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Kugelpfannenlager
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Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Kugelpfannenlager der im
Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
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Speziell betrifft die Erfindung ein Kugelpfannenlager mit einer Schwingungsdämpfung
zwischen dem Lagergehäuse bzw.
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Lagerdom und der eigentlichen Lagerpfanne. Solche Kugelpfannenlager
werden vor allem im Kraftfahrzeugbau zur Lagerung des Getriebeschalthebels verwendet.
Bei einem
solchen Lager muß die Kugelpfanne bei radial nur möglichst
geringem Spiel und möglichst guter Körperschallisolierung und Schwingungsisolierung
axial begrenzt verschiebbar im ortsfesten Lagerdom gehaltert sein.
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Diese Anforderungen werden nach dem offenkundigen Stand der Technik
dadurch gelöst, daß die Kugelpfanne zweiteilig ausgebildet wird, auch die Lagerkugel
mit radialer Teilung zweiteilig ausgebildet ist, wobei die beiden Lagerkugelhälften
durch eine Druckfeder axial auseinandergepreßt werden, und daß nach dem Zusammenfügen
der die vorgespannte Lagerkugel umschließenden Kugelpfannenschalen eine geteilte
oder ungeteilte Gummimanschette um das zusammengesetzte Lager gelegt und die gesamte
Baugruppe dann in den Lagerdom eingeschoben wird. Dieser Vorgang ist mit einem großen
Montageaufwand und damit mit einem erheblichen Kostenaufwand verbunden.
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Zur Vermeidung dieser Montagekosten wäre es denkbar, Lagerdom, Gummimanschette
und eine einstückige Kugelpfanne maschinell als Verbundelement vorzufertigen, die
Kugelpfanne mit einem federnd geschlitzten Kragen zu versehen und das zu lagernde
Bauteil mit der Lagerkugel durch den Kugelpfannenkragen hindurch federnd in die
Kugelpfanne einzudrücken. Diese Konstruktion verbietet sich jedoch, wenn auch beim
Einwirken erheblicher axialer Zugkräfte oder Druckkräfte auf die Lagerung die Lagerkugel
zuverlässig in der Kugelpfanne gehalten werden soll.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kugelpfannenlager der
eingangs genannten Art zu schaffen, das trotz guter Dämpfung und Federung der Kugelpfanne
des Lagers und der benötigten begrenzten axialen Beweglichkeit radial im Rahmen
eines jeweils konstruktiv vorgegebenen minimalen Spiels fixiert ist, kostengünstig
herstellbar und vor allem montierbar ist und die Lagerkugel des zu lagernden Bauteils
auch bei Einwirkung größerer Zugkräfte auf die Lagerkugel diese fest und sicher
in
der Kugelpfanne hält.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung ein Kugelpfannenlager,
das die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.
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Der Erfindung liegt also die wesentliche Idee zugrunde, zur Verwirklichung
eines gedämpften Kugelpfannenlagers der hier in Rede stehenden Art von einer einteiligen
Kugelpfanne mit geschlitztem Kragenbereich auszugehen, in die die zu lagernde Lagerkugel
eindrückbar ist und die Kragenfedersegmente dann durch einen nach dem Eindrücken
der Lagerkugel in die Kugelpfanne aufgedrückten starren formstabilen Kragenumfassungsring
zu sichern, der bei Einwirkung einer Zugkraft auf die Lagerkugel das radial auswärts
ausfedernde Öffnen der Kugelpfanne verhindert und die Lagerkugel dadurch fest und
sicher in der Kugelpfanne hält. Um bei dieser Anordnung günstige Gleitbedingungen
für die Lagerkugel in der Kugelpfanne zu gewährleisten, liegt der den Kugelpfannenkragen
umschließende Kragenring vorzugsweise nicht.formschlüssig am Kugelpfannenkragen
an, sondern umgibt diesen mit einem konstruktiv vorgegebenen minimalen Spiel. Um
dieses Spiel exakt einhalten zu können, das heißt um den Federweg der Segmente des
Oberteils und des Kragens der Kugelpfanne und damit die Gleitlagercharakteristik
der Lagerkugel in der Kugelpfanne exakt vorzubestimmen und einhalten zu können ist
der Kragenring weiterhin nicht am Lagerdom oder dessen Kragen, sondern am Kragen
der Kugelpfanne selbst gehaltert.
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Die Halterung erfolgt über Federelemente, die einerseits zwar eine
feste Sicherung des Kragenringes am Kugelpfannenkragen gewährleisten, andererseits
aber eine lösbare und schwingungsentkoppelnd federnde Verbindung herstellen. Diese
Federelemente können am Kragenring sowohl einstückig angeformt sein als auch zunächst
als separates Bauteil vorgefertigt und dann mit einem ebenfalls separat vorgefertigten
Anschlagring unter Bildung
eines einheitlichen Bauteils, nämlich
des Kragenringes, zusammengefügt werden. Der auf diese Weise aus einem Federring
und einem formstarren Anschlagring bestehende Kragenring ist dann das Montageteil,
das beim Zusammenbau des Kugelpfannenlagers nach dem Einsetzen der Lagerkugel über
den Kragen der Kugelpfanne, diese außen umfassend, gedrückt wird.
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Der Kragenring bzw. der Anschlagring des Kragenrings ist weiterhin
so ausgelegt, daß er unter Wahrung eines Ringspalts mit vorgegebener Ringspaltbreite
zur Innenwand des Kragenbereichs des Lagergehäusesoder Lagerdoms für eine Begrenzung
der radialen Beweglichkeit der elastomergelagerten Kugelpfanne im Lagerdom sorgt.
Um die Aufgabe der Schwingungsentkopplung zwischen der Kugelpfanne und dem Lagerdom
zu erfüllen, kann die Kugelpfanne nicht formschlüssig am Lagerdom gehaltert sein.
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Vielmehr erfolgt diese Anbindung der Kugelpfanne an den Lagerdom in
an sich bekannter Weise über eine federnde und dämpfende GummimanSchette. Sowohl
aus Gründen der Schwingungsentkopplung als aber auch aus Gründen der durchaus begrenzt
erwünschten Beweglichkeit der Kugelpfanne als auch zur Gewährleistung der benötigten
axialen Beweglichkeit der Kugelpfanne im Lagerdom erfolgt die eigentliche Elastomeranbindung
der Kugelpfanne an den Lagerdom nur über einen vergleichsweise schmalen Elastomer-Ringsteg,
der in der Manschette ausgebildet ist, und erfolgt die eigentliche spielbegrenzende
radiale Fixierung der Kugelpfanne im Lagerdom über den Kragenring, der einen Ringspalt
vorgegebener Breite zwischen seiner Außenfläche und der Innenfläche des Lagerdomkragens
definiert.
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Auf diese Weise erfüllt der Kragenring also gleichzeitig zwei Funktionen,
dient nämlich einerseits als Federwegbegrenzer für die federnden Kugelpfannensegmente
und dient andererseits gleichzeitig als Federwegbegrenzer für die elastomergefederte
gesamte Kugelpfanne im Lagerdom.
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Neben den Funktionsvorzügen liegt der wesentliche Vorteil des Kugelpfannenlagers
gemäß der Erfindung darin, aufgrund seiner Konstruktion kostengüntig herstellbar
und insbesondere kostengünstig zusammenbaubar zu sein. Nach Vorfertigung der Kugelpfanne
und des Lagerdoms werden beide Teile in einem Arbeitstakt unter Zwischenfügen der
Gummimanschette zum praktisch fertigen Lager verbunden. Nach Montage des Lagers,
beispielsweise auf der Mittelkonsole eines Kraftfahrzeuges, wird das zu lagernde
Teil, beispielsweise der Getriebeschalthebel eines Kraftfahrzeugs, lediglich in
das bereits fertig montierte Lager eingedrückt und wird anschließend der Kragenring
federnd auf den von oben zugänglichen Kugelpfannenkragen aufgedrückt. Damit ist
die dämpfende und federnde Lagerung des Gebttiebeschaltliebels eines Kraftfahrzeugs
bereits vollständig abgeschlossen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstandi der Unteransprüche.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Auführungsbeispiels in
Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur, nämlich
die Fig. 1 im Axialschnitt ein Ausführungsbeispiel des Kugelpfannenlagers.
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Die Fig.1 zeigt im Axialschnitt und in Teildarstellung ein Ausführungsbeispiel
des Kugelpfannenlagers gemäß der Erfindung.
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In einem Lagerdom 1 ist über eine Elastomermanschette 2 eine Kugelpfanne
3 eingebunden. Die Anbindung der Elastomermanschette 2 an die Innenwand des Lagerdoms
1 und die Außenwand der Kugelpfanne 3 erfolgt durch Anvulkanisieren unter gleichzeitiger
Verwendung eines chemischen Haftvermittlers und gegebenenfalls mechanischer Verankerungselemente.
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Die Kugelpfanne 3 weist, in der Darstellung der Fig. 1 oben, einen
sich nach axial und radial außen konisch erweiternden Kragen 4 auf, der unter Bildung
eines breiteren freien Ringraums 5 konzentrisch von einem Kragen 6 des Lagerdoms
1 umschlossen ist.
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Der Kragen 4 der Kugelpfanne 3 und der anschließende Bereich der Kugelpfanne
3 selbst sind bis ungefähr auf den halben Durchmesser der Kugelpfanne unter Bildung
radial federnder Segmente so durch Schlitze 7 eingeschnitten, daß die in der Zeichnung
nicht dargestellte Lagerkugel des in dem Kugelpfannenlager gemäß der Erfindung zu
lagernden Bauteils durch den Kugelpfannenkragen 4 hindurch in die Kugelpfanne 3
eindrückbar ist.
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Bei diesem Vorgang weichen die Kugelpfannensegmente federnd nach radial
außen unter Verformung und/oder Kompression der axial äußeren Bereiche der Elastomermanschette
2 nach radial außen in den Ringraum 5 aus.
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In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel besteht der Lagerdom 1 aus
Stahl, die Elastomermanschette 2 aus einem fettbeständigen und temperaturbeständigen
Gummi der Härte 45 Shore A und die Kugelpfanne 3 mit dem angeformten Kragen 4 aus
Kunststoff, beispielsweise einem Polyamid.
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Der Kragen 4 der Kugelpfanne 3 ist im axial äußeren Bereich seines
Außenmantels mit einer Ringnut 8 versehen und weist an seinem axial inneren Ende
einen radial auswärts vorspringenden Ringflansch 9 auf. Der Ringflansch 9 und der
axial innere Abschnitt des Außenmantels des Kugelpfannenkragens 4 sind vollständig
vom Elastomer der Elastomermanschette 2 umschlossen.
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In ähnlicher Weise ist die Innenwand des Lagerdomkragens 6 mit einer
Gummischicht 10 bedeckt oder ausgekleidet, die einstückig mit der Elastomermanschette
2 ausgebildet ist.
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Nach dem Einsetzen der in der Figur nicht dargestellten Lagerkugel
des zu lagernden Bauteils in die Kugelpfanne 3 wird in den zwischen dem Kugelpfannenkragen
4 und dem Lagerdomkragen 6 gebildeten freien Ringraum 5 ein Kragenring 11 eingesetzt,
der in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Federring 12 aus Federstahl
und einem Anschlagring 13 aus starrem Kunststoff besteht. Der Federring 12 ist unter
Bildung eines einheitlichen Bauteils, nämlich des Kragenringes 11, fest mit dem
Anschlagring 13 verankert und verbunden.
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Nach dem Eindrücken des Kragenrings 11 in seine endgültige in der
Fig. 1 dargestellte Lage greift-der Federring 12 in die Ringnut 8 ein, die auf der
Außenseite des Kugelpfannenkragens 4 ausgebildet ist. Der Anschlagring 13 des Kragenrings
11 ist auf diese Weise über den Federring 12 unter Wahrung eines radialen Abstandes
sowohl zum Kugelpfannenkragen 4 als auch zum Lagerdomkragen 6 im Ringraum 5 fest,
federnd und lösbar am Kragen 4 der Kugelpfanne 3 gehaltert. Zur axialen Stabilisierung
des Kragenringes 11 liegt die axial innere Stirnfläche 14 des Anschlagrings 13 auf
dem gummierten Flanschring 9 des Kugelpfannenkragens 4 auf.
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Der Anschlagring 13 weist axial innen einen flanschartig nach radial
innen vorspringenden Anschlagringabschnitt 15 auf, der den Außenmantel des Kugelpfannenkragens
4 unter Wahrung einer geringen Ringspaltbreite 16 umschließt. Die Breite dieses
Ringspalte 16 begrenzt den Federweg der federnden Segemente der Kugelpfanne 3 und
entspricht damit dem Federweg, der für die Segmente erforderlich ist, um beispielsweise
durch Temperaturschwankungen bedingte Ausdehnungstoleranzen und Ausdehnungsdifferenzen
zwischen der Kugelpfanne und der in der Pfanne gelagerten Lagerkugel zu überbrücken.
In der Praxis ist der Ringspalt 16 in radialer Richtung ungefähr gleich oder kleiner
als 0,5 mm und damit wesentlich kleiner als der axial weiter außen liegende Ringspalt
17, der für die federnde Anbindung
des Kragenringes 11 am Kugelpfannenkragen
4 benötigt wird.
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Diese Uberbrückung wird durch den am Anschlagring 13 angeformten Innenflansch
oder Anschlagringbereich 15 ermöglicht.
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In ähnlicher Weise weist der Außenmantel 18 des Anschlagrings 13 zur
Innenwand des Lagerdomkragens 6, genauer gesagt zu dessen Gummibeschichtung 10,
einen Ringspalt 19 auf, dessen Breite die über die Elastomermanschette 2 federnd
ermöglichste radiale Beweglichkeit der Kugelpfanne 3 begrenzt. Bereits Breiten des
Ringspalts 19 von ungefähr 1 mm reichen dabei aus, um bei hinreichender radialer
Fixierung der Kugelpfanne 3 deren ausreichende schwingungstechnische Entkopplung
vom Lagerdom 1 zu gewährleisten.
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Wenn beispielsweise zu Wartungszwecken oder Reparaturzwecken die Lagerkugel
aus der Kugelpfanne 3 entfernt werden soll, braucht lediglich der Kragenring 11
mit einem geeigneten Werkzeug, beispielsweise einem Schraubendreher, aus seiner
federnden Verankerung am Kugelpfannenkragen 4 herausgedrück zu werden.
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Damit entfällt die Federwegsbegrenzung für die Segmente der Kugelpfanne
3, so daß die Lagerkugel mit nur mäßigem Kraftaufwand aus der Kugelpfanne 3 herausgezogen
werden kann. Der Kragenring 11 dient also gleichsam als lösbarer Verschlußring für
das Kugelpfannenlager.
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