WO2022253436A1 - Sphärisches lager - Google Patents

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WO2022253436A1
WO2022253436A1 PCT/EP2021/064886 EP2021064886W WO2022253436A1 WO 2022253436 A1 WO2022253436 A1 WO 2022253436A1 EP 2021064886 W EP2021064886 W EP 2021064886W WO 2022253436 A1 WO2022253436 A1 WO 2022253436A1
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bearing
rotation
spherical
mount
section
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PCT/EP2021/064886
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Olaf Richter
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HÜBNER GmbH & Co. KG
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    • F16C2326/20—Land vehicles

Definitions

  • the invention relates to a spherical bearing, in particular for the articulated connection of two vehicles, with the features of the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a bearing element for such a bearing and a vehicle combination of two vehicles which are connected to such a bearing.
  • Spherical bearings for the articulated connection of two vehicles in a vehicle combination provide the necessary degrees of freedom for the movement of the two vehicles relative to one another.
  • the degrees of freedom of movement that the spherical bearing provides include, in particular, a pivoting or buckling movement about a vertical axis.
  • a bearing must generally allow, at least to a certain extent, rotational movements about rotational axes transverse to the vertical axis.
  • such a spherical bearing must be designed to support the axial forces that occur.
  • the spherical bearings that are used for the articulated connection of two vehicles are also known under the term radial spherical plain bearings. These comprise, as bearing elements mounted so as to be movable relative to one another, an outer ring and an inner ring mounted so as to be rotatable in relation thereto.
  • a spherical bearing as part of an articulation between two articulated vehicles, for example an articulated bus or a rail vehicle, is e.g. B. known from the document EP 3 372 849 A1.
  • a convex bearing section of an inner bearing element is accommodated in a concave bearing seat of an outer bearing element.
  • so-called liners which are specially coated fabrics, are usually used in such bearings.
  • the liner has good adhesive properties on one surface, so that the liner is firmly connected to the bearing mount.
  • the other surface is designed to have good sliding properties and high wear resistance, so that the inner bearing element can slide well in the bearing seat.
  • a radial spherical plain bearing with an outer ring and an inner ring is known from document DE 10 2017 122 269 A1, wherein a lubricant chamber is provided with a liquid lubricant, which can be guided through lubricant channels into the space between the outer ring and the inner ring.
  • a radial spherical plain bearing is known from the document DE 10 2006 004 759 A1, which has a sliding coating with a solid lubricant.
  • wear occurs on the anti-friction coating, which ensures that the two bearing elements are lubricated.
  • the inner bearing element has a micro-textured outer surface which creates pockets for wear.
  • document DE 10 2010 007 791 B4 discloses a method for producing a radial spherical plain bearing, in which the two bearing elements are produced by injection molding.
  • the inner ring is fitted with a spacer provided before it is introduced into an injection mold in which the outer ring is injected.
  • the spacer is then dissolved or removed, creating the desired clearance.
  • the sliding surface is formed directly by the bearing elements made of plastic.
  • the object of the invention is to provide a spherical bearing which is improved with regard to the service life and/or the load capacity, in particular the absorption of radial and axial loads, in particular without an increased outlay for the production of such a bearing.
  • the object of the invention is achieved by a spherical bearing having the features of independent claim 1.
  • the object of the invention is also achieved by a bearing element having the features of claim 14 and a vehicle combination having the features of claim 15.
  • a spherical bearing according to the invention for the articulated connection of two vehicles has two bearing elements.
  • the first bearing element has a bearing seat which, in particular, has a substantially convex shape.
  • the second bearing element has a complementarily formed, z. B. convex, bearing portion which is movably received in the bearing seat, so that the second bearing element is rotatably mounted relative to the first bearing element.
  • the spherical bearing can in particular be designed as a radial joint bearing, the first bearing element being designed as an outer ring of the radial joint bearing and the second bearing element being designed as an inner ring rotatably mounted in relation thereto.
  • a sliding element is provided between the two bearing elements.
  • the sliding element forms a sliding surface in the area of the bearing mount, which has a significant influence on the mechanical properties of the bearing, e.g. B. on its breakaway torque and the mobility of the two bearing elements relative to each other.
  • the sliding element In order to maintain the desired sliding properties over the long term, it must be ensured that the sliding element remains in the area between the two bearing elements during operation. According to the invention, this is achieved in that the sliding element is positively connected to the first or second bearing element with respect to a rotation about at least one axis of rotation. i.e. the positive locking is effective at least in relation to a rotation about a rotation axis, while a rotation about a different rotation axis can be made possible.
  • the form-fitting connection can also be designed in such a way that rotation about all axes of rotation of the spherical bearing is effectively prevented.
  • the sliding element can also be used in other ways, e.g. B. integrally connected to the bearing element.
  • sliding elements can also be provided on both bearing elements.
  • the sliding element can extend over the entire area in the area of the bearing mount.
  • the sliding element can be designed as a continuous coating of the bearing mount or of the bearing section. But it can also be sufficient if it is only extends over a partial area, with several sliding elements arranged spaced apart from one another optionally also being able to be provided.
  • the bearing according to the invention can be used in particular for the articulated connection of two vehicles.
  • the bearing can also be used for other purposes, e.g. B. for the articulated connection of parts of a vehicle or for the rotatable mounting of machine components.
  • the vehicles that can be connected by such a spherical bearing can be z. B. be rail vehicles such as trams, but also other articulated vehicles from the field of public transport or from the commercial vehicle sector.
  • the vehicles can be designed in such a way that they are also drivable when they are not connected. However, it may also be the case that the vehicles are only roadworthy in the vehicle combination, e.g. B. in the case of a towing vehicle with an attached car or trailer o. ⁇ .
  • a connection section can be provided on each bearing element, through which it can be connected directly or indirectly to the vehicle.
  • the connecting sections can be designed in one piece with the respective bearing element or they can be connected to the respective bearing element as separate components.
  • the sliding element can be molded directly onto the first or second bearing element, so that it is simultaneously arranged on and attached to the respective bearing element during production. In this way, a good form-fitting connection can also be implemented, since a counter-contour that is complementary to the contour of the bearing element can automatically form on the sliding element during the injection molding process. Thus, an optimal engagement of the counter-contour in the contour of the bearing element and thus a secure anchoring of the sliding element on the bearing element can be achieved.
  • any injection-moldable material can be used for the sliding element be used, e.g. B. a plastic-based material or a metallic material.
  • the sliding element can be produced in particular on the basis of a thermoplastic material.
  • a sliding element can accordingly be manufactured and finished in a simple manner, e.g. B. optimally adjust the contour of the sliding surface formed to the contour of the other hand movable bearing element.
  • such a sliding element is characterized by good sliding properties and high abrasion resistance.
  • a thermoplastic material for the sliding element z. B. polyethetetherketone (PEEK) can be used, with this additives can be added.
  • PEEK polyethetetherketone
  • other thermoplastics can also be used as the basis for the sliding element. These should be characterized in particular by high abrasion resistance and chemical resistance. Eligible are e.g. B.
  • the bearing seat is open on two opposite sides, as a result of which a main axis of rotation is defined.
  • the second bearing element can thus extend through the bearing receptacle, which is open towards both, and is arranged such that it can rotate about the main axis of rotation.
  • Such a configuration essentially corresponds to that of a radial spherical plain bearing, in which the outer ring is open on both sides and the inner ring is accommodated in the outer ring so that it can rotate about the main axis of rotation.
  • the spherical bearing must provide several degrees of freedom of movement in order to be able to enable the relative movements that occur between the vehicles to be connected.
  • the second bearing element is therefore preferably mounted such that it can rotate about three axes of rotation relative to the first bearing element.
  • a rotation about the main axis of rotation of the camp allows z.
  • the bearing according to this embodiment allows, at least to a certain extent, rotational movements about rotational axes transverse to the main rotational axis, which allows pitching or rolling movements of the vehicles relative to one another.
  • the sliding element is positively connected to the first or second bearing element with respect to rotation about all three axes of rotation.
  • this is not mandatory. Rather, it can also be sufficient if the sliding element is connected to the bearing element in a form-fitting manner only in relation to a rotation about two of the three axes of rotation.
  • rotation about the two axes of rotation transverse to the main axis of rotation should be prevented by the positive connection of the sliding element to the bearing element.
  • a rotation of the sliding element about the main axis of rotation can definitely be accepted.
  • the surface of the bearing section or the bearing receptacle can have at least one depression, into which a projection formed by the sliding element engages.
  • the sliding element can also have a recess into which a projection formed by the bearing section or the bearing receptacle engages. This can be easily realized, especially in terms of production technology, by contouring the surface of the bearing mount or the bearing section within or after the production thereof, e.g. B. by milling or laser processing o. ⁇ . B. be formed automatically when molding the sliding element to the bearing portion or the bearing mount.
  • the positive connection of the sliding element to the bearing element can be realized by roughening the surface of the bearing section or the surface of the bearing receptacle.
  • the roughening forms indentations into which corresponding projections of the sliding element engage and thus anchor the latter to the bearing element by positive locking.
  • the surface can have a regular or irregular structure.
  • Grooves can be introduced at regular or irregular intervals. A depth of the structuring or roughening in the range of 100 ⁇ m can already be sufficient to realize a form-fitting connection.
  • At least one continuous circumferential groove protrudes in the bearing mount or the bearing section in the circumferential direction of the bearing mount or the bearing section. If a corresponding counter-contour of the sliding element engages in this groove, a form-fitting connection can consequently be established.
  • the groove is preferably oriented transversely to the main axis of rotation, as a result of which rotation of the sliding element about the two axes of rotation transversely to the main axis of rotation can be prevented. This effectively prevents the sliding element from being carried out of the area of the bearing mount.
  • the depression and/or the groove which is provided on the bearing element to form the form-fitting connection, can be designed without an undercut or with an undercut.
  • a recess can be designed in the form of a tapering bore or a bore with an undercut contour.
  • a particularly good anchoring can be achieved by an undercut contour.
  • it can be advantageous not to have an undercut contour since high shearing forces can occur in this area, which could lead to the projection engaging in the depression or groove tearing off.
  • the indentation and/or the groove merges continuously, ie without edges, into the surface of the bearing receptacle or bearing section.
  • the bearing mount can have one or more grooves with a sinusoidal or otherwise rounded contour, so that force peaks are largely avoided.
  • the flanks of the groove prevent the sliding element from being able to twist in a direction transverse to the course of the groove.
  • the first bearing element can be designed in one piece. According to one embodiment, however, the first bearing element is divided and has two bearing element halves that are detachably connected to one another.
  • the bearing is preferably divided in the direction of the main axis of rotation of the bearing. If the bearing element is divided into two bearing element halves, the contour of the bearing mount can be designed particularly well and easily, since the surface lying on the inside in the installed state is easily accessible for machining. Overall, a particularly good bearing seat can be achieved in this way.
  • the first bearing element is formed with two bearing element halves
  • a sliding element designed according to the invention is arranged in particular in each bearing element half and is positively connected to the respective bearing element half.
  • the sliding element can be molded separately onto each half of the bearing element.
  • the surface contour of the sliding element can be corrected by surface treatment so that it is optimally adapted to the contour of the second bearing element.
  • the second bearing element can then be arranged between the two bearing element halves, so that its bearing section is accommodated in the bearing receptacle.
  • the two bearing element halves, z. B. means
  • Screws are joined together, with which the spherical bearing is ready for use.
  • the invention relates to a bearing element for a spherical bearing, wherein the bearing element has a bearing mount or a bearing section on which at least one sliding element is arranged.
  • the sliding element is connected to the bearing element in a form-fitting manner with respect to a rotation about at least one axis of rotation of the bearing.
  • the invention relates to a combination of vehicles with at least two vehicles that are connected to one another by a spherical bearing according to the invention.
  • Figure 1 shows a spherical bearing in a perspective view
  • FIG. 2 shows the bearing according to FIG. 1 in a view cut along its main axis of rotation
  • 3 shows a bearing element half in a perspective view
  • FIG. 4 shows the bearing element half according to FIG. 3 in a sectional view
  • FIG. 5 shows a detail of the bearing element half according to FIG. 4
  • FIG. 6 shows the bearing element half according to FIG.
  • FIG. 1 and 2 an embodiment of a spherical bearing 1 according to the invention is shown, which is designed in the manner of a radial pivot bearing.
  • the bearing 1 has a first bearing element 2 and a second bearing element 3 which is rotatably mounted in relation thereto.
  • the second bearing element 3 is rotatably mounted about a main axis of rotation 4 .
  • rotary movements about the axes of rotation 5, 6 running transversely thereto are also possible, at least to a certain extent.
  • the first bearing element 2 is designed as an outer ring running around the main axis of rotation 4 in the circumferential direction.
  • the first bearing element 2 has a bearing mount 7 for receiving the second bearing element 3 .
  • the bearing receptacle 7 has an essentially convex shape, with a wall 8 delimiting the bearing receptacle 7 having a structure 9, as further explained elsewhere.
  • the bearing mount 7 is open on both sides.
  • the first bearing element 2 is not formed in one piece, but has two bearing element halves 10, 11 which are detachably connected to one another. Specifically, the first bearing element 2 is divided in the area of its equator, in which the bearing seat 7 has its largest inner diameter.
  • the two bearing element halves are each formed with a flange 12, 13.
  • bores for screws 14 are distributed in the circumferential direction around the main axis of rotation, through which the two bearing element halves 10, 11 can ultimately be connected to one another.
  • the second bearing element 3 can be easily inserted into the bearing seat 7 during assembly and by screwing the two bearing element halves 10, 11 together between the two bearing element halves 10, 11 are caught. It is therefore not necessary to reshape the first bearing element 2 after the second bearing element 3 has been inserted into the bearing mount 7 .
  • a high-strength and/or difficult-to-form material such as stainless steel, can be used for the first bearing element 2, which withstands the loads occurring during operation particularly well.
  • the second bearing element 3 is designed in the form of an inner ring with a through-hole 15. In the through-hole 15 z. B. be inserted a bolt to connect the bearing element 3 so with a vehicle or a corresponding connector.
  • the second bearing element 3 has a bearing section 16 with a spherical outer surface 17 .
  • the outer surface 17 has a shape that matches the bearing mount 7 so that the second bearing element 3 can rotate with its bearing section 16 , but ideally is held without play, especially in the direction of the main axis of rotation 4 .
  • the outer surface 17 of the second bearing element 3 does not lie directly against the wall 8 delimiting the bearing receptacle 7 .
  • a sliding element 18 is provided in the area of the bearing mount 7 , which forms a sliding surface 19 for the second bearing element 3 .
  • the sliding element 18 is designed as a coating which is applied to the wall 8 delimiting the bearing receptacle 7 .
  • it can be a PEEK coating, which is applied to the wall 8 in an injection molding process.
  • the connection to the first bearing element 2 is achieved on the one hand by an integral connection.
  • the structuring 9 provided in the wall 8 also achieves a form-fitting connection.
  • a plurality of depressions 20 in the form of grooves 21 are provided in the wall 8 in the direction of the main axis of rotation 4 . Projections 22 formed by the sliding element 18 engage in the grooves 21 .
  • the contour of the projections 22 automatically adapts to the shape of the grooves 21, so that the projections 22 optimally engage in the grooves 21.
  • the grooves 21 are oriented transversely to the main axis of rotation 4 . So an anchoring of the sliding element 18 is achieved on the bearing seat 7, the in particular against a rotation about the axes of rotation 5, 6 transverse to the main axis of rotation 4 is effective. This prevents the sliding element 18 from being able to move out of the area of the bearing mount 7 during operation, which could impair the sliding properties.
  • the contour of the grooves 21 is edge-free. i.e. these merge steadily into the wall 8, which is otherwise convex in shape. In this way, the risk of the projections 22 tearing off as a result of a notch effect can be minimized.
  • the bearing 1 has a ring-shaped component 23 as a further element, which serves as a wiper and/or seal.
  • the component 23 is arranged on the upper side of the upper bearing element half 10 and rests with its protruding edge 24 on the outer surface 17 of the second bearing element 3 .
  • the ingress of moisture and/or foreign bodies from above into the area of the bearing mount 7 can be prevented.
  • such a component can also be arranged on the opposite side.
  • a bearing element half 10 of the first bearing element 2 is shown in different views.
  • Various configuration options for the structuring 9 of the wall 8 are illustrated in particular with reference to FIGS.
  • the configuration and combination of grooves 21 as shown in the figures is only exemplary. There are others too
  • the bearing element half 10 has three rows of grooves 21 spaced apart from one another, viewed in the direction of the main axis of rotation 4 .
  • the main direction of extent of each groove 21 is oriented transversely to the main axis of rotation 4 .
  • the two outer grooves 21 are formed circumferentially in the circumferential direction of the bearing element half 10 . i.e. through these grooves 21 is primarily a positive connection with respect to a rotation around the
  • Axes of rotation 5, 6 transverse to the main axis of rotation 4 achieved.
  • the main axis of rotation 4 itself cannot be prevented with these grooves 21 .
  • a plurality of grooves 21 are provided in the middle row, each of which extends over only a partial circumference of the bearing element half 10 and is arranged at a distance from one another in the circumferential direction. The engagement of the projections 22 of the sliding element 18 in the grooves 21 of the middle row thus not only achieves a form-fitting fastening in relation to a rotation about the axes of rotation 5, 6 transversely to the main axis of rotation 4, but also in relation to a rotation about the main axis of rotation 4.
  • the grooves 21 each have rounded flanks and transition into the wall 8 of the bearing element half 10 without any edges. In this way, a notch effect, which could lead to the projections 22 shearing off, can be largely avoided.
  • the indentations 20 can also have undercut contours, as a result of which particularly good anchoring of the sliding element on the bearing mount can be achieved.
  • the indentations can be designed as bores with a diameter that increases with the penetration depth.
  • a cross section of the bore can, for. B. be approximately mushroom-shaped. Any edges are preferably rounded, so that force peaks in the area of the edges can be largely avoided during operation.
  • an undercut contour can be advantageous, since higher temperatures can be reached in this area as a result of the diesel effect, which can lead to better bonding of the thermoplastic material to the usually metallic surface of the bearing element .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein sphärisches Lager (1), insbesondere zur gelenkigen Verbindung von zwei Fahrzeugen, mit einem ersten Lagerelement (2) und einem zweiten Lagerelement (3). Das erste Lagerelement (2) weist eine Lageraufnahme (7) auf und das zweite Lagerelement (3) weist einen Lagerabschnitt (16) auf, welcher in der Lageraufnahme (7) derart aufgenommen ist, dass das zweite Lagerelement (3) gegenüber dem ersten Lagerelement (2) drehbar gelagert ist. Im Bereich der Lageraufnahme (7) ist zwischen den Lagerelementen (2, 3) ein Gleitelement (18) angeordnet, welches in Bezug auf eine Rotation um mindestens eine Drehachse (4, 5, 6) formschlüssig mit einem der beiden Lagerelemente (2, 3) verbunden ist.

Description

Sphärisches Lager
Die Erfindung betrifft ein sphärisches Lager, insbesondere zur gelenkigen Verbindung von zwei Fahrzeugen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Weiter betrifft die Erfindung ein Lagerelement für ein solches Lager sowie einen Fahrzeugverbund aus zwei Fahrzeugen, die mit einem solchen Lager verbunden sind.
Sphärische Lager zur gelenkigen Verbindung von zwei Fahrzeugen eines Fahrzeugverbunds stellen die nötigen Bewegungsfreiheitsgrade für die Bewegung der beiden Fahrzeuge relativ zueinander bereit. Zu den Bewegungsfreiheitsgraden, die das sphärische Lager bereitstellt, gehört insbesondere eine Schwenk- bzw. Knickbewegung um eine vertikale Achse. Ferner muss ein solches Lager im Regelfall zumindest in einem gewissen Umfang Drehbewegungen um Drehachsen quer zu der vertikalen Achse ermöglichen. Gleichzeitig muss ein solches sphärisches Lager dafür ausgelegt sein, die auftretenden axialen Kräfte abzustützen.
Die sphärischen Lager, die für die gelenkige Verbindung von zwei Fahrzeugen eingesetzt werden, sind auch unter dem Begriff Radialgelenklager bekannt. Diese umfassen als relativ zueinander beweglich gelagerte Lagerelemente, einen Außenring und einem demgegenüber drehbar gelagerten Innenring.
STAND DER TECHNIK
Ein sphärisches Lager als Teil einer Gelenkverbindung zwischen zwei gelenkig miteinander verbundenen Fahrzeugen, zum Beispiel einem Gelenkbus oder einem Schienenfahrzeug, ist z. B. aus dem Dokument EP 3 372 849 A1 bekannt. Hierbei ist ein konvexer Lagerabschnitt eines inneren Lagerelements in einer konkaven Lageraufnahme eines äußeren Lagerelements aufgenommen. Zwischen den beiden Lagerelementen befindet sich eine Gleitfläche, die zu beiden Seiten durch jeweils eine umlaufende Dichtung abgedichtet ist. Um gute Gleiteigenschaften zu erreichen, werden bei derartigen Lagern üblicherweise sogenannte Liner eingesetzt, bei denen es sich um speziell beschichtete Gewebe handelt. Der Liner weist auf seiner einen Oberfläche gute Klebeeigenschaften auf, so dass der Liner fest mit der Lageraufnahme verbunden ist. Die andere Oberfläche ist so ausgelegt, dass diese gute Gleiteigenschaften und eine hohe Verschleißfestigkeit aufweist, so dass das innere Lagerelement gut in der Lageraufnahme gleiten kann. Entsprechend der unterschiedlichen Eigenschaften der beiden Oberflächen ist beim Fügeprozess zwingend auf die richtige Einbaulage des Liners zu achten. Ferner ist bei der Herstellung der Lagerelemente darauf zu achten, dass diese genau die richtige Größe, Form und Oberflächenkontur aufweisen, da nach dem Fügen des Liners mit dem äußerem Lagerelement auf die Form und Oberflächenkontur der Lageraufnahme nicht mehr Einfluss genommen werden kann. D. h. etwaige geometrische Fehler der Lageraufnahme bleiben nach dem Fügen erhalten und können nicht nachträglich korrigiert werden. Daneben sind aus dem Stand der Technik sphärische Lager bekannt, bei denen für die Gleitfähigkeit der beiden Lagerelemente relativ zueinander ein Schmiermittel zum Einsatz kommt. Z. B. ist aus dem Dokument DE 10 2017 122 269 A1 ein Radialgelenklager mit einem Außenring und einem Innenring bekannt, wobei ein Schmiermittelraum mit einem flüssigen Schmiermittel vorgesehen ist, welches durch Schmiermittelkanäle in den Zwischenraum zwischen dem Außenring und dem Innenring geführt werden kann.
Aus dem Dokument DE 10 2006 004 759 A1 ist ein Radialgelenklager bekannt, das eine Gleitbeschichtung mit einem Festschmierstoff aufweist. Infolge von Abbrasion bei der Bewegung der beiden Lagerelemente entsteht Verschleiß von der Gleitbeschichtung, welcher für die Schmierung der beiden Lagerelemente sorgt. Um die Verweildauer des Verschleißes zwischen den beiden Lagerelementen zu erhöhen, weist das innere Lagerelement eine mikrostrukturierte äußere Oberfläche auf, wodurch Taschen für den Verschleiß gebildet sind.
Ferner ist aus dem Dokument DE 10 2010 007 791 B4 ein Verfahren zur Herstellung eines Radialgelenklagers bekannt, bei dem die beiden Lagerelemente durch Spritzgießen hergestellt werden. Um ein definiertes radiales Spiel zwischen den Lagerelementen zu schaffen, wird der Innenring mit einem Abstandshalter versehen, bevor dieser in ein Spritzgießwerkzeug eingebracht wird, in dem der Außenring angespritzt wird. Anschließend wird der Abstandshalter aufgelöst oder entfernt, wodurch das gewünschte Spiel geschaffen wird. Die Gleitfläche wird dabei direkt von den aus Kunststoff gefertigten Lagerelementen gebildet. OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, ein sphärisches Lager aufzuzeigen, welches hinsichtlich der Lebensdauer und/oder der Belastungsfähigkeit, insbesondere der Aufnahme von radialen und axialen Lasten, verbessert ist, insbesondere ohne einen erhöhten Aufwand zu Herstellung eines solchen Lagers. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch ein sphärisches Lager mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Ferner wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch ein Lagerelement mit den Merkmalen von Anspruch 14 sowie einen Fahrzeugverbund mit den Merkmalen von Anspruch 15.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass bei den aus dem Stand der Technik bekannten sphärischen Lager jeweils ein Kompromiss gefunden werden muss zwischen einer begrenzten Lebensdauer bzw. einem hohen Wartungsbedarf und dem Fertigungsaufwand bzw. der Belastungsfähigkeit des Lagers. So weisen Lager mit einem Schmiermittel zwar gute Gleiteigenschaften und eine gute Belastungsfähigkeit auf, haben durch den Verschleiß des Schmiermittels jedoch nur eine begrenzte Lebensdauer. Wird hingegen ein Liner verwendet, ist der Fertigungsaufwand vergleichsweise hoch, wenn eine möglichst spielfreie Aufnahme eines ersten Lagerelements gegenüber einem zweiten Lagerelement des Lagers erreicht werden soll, was letztlich erforderlich ist, um den im Betrieb auftretenden Belastungen standzuhalten. Als Lösung für diesen Zielkonflikt wird erfindungsgemäß die Verwendung eines verschleißarmen Gleitelements vorgeschlagen, das sicher im Bereich zwischen den beiden Lagerelementen angeordnet ist und dessen Kontur auf einfache Weise optimal an die Kontur des demgegenüber beweglich gelagerten Lagerelements anpassbar ist für eine möglichst spielfreie Aufnahme. Ein erfindungsgemäßes sphärisches Lager zur gelenkigen Verbindung von zwei Fahrzeugen weist zwei Lagerelemente auf. Das erste Lagerelement weist eine Lageraufnahme auf, welche insbesondere im Wesentlich konvex geformt ist. Das zweite Lagerelement weist einen dazu komplementär ausgebildeten, z. B. konvexen, Lagerabschnitt auf, der beweglich in der Lageraufnahme aufgenommen ist, so dass das zweite Lagerelement gegenüber dem ersten Lagerelement drehbar gelagert ist. Das sphärische Lager kann insbesondere als ein Radialgelenklager ausgebildet sein, wobei das erste Lagerelement als ein Außenring des Radialgelenklagers ausgebildet ist und das zweite Lagerelement als ein demgegenüber drehbar gelagerter Innenring ausgebildet ist.
Zwischen den beiden Lagerelementen ist ein Gleitelement vorgesehen. Das Gleitelement bildet dabei im Bereich der Lageraufnahme eine Gleitfläche, die maßgeblichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Lagers hat, z. B. auf sein Losbrechmoment und die Beweglichkeit der beiden Lagerelemente relativ zueinander.
Um die gewünschten Gleiteigenschaften auch auf Dauer zu erhalten, muss gewährleistet sein, dass das Gleitelement im Betrieb in dem Bereich zwischen den beiden Lagerelementen verbleibt. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem das Gleitelement in Bezug auf eine Rotation um mindestens eine Drehachse formschlüssig mit dem ersten bzw. zweiten Lagerelement verbunden ist. D. h. der Formschluss ist zumindest in Bezug auf eine Rotation um eine Drehachse wirksam, während eine Rotation um eine andere Drehachse ermöglicht sein kann. Die formschlüssige Verbindung kann auch so ausgelegt sein, dass eine Rotation um alle Drehachsen des sphärischen Lagers wirksam verhindert ist. Zusätzlich zu der formschlüssigen Verbindung kann das Gleitelement auch auf andere Weise, z. B. stoffschlüssig, mit dem Lagerelement verbunden sein.
Es reicht im Regelfall aus, wenn an einem der Lagerelemente ein Gleitelement vorgesehen ist. Grundsätzlich können jedoch auch an beiden Lagerelementen Gleitelemente vorgesehen sein. Das Gleitelement kann sich im Bereich der Lageraufnahme über den gesamten Bereich erstrecken. Z. B. kann das Gleitelement als eine durchgehende Beschichtung der Lageraufnahme oder des Lagerabschnitts ausgebildet sein. Es kann aber auch ausreichen, wenn es sich lediglich über einen Teilbereich erstreckt, wobei optional auch mehrere voneinander beabstandet angeordnete Gleitelemente vorgesehen sein können.
Das erfindungsgemäße Lager kann insbesondere zur gelenkigen Verbindung von zwei Fahrzeugen zum Einsatz kommen. Das Lager kann jedoch auch für andere Zwecke eingesetzt werden, z. B. zur gelenkigen Verbindung von Teilen eines Fahrzeugs oder zur drehbaren Lagerung von Maschinenbauteilen.
Bei den Fahrzeugen, die sich durch ein solches sphärische Lager verbinden lassen, kann es sich z. B. um Schienenfahrzeuge wie Straßenbahnen, aber auch um andere gelenkig miteinander verbundene Fahrzeug aus dem Bereich des öffentlichen Personenverkehrs oder aus dem Nutzfahrzeugbereich handeln. Die Fahrzeuge können dabei so ausgelegt sein, dass sie auch im nicht verbundenen Zustand fahrtüchtig sind. Es kann aber auch sein, dass die Fahrzeuge nur im Fahrzeugverbund fahrtüchtig sind, z. B. im Fall eines Zugfahrzeugs mit einem angehängten Wagen oder Anhänger o. ä. Für die Anbindung an die Fahrzeuge kann an jedem Lagerelement ein Verbindungsabschnitt vorgesehen sein, durch den es mittelbar oder unmittelbar mit dem Fahrzeug verbunden werden kann. Die Verbindungsabschnitte können dabei einstückig mit dem jeweiligen Lagerelement ausgebildet sein oder sie können als separate Bauteile mit dem jeweiligen Lagerelement in Verbindung stehen. Um das Gleitelement herzustellen, können verschiedene Verfahren zum Einsatz kommen. Besonders einfach ist dabei die Herstellung des Gleitelements im Spritzgussverfahren. Konkret kann das Gleitelement direkt an das erste oder zweite Lagerelement angespritzt werden, so dass es im Rahmen der Herstellung gleichzeitig an dem jeweiligen Lagerelement angeordnet und an diesem befestigt wird. So lässt sich zudem eine gute formschlüssige Verbindung realisieren, da sich im Rahmen des Spritzgießens automatisch eine zu der Kontur des Lagerelements komplementäre Gegenkontur an dem Gleitelement ausbilden kann. Somit kann ein optimaler Eingriff der Gegenkontur in die Kontur des Lagerelements und somit eine sichere Verankerung des Gleitelements an dem Lagerelement erreicht werden. Für das Gleitelement kann dabei grundsätzlich jeder spritzgussfähige Werkstoff eingesetzt werden, z. B. ein Kunststoff-basierter Werkstoff oder ein metallischer Werkstoff.
Das Gleitelement kann insbesondere auf Basis eines thermoplastischen Kunststoffs hergestellt sein. Ein solches Gleitelement kann entsprechend auf einfache Weise hergestellt und endbearbeitet werden, um z. B. die Kontur der gebildeten Gleitfläche optimal an die Kontur des demgegenüber beweglichen Lagerelements anzupassen. Gleichzeitig zeichnet sich ein solches Gleitelement durch gute Gleiteigenschaften und eine hohe Abriebsfestigkeit aus. Als thermoplastischer Kunststoff für das Gleitelement kann z. B. Polyethetetherketon (PEEK) zum Einsatz kommen, wobei diesem Zuschlagstoffe hinzugefügt sein können. Als Basis für das Gleitelement können aber auch andere thermoplastische Kunststoffe verwendet werden. Diese sollten sich insbesondere durch eine hohe Abriebsfestigkeit und chemische Beständigkeit auszeichnen. Infrage kommen z. B. auch Polyphenylensulfid (PPS), Polyethylen (PE) oder Polyamid (PA). Gemäß einer Ausführungsform ist die Lageraufnahme zu zwei gegenüberliegenden Seiten hin offen, wodurch eine Hauptdrehachse definiert ist. Das zweite Lagerelement kann sich somit durch die zu beiden hin offene Lageraufnahme erstrecken und ist um die Hauptdrehachse drehbar angeordnet. Eine solche Ausgestaltung entspricht im Wesentlichen der eines Radialgelenklagers, bei dem der Außenring zu beiden Seiten hin offen ist und der Innenring im Außenring um die Hauptdrehachse drehbar aufgenommen ist.
Im Regelfall muss das sphärische Lager mehrere Bewegungsfreiheitsgrade bereitstellen, um die auftretenden Relativbewegungen der zu verbindenden Fahrzeuge ermöglichen zu können. Vorzugsweise ist das zweite Lagerelement daher um drei Drehachsen gegenüber dem ersten Lagerelement drehbar gelagert. Eine Rotation um die Hauptdrehachse des Lagers ermöglicht z. B. eine Schwenk- bzw. Knickbewegung der Fahrzeuge um eine vertikale Achse. Ferner ermöglicht das Lager gemäß dieser Ausführungsform zumindest in einem gewissen Umfang Drehbewegungen um Drehachsen quer zu der Hauptdrehachse, womit Nick- bzw. Wankbewegungen der Fahrzeuge relativ zueinander zugelassen werden. Wenn das zweite Lagerelement um drei Drehachsen gegenüber dem ersten Lagerelement drehbar gelagert ist, ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Gleitelement in Bezug auf eine Rotation um alle drei Drehachsen formschlüssig mit dem ersten bzw. zweiten Lagerelement verbunden ist. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Vielmehr kann es auch ausreichen, wenn das Gleitelement lediglich in Bezug auf eine Rotation um zwei der drei Drehachsen formschlüssig mit dem Lagerelement verbunden ist. Insbesondere sollte eine Rotation um die beiden Drehachsen quer zu der Hauptdrehachse durch die formschlüssige Verbindung des Gleitelements mit dem Lagerelement verhindert werden. Hingegen kann eine Rotation des Gleitelements um die Hauptdrehachse durchaus in Kauf genommen werden. Dies liegt vor allem darin begründet, dass die Lageraufnahme in Richtung der Hauptdrehachse gesehen vollumfänglich geschlossen ist und das Gleitelement somit bei einer Rotation um die Hauptdrehachse weiterhin im Bereich der Lageraufnahme verbleibt. Zur Realisierung der formschlüssigen Verbindung kann die Oberfläche des Lagerabschnitts bzw. der Lageraufnahme mindestens eine Vertiefung aufweisen, in die ein von dem Gleitelement ausgebildeter Vorsprung eingreift. Umgekehrt kann auch das Gleitelement eine Vertiefung aufweisen, in die ein von dem Lagerabschnitt bzw. der Lageraufnahme gebildeter Vorsprung eingreift. Dies kann vor allem fertigungstechnisch einfach realisiert werden, indem im Rahmen oder nach der Herstellung der Lageraufnahme oder des Lagerabschnitts deren/dessen Oberfläche entsprechend konturiert wird, z. B. durch Fräsen oder Laserbearbeitung o. ä. Der in die Vertiefung eingreifende Vorsprung des Gleitelements kann z. B. automatisch beim Anspritzen des Gleitelements an den Lagerabschnitt bzw. die Lageraufnahme ausgebildet werden.
Beispielsweise kann die formschlüssige Verbindung des Gleitelements mit dem Lagerelement durch eine Aufrauhung der Oberfläche des Lagerabschnitts bzw. der Oberfläche der Lageraufnahme realisiert sein. Durch die Aufrauhung werden Vertiefungen gebildet, in die entsprechende Vorsprünge des Gleitelements eingreifen und dieses so mit dem Lagerelement durch Formschluss verankern. Alternativ oder kumulativ kann die Oberfläche eine regelmäßige oder unregelmäßige Strukturierung aufweisen. Beispielsweise können in der Oberfläche in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen Rillen eingebracht sein. Dabei kann eine Tiefe der Strukturierung bzw. Aufrauhung im Bereich von 100 pm bereits ausreichen, um eine formschlüssige Verbindung zu realisieren.
Gemäß einer Ausführungsform ist in der Lageraufnahme bzw. dem Lagerabschnitt mindestens eine in Umfangsrichtung der Lageraufnahme oder des Lagerabschnitts durchgehend umlaufende Nut vorgestehen. Wenn eine entsprechende Gegenkontur des Gleitelements in diese Nut eingreift, kann folglich eine formschlüssige Verbindung hergestellt werden. Die Nut ist vorzugsweise quer zu der Hauptdrehachse orientiert, womit eine Rotation des Gleitelements um die beiden Drehachsen quer zu der Hauptdrehachse verhindert werden kann. So kann einem Heraustragen des Gleitelements aus dem Bereich der Lageraufnahme wirksam vorgebeugt werden.
Um auch eine Rotation des Gleitelements relativ zu dem ersten bzw. zweiten Lagerelement um die Hauptdrehachse zu verhindern, ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass in der Oberfläche des Lagerabschnitts bzw. der Lageraufnahme mehrere voneinander beabstandet angeordnete und sich lediglich über einen Teilumfang des Lagerabschnitts bzw. der Lageraufnahme erstreckende Vertiefungen, wie z. B. Nuten, vorgesehen sind. Insbesondere sind diese quer zu der Hauptdrehachse umlaufend an der Lageraufnahme bzw. dem Lagerabschnitt angeordnet.
Die Vertiefung und/oder die Nut, die an dem Lagerelement zur Bildung der formschlüssigen Verbindung vorgesehen ist, kann hinterschnittfrei oder mit einem Hinterschnitt ausgebildet sein. Z. B. kann eine Vertiefung in Form einer sich verjüngenden Bohrung oder einer Bohrung mit einer Hinterschnittkontur ausgeführt sein. Durch eine Hinterschnittkontur kann eine besonders gute Verankerung erreicht werden. Bei starken dynamischen Belastungen kann es jedoch von Vorteil sein, auf eine Hinterschnittkontur zu verzichten, da in diesem Bereich hohe Scherkräfte auftreten können, die zu einem Abreißen des in die Vertiefung oder Nut eingreifenden Vorsprungs führen könnte. Gemäß einer Ausführungsform geht die Vertiefung und/oder die Nut stetig, d. h. kantenfrei, in die Oberfläche der Lageraufnahme bzw. des Lagerabschnitts über. So kann zu großen Scherkräften vorgebeugt werden, die im Betrieb auf einen Vorsprung des Gleitelements wirken und ggf. zu einem Abscheren des Vorsprungs führen können. Beispielsweise kann die Lageraufnahme eine oder mehrere Nuten mit einer sinusförmigen oder anderweitig abgerundeten Kontur aufweisen, so dass Kraftspitzen weitgehend vermieden werden. Gleichzeitig wird durch die Nutflanken verhindert, dass sich das Gleitelement in einer Richtung quer zum Nutverlauf wird verdrehen kann.
Das erste Lagerelement kann einstückig ausgebildet sein. Gemäß einer Ausführungsform ist das erste Lagerelement jedoch geteilt und weist zwei Lagerelementhälften auf, die lösbar miteinander verbunden sind. Das Lager ist dabei vorzugsweise in Richtung der Hauptdrehachse des Lagers geteilt. Wenn das Lagerelement in zwei Lagerelementhälften geteilt ist, lässt sich die Kontur der Lageraufnahme besonders gut und einfach gestalten, da so die im Einbauzustand innenliegende Oberfläche für die Bearbeitung einfach zugänglich ist. Insgesamt lässt sich so ein besonders guter Lagersitz erreichen.
Wenn das erste Lagerelement mit zwei Lagerelementhälften ausgebildet ist, ist insbesondere in jeder Lagerelementhälfte ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Gleitelement angeordnet und mit der jeweiligen Lagerelementhälfte formschlüssig verbunden. Z. B. kann an jede Lagerelementhälfte separat das Gleitelement angespritzt werden. Nach dem Anspritzen kann die Oberflächenkontur des Gleitelements durch Oberflächenbearbeitung korrigiert werden, so dass diese an die Kontur des zweiten Lagerelements optimal angepasst ist. Anschließend kann das zweite Lagerelement zwischen den beiden Lagerelementhälften angeordnet werden, so dass es mit seinem Lagerabschnitt in der Lageraufnahme aufgenommen ist. Im letzten Schritt können die beiden Lagerelementhälften, z. B. mittels
Schrauben, miteinander verbunden werden, womit das sphärische Lager einsatzbereit ist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Lagerelement für ein sphärisches Lager, wobei das Lagerelement eine Lageraufnahme oder einen Lagerabschnitt aufweist, an der/dem mindestens ein Gleitelement angeordnet ist. Das Gleitelement ist dabei erfindungsgemäß in Bezug auf eine Rotation um mindestens eine Drehachse des Lagers formschlüssig mit dem Lagerelement verbunden. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Fahrzeugverbund mit mindestens zwei Fahrzeugen, die durch ein erfindungsgemäßes sphärisches Lager miteinander verbunden sind.
Hinsichtlich bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Lagerelements und des erfindungsgemäßen Fahrzeugverbunds gelten die Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen sphärischen Lager entsprechend.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Die in den Ansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Begriffs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Gleitelement die Rede ist, so ist dies so zu verstehen, dass genau ein Gleitelement, zwei Gleitelement oder mehrere Gleitelemente vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht. Die in den Ansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Ansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Ansprüche leichter verständlich zu machen.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
Figur 1 ein sphärisches Lager in einer perspektivischen Ansicht,
Figur 2 das Lager gemäß Figur 1 in einer längs seiner Hauptdrehachse geschnittenen Ansicht, Figur 3 eine Lagerelementhälfte in einer perspektivischen Ansicht, Figur 4 die Lagerelementhälfte gemäß Figur 3 in einer geschnittenen Ansicht, Figur 5 ein Detail der Lagerelementhälfte gemäß Figur 4, Figur 6 die Lagerelementhälfte gemäß Figur 4 mit einem daran angeordnetem Gleitelement.
In den Figuren 1 und 2 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen sphärischen Lagers 1 gezeigt, welches nach Art eines Radialgelenklagers ausgebildet ist. Das Lager 1 weist ein erstes Lagerelement 2 und ein demgegenüber drehbar gelagertes zweites Lagerelement 3 auf. Das zweite Lagerelement 3 ist dabei um eine Hauptdrehachse 4 drehbar gelagert. Neben der Drehung um die Hauptdrehachse 4 sind aber auch Drehbewegungen um die dazu quer verlaufenden Drehachsen 5, 6 zumindest bis zu einem gewissen Umfang möglich.
Das erste Lagerelement 2 ist als ein in Umfangsrichtung um die Hauptdrehachse 4 umlaufender Außenring ausgebildet. Für die Aufnahme des zweiten Lagerelements 3 weist das erste Lagerelement 2 eine Lageraufnahme 7 auf. Die Lageraufnahme 7 hat eine im Wesentlichen konvexe Form, wobei eine die Lageraufnahme 7 begrenzende Wandung 8 eine Strukturierung 9 aufweist, wie an anderer Stelle weiter erläutert. In Richtung der Hauptdrehachse 4 ist die Lageraufnahme 7 zu beiden Seiten hin offen. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das erste Lagerelement 2 nicht einstückig ausgebildet, sondern es weist zwei lösbar miteinander verbundene Lagerelementhälften 10, 11 auf. Konkret ist das erste Lagerelement 2 im Bereich seines Äquators, in dem die Lageraufnahme 7 ihren größten Innendurchmesser aufweist, geteilt. Zur Verbindung der beiden Lagerelementhälften sind diese jeweils mit einem Flansch 12, 13 ausgebildet. In dem Flansch 12 und dem Flansch 13 sind in Umfangsrichtung um die Hauptdrehachse verteilt Bohrungen für Schrauben 14 angeordnet, durch die die beiden Lagerelementhälften 10, 11 letztlich miteinander verbunden werden können. Auf diese Weise kann das zweite Lagerelement 3 im Rahmen der Montage einfach in die Lageraufnahme 7 eigesetzt und durch das Verschrauben der beiden Lagerelementhälften 10, 11 miteinander zwischen den beiden Lagerelementhälften 10, 11 gefangen werden. Es ist somit keine Umformung des ersten Lagerelements 2 erforderlich, nachdem das zweite Lagerelement 3 in die Lageraufnahme 7 eingesetzt ist. Entsprechend kann ein hochfester und/oder schwer umformbarer Werkstoff, wie ein Edelstahl, für das erste Lagerelement 2 verwendet werden, welches den im Betrieb auftretenden Belastungen besonders gut standhält.
Das zweite Lagerelement 3 ist in Form eines Innenrings gestaltet mit einer Durchgangsausnehmung 15. In die Durchgangsausnehmung 15 kann z. B. ein Bolzen eingesteckt sein, um das Lagerelement 3 so mit einem Fahrzeug bzw. einem entsprechenden Verbindungsstück zu verbinden. Das zweite Lagerelement 3 weist einen Lagerabschnitt 16 mit einer kugelförmigen Außenoberfläche 17 auf. Die Außenoberfläche 17 weist dabei eine zu der Lageraufnahme 7 passende Form auf, so dass das zweite Lagerelement 3 mit seinem Lagerabschnitt 16 drehbar, aber insbesondere in Richtung der Hauptdrehachse 4 im Idealfall spielfrei aufgenommen ist. Das zweite Lagerelement 3 liegt mit seiner Außenoberfläche 17 nicht unmittelbar an der die Lageraufnahme 7 begrenzenden Wandung 8 an. Vielmehr ist im Bereich der Lageraufnahme 7 ein Gleitelement 18 vorgesehen, welches eine Gleitfläche 19 für das zweite Lagerelement 3 ausbildet. Das Gleitelement 18 ist dabei als eine Beschichtung ausgebildet, welche auf der die Lageraufnahme 7 begrenzenden Wandung 8 aufgebracht ist. Z. B. kann es sich um eine PEEK-Beschichtung handeln, welche im Spritzgussverfahren auf die Wandung 8 aufgebracht wird. Die Verbindung mit dem ersten Lagerelement 2 wird dabei zum einen durch eine stoffschlüssige Verbindung erreicht. Zum anderen wird durch die in der Wandung 8 vorgesehene Strukturierung 9 aber auch eine formschlüssige Verbindung erreicht. Konkret sind dazu in der Wandung 8 in Richtung der Hauptdrehachse 4 mehrere voneinander beabstandet angeordnete Vertiefungen 20 in Form von Nuten 21 vorgesehen. In die Nuten 21 greifen von dem Gleitelement 18 ausgebildete Vorsprünge 22 ein. Wenn das Gleitelement 18 auf die Wandung 8 aufgespritzt wird, passt sich die Kontur der Vorsprünge 22 automatisch an die Form der Nuten 21 an, so dass die Vorsprünge 22 optimal in die Nuten 21 eingreifen.
Die Nuten 21 sind quer zu der Hauptdrehachse 4 orientiert. So wird eine Verankerung des Gleitelements 18 an der Lageraufnahme 7 erreicht, die insbesondere gegenüber einer Drehung um die Drehachsen 5, 6 quer zu der Hauptdrehachse 4 wirksam ist. Es wird somit verhindert, dass sich das Gleitelement 18 im Betrieb aus dem Bereich der Lageraufnahme 7 herausbewegen kann, was die Gleiteigenschaften beeinträchtigen könnte. Wie insbesondere aus der geschnittenen Ansicht in Figur 2 ersichtlich ist, ist die Kontur der Nuten 21 kantenfrei. D. h. diese gehen stetig in die ansonsten konvex geformte Wandung 8 über. So kann das Risiko eines Abreißens der Vorsprünge 22 infolge einer Kerbwirkung minimiert werden.
Das Lager 1 weist als weiteres Element ein ringförmiges Bauteil 23 auf, welches als Abstreifer und/oder Dichtung dient. Das Bauteil 23 ist im Einbauzustand auf der Oberseite der oben liegenden Lagerelementhälfte 10 angeordnet und liegt mit seinem vorspringenden Rand 24 an der Außenoberfläche 17 des zweiten Lagerelements 3 an. Insbesondere kann so dem Eindringen von Feuchtigkeit und/oder Fremdkörpern von oben in den Bereich der Lageraufnahme 7 vorgebeugt werden. Anders als in den Figuren 1 und 2 dargestellt, kann auf der gegenüberliegenden Seite ebenfalls ein solches Bauteil angeordnet sein.
In den Figuren 3 bis 6 ist eine Lagerelementhälfte 10 des ersten Lagerelements 2 in verschiedenen Ansichten gezeigt. Insbesondere anhand der Figuren 4 und 5 werden verschiedene Ausgestaltungsmöglichkeiten für die Strukturierung 9 der Wandung 8 verdeutlicht. Die Ausgestaltung und Kombination von Nuten 21, wie sie in den Figuren gezeigt ist, ist lediglich beispielhaft. Es sind auch andere
Ausgestaltungen, z. B. in Bezug auf die Abmessungen und genaue Kontur, und andere Kombinationen von Strukturelementen, wie Nuten, Aufrauhungen etc., möglich. Die Lagerelementhälfte 10 weist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Richtung der Hauptdrehachse 4 gesehen drei voneinander beabstandete Reihen von Nuten 21 auf. Die Haupterstreckungsrichtung jeder Nut 21 ist quer zu der Hauptdrehachse 4 orientiert. Dabei sind die beiden außenliegenden Nuten 21 in Umfangsrichtung der Lagerelementhälfte 10 umlaufend ausgebildet. D. h. durch diese Nuten 21 wird in erster Linie eine formschlüssige Verbindung in Bezug auf eine Drehung um die
Drehachsen 5, 6 quer zu der Hauptdrehachse 4 erreicht. Eine Drehung um die Hauptdrehachse 4 selbst kann mit diesen Nuten 21 jedoch u. U. nicht verhindert werden. In der mittleren Reihe sind mehrere Nuten 21 vorgesehen, die sich jeweils lediglich über einen Teilumfang der Lagerelementhälfte 10 erstrecken und in Umfangsrichtung voneinander beabstandet angeordnet sind. Durch den Eingriff der Vorsprünge 22 des Gleitelements 18 in die Nuten 21 der mittleren Reihe wird somit nicht nur eine formschlüssige Befestigung in Bezug auf eine Drehung um die Drehachsen 5, 6 quer zu der Hauptdrehachse 4 erreicht, sondern auch in Bezug auf eine Drehung um die Hauptdrehachse 4.
Die Nuten 21 weisen jeweils abgerundete Flanken auf und gehen kantenfrei in die Wandung 8 der Lagerelementhälfte 10 über. So kann eine Kerbwirkung, die zum einem Abscheren der Vorsprünge 22 führen könnte, weitgehend vermieden werden.
Anders als in den Figuren dargestellt, können die Vertiefungen 20 jedoch auch Hinterschnittkonturen aufweisen, wodurch eine besonders gute Verankerung des Gleitelements an der Lageraufnahme erreicht werden kann. Beispielsweise können die Vertiefungen dazu als Bohrungen ausgebildet sein mit einem sich in Eindringtiefe vergrößerndem Durchmesser. Ein Querschnitt der Bohrung kann z. B. in etwa pilzförmig sein. Etwaige Kanten sind dabei vorzugsweise abgerundet, so dass Kraftspitzen im Bereich der Kanten im Betrieb weitgehend vermieden werden können. Insbesondere wenn das Gleitelement durch ein Spritzgussverfahren an das Lagerelement angespritzt wird, kann eine Hinterschnittkontur vorteilhaft sein, da in diesem Bereich infolge des Dieseleffekts höhere Temperaturen erreicht werden können, die zu einer besseren Anbindung des thermoplastischen Kunststoffs an die im Regelfall metallische Oberfläche des Lagerelements führen können.
Bezugszeichenliste:
Lager
Lagerelement
Lagerelement
Hauptdrehachse
Drehachse
Drehachse
Lageraufnahme
Wandung
Strukturierung
Lagerelementhälfte
Lagerelementhälfte
Flansch
Flansch
Schrauben
Durchgangsausnehmung
Lagerabschnitt
Außenoberfläche
Gleitelement
Gleitfläche
Vertiefung
Nut
Vorsprung
Bauteil
Rand

Claims

Ansprüche
1. Sphärisches Lager (1), insbesondere zur gelenkigen Verbindung von zwei Fahrzeugen, umfassend - ein erstes Lagerelement (2) mit einer Lageraufnahme (7), ein zweites Lagerelement (3) mit einem Lagerabschnitt (16), welcher in der Lageraufnahme (7) derart aufgenommen ist, dass das zweite Lagerelement (3) gegenüber dem ersten Lagerelement (2) drehbar gelagert ist, und - mindestens ein im Bereich der Lageraufnahme (7) zwischen den
Lagerelementen (2, 3) angeordnetes Gleitelement (18), dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement (18) in Bezug auf eine Rotation um mindestens eine Drehachse (4, 5, 6) formschlüssig mit einem der beiden Lagerelemente (2, 3) verbunden ist.
2. Sphärisches Lager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement an das erste oder zweite Lagerelement (2, 3) angespritzt ist.
3. Sphärisches Lager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement (18) aus einem Werkstoff hergestellt ist, der einen thermoplastischen Kunststoff und insbesondere Polyethetetherketon (PEEK) enthält.
4. Sphärisches Lager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraufnahme (7) zu zwei gegenüberliegenden Seiten hin offen ist, wodurch eine Hauptdrehachse (4) definiert ist.
5. Sphärisches Lager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lagerelement (3) um drei Drehachsen (4, 5, 6) gegenüber dem ersten Lagerelement (2) drehbar gelagert ist und das Gleitelement (18) in Bezug auf eine Rotation um mindestens zwei der drei Drehachsen (4, 5, 6), bevorzugt in Bezug auf eine Rotation um die zwei quer zu der Hauptdrehachse (4) orientierten Drehachsen (5, 6) und besonders bevorzugt in Bezug auf eine Rotation um alle drei Drehachsen (4, 5, 6) formschlüssig mit einem der beiden Lagerelemente (2, 3) verbunden ist.
6. Sphärisches Lager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der formschlüssigen Verbindung eine Oberfläche des Lagerabschnitts (16) und/oder der Lageraufnahme (7) aufgeraut ist und/oder eine regelmäßige oder unregelmäßige Strukturierung (9) aufweist.
7. Sphärisches Lager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der formschlüssigen Verbindung in einer Oberfläche des Lagerabschnitts (16) und/oder der Lageraufnahme (7) mindestens eine Vertiefung (20) vorgesehen ist, in die ein von dem Gleitelement (18) ausgebildeter Vorsprung (22) eingreift.
8. Sphärisches Lager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der formschlüssigen Verbindung in einer Oberfläche des
Lagerabschnitts (16) und/oder der Lageraufnahme (7) mindestens eine in Umfangsrichtung des Lagerabschnitts (16) oder der Lageraufnahme (7) durchgehend umlaufende Nut (21) vorgesehen ist.
9. Sphärisches Lager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der formschlüssigen Verbindung in einer Oberfläche des Lagerabschnitts (16) oder der Lageraufnahme (7) mehrere voneinander beabstandete und sich lediglich über einen Teilumfang der Lageraufnahme (16) und/oder des Lagerabschnitts (7) erstreckende Vertiefungen (20), insbesondere Nuten (21), vorgesehen sind.
10. Sphärisches Lager (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Vertiefung (20) und/oder Nut (21) hinterschnittfrei an der Lageraufnahme (7) oder dem Lagerabschnitt (16) ausgebildet ist oder dass die Vertiefung (20) und/oder Nut (21) eine Hinterschnittkontur aufweist.
11. Sphärisches Lager (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Vertiefung (20) und/oder Nut (21) stetig, d. h. kantenfrei, in eine Oberfläche der Lageraufnahme (7) oder des Lagerabschnitts (16) übergeht.
12. Sphärisches Lager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lagerelement (2) quer zu der Drehachse (4, 5, 6), insbesondere quer zu der Hauptdrehachse (4), in zwei Lagerelementhälften (10, 11) geteilt ist, die lösbar miteinander verbunden sind.
13. Sphärisches Lager (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Lagerelementhälfte (10, 11) ein Gleitelement (16) vorgesehen ist, welches mittels einer formschlüssigen Verbindung mit der Lagerelementhälfte (10, 11) verbunden ist.
14. Lagerelement (2, 3) für ein sphärisches Lager (1), insbesondere für ein Lager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lagerelement (2, 3) eine Lageraufnahme (7) oder einen Lagerabschnitt (16) aufweist und an der Lageraufnahme (7) oder dem Lagerabschnitt (16) mindestens ein Gleitelement (16) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement (16) in Bezug auf eine Rotation um mindestens eine Drehachse (4, 5, 6) des Lagers (1) formschlüssig mit dem Lagerelement (2, 3) verbunden ist.
15. Fahrzeugverbund mit mindestens zwei Fahrzeugen, die durch ein sphärisches Lager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 miteinander verbunden sind.
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