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Kugelgelenk für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kugelgelenk für Kraftfahrzeuge, welches aus einem Gelenkge- häuse und einem eine Öffnung in diesem durchgreifenden Zapfen mit einem in der Gehäusekammer ge- lagerten Kopf aus zwei quer zur Zapfenachse getrennten Teilen besteht, von denen der eine durch eine
Kugelzonenfläche des Zapfenbundes selbst gebildet wird, wogegen der andere, die Belastung in Richtung des Kugelzapfens aufnehmende Teil aus einem auf den Kugelzapfen aufgesetzten Ring aus Acetalharz mit Kugelzonenoberfläche besteht.
Bei sogenannten hängenden Kugelgelenken ist der Kugelzapfen auf Zug belastet und wirkt die vom
Fahrzeuggewicht herrührende Vertikalkraft gegen eine auf der Seite des Austritts des Gelenkzapfens vor- gesehene Hohlkugelfläche der Gehäusekammer. In dieser Hohlkugelfläche befindet sich der Kugelkörper aus Acetalharz. Die Hohlkuge1f1äche hat die Grösse einer halben Hohlkugel vermindert um die Flächengrösse des Durchlasses für den Gelenkzapfen. Da die Abmessungen eines solchen, als Radgelenk dienenden
Kugelgelenks aus Raumgründen gering gehalten werden müssen, ist die von der Hohlkugelfläche gebil- dete Lagerfläche verhältnismässig klein und der auf sie durch die Belastung ausgeübte spezifische Flä- chendruck verhältnismässig gross. Hieraus ergeben sich Schwierigkeiten beim Bau hängender Kugelgelenke.
Wenn die die Lagerfläche für den Kugelkörper aus Kunststoff am Austritt des Gelenkzapfens aus dem Gelenkgehäuse bildende Hohlkugelfläche nicht einwandfrei bearbeitet ist, dann verschleisst der Kugelkörper aus Kunststoff verhältnismässig schnell. An den dem Kugelkörper zugewandten Kanten des Durchlasses für den Gelenkzapfen ist der Verschleiss besonders gross. Die einwandfreie Bearbeitung der die Lagerfläche bildenden Hohlkugelfläche ist recht schwierig.
Bei den sogenannten stehenden Kugelgelenken, bei denen die Belastung von der geschlossenen Gehäuseseite auf den Gelenkzapfen übertragen wird, liegen ähnliche Verhältnisse vor. Wenn der Kopf des Gelenkzapfens einen Bund mit kugeliger Oberfläche bildet und diesem Bund ein Kugelkörper aus Kunststoff, so Acetalharz, zugeordnet ist, dann ist die Anordnung umgekehrt wie bei den hängenden Gelenken, d. h. der Bund mit der kugeligen Oberfläche befindet sich auf der Seite des Austritts des Gelenkzapfens aus dem Gelenkgehäuse und der Kugelkörper aus Kunststoff befindet sich auf der geschlossenen Gehäuseseite, wo für ihn eine Hohlkugelfläche zur Lagerung vorgesehen ist, die sich nur schwer einwandfrei bearbeiten lässt.
Zur Beschränkung der Elastizität bei Kugelgelenken im wesentlichen auf Stösse, die in der Längsrichtung des Gelenkzapfens wirken, ist es bereits vorgeschlagen worden, den Kopf des Gelenkzapfens mit einer elastischen Schicht aus Kunststoff auf der Basis der Polyurethane zu umhüllen, wobei die Wandstärke dieser Schicht in der quer zur Mittelachse des Zapfens liegenden Kugelmittelebene nur etwa die Hälfte der Wandstärke am Auslauf der Kugel zum Zapfen hin beträgt. Die Wandstärke der Polyurethanschicht ist im Bereich des Zapfens und am oberen Pol des Kugelkopfes etwa doppelt so gross wie in der Äquatorebene der Kugel. Die Gehäusekammer kann hiebei mit einer thermoplastischen Kunststoffschicht, z. B. aus Polyamidkunststoff, ausgefüttert sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei dem von ihr betroffenen Kugelgelenk unter Ver-
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besserung der Lagereigenschaften eine Anordnung zu treffen, die den auf die Auskleidung wirkenden Ver- schleissbeanspruchungen Rechnung trägt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist nach der Erfindung die ganze Innenfläche der den Zapfenkopf auf- nehmenden Gehäusekammer in an sich bekannterweise mit einer schalenartigenAuskleidung aus Kunst- stoff, insbesondere Polyamidkunststoff, versehen und die Wandstärke der schalenartigen Kunststoffaus- kleidung in dem der Belastung unterworfenen Teil der Gehäusekammer gegenüber der Wandstärke des unbelasteten Teiles vergrössert.
Hiebei kann die Wand der schalenartigen Kunststoffauskleidung nach der Achse des Gelenkzapfens zu wachsende Stärke aufweisen.
Durch die Erfindung ist erreicht, dass durch die Anlage einer Fläche aus Acetalharz gegen eine Flä- che aus Polyamidkunststoff sich trotz der Paarung von zwei Lagerflächen aus Kunststoff keine Beeinträchtigung der gleitfähigenLagereigenschaft ergibt und die Anordnung gleichzeitig den in Abhängigkeit von der Belastungsaufnahme auftretenden Verschleissbeanspruchungen gerecht wird ; denn die Grösse der auf die Auskleidung wirkenden Gelenkbelastung ergibt sich durch die Projektion der in der Auskleidung liegenden Kugelfläche in eine den Gelenkzapfen querende Ebene. Die Projektion der Bogeneinheit der Kugelfläche wächst nach der Achse des Gelenkzapfens zu, d. h. vom Kugeläquator bis zur Austrittsöffnung der Lagerschale für den Gelenkzapfen wächst die Belastung der Lagerschale. Am Kugeläquator besteht keine Belastung der Lagerschale.
An dieser Stelle hat die Auskleidung nur die auf das Gelenk wirkenden Querkräfte aufzunehmen. Die zur Zapfenachse hin wachsende Belastung der Lagerschale hat einen zur Zapfenachse hin wachsenden Verschleiss der Lagerschale zur Folge. Ähnliche Verhältnisse sind bei stehenden Kugelgelenken gegeben, bei welchen im Scheitel der Lagerschale die grössten Belastungen auftreten können ; denn bekanntlich führt der Zapfen des Kugelgelenkes bei unter Belastung stehendem Gelenk Winkelausschläge aus, die zur Folge haben, dass die Belastung im wesentlichen vom Scheitel der Lagerschale aufgenommen werden muss. Die Erfindung trägt den geschilderten Verhältnissen Rechnung.
Die Zeichnungen veranschaulichen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung. Fig. l lässt ein hängendes Gelenk, teilweise geschnitten, im Aufriss erkennen. Fig. 2 gibt ein stehendes Gelenk, teilweise geschnitten, im Aufriss wieder.
Das Gehäuse des Kugelgelenkes ist in den Figuren mit 1 bezeichnet. 2 bezeichnet den Gelenkzapfen, welcher eine Öffnung 3 des Gelenkgehäuses durchgreift und durch diese Öffnung aus dem Gelenkgehäuseaustritt. Die Austrittsöffnung 3 ist durch den elastischen Dichtungsbalg 9 abgedichtet, dessen einer Rand beispielsweise mittels eines Ringes 10 am Gelenkgehäuse und dessen anderer Rand mittels eines Ringes 15 am Gelenkzapfen 2 festgelegt ist.
Der Kugelzapfen 2 weist einen Kopf 4 bzw. 4'auf, der einen Bund am Kugelzapfen bildet und eine kugelige Aussenfläche bzw. eine Kugelzonenfläche aufweist, so dass der Kopf bzw. Bund etwa eine Halbkugel bildet. Dem Bund 4 bzw. 4'ist ein Kugelkörper 5 bzw. 5'zugeordnet. Der Kugelkörper ist als Ring ausgebildet und auf den Kugelzapfen aufgesetzt. Er besteht aus Acetalharz und ruht in einer Hohlkugelfläche der Gehäusekammer 11. Die Hohlkugelfläche ist durch einen schalenartigen Einsatz oder eine solche Auskleidung 6 bzw. 6'ausPolyamidkunststoff gebildet. Der Kunststoff kleidet die ganze Innenfläche der Gehäusekammer aus.
Die Lagerung des Gelenkzapfens in der Gehäusekammer über einen am Gelenkzapfen befindlichen Bund mit kugeliger Aussenfläche und einen diesem zugeordneten Kugelkörper hat den Vorteil, dass für die Drehbewegungen und die Schwenk- oder Winkelbewegungen des Gelenkzapfens gegenüber dem Gelenkgehäuse verschiedene Gleitflächen vorhanden sind, so dass sich der Verschleiss der grossen Belastungen unterworfenen Gelenke auf mehrere Flächen verteilt. Die Drehbewegungen des Gelenkzapfens erfolgen auf den gegeneinander liegenden Flächen des Zapfenbundes und des diesen zugeordneten Kugelkörpers.
Eine Herstellung des Kugelkörpers 5 bzw. 5'aus Stahl wäre sehr schwierig und teuer. Aus Acetalharz lässt sich der Kugelkörper 5 bzw. 5'leicht und billig im Spritzgussverfahren herstellen. Ein Kugelkör- per 5 bzw. 5.'würde jedoch eine sehr genaue und sorgfältige Bearbeitung der ihn aufnehmenden Hohlkugelfläche der Gehäusekammer bedingen, um ein befriedigendes Gleiten des Kugelkörpers auf die-
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. l befindet sich der Kopf oder Bund 4 auf der geschlossenen Gehäuseseite und derKugelkörper 5 aus Acetalharz auf der Seite des Austrittes des Gelenkzapfens 2 aus dem Gelenkgehäuse. Der Gelenkzapfen ist durch den Kugelkörper 5 aus Acetalharz gesteckt, der einen Kugelabschnitt bildet. Die einander zugewandten Flachflächen des Bundes 4 und des Kugelkörpers 5 liegen gegeneinander. Zwischen dem Gehäusedeckel 8 und dem Bund oder Kopf 4 des
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Gelenkzapfens ist eine Ringschale 7 aus elastischem Werkstoff angeordnet, welche als Feder wirkt.
Die Wandstärke der Auskleidung 6 wächst nach dem Austritt 3 des Gelenkzapfens 2 aus dem Gelenkgehäuse bzw. nach der der Achse des Gelenkzapfens 2 zugewandten Seite. Der Verschlussdeckel 8 ist eingewalzt.
Das in Fig. 2 wiedergegebene Kugelgelenk ist ein stehendes Kugelgelenk. Bei diesem Kugelgelenk befindet sich der Zapfenbund 4'des Gelenkzapfens 2 auf der Seite des Austritts des Gelenkzapfens aus dem Gelenkgehäuse. Der Kugelkörper 5'aus Acetalharz ist auf einen Ansatz 12 des Gelenkzapfens aufgesteckt. Der Kugelkörper 5'ruht in dem Schaleneinsatz 6'aus Polyamidkunststoff. Die Wandstärke des Schaleneinsatzes 6'vergrössert sich von dessen zylindrischem Teil nach dem Schalenscheitel 13 bzw. nach der Achse des Gelenkzapfens 2 zu. Auf der Seite des Austrittes des
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abstützt. Die Ringscheibe 14 ist durch Einwalzen am Gehäuse festgelegt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kugelgelenk für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem Gelenkgehäuse und einem eine Öffnung in diesem durchgreifenden Zapfen mit einem in der Gehäusekammer gelagerten Kopf aus zwei quer zur Zapfenachse getrennten Teilen, von denen der eine durch eine Kugelzonenfläche des Zapfenbundes selbst gebildet wird, wogegen der andere, die Belastung in Richtung des Kugelzapfens aufnehmende Teil aus einem auf den Kugelzapfen aufgesetzten Ring aus Acetalharz mit Kugelzonenoberfläche besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die ganze Innenfläche der den Zapfenkopf (4, 5 ;
4 1, 5') aufnehmenden Gehäusekammer (11) in an sich bekannter Weise mit einer schalenartigenAuskleidung (6, 6') aus Kunststoff, insbesondere Polyamidkunststoff, versehen und die Wandstärke der schalenartigen Kunststoffauskleidung in dem der Belastung unterworfenen Teil der Gehäusekammer gegenüber der Wandstärke des unbelasteten Teiles vergrössert ist.