DE20003398U1

DE20003398U1 - Wälzlagergelenk

Info

Publication number: DE20003398U1
Application number: DE20003398U
Authority: DE
Original assignee: Scheffer Design & Engineering
Current assignee: Scheffer Design & Engineering
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2000-04-20
Anticipated expiration: 2010-02-25
Also published as: WO2001063134A1; EP1257745A1; AU4227101A; TW477872B; DE10190621D2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wälzlagergelenk mit einem ersten Gelenkteil und einem zweiten 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

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i^tgirg. Jrankfurt/M 6763-602 Bank: Dresdner Bank AG, Wiesbaden Konto 27680700 (BLZ 51080060)

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 definierte 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 Wälzlagerelementen 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 Lagerschalen 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.

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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 Gelenkteil 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 Lagerschale 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

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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, konkret 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 konisehe 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 aufeinanderzu bewegt werden, dadurch fest in die hohlkonischen Enden des rohrförmigen Teiles hineingezogen und mit dem rohrförmigen Teil verspannt werden. Der verbleibende Teil der Konuszapfen, der noch aus dem rohrförmigen Teil heraus-

steht, 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 "Hinterradgabel" 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 rohrförmige 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 Tretlagergewinde 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 Wälzlager

gelenks mit den angrenzenden Gelenkteilen und

Figur 3 einen axialen Schnitt durch das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Wälzlager-

element.

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 zusammengeschweißt 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 Räder fixiert sind, wenn das Fahrrad auf dem Boden aufsteht, so daß im Ergeb-

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nis 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 Maximalhub 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 11 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 T eine Gewindebohrung hat. Ein Schraubbolzen 13 wird durch die Bohrung des Konuszapfens 7 hindurchgeführt und in die gegenüberliegende Gewindebohrung des Konuszapfens T eingeschraubt, wodurch die Konuszapfen 7, T 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, T 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 Anschlagfläehe für den inneren 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 Lagerlaufring dient. Wenn dann das in Figur 3 rechts erkennbare Lager 5' auf das zylindrische Ende des Konuszapfens T 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 eingeschraubt, 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 T 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 T 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 keinerlei 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 T 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 beiden Konuszapfen 7, T 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 Lagerlaufring 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 Toleranzabweichungen 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, T 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

1. Wälzlagergelenk mit

1. einem ersten Gelenkteil (1) und einem zweiten Gelenkteil (2), welches gegenüber dem ersten Gelenkteil (1) um eine Achse mindestens begrenzt drehbeweglich ist,

2. zwei koaxialen und in axialem Abstand zueinander angeordneten Wälzlagern (4, 5), welche zwischen dem ersten und dem zweiten Gelenkteil (1, 2) vorgesehen sind,

3. 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:

1. 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,

2. 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

3. wobei die Laufbahnen eines der Lager (4) sowohl an der zugehörigen äußeren Lagerschale (6') als auch an der zugehörigen inneren Lagerschale (T) 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.

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, 1T) ausgebildet sind, die eine 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 miteinander 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. Wälzlagergelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Lagerschalen (7, T) 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 Sicherungsring 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 vorzugsweise den Standardgewinden von Fahrradtretlagern entsprechen.