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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Drehaufnahme einer Schubstange.
Die Erfindung betrifft insbesondere einen verbesserten Drehmomentgelenkhebel
mit einem Querkugelgelenk mit einer Elastomeraufnahme sowie ein
Verfahren zu dessen Herstellung.
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Hintergrund
der Erfindung
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Kugelgelenke
werden häufig
in Schubstangen verwendet, die zwischen einer Radachse eines Fahrzeugs
und dessen Fahrgestell zwischengeschaltet sind, um so automatisch
die Bewegung der Radachse relativ zum Fahrwerk einzustellen, wenn das
Fahrzeug auf groben oder unebenen Straßen fährt. Im Falle einer Schubstange
ist die Kugel entweder mit einer Gabelbefestigung oder einem Kegelstift ausgestattet,
der/die mit einer runden Kugel verbunden ist. Die Kugel rotiert
innerhalb von Bahnen, wodurch der Stange oder der die Kugelbahnen
haltenden Einheit ermöglicht
wird, in drei Richtungen frei zu rotieren. Ein Kugelgelenk einer
Schubstange sollte einfach konstruiert sein, so daß es einfach
herzustellen ist, und sollte reibungslos betrieben werden und dazu
geeignet sein, während
einer langen Lebensdauer verwendet zu werden. Des weiteren sollte
es während
seiner Lebensdauer lösbar
sein (semi-permanent).
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Es
existieren eine Reihe von Patenten zum Stand der Technik, die Kugelgelenke
in Schubstangen für
zahlreiche Verwendungen nutzen. Die
US 3,451,700 von
F.R. Smith lehrt ein Kugelgelenk mit einer Gummidichtung, die verhindert,
daß Fremdstoffe
das Drehelement beschädigen.
Sie erfordert allerdings zusätzliche
Mittel, die verwendet werden, um einen Druck auf die Kugelbahnen
auszuüben,
was die Kosten und die für
die Herstellung benötigte
Zeit steigert. Die
US 5,902,050 von
Balczun et al. zeigt ein Kugelgelenkende einer Stange, bei dem ein
isolierendes Elastomer verwendet wird, um die Übertragung von Vibrationen
zu verringern. Dieses erfordert allerdings eine Bindung des elastomeren
Isolationselementes an wenigstens eine Oberfläche des Kugelgelenks.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
die Herstellung eines besser isolierten Kugelgelenks, wobei ein
vereinfachtes Verfahren für
Herstellung und Montage verwendet wird, der Bedarf nach einer Bindung
des isolierenden Elastomers an dem Gelenk eliminiert wird und Einzelteile
verringert werden, während
weiterhin die gewünschte
Isolation ermöglicht wird,
die für
den Gebrauch bei Drehmomentgelenkhebeln ideal ist. Die hier beinhalteten
Konzepte verwenden des weiteren Prinzipien, welche einfach auf die
Herstellung von isolierten Kugelgelenken zum Gebrauch in Buchsen
ebenso wie in Schubstangen anzuwenden sind.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
wird vorgeschlagen, daß es
ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine hoch drehbare Gelenkeinheit
zu ermöglichen.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, die Ausgestaltung
der Bahnen eines Kugelgelenks zu ermöglichen, das sich auf den Verschleiß von Kugel
und Bahn einstellt, während
ein nahezu konstanter Federdruck bewahrt wird.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Schutzmanschette
zu ermöglichen,
die das Gelenk vor einem Eindringen von Fremdstoffen schützt und
mit der Kugelbahnfeder einteilig ist.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein hoch drehbares
Kugelgelenk vorzusehen, daß bei
einer Designwiederholung eine steife Reaktion ermöglicht.
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Es
ist ebenfalls ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein hoch drehbares
Kugelgelenk zu ermöglichen,
das des weiteren ein elastomeres Isolationsmittel zwischen der die
Kugel tragenden Vorrichtung und der die Kugel haltenden Vorrichtung
ermöglicht.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist, eine hoch drehbare Vorrichtung
vorzusehen, die als Gabel-, Kegelstift- oder Durchgangsöffnungskugelgelenk
befestigt werden kann, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist.
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Es
ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine zusätzliche Isolation von Geräuschen,
Vibrationen und Härte
zwischen einer Achse und einem Rahmen zu ermöglichen, indem die Möglichkeit
gegeben ist, daß die
Drehvorrichtung unter Verwendung eines Schock absorbierenden Elastomers
isoliert ist.
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Es
ist schließlich
ein Ziel der vorliegenden Erfindung, den Bedarf nach zusätzlichen
Komponenten zur Befestigung der Dichtungen und zur Zugabe von Druck
auf das Lagerelement zu eliminieren.
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Die
zuvor genannten Ziele werden durch ein neues Herstellungsverfahren
eines verbesserten Drehmomentgelenkhebels mit einem Querkugelgelenk
mit einer Eiastomeraufnahme und durch das resultierende Kugelgelenk
gelöst.
In einer ersten Ausführungsform
ist das Kugelgelenk am Ende des Drehmomentgelenkhebels angeordnet.
Schubstangen bestehen im allgemeinen aus Schmiedestahl, Gußstahl,
Aluminiumguß oder
maschinell bearbeiteten Stangen und Rohren, können allerdings aus zahlreichen
Materialien hergestellt sein. Ungeachtet des Herstellungsmaterials
enthält
das Ende der Schubstange eine quer zur Achse verlaufende zylindrische Öffnung mit
einem unteren Haltemittel wie entweder einer Scheibe, einem Ring,
einem Schnappring oder einem anderen Mittel, so daß von der
Unterseite der Zylinderwandung der Schubstange eine Leiste ausgebildet
ist. Eine untere Kugelbahn, die aus einem synthetischen Material,
vorzugsweise Acetat hergestellt ist, wird dann in die zylinderförmige Öffnung abgesenkt.
Nachfolgend wird die runde Kugelkomponente auf der unteren Kugelbahn
angeordnet, woraufhin eine obere Kugelbahn auf der Kugelkomponente
angeordnet wird.
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Dann
wird die Elastomerfeder auf der zweiten Kugelbahn angeordnet, wobei
die Elastomerfeder und die Schutzmanschette in einer kontinuierlichen
Form ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform wird zusätzlich bevorzugt,
daß in
die Elastomerfeder ein Haltering aus Stahl eingeformt ist. Allerdings
ist keine der Vorgehensweisen für
die Erfindung wesentlich. Alle drei Komponenten können unabhängig sein.
Nachdem die Elastomerfeder und der Haltering platziert sind, wird
die gesamte Einheit mittels einer anderen zurückhaltenden Vorrichtung wie einem
Schnappring, an einer gerundeten Kante oder einer geformten Metallkante
fixiert. Diese Haltevorrichtungen werden platziert, während die
Elastomerfeder unter einer Druckbelastung steht. Wenn die Einheit
von der Haltebefestigung gelöst
wird, hält
die Elastomerfeder die Kugelbahnen zur Kugel unter einer vorbestimmten
und meßbaren
Last.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist das Kugelgelenk zur Verwendung als die innere Komponente einer
Elastomerbuchse modular. In diesem Fall wird das Kugelgelenk wie
zuvor beschrieben montiert. Anstelle von Schnappringen ist die Einheit
allerdings alternativ innerhalb eines dünnwandigen, zwischenliegenden
Zylinders aufgenommen. Die Zylinderenden sind um die Halteringe
aus Stahl, die das innere Drehelement und die Bahnen enthalten,
nach innen herum gerollt. Der Zylinder kann nachfolgend zusammen
mit einem Einsatz aus isolierendem Gummi in das Ende einer Schubstange
eingesetzt werden. Der Einsatz dient als Stoß isolierende Vorrichtung und
ermöglicht
notwendigenfalls eine zusätzliche
Drehung des inneren Metalls.
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Weitere
Bereiche der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung gehen aus
der folgenden ausführlichen
Beschreibung hervor. Es sollte verstanden werden, daß die ausführliche
Beschreibung und die spezifischen Beispiele die bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung darstellen und lediglich zum Zwecke der Darstellung
und nicht als den Bereich der Erfindung beschränkend zu verstehen sind.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung geht aus der ausführlichen Beschreibung und den
beigefügten
Zeichnungen genauer hervor, wobei:
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1 eine
perspektivische Teilansicht des Drehendes eines Schubstangenendes
mit einem Durchgangskugelgelenk zeigt, welches entsprechend der
darin enthaltenen vorliegenden Erfindung montiert ist,
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2 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht des Drehmomentgelenkhebelendes
aus 1 zeigt,
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3 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht eines Drehmomentgelenkhebelendes
mit einem Kegelstiftkugelgelenk zeigt, welches damit gemäß der vorliegenden
Erfindung montiert ist,
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4 eine
seitliche Schnittansicht der Elastomerfeder und der darin beinhalteten
Schmutzmanschette des Drehmomentgelenkhebelendes aus 3 zeigt,
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5 eine
seitliche Schnittansicht einer modularen Kugelgelenkeinheit zeigt,
die eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufweist und ein Durchgangskugelgelenk
besitzt, das in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung, die dort enthalten ist, montiert
ist,
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6 eine
seitliche Schnittansicht der zwischenliegenden und äußeren Hülsen der
modularen Kugelgelenkeinheit aus 5 vor dem
Einführen
und der Montage des Kugelgelenks zeigt und
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7 eine
seitliche Schnittansicht der Elastomerfeder und der darin beinhalteten
Schmutzmanschette der modularen Kugelgelenkeinheit aus 5 zeigt.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Die folgende Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen)
ist nur beispielhafter Natur und soll die Erfindung, deren Anwendung oder
Gebrauch nicht einschränken.
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Es
wird zunächst
auf die 1 und 2 Bezug
genommen, in denen das Ende eines Drehmomentgelenkhebels ein Durchgangskugelgelenk 100 aufweist,
das in Übereinstimmung
mit der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die darin enthalten ist, dargestellt
ist. Das Kugelgelenk 100 ist an dem Ende 130 eines
Drehmomentgelenkhebels 132 angeordnet, der häufig in
Radaufhängungssystemen
von Kraftfahrzeugen verwendet wird. Das Schubstangenende 130 wird
im allgemeinen aus Schmiedestahl, Gußstahl, Gußaluminium oder bearbeiteten
Stangen und Rohren hergestellt, kann allerdings aus einer Vielzahl
von Materialien hergestellt sein. Unabhängig vom Material enthält das Schubstangenende
oder Gehäuse 130 eine
quer verlaufende zylinderförmige
Bohrung 134, in der das Kugelgelenk 100 angeordnet
ist.
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Bei
der Montage des Kugelgelenkes 100 in dem Schubstangenende 130 wird
ein festes unteres Haltemittel 144, welches entweder eine
Scheibe, einen Ring oder einen Schnappring aufweist, in einer ringförmigen Nut 138 aufgenommen.
Diese ist an einem Ende der inneren zylinderförmigen Bohrung 134 des
Schubstangenendes 130 angeordnet. Innerhalb der zylinderförmigen Bohrung 134 ist
eine erste Federdichtung 150 so angeordnet, daß sie auf
dem unteren Haltemittel 144 ruht. Die Federdichtung 150 weist
einen Elastomerring mit einem eingehüllten und damit verbundenen
Stahldichtring 156 auf und beinhaltet des weiteren eine
gewundene Schmutzhülle 154 mit
einer hindurchragenden Öffnung,
um das untere Ansatzstück
eines Kugelbolzenelementes 120, welches eine Durchgangsöffnung 124 besitzt, eng
aufzunehmen und zu dichten, während
eine Drehung des Kugelgelenkes ermöglicht wird. Die Federdichtung 150 ermöglicht einen
Schutz der oberen und unteren Kugelbahnen 146, 148 vor
Fremdstoffen, die normalerweise einen verfrühten Verschleiß oder ein verfrühtes Versagen
verursachen. Die erste Kugelbahn 148, die aus einem synthetischen
Material hergestellt ist, das vorzugsweise Acetat ist, allerdings nicht
auf dieses beschränkt
ist, wird nachfolgend in die zylinderförmige Öffnung eingebracht, so daß sie auf
der ersten Federdichtung 150 ruht.
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Das
Kugelbolzenelement 120, das die runde Kugelkomponente 126 aufweist,
ist aus einem hitzebehandelten Metall hergestellt oder kann eine
nicht dargestellte, übergeformte
Hülse aus
Kunststoff beinhalten, um ein Kunststoff-auf-Kunststoff-Lagergelenk zu ermöglichen.
Die Kugelkomponente 126 wird auf schalenförmigen (craddling)
ersten Kugellagerbahnen 148 angeordnet, so daß das untere
Ansatzstück des
Kugelbolzenelementes 120 durch die Öffnung der ersten Federdichtung 150 hindurchragt.
Nachfolgend wird eine obere Kugellagerbahn 146 auf der runden
Kugelkomponente 126 des Kugelbolzenelementes 120 angeordnet.
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Es
wird eine zweite, identische Elastomerfederdichtung 150 befestigt,
die ebenfalls einen oberen, umhüllten
Stahldichtring 152 und eine angeformte, gewundene Schmutzkappe 154 mit
einer oberen Dichtöffnung
für die
enge Aufnahme und Dichtung des oberen Ansatzstücks des Kugelbolzenelementes 120 mit
einer Durchgangsbohrung 122 aufweist. Diese zweite Federdichtung 150 wird über dem
oberen Ansatzstück
des Kugelbolzenelementes 120 angeordnet und ruht auf der
zweiten Kugelbahn 146 innerhalb der zylinderförmigen Bohrung 134.
Wenn die zweite Elastomerfederdichtung 150 platziert ist,
wird die gesamte Einheit durch Zugabe eines oberen Haltemittels 142 fixiert,
das innerhalb einer oberen umlaufenden Nut 146 aufgenommen
ist, während
die Elastomerfederdichtung 150 unter Druck steht. Nach der
Montage hält
die Elastomerfederdichtung 150 die Kugelbahnen 146, 148 in
Richtung der runden Kugelkomponente 126 unter hohen axialen
oder kegelförmigen
Lasten.
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In
den 3 und 4 ist eine Variation der obigen
Ausführungsform
dargestellt. Im Einzelnen nutzt ein Drehmomentgelenkhebelende oder
Gehäuse 132' ein kegelförmiges Kugelbolzenelement 160, das
sich axial aus einem Ende der zylinderförmigen Bohrung 134' der Schubstange
erstreckt und ein mit einem Gewinde versehenes Ende und ein kegelförmiges Kugelende
zur Befestigung mit einem im allgemeinen runden, inneren Kugelelement 164 durch komplementär mit Gewinde
versehenen Befestigungsmitteln 162 und 166 aufweist.
Zusätzliche
Verfahren einer Befestigung einschließlich Schweißen, Formen
oder Bördeln
können
verwendet werden. Ebenso können
das Kugelbolzenelement 160 und das innere Kugelelement 164 als
einzelne Elemente hergestellt sein, das aus dem Stand der Technik
bekannt ist und ebenfalls in den Bereich dieser Erfindung fällt.
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Die
Montage erfolgt gemäß der obigen
ausführlichen
Beschreibung mit einigen Ausnahmen. Ein festes oberes Haltemittel 142', welches entweder eine
Scheibe, einen Ring oder einen Schnappring aufweist, ist in einer
ringförmigen
Nut 136' aufgenommen,
die an einem Ende der inneren zylinderförmigen Bohrung 134' der Schubstange 132' angeordnet ist.
In der zylinderförmigen
Bohrung 134' ist
eine Haltekappe 140 so aufgenommen, daß sie auf dem oberen Haltemittel 142' ruht. Die Haltekappe 140 agiert als
Dichtelement, hält
Fremdmaterialien außerhalb des
Kugelgelenks und bietet ein Tragemittel zum Tragen des Gelenkes
unter Druck, nachdem dieses montiert wurde.
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In
der zylinderförmigen
Bohrung 134' werden dann
ein Distanzelement 170 und die obere Kugelbahn 146' so angeordnet,
daß sie
auf der Haltekappe 140 ruhen. Das Kugelbolzenelement 160,
das das kugelförmige
innere Kugelelement 164 besitzt, wird dann innerhalb der
Bohrung 134' angeordnet
und von der Kugellagerbahn 146' umhüllt (craddled). Über der
gegenüberliegenden
Seite des kugelförmigen
inneren Kugelelementes 164 des Kugelbolzenelementes 160 wird
eine untere Kugellagerbahn 148' angeordnet.
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Die
aus Gründen
der Klarheit in 4 vergrößert dargestellte Elastomerfederdichtung 150' wird über der
unteren Kugelbahn 148' eingebaut
und beinhaltet einen umhüllten
Stahldichtring 152' sowie eine
gewundene Schmutzkappe 154, die eine untere Dichtungsöffnung 151 für eine enge
Aufnahme und ein enges Dichten des Ansatzstückes des Kugelbolzenelementes 160 besitzt,
während
sie weiterhin eine Drehung des Kugelgelenks ermöglicht. Die Federdichtung 150' wird über dem
Ansatzstück
des Kugelbolzenelementes 160 angeordnet, so daß die Fläche 155 in
Anschlag auf die untere axiale Oberfläche der unteren Kugelbahn 148' innerhalb der
zylinderförmigen
Bohrung 134' gelangt.
Nachdem die Elastomerfederdichtung 150' platziert ist, wird die gesamte Einheit
mittels Zugabe eines unteren Haltemittels 144' fixiert, das
innerhalb einer unteren ringförmigen Nut 138' aufgenommen
ist, während
die Elastomerfederdichtung 150' unter Druck steht. Einmal fixiert, hält die Elastomerfederdichtung 150 die
Kugelbahnen 146, 148 bezüglich der runden Kugelkomponente 126 unter
hohen axialen oder kegelförmigen
Lasten.
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In
den 5 bis 7 ist eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei der das Kugelgelenk 200 modular
ist und die innere Komponente einer Elastomerbuchse aufweist. In
dieser Ausführungsform
ist das Kugelgelenk 200 wie zuvor beschrieben montiert,
anstelle von Schnappringen oder anderen Haltemitteln 144', 142' ist die Einheit
allerdings innerhalb eines dünnwandigen
Gehäuses
oder Zwischenzylinders 260 enthalten.
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Die
Einheit dieser Ausführungsform
besteht im Einzelnen aus einer äußeren isolierten
zylinderförmigen
Hülse 230,
die ein oder mehrere flanschförmige
Enden 231 zum Halten innerhalb einer Buchse oder einer anderen Anwendungsform
besitzen kann. Der Zwischenzylinder 260 ist innerhalb der
inneren Bohrung 233 der äußeren zylinderförmigen Hülse 230 unter
Einbeziehung einer nachgiebigen Buchse 232 koaxial chemisch-formverbunden.
Der Einsatz dient als Vibrationsstoß isolierende Vorrichtung und ermöglicht notwendigenfalls
eine zusätzliche
Drehung des inneren Metalls.
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Der
Zwischenzylinder 260 ist vor dem Pressen an einem Ende 261 radial
nach innen vorgebogen und bildet einen radial nach innen ragenden Flansch 265 aus,
wobei eine erste Federdichtung 250 innerhalb der zylinderförmigen Bohrung 264 angeordnet
ist, so daß sie
auf dem Flansch 265 ruht. Die Federdichtung 250 weist
einen Elastomerring mit einem umhüllten Stahldichtring 252 auf,
der in diese eingeformt ist, aber nicht mit der Federdichtung 250 verbunden
ist und weist des weiteren eine gewölbte Schmutzhülle 254 auf,
die mit einer hindurchragenden Öffnung 251 endet,
die das Ansatzstück
des Kugelbolzenelementes 220, das mit der Durchgangsbohrung 222 dargestellt
ist, eng aufnimmt und abdichtet, wobei die Schmutzhülle 254 die
ersten und zweiten Kugelbahnen 246 und 248 vor
Fremdmaterialien schützt,
die normalerweise einen vorzeitigen Verschleiß oder ein vorzeitiges Versagen
verursachen würden,
wobei weiterhin eine Drehung des Kugelgelenkes ermöglicht wird.
Die erste Kugelbahn 246 ist ebenfalls vorzugsweise aus
einem synthetischen Material wie Acetat hergestellt, ist allerdings nicht
darauf beschränkt,
und wird nachfolgend in die zylinderförmige Öffnung eingebracht, um auf
der ersten Federdichtung 250 zu ruhen.
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Das
die Kugellagerkomponente 226 aufweisende Kugelbolzenelement 220 ist
aus einem hitzebehandelten Metall hergestellt und weist optional eine übergeformte Hülse aus
Kunststoff auf, welche nicht dargestellt ist, um ein Kunststoff-auf-Kunststoff – Kugelgelenk
zu erzeugen. Die Kugelkomponente 226 ist auf der schalenförmigen (craddling)
ersten Kugellagerbahn 246 angeordnet, so daß das Ansatzstück des Kugelbolzenelements 220 durch
die Öffnung
der ersten Federdichtung 250 hindurchragt. Die zweite Kugellagerbahn 248 wird
nachfolgend über der
gegenüberliegenden
Seite der Kugellagerkomponente 226 auf dem Kugelbolzenelement 220 angeordnet.
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Es
wird eine zweite identische Elastomerfederdichtung 250 eingebaut,
die ebenfalls einen umhüllten
Stahldichtring 256 und eine angeformte gewundene Schmutzhülle 254 mit
einer Öffnung 251 für eine enge
Aufnahme und ein Dichten eines zweiten Ansatzstücks des Kugelzapfenelementes 220 aufweist.
Diese zweite Federdichtung 250 wird über dem unteren Ansatzstück des Kugelbolzenelementes 220 angeordnet
und ruht auf der zweiten Kugelbahn 248 innerhalb der zylinderförmigen Bohrung 264.
Nachdem die zweite Elastomerfederdichtung 250 platziert wurde,
wird die gesamte Einheit durch Umbördeln des zweiten Endes 266 des
Zwischenzylinders 260 radial nach innen fixiert, während gleichzeitig
die zweite Elastomerfederdichtung 250 nach innen gegen
die äußere Wandung
des den Flansch 262 am zweiten Ende 266 des Zwischenzylinders 260 bildenden
Zwischenzylinders 260 gepreßt wird. Einmal fixiert, hält die Elastomerfederdichtung 250 die
Kugelbahnen 246 und 248 bezüglich der Kugellagerkomponente 226 unter
hohen axialen oder kegelförmigen Lasten,
während
ein drehbares, isoliertes Querachsenkugelgelenk ermöglicht wird.
Zusätzlich
sind sämtliche
der Verfahren der Dichtung haltenden Mitteln, die zuvor in der ersten
Ausführungsform
beschrieben wurden, auf diese Ausführungsform anwendbar und schließen die
Verwendung von Schnappringen und Einrollen oder Formen der Kanten
des Zwischenzylinders 260 ein, sind allerdings nicht darauf
beschränkt.
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Es
ist des weiteren wichtig, daß die
Beschreibung der Erfindung nur beispielhafter Natur ist und daher
Variationen, die nicht von der Idee der Erfindung abweichen, innerhalb
des Bereiches der Erfindung liegen. Derartige Variationen verlassen
den Geist und den Bereich der Erfindung nicht.