition nach dem Einschrauben in das Gewinde des Gehäuses 1 hat. Über die Kugelbahnen und Kugeln des Lagers 5' ist auch der innere Lagerlaufring gegenüber dem äußeren axial festgelegt und über die Verbindung des inneren Lagerlaufringes mit dem zylindrischen Abschnitt des Konuszapfens 7' und die Anlage des inneren Kugellagerlaufringes an dem Bund 12' und dem Sicherungsring 4 ist auch die Position des gegenüberliegenden Kugellagers in axialer Richtung festgelegt. Dies liegt offensichtlich daran, daß die bei- - ¬
den Konuszapfen 7, 7' über den Schraubbolzen 13 und das Verspannen an der Rohrhülse 2 fest und starr miteinander verbunden sind. Das Kugellager 5 ist wiederum über den Sicherungsring 3 und den Bund 12 an dem Konuszapfen 7 festgelegt, während der äußere Lagerlauf ring des Kugellagers 5 in der äußeren Lagerschale 6 axial frei beweglich ist.
Auf diese Weise können auftretende Toleranzen, die sich z.B. durch die Herstellung der Konuszapfen und der Hülse 2 mit konischen Innenflächen beim Zusammenziehen der Teile ergeben, in einfacher Weise ohne irgendwelche Justierarbeiten ausgeglichen werden. Auch die Maße des Gehäuses 1 und/oder der Lagerschalen und der Position der Bunde 12', 14 können aufgrund von Toleranzab- weichungen variieren und werden durch das entweder in der äußeren Lagerschale 6 oder auf der inneren Lagerschale 7 frei verschiebbare Wälzlager 5 automatisch ausgeglichen.
Mit der erfindungsgemäßen axialen Fixierung eines Lagers anbeiden Gelenkteilen bei nur teilweiser Fixierung des anderen Lagers an nur einer der verbleibenden Lagerschalen erreicht man also, daß keinerlei Lagereinstellarbeiten notwendig sind und daß fertig vorkonfektionierte Lager verwendet werden können. Insbesondere können gekapselte Lager verwendet werden, die auch gegen das Eindringen von Schmutz weitgehend dicht sind. Auch die Enden der Konuszapfen 7, 7' können mit entsprechenden Abdeckungen versehen werden und im übrigen können auch die äußeren Enden der Lagerschalen 6, 6' bzw. des Wälzlagergehäuses 1 vollständig abgedeckt werden, so daß das Lager gegen Eindringen von Schmutz gesichert ist.
Es versteht sich, daß das entsprechende Wälzlagergelenk und seine Montage nicht auf die Anwendung an Fahrrädern beschränkt ist, sondern in vielen Bereichen der Technik Verwendung finden kann, wo immer Teile relativ zueinander verschwenkt werden müssen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Wälzlagergelenk mit
einem ersten Gelenkteil (1) und einem zweiten Gelenkteil (2), welches gegenüber dem ersten Gelenkteil (1 ) um eine Achse mindestens begrenzt drehbeweglich ist, zwei koaxialen und in axialem Abstand zueinander angeordneten Wälzlagern (4, 5), welche zwischen dem ersten und dem zweiten Gelenkteil (1 , 2) vorgesehen sind, - wobei die Wälzlager (4, 5) je eine innere und eine äußere Laufbahn aufweisen, wobei die äußeren Laufbahnen der beiden Wälzlager (4, 5) dem ersten Gelenkteil (1 ) zugeordnet sind und die inneren Laufbahnen beider Wälzlager (4, 5) dem zweiten Gelenkteil zugeordnet sind,
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
zwei innere und zwei äußere Lagerschalen (6', 7'), die mindestens teilweise in enger Passung mit den die Laufbahnen bildenden Teilen in Eingriff stehen und ansonsten wahlweise mit den Laufbahnen einstückig ausgebildet sind, - wobei die zwei äußeren Lagerschalen (6, 6') fest mit dem ersten Gelenkteil (1 ) und die zwei inneren Lagerschalen (7, 7') fest mit dem zweiten Gelenkteil (2) verbunden sind, und wobei die Laufbahnen eines der Lager (4) sowohl an der zugehörigen äußeren Lagerschale (6') als auch an der zugehörigen inneren Lagerschale (7') in axialer Rich- tung fixiert sind, während das andere der Lager (5) nur an einer der zugehörigen äußeren oder inneren Lagerschalen (6, 7) axial fixiert und gegenüber der verbleibenden Lagerschale (7, 6) in vorzugsweise enger Gleitpassung axial bewegbar ist.
2. Wälzlagergelenk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Fixierung der Lager (4, 5) bzw. Laufbahnen an den zugeordneten Lagerschalen (6, 6', 7, 7') auf der axial einen Seite durch einen vorstehenden Bund und auf der axial anderen Seite durch einen Sicherungsring erfolgt.
3. Wälzlagergelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorstehende Bund (12, 12', 14) auf der dem jeweils anderen Wälzlager (5, 5') zugewandten Seite eines Wälzlagers
(5', 5) vorgesehen ist.
4. Wälzlagergelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei innere Lagerschalen (7, 7') einstückig mit zwei Konuszapfen (17, 17') ausgebildet sind, die ei- ne zentrale Bohrung (19, 19') für den Durchgriff einer Spannschraube (13) aufweisen, und die in zwei entsprechend hohlkonische Enden eines rohrförmigen Teiles (2) eingreifen und mit diesem verspannt sind.
5. Wälzlagergelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Teil (2) Teil eines Fahrradrahmens, insbesondere Teil eines Tretlageraufsatzes ist.
6. Wälzlagergelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Lagerschalen (6, 6') ein Außengewinde aufweisen und in zwei vorzugsweise starr mit- einander verbundene Ösen (11 ) bzw. kurze, mit Innengewinde versehene Rohrstücke des
Gehäuses (1 ) eingeschraubt sind.
7. Wälzlagergelenk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ösen Teil eines Fahrradhinterbaus sind und einen lichten Abstand haben, der mindestens der axialen Länge des doppelt hohlkonischen, rohrförmigen Teiles des Fahrradrahmens entspricht.
8. Wälzlagergelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche einer der äußeren Lagerschalen eine im wesentlichen glatte, zylindrische Innenwand ohne radial einwärts ragende Teile ist, während die Innenfläche der anderen äußeren Lagerschale einen radial einwärts ragenden Bund aufweist, der als Anschlag für einen Wälzlagerlaufring dient, sowie im Abstand und parallel zu dem Bund eine umlaufende Nut aufweist zur Aufnahme eines Sicherungsringes derart, daß der äußere Wälzlagerlaufring zwischen dem Bund (14) und dem Sicherungsring (9) axial an der Lagerschale fixiert ist.
9. Wälziagergelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Lagerschalen (7, 7') je einen auswärts ragenden Bund (12, 12') aufweisen, der als Anschlag für je einen inneren Wälzlagerlaufring dient, sowie im Abstand und parallel zu dem Bund (12, 12') eine umlaufende Nut aufweist, zur Aufnahme eines Sicherungsringes derart, daß je einer der inneren Wälzlagerlaufringe jeweils zwischen dem Bund und dem Siche- rungsring je einer der Lagerschalen axial fixiert ist.
10. Wälzlagergelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzlager vorkonfektionierte, vorzugsweise gekapselte Wälzlager mit innerem und äußerem Laufring sind.
11. Wälzlagergelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzlager Kugellager sind.
12. Wälzlagergelenk nach Anspruch 4 oder einem der auf Anspruch 4 rückbezogenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Konuszapfen (7, 7') eine zentrale Bohrung (19, 19') aufweisen, von welchen eine erste mit einem Innengewinde versehen ist, während die zweite als Durchgangsbohrung für die Hindurchführung eines in das Innengewinde des anderen Konuszapfens einschraubbaren Bolzens ausgelegt ist, dessen Kopf sich an einen passenden Bund oder Rand der Durchgangsöffnung des zweiten Konuszapfens anlegt, so daß durch Festziehen des Bolzens die beiden Konuszapfen in Richtung aufeinanderzu bewegt werden.
13. Wälzlagergelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die offenen äußeren Enden der Konuszapfen durch einen Deckel verschließbar sind.
14. Wälzlagergelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine der äußeren Lagerschalen ein Rechtsgewinde und die andere ein Linksgewinde hat, welche vor- zugsweise den Standardgewinden von Fahrradtretlagern entsprechen.
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