CN102788081B - 关节轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种关节轴承（1），包括：一个凸形的轴承头（3）；优选一个在所述轴承头（3）上的用于第一耦合杆（7）的第一连接装置（5）；一个具有凹形的第一轴承支承面（9）的轴承轴衬（4），所述轴承头（3）支承在所述轴承支承面上；优选一个与所述轴承轴衬（4）间接地或直接地相连的、用于第二耦合杆（8）的第二连接装置（6），其中，所述轴承轴衬（4）包括一个第二轴承支承面（10），所述轴承头（3）支承在所述第二轴承支承面上。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的关节轴承和一种根据权利要求10前序部分的废气涡轮增压器。
背景技术
关节轴承对于极其不同的技术应用而言被用于实现3D运动学。关节轴承包括一个凸形轴承头或球头、尤其是轴承球，其可运动地支承在一个轴衬上。通常，在轴承头上设有一个用于与第一耦合杆连接的第一连接装置，并且第二连接装置用于与第二耦合杆连接。第二连接装置在此固定在轴衬上。由此能够通过关节轴承将两个耦合杆相互在所有空间方向上可运动地连接。
关节头通常具有一个铝制壳体并且在该铝制壳体上设有一个由聚合物塑料制成的保持架作为轴衬。一个球在塑料轴衬中导向。因此，对于关节头在最高650℃的高温下的应用而言，关节头不能被使用，因为由聚合物塑料制成的轴衬承经受不住这样的温度。
角形铰链大多由耐热钢制成并且配有球面轴衬，球面轴颈的球支承在该球面轴衬中。球在此仅在靠近赤道的线上支承在球面轴衬上并且由此具有磨损很高的大的单位面积压力。用于减少磨损的措施，例如淬火或科尔斯特林技术(Kolsterisieren)在角形铰链的应用中不能在高达650℃的高温下实施。出于该原因，常见的角形铰链不能持久地在具有高温的应用中使用。
球形帽轴承通常由钢制构件组成并且是耐热的。球形帽轴承具有薄板壳体，其在关节孔和连接杆之间的关乎弯曲的区域中的弯曲方面具有仅非常小的阻力矩，从而由此存在破碎风险。
废气涡轮增压器用于借助由废气驱动的涡轮机以涡轮压缩机压缩新鲜空气作为增压空气。通过具有废气涡轮机的废气部件传导的废气在此具有在600至800℃的范围中的非常高的温度。在废气涡轮增压器的废气涡轮机或废气部件上设有废气门阀(Waste-Gate-Ventil)。废气门阀受到最多1050℃的非常高的温度载荷。为了操作或驱动废气门阀而使用一个致动器。该致动器设置在废气涡轮增压器的具有显著较低温度的压缩机部件上，因为致动器经受不住废气部件上的这么高的温度。因此需要的是，通过杠杆机构将致动器与废气门阀机械地耦合。为此在致动器上设置一个初级杠杆并且在废气门阀上设置一个次级杠杆。初级和次级杠杆借助一个耦合杆相互连接。在此，初级和次级杠杆的旋转轴线不是始终平行的，从而要求借助一个在所有空间方向上可运动的关节轴承将耦合杆与次级杠杆连接。关节轴承在此必须经受得住废气部件的区域中的高温。
发明内容
按照本发明的关节轴承包括：一个凸形的轴承头或者说一个凸形的球头；优选一个在轴承头上的用于第一耦合杆的第一连接装置；一个具有凹形的第一轴承支承面的轴承轴衬，所述轴承头支承在所述轴承支承面上；优选一个与轴承轴衬间接地或直接地相连的、用于第二耦合杆的第二连接装置，其中，所述轴承轴衬包括一个第二轴承支承面，所述轴承头支承在所述第二轴承支承面上。凸形的轴承头、尤其是轴承球由此支承在轴承轴衬的两个分开的轴承支承面、即第一和第二轴承支承面上。在此涉及滑动轴承装置并且轴承头的几何结构在此与两个轴承支承面的几何结构互补地构成。由此保证了轴承头在轴承轴衬上的机械上非常安全且可靠的支承并且在所有空间方向上也能够由关节轴承接收大的力。另外，具有两个分开的轴承支承面的该设计造型能够实现的是，轴承头由钢制成并且由于完全由金属、尤其是钢构成，关节轴承能够持久地经受住600至800℃的范围中的非常高的温度。
在补充的实施方式中，第二轴承支承面以轴承头为参考与凹形的第一轴承支承面相对置地构成和/或轴承头在第一和第二轴承支承面之间不具有与轴承轴衬的接触。由于两个轴承支承面的相互对置的构造，轴承头由此以有利的方式被两个轴承支承面特别安全地保持在轴承轴衬上。
在一种补充的变型中，轴承头、尤其是轴承头的凸形区域部分球形地构成，和/或第二轴承支承面凸形地、凹形地或平整地构成。在第二轴承支承面的凹形的、尤其是部分球形的构造中，第二轴承支承面和凸形的、尤其是部分球形的轴承头具有一个大的支承面，使得由此保证轴承头在轴承轴衬上的特别有承重能力的轴承支承。
适宜地，凹形的第一轴承支承面和/或第二轴承支承面部分球形地构成。
在一种附加的实施方式中，凹形的第一轴承支承面由一个基本上二维地弯曲的第一构件、例如罩形成。一个基本上二维的第一构件例如是弯曲的薄板或金属板。第一构件、例如构造为罩的第一构件在此例如由平整的金属板通过变形、尤其是拉深制成，使得由此该罩具有凹形的第一轴承支承面。
在另一种设计方案中，第一轴承支承面由一个、优选部分凸形的第二构件，例如连接部件形成。
在一种附加的变型中，第一构件固定在所述第二构件上，尤其是材料锁合地例如通过焊接固定在所述第二构件上。在第一和第二构件材料锁合地、尤其是通过焊接连接时，两个部件能够特别可靠地相互连接并且在连接之前可以在第一和第二构件之间可靠地设置轴承头，其中在两个构件之间具有确定的间隙。
在一种附加的实施方式中，基本上二维的第一构件具有一个开口，所述第一连接装置设置在在该开口上或者所述第一连接装置穿过该开口。该开口具有一个足够的几何形状，使得关节轴承在所有空间方向上具有可运动性，即，轴承头在所有空间方向可运动地支承在轴承轴衬上。
优选地，轴承头和/或轴承轴衬、尤其是第一构件和/或第二构件，和/或第一连接装置和/或第二连接装置至少部分地、尤其是完全地由金属、例如钢制成，和/或轴承头在所有空间方向上可运动地支承在轴承轴衬上。在关节轴承至少部分地、尤其是完全地由金属、例如钢制成时，关节轴承具有高的耐热性，例如对于高达600至800℃的范围中的温度。由此能够将关节轴承用在用于废气涡轮增压器的废气门阀的次级杠杆上，因为在这里由于废气出现在高达600至700℃的范围中的高温。
按本发明的废气涡轮增压器包括：废气门阀；用于操作废气门阀的致动器；在致动器上的初级杠杆；在废气门阀上的次级杠杆；耦合杆，该耦合杆将初级杠杆与所述次级杠杆连接；关节轴承，所述关节轴承将废气门阀上的次级杠杆与耦合杆连接，其中，关节轴承被构造为一个在权利保护申请中描述的关节轴承。
适宜地，废气涡轮增压器具有一个用于废气的进入开口和一个用于废气的排出开口。
在一种附加的变型中，废气涡轮增压器具有用于新鲜空气的进入开口和用于增压空气的排出开口。
适宜地，废气涡轮增压器具有一个废气涡轮机和一个压缩机并且废气涡轮机和压缩机借助一个轴机械地相互连接，使得压缩机能够被废气涡轮机驱动。
附图说明
在下面参照附图详细说明本发明的实施例。其示出：
图1示出关节轴承的视图；
图2示出按图1的关节轴承的纵剖面；
图3示出废气涡轮增压器的俯视图；和
图4示出带有用于驱动废气门阀的杠杆机构的致动器的立体视图。
具体实施方式
关节轴承1在极其不同的技术应用中被用于将第一耦合杆7与第二耦合杆8铰接地连接，其中，通过关节轴承1将两个耦合杆7、8在所有空间方向上铰接地或者说可运动地相互连接(图1和2)。关节轴承1由钢制成并且由此持久地经受住600至800℃的范围中的高温并且在这些温度中使用。
关节轴承1包括一个具有第一构件11和第二构件13的两部分式的轴承轴衬4。第一构件11被构造为二维地弯曲的第一构件11作为罩12。该罩12在此具有一个开口14(图1)。作为罩12的该第一构件11例如借助拉深由钢片制成。由于罩28的曲率，第一构件11具有一个第一凹形轴承支承面9。凹形的第一轴承支承面9在此基本上被构造为半球。第二构件13具有一个同样凹形构成的第二轴承支承面10。在第一构件11和第二构件13之间设有一个凸形的轴承头3或凸形的球头3，其构造为轴承球。轴承头3在此分开地支承在第一轴承支承面9和第二轴承支承面10上，使得由此将轴承头3可运动地作为滑动轴承支承在两个轴承支承面9、10上。
第二构件13与用于第二耦合杆8的第二连接装置6一体地构成。第二连接装置6具有一个在第二连接装置6中的孔21并且该孔21设有螺纹22。第二耦合杆8在端部区域上同样具有一个作为外螺纹的螺纹23，该螺纹旋入到孔21上的螺纹22中(图1)。通过螺母24将第二耦合杆8固定在第二连接装置6上。轴承头3与用于第一连接杆7的第一连接装置5一体地构成。第二连接装置5在此穿过作为罩12的第一构件11上的开口14，使得由此轴承头3可运动地支承在两个构件11、13之间。开口14的大小在此能够使得第一耦合杆7或轴承头3在所有空间方向上支承在轴承轴衬4上或是可运动的。
在制造关节轴承1时，一个钢板或一个钢片借助拉深变形为在图1和2中示出的几何结构。在作为罩12的第一构件11和第二构件13之间接下来设置轴承头并且将罩12推套到第二构件13上。该推套在此这样地进行，即在轴承头3与第一和第二构件11、13之间存在预确定的间隙，例如0.1mm的间隙。罩12与第二构件13按照该定向材料锁合地借助焊接连接，使得在第二构件13和罩12之间形成一个完全环绕的焊接连接25(图2)。
在图3和4中示出用于汽车的未示出的内燃机的废气涡轮增压器2。该废气涡轮增压器2包括一个具有未示出的废气涡轮机的废气部件26和一个具有未示出的压缩机的压缩机部件27。通过废气部件26引导具有700和800℃范围中的非常高的温度的废气。由此，在废气涡轮增压器2的运行期间废气部件26具有在高达650℃的范围中的非常高的温度。废气部件26设有废气门阀15。为了操作或驱动废气门阀15，该废气涡轮增压器2具有一个带有伺服马达17、即DC电动机的致动器16和一个传动装置18(图4)。该致动器16在此经受不住废气部件26的区域中的高温，因此在具有显著较低温度的压缩机27区域中固定在废弃涡轮增压器2的壳体上。在压缩机部件27处，从周围环境吸入新鲜空气并且压缩，使得由此在压缩机部件27处存在显著较低的温度、例如在30和50℃的范围中的温度。致动器16与废气门阀15借助杠杆机构连接。为此，致动器16与初级杠杆19连接并且废气门阀15与次级杠杆20连接。初级和次级杠杆19、20通过第一耦合杆7相互连接。为此，在初级杠杆19上存在一个铰链，该铰链将第一耦合杆7与初级杠杆19连接并且在次级杠杆20上存在一个关节轴承1，该关节轴承将次级杠杆20铰接地与第一耦合杆7连接。初级杠杆19和次级杠杆20的旋转轴线不平行地定向并且初级和次级杠杆19、20的运动平面例如以105°的角度相互定向。因此需要的是，次级杠杆20上的关节轴承1在所有空间方向上是可运动的，即有三维运动可供使用。在废气涡轮增压器2中使用的关节轴承1是上述的关节轴承1，使得由此一方面关节轴承1经受得住次级杠杆20的区域中的大约650℃的高温并且持久地经受得住废气涡轮增压器2上的机械载荷。
轴承头3在拉力方向上在轴承轴衬4上在轴承头3的赤道区域中具有大的支承面，由此在轴承支承面9、10上出现小的压力并且由此在轴承头3和两个轴承支承面9、10之间出现小的磨损。由此关节轴承1即便在高机械载荷的情况下仍能持久地被使用。
总体上看，按本发明的关节轴承1和按本发明的废气涡轮增压器2具有重要优点。关节轴承1在制造中简单并且成本低廉并且能够持久地经受住高的机械和热载荷并且由此尤其是适合作为用于废气涡轮增压器2的次级杠杆20上的关节轴承1。
Claims (22)
1.关节轴承(1)，包括：
一个凸形的轴承头(3)，
一个在所述轴承头(3)上的用于第一耦合杆(7)的第一连接装置(5)，
一个具有凹形的第一轴承支承面(9)的轴承轴衬(4)，所述轴承头(3)支承在所述轴承支承面上，
一个与所述轴承轴衬(4)间接地或直接地相连的、用于第二耦合杆(8)的第二连接装置(6)，
其特征在于，
所述轴承轴衬(4)包括一个第二轴承支承面(10)，所述轴承头(3)支承在所述第二轴承支承面上，其中，所述第二轴承支承面(10)由一个第二构件(13)形成，其中，所述第二构件(13)是连接部件(13)。
2.根据权利要求1的关节轴承，其特征在于，
所述第二轴承支承面(10)以所述轴承头(3)为参考与所述凹形的第一轴承支承面(9)相对置地构成，
和/或
所述轴承头(3)在所述第一和第二轴承支承面(9，10)之间不具有与所述轴承轴衬(4)的接触。
3.根据权利要求1或2的关节轴承，其特征在于，
所述轴承头(3)被部分球形地构成，
和/或
所述第二轴承支承面(10)凸形地、凹形地或平整地构成。
4.根据权利要求1或2的关节轴承，其特征在于，
所述凹形的第一轴承支承面(9)和/或所述第二轴承支承面(10)部分球形地构成。
5.根据权利要求1或2的关节轴承，其特征在于，
所述凹形的第一轴承支承面(9)由一个基本上二维地弯曲的第一构件(11)形成。
6.根据权利要求5的关节轴承，其特征在于，
所述第一构件(11)固定在所述第二构件(13)上。
7.根据权利要求5的关节轴承，其特征在于，
基本上二维的第一构件(11)具有一个开口(14)，所述第一连接装置(5)设置在在该开口上或者所述第一连接装置(5)穿过该开口。
8.根据权利要求1或2的关节轴承，其特征在于，
所述轴承头(3)和/或所述轴承轴衬(4)，和/或所述第一连接装置(5)和/或所述第二连接装置(6)至少部分地由金属制成，和/或
所述轴承头(3)在所有空间方向上可运动地支承在所述轴承轴衬(4)上。
9.根据权利要求1的关节轴承，其特征在于，
所述第二构件(13)是部分凸形的。
10.根据权利要求1的关节轴承，其特征在于，该连接部件与用于第二耦合杆(8)的第二连接装置(6)一体地构成。
11.根据权利要求5的关节轴承，其特征在于，
所述第一构件(11)是一罩(12)。
12.根据权利要求3的关节轴承，其特征在于，
所述轴承头(3)的凸形区域被部分球形地构成。
13.根据权利要求5的关节轴承，其特征在于，
所述第一构件(11)材料锁合地固定在所述第二构件上。
14.根据权利要求5的关节轴承，其特征在于，
所述第一构件(11)通过焊接固定在所述第二构件上。
15.根据权利要求8的关节轴承，其特征在于，
所述金属是钢。
16.根据权利要求1或2的关节轴承，其特征在于，
所述轴承头(3)和/或所述轴承轴衬(4)，和/或所述第一连接装置(5)和/或所述第二连接装置(6)完全地由金属制成，和/或
所述轴承头(3)在所有空间方向上可运动地支承在所述轴承轴衬(4)上。
17.根据权利要求16的关节轴承，其特征在于，
所述金属是钢。
18.根据权利要求5的关节轴承，其特征在于，
所述第一构件(11)和/或所述第二构件(13)，和/或所述第一连接装置(5)和/或所述第二连接装置(6)至少部分地由金属制成，和/或
所述轴承头(3)在所有空间方向上可运动地支承在所述轴承轴衬(4)上。
19.根据权利要求18的关节轴承，其特征在于，
所述金属是钢。
20.根据权利要求5的关节轴承，其特征在于，
所述第一构件(11)和/或所述第二构件(13)，和/或所述第一连接装置(5)和/或所述第二连接装置(6)完全地由金属制成，和/或
所述轴承头(3)在所有空间方向上可运动地支承在所述轴承轴衬(4)上。
21.根据权利要求20的关节轴承，其特征在于，
所述金属是钢。
22.废气涡轮增压器(2)，包括：
一个废气门阀(15)，
一个用于操作所述废气门阀(15)的致动器(16)，
一个在致动器(16)上的初级杠杆(19)，
一个在废气门阀(15)上的次级杠杆(20)，
一个耦合杆(7)，所述耦合杆将所述初级杠杆(19)与所述次级杠杆(20)连接，
一个关节轴承(1)，所述关节轴承将所述废气门阀(15)上的次级杠杆(20)与所述耦合杆(7)连接，
其特征在于，
所述关节轴承(1)根据以上权利要求中任一项构成。
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