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Die
Erfindung betrifft Kugelgelenk gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches
1.
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Ein
gattungsgemäßes Kugelgelenk
ist aus der
DE 100
02 757 A1 bekannt. Das dort beschriebene Kugelgelenk weist
eine Gelenkkugel auf, an die sich ein Gelenkzapfen einstückig anschließt. Die
Gelenkkugel ist in einem Gelenkgehäuse aufgenommen, in dem Lagerschalen
mit sphärischen
Lagerflächen
angeordnet sind. Diese Lagerschalen liegen mit den Lagerflächen vorgespannt
an der Gelenkkugel an. Die Lagerschalen bestehen aus einer oberen
und einer unteren Lagerschale, wobei die obere Lagerschale innerer
Teil eines äußeren Ringes
ist, der einen inneren Ring umgibt. Ein innerer Bereich des inneren
Ringes bildet die untere Lagerschale. Der innere Ring weist an seiner
Außenseite
ein Gewinde auf, in das ein Innengewinde des äußeren Ringes eingreift. Dadurch
ist die obere Lagerschale relativ zur unteren Lagerschale um eine
gemeinsame Achse verdrehbar. Das bekannte Kugelgelenk weist des Weiteren
eine Verschleißausgleichseinrichtung
auf, die durch eine Spiralfeder gebildet ist, die mit einem Ende
am äußeren Ring
und mit dem anderen Ende am inneren Ring befestigt ist. Bei durch
Verschleiß der
Lagerflächen
auftretendem Lagerspiel wird der äußere Ring im Uhrzeigersinn
gegenüber
dem inneren Ring relativ verdreht, bis der werkstöffliche
Kontakt der beiden Lagerflächen
mit der der Spiralfeder entsprechenden Vorspannung wiederhergestellt
ist. Kugelgelenke mit federgestützten
Verschleißausgleichseinrichtungen
besitzen jedoch eine relativ geringe Steifigkeit, was zu einer verminderten
Lagegenauigkeit der Gelenkkugel und des Lagers führt. Da sich die Feder, im
Bemühen
stets die Anlage der Lagerflächen
an der Gelenkkugel zu halten, bei zunehmendem Verschleiß des Kugelgelenks
entspannt, nimmt die Vorspannkraft des Lagers an der Gelenkkugel
im Laufe der Betriebszeit ab. Bei hohem Verschleiß ist es
dabei denkbar, dass die Spiralfeder ganz entspannt ist, wodurch
das unerwünschte
Lagerspiel nicht mehr ausgeglichen werden kann.
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Aus
der
EP 0 455 573 A1 ist
ein Kugelgelenk entnehmbar, dessen Lager an der Gelenkkugel vorgespannt
anliegt. Die Lagerflächen
werden dort durch Mulden in der Innenseite des Lagergehäuses gebildet.
Die Vorspannung wird durch ein Piezoelement aufgebracht, welches
gezielt auf eine flexibel bewegbare Gehäusewandung einwirkt. Über einen Dehnmessstreifen
an der flexiblen Gehäusewandung wird
kontinuierlich ermittelt, welche Kraft auf die Gehäusewandung
durch das Piezoelement ausgeübt wird.
Tritt auf Grund Verschleißes
an den Lagerflächen
ein Lagerspiel auf, wird die im Dehnmessstreifen gemessene Kraft
geringer, wonach das vom Dehnmessstreifen ausgehende Signal dahingehend verarbeitet
wird, dass eine entsprechend höhere Spannung
am Piezoelement angelegt wird, welches nun mit höherer Kraft auf die flexible
Gehäusewandung
einwirkt. Der Dehnmessstreifen ist jedoch durch unterschiedliche
mechanische Belastungen des Gelenkgehäuses wie auch durch Vibrationen
beeinflussbar, was dazu führen
kann, dass das Piezoelement nicht das richtige Spannungssignal erhält. Hierbei
kann ein Verschleiß vorgetäuscht werden, wodurch
das Piezoelement die Gehäusewandung über Gebühr an die
Gelenkkugel andrückt,
was die Beweglichkeit des Kugelgelenks einschränkt und seine Funktionstüchtigkeit
erheblich verringert. Im anderen Falle kann es sein, dass das Kugelgelenk
einem Verschleiß unterworfen
ist, der Dehnmessstreifen jedoch durch die mechanische Beeinflussung
des Gelenkgehäuses
von einem Nichtverschleißzustand ausgeht.
Durch das nicht ausgeglichene Lagerspiel, das dabei dann entsteht,
können
Schäden
am Kugelgelenk auftreten.
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Der
Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, ein gattungsgemäßes Kugelgelenk
dahingehend weiterzubilden, dass bei jedem Verschleißzustand eine
ausreichend vorgespannte Anlage des Lagers an der Gelenkkugel gewährleistet
ist, ohne eine Einbuße
der Steifigkeit und/oder der Vorspannkraft des Kugelgelenks hinzunehmen.
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Die
Aufgabe ist erfindungsgemäß durch
die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Auf
Grund der Ausbildung und Anordnung eines thermisch aktivierbaren
Körpers,
der oberhalb einer definierten Temperatur am Lager durch mechanische
Beaufschlagung des Lagers die vorspannende Anlage der Lagerfläche an der
Gelenkkugel nachführt,
ist die Gestaltung einer sehr zuverlässigen Verschleißausgleichseinrichtung
möglich,
da die Temperatur im Kugelgelenk insbesondere bei Auftreten eines
Verschleißes
sehr genau abgegriffen werden kann und dadurch eine nahezu unbeeinflussbare Steuergröße für die Verschleißausgleichseinrichtung bildet.
Dadurch, dass ein verschleißbedingtes
Lagerspiel nicht detektiert werden muss, erfordert die Vergleichsausgleichseinrichtung
keine federgestützten Mittel,
die zur Einbuße
der Steifigkeit und/oder der Vorspannkraft des Kugelgelenks führen würden.
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Durch
die Zuverlässigkeit
der Temperaturermittlung wird für
die Verschleißausgleichseinrichtung erreicht,
dass in jedem Verschleißzustand
eine ausreichend vorgespannte Anlage des Lagers an der Gelenkkugel
erzielt werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 weist
die Verschleißausgleichseinrichtung
zumindest einen Temperatursensor auf, der am Lager angeordnet ist
und den Körper aktiviert.
Ein Sensor ist in höchst
einfacher Weise im Gelenkgehäuse
im Lagerbereich, wo die Verschleißtemperaturen auftreten, integrierbar,
so dass die dort anfallende Wärme
nahezu unvermindert vom Sensor aufgenommen werden kann. In der technischen
Umsetzung gibt der Sensor temperaturentsprechende elektrische Signale
an eine Steuerung weiter, mit Hilfe derer dann der Körper thermisch
aktiviert wird. Die Aktivierung des Körpers durch den Sensor erfolgt
somit mittelbar. Alternativ zu dem Sensor ist die Steuerung des
Körpers
durch ein Kennfeldprogramm denkbar, dass elektronisch verfügbar ist
und dessen Stellwerte aus vielfältigen
vorangegangenen Versuchen ermittelt wurde. Der Sensor hat demgegenüber jedoch
den Vorteil, dass er auf die aktuelle Wärmeentfaltung im Lager und
damit auf die aktuelle Verschleißsituation unmittelbar reagieren
kann.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung
nach Anspruch 3 besteht der Körper
aus einem durch Wärmeeinfluss
volumetrisch veränderbaren
Material. Zwar sind alternativ starre Stellglieder denkbar, die
im Gelenkgehäuse
geführt
sind und temperaturgesteuert das Lager mehr oder weniger beaufschlagen.
Dies erfordert natürlich
Bauraum sowie einen Antrieb, der auf eine schnelle Reaktionszeit
ausgelegt sein muss, damit die Verschleißausgleichseinrichtung des
Kugelgelenks zufrieden stellend funktionieren soll. Durch die Anordnung
eines Körpers
aus besagtem Material wird die Bauteilvielfalt, die sich sonst bei
der angegebenen Alternative ergeben würde, und damit das Gesamtgewicht
des Kugelgelenks reduziert. Der Antrieb zur Beaufschlagung des Lagers
erfolgt aus der Ausdehnung des Körpers
selbst heraus. Durch geeignete Wahl des Materials des Körpers kann
die Dehnfähigkeit
so eingestellt werden, dass die Reaktionszeit auf eine Temperaturänderung
im Lager des Kugelgelenks extrem kurz ist.
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In
einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch
4 ist das Material des Körpers
aus einer Formgedächtnislegierung
hergestellt. In der erfindungsgemäßen Anwendung zeichnen sich
ihre hohe Energiedichte (beispielsweise 2 Joule pro Kubikzentimeter)
und ihre hohe Volumenänderungsfähigkeit
aus. Ein Körper
aus einer Formgedächtnislegierung
kann wahlweise so ausgebildet und angeordnet sein, dass der Körper am
Lager gegen die Gelenkkugel zieht oder bei Druckauslegung gegen
die Kugel presst.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
nach Anspruch 5 besteht der Körper
aus einem Material, dass bei einer Temperaturänderung einen Phasensprung
durchläuft.
Hier kann beispielsweise Paraffin als Material zur Anwendung kommen.
Derartige Materialien besitzen eine sehr hohe Volumenänderungsfähigkeit und
sind sehr preiswert. Durch diese besondere Eigenschaft kann der
Körper
sehr klein gestaltet werden, was zum einen Bauraum spart und für eine Gewichtsreduzierung
des Kugelgelenks sorgt. Mit der Reduzierung der Baugröße des Körpers werden
zusätzlich
die Herstellungskosten weiter verringert. Das Material kann – wie bei
Paraffin – so
beschaffen sein, dass es beim Phasensprung vom festen in den flüssigen Aggregatzustand übergeht.
Es gibt jedoch auch Materialien, die beim Phasensprung von einem festen
Zustand in einen anderen festen Zustand wechseln. Die Verwendung
derartiger Materialien beim erfindungsgemäßen Kugelgelenk ist dahingehend
vorteilhaft, dass der Aufwand mit der Anordnung und Ausbildung von
Dichtsystemen, die beim Einsatz von Materialien mit fest-flüssig Phasensprung
erforderlich sind, entfallen kann. Unter diesen Materialien gibt
es Werkstoffe mit definiertem Schmelzpunkt oder auch Gemische, die
einen Schmelztemperaturbereich besitzen.
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Natürlich ist
es alternativ auch denkbar, Fluide einzusetzen, die sich unter Temperatureinfluss ausdehnen,
wie beispielsweise Öle.
Das Vermögen derartiger
Materialien zur Volumenänderung
ist jedoch vergleichsweise zu Materialien aus einer Formgedächtnislegierung
oder aus Materialien, die bei einer Temperaturänderung einen Phasensprung durchlaufen,
gering, so dass die Nachführmöglichkeit des
Lagers mit zunehmendem Verschleiß relativ begrenzt ist. Dies
zeichnet jedoch Materialien aus einer Formgedächtnislegierung und Materialien,
die bei einer Temperaturänderung
einen Phasensprung durchlaufen, gerade aus, so dass zu jeder Zeit,
dass heißt
bei jedem Verschleißzustand
das Lager an der Gelenkkugel mit ausreichender Vorspannung gehalten
werden kann.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
nach Anspruch 6 ist zwischen dem Körper und dem Lager ein Stempel
angeordnet, der einen Teilbereich des Lagers umfasst. Durch die
Zwischenschaltung eines Stempels zwischen den Körper und das Lager wird zum
einen erreicht, dass die Baugröße des Körpers weiter
reduziert wird. Zum anderen kann der starr ausgebildete Stempel
aus einem billigen und leichten Material wie Aluminium oder Kunststoff bestehen.
Durch den pufferfreien Kontakt des Körpers mit dem Stempel ist keine
Verzögerung
der Reaktionszeit zur Beaufschlagung des Lagers gegeben. Durch entsprechende Ausbildung
der Stirnseite des Stempels, die dem Lager zugewandt ist, ist eine
weit reichende mechanische Beaufschlagung des Lagers möglich, wobei
bei dieser Gestaltung die Gleichmäßigkeit der Beaufschlagung
für eine
gleichmäßige Vorspannung
sorgt. Bei der Verwendung von Materialien, die bei Temperaturänderung
einen Phasensprung durchlaufen, wechseln bestimmte Materialien wie
beispielsweise Paraffin von einem festen in einen flüssigen Aggregatzustand.
In diesem Fall wird durch die Zwischenschaltung des Stempels zudem
erreicht, dass am Lager außenseitig
keine Dichtanordnungen erforderlich sind, die verhindern, dass das
flüssige
volumetrisch sich ausdehnende Material in den Lagerbereich abfließt und dort
zwischen Gelenkkugel und Lager gerät, was die Bewegungsfähigkeit
der Gelenkkugel beeinträchtigen
kann. Des Weiteren wird der flüssige Körper an
seinem Anordnungsplatz gehalten, wodurch das Gelenkgehäuse bei
einem späteren
verschleißbedingten
Austausch des Lagers beziehungsweise der Gelenkkugel unverändert und
funktionstüchtig
bestehen bleiben kann.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
nach Anspruch 7 sind der Körper
und der Stempel voneinander durch eine Membran getrennt, die Bestandteil
des Gehäuses
ist. Durch die Anordnung einer Membran ist der Raum, in dem der
Stempel aufgenommen ist, im Gelenkgehäuse völlig von dem seinen Aggregatzustand ändernden
Körper
abgetrennt. Dadurch wird nicht nur gänzlich verhindert, dass flüssige Bestandteile
eines Körpers
mit festflüssig
Phasenübergang
doch noch am Stempel vorbei zum Lager gelangen, es wird auch erreicht,
dass sämtliche
Dichtungsanordnungen, die am Stempel nötig wären, um einen Durchfluss des
flüssig
gewordenen Körpers
zu verhindern, entfallen können.
Dadurch wird der vorrichtungstechnische Aufwand für die Herstellung
des Kugelgelenks nicht unerheblich gemindert. Besonders günstig ist es
dabei, dass die Membran Bestandteil des Gehäuses ist, da es durch die Einstückigkeit
mit dem Gehäuse
keinerlei Fugen gibt, die der Körper
in seinem fluiden Zustand durchdringen könnte. Die Membran ist flexibel,
so dass der Druck, der von dem Körper bei
einer Volumenänderung
ausgeht, ohne Zeitverzug an den Stempel weitergeleitet werden kann.
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Alternativ
ist es auch denkbar, dass die Membran einen Gehäuseabschnitt bildet, an dem
der untere Bereich der Lagerflächen
der Lagerschale anliegt. Durch die damit erreichte extrem lagernahe
Anordnung des Körpers
kann der zwischengeschaltete Stempel entfallen, was Bauraum spart
und somit das Kugelgelenk kompaktiert. Der Körper kann durch die Lagernähe besonders
schnell auf einen Temperaturanstieg reagieren.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch
8 ist in der dem Lager zugewandten Stirnseite des Stempels eine
Schmiermitteltasche ausgebildet. Hierdurch wird in baulich günstiger
Weise ein Reservoir für
Schmiermittel geschaffen, so dass stets ein ausreichender Schmierfilm
zwischen Lager und Gelenkkugel besteht, wodurch die Reibung zwischen
den beiden tribologischen Partnern und damit der Verschleiß vermindert wird.
Eine zusätzliche
Einspeisung von Schmiermittel von außen ist durch die Ausbildung
eines Reservoirs nicht mehr erforderlich, was die bauliche Ausbildung des
Kugelgelenks vereinfacht.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch
9 weist das Gelenkgehäuse
zumindest ein Wärmedämmmittel
auf, das den Körper
nach außen
abschirmt.
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Hierdurch
wird erreicht, dass die Außentemperaturen
zu keiner Zeit eine Auswirkung auf die Funktion des Körpers besitzen.
Das Wärmedämmmittel
kann beispielsweise besonders effizient nach Art der Funktion einer
Thermoskanne ausgebildet sein.
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In
einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch
10 ist der Körper nahe
am Lager angeordnet. Hierbei wird erreicht, dass die Wärmeentfaltung
im Kugelgelenk durch das Einsetzen des Verschleißes nahezu unmittelbar auf den
Körper
einwirkt, so dass Hilfsmittel, die den Körper separat erwärmen müssten, damit
er seine Volumenänderungsfähigkeit
entwickeln kann, entfallen können.
Da der Körper „selbst" merkt, dass im Lager ein
Temperaturanstieg zu verzeichnen ist, und sich danach ausdehnt,
ist auch keine Sensorik zur Erfassung des Temperaturverlaufes des
Lagers mehr erforderlich. Durch den Entfall der Sensorik und der Stellmittel
für den
Körper
wird das Kugelgelenk weiter stark in seinem Aufbau vereinfacht,
ohne dass die Funktionsfähigkeit
der Verschleißausgleichseinrichtung
darunter leidet. Die Nahanordnung des Körpers am Lager erbringt somit
die Ausbildung einer selbsttätigen
Verschleißausgleichseinrichtung,
die ohne elektrische und heizungstechnische Unterstützung auskommt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch
11 beinhaltet das Kugelgelenk eine Heizung, die vom Temperatursensor angesteuert
ist und auf den Körper
einwirkt. Diese Ausführung
ist dann günstig,
wenn der volumetrisch veränderbare
Körper
auf Grund konstruktiver Gegebenheiten vom Lager entfernt angeordnet
werden muss. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass bei niedrigen
Außentemperaturen
der Körper
schnell auf Raumtemperatur angewärmt
werden kann, so dass das Kugelgelenk unter Vorspannung des Lagers
an der Gelenkkugel auch unter diesen Bedingungen steht. Ein Ausschlagen
des Lagers wird dabei verhindert und der Verschleiß wie unter
normalen Bedingungen erfasst und entsprechend ausreichend ausgeglichen.
Niedrige Außentemperaturen
können
dadurch keinen störenden
Einfluss auf die Anlage des Lagers an der Gelenkkugel ausüben.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
nach Anspruch 12 ist der Körper
zur lagerabgewandten Seite hin an einem elastisch kompressiblen
Anschlag abgestützt.
Das Kugelgelenk weist ein aus einem durch Wärmeeinfluss volumetrisch veränderbaren
Material bestehendes Stellglied auf, das bezüglich des Körpers lagerferner angeordnet
ist und zur lagerabgewandten Seite hin ebenfalls am Anschlag jedoch
an einer von der Abstützung
des Körpers
verschiedenen Stelle abgestützt
ist. Hierdurch wird eine Außentemperaturkompensation
für hohe
Außentemperaturen
erreicht. Durch die Abstützung
an einem elastisch kompressiblen Anschlag und die Anordnung bezüglich des Körpers lagerferner
angeordneten Stellglieds, das aus einem ähnlichen oder gleichen Material
beschaffen ist wie der Körper,
ergibt sich bei der Verschleißausgleichseinrichtung
folgende Funktionsweise: Da das Stellglied weiter außen im Kugelgelenk
angeordnet ist, ist es auch den Außentemperaturen stärker ausgesetzt
als der Körper.
Da das Stellglied aus dem gleichen oder ähnlichen Material hergestellt
ist wie der Körper,
erfährt
das Stellglied eher eine Verflüssigung
als der Körper.
Das Stellglied drückt
nun gegen den elastisch kompressiblen Anschlag, welcher dadurch
zusammengedrückt
wird. Hieraus ergibt sich ein Abstand zwischen dem Körper und
dem Anschlag, der erst bei der späteren Erwärmung des Körpers durch die Außentemperaturen
in Folge einer Volumenänderung überbrückt wird.
Der Körper übt somit
auf das Lager keine unerwünschte
zusätzliche Kraft
aus, da er an seiner Rückseite vorerst
nicht abgestützt
ist. Erst nach Anlage des Körpers
am Anschlag kann der Körper
dem Kugelgelenk eine Vorspannung vermitteln. Der Effekt hoher Außentemperaturen
wird damit ausgeglichen. Die Außentemperaturkompensation
ist von der Kompressibilität
des Anschlags, der Größe und der
Lage des Stellglieds sowie von dessen Beschaffenheit abhängig. Bei
geeigneter Wahl der Parameterwerte ist die Außentemperaturkompensation optimal
nutzbar. Der Körper
erbringt erst dann eine zusätzliche
Vorspannung, wenn eine Verschleißwärme tatsächlich auftritt. Die geschilderte
Außentemperaturkompensation
ist relativ einfach auszubilden und birgt den großen Vorteil
in sich, dass sie selbstregulierend wirkt und keinerlei extern zu
platzierende Vorrichtungen benötigt.
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Nachfolgend
ist die Erfindung anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter
Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 In
einem seitlichen Längsschnitt
ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk
mit einem vom Lager des Kugelgelenks durch eine Membran getrennten
Körper,
der aus einem durch Wärmeeinfluss
volumetrisch veränderbaren
Material besteht,
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2 in
einem seitlichen Querschnitt ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk mit zwei Körpern aus einem
Material, das durch Wärmeeinfluss
volumetrisch veränderbar
ist, und mit zwei Außentemperaturausgleichskompensationen.
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In 1 ist
ein Kugelgelenk 1 dargestellt, welches eine Gelenkkugel 2 und
einen von dieser abragenden einstückig mit ihr verbundenen Gelenkzapfen 3 beinhaltet.
Das Kugelgelenk 1 weist des Weiteren ein topfartiges Gelenkgehäuse 4 auf,
in dem die Gelenkkugel 2 aufgenommen ist. Hierbei durchragt der
Gelenkzapfen 3 die Öffnung 5 des
Gelenkgehäuses 4.
Weiterhin enthält
das Kugelgelenk 1 ein Lager aus Lagerschalen 6,
in denen die Gelenkkugel 2 aufgenommen ist. Die Lagerschalen 6 sind
in einer Ausnehmung 24 des Innenraums 35 des Gelenkgehäuses 4 gehalten
und liegen mit oberen Lagerflächen 7 und
unteren Lagerflächen 8 an
der Gelenkkugel 2 an. Im Bereich der oberen Lagerflächen 7 ist
ein Verschlussring 9 des Kugelgelenks 1 angeordnet,
der an der Außenseite 25 der
Lagerschalen 6 anliegt und diese einfasst. Der Öffnungsrand 10 des
Gelenkgehäuses 4 weist
einen Bördelwulst 11 auf,
der den Verschlussring 9 an seiner Außenseite umgreift und diesen
unter Erzeugung einer Vorspannung zwischen den Lagerschalen 6 und
der Gelenkkugel 2 an die Lagerschale 6 presst.
An der Oberseite 14 des Verschlussrings 9 ist
ein Ende eines Gummibalgs 12 befestigt, welcher anderenends
an einem Bund 13 des Gelenkzapfens 3 angebracht
ist. Der flexible Gummibalg 12 dient zur Abschirmung des
Kugelgelenks 1, insbesondere der Gelenkkugel 2 und
der Lagerschalen 6 vor Verschmutzung. Das Kugelgelenk 1 beinhaltet
des Weiteren eine Verschleißausgleichseinrichtung 15,
die einen Stempel 16 enthält. Der Stempel 16 umfasst
einen Teilbereich 18 der Lagerschalen 6 im Bereich
der unteren Lagerflächen 8 und
liegt mit seiner Stirnseite 17 dort an der Außenseite 25 der
Lagerschalen 6 an. Der Stempel 16 weist an seiner
dem Lager zugewandten Stirnseite 17 eine Schmiermitteltasche 19 auf,
in der hier nicht dargestelltes Schmiermittel angeordnet ist. Die
Lagerschalen 6 weisen eine Öffnung 26 auf, die
der Schmiermitteltasche 19 direkt gegenüberliegt, so dass der Zugang
des Schmiermittels zur Gelenkkugel 2 ungehindert gewährleistet
ist. An seiner Rückseite 20 liegt
der Stempel 16 an einer Membran 21 an, die einstückiger Bestandteil
des Gelenkgehäuses 4 ist.
Auf der vom Stempel 16 abgewandten Seite der Membran 21 stützt sich
ein polsterförmiger
Körper 22 ab,
der aus einem durch Wärmeeinfluss
volumetrisch veränderbaren
Material besteht, welches bei einer Temperaturänderung einen Phasensprung
durchläuft.
Für die
Ausbildung des Körpers 22 wird
vorzugsweise Paraffin verwandt. Zur anderen Seite stützt sich
der Körper 22 an
einem Deckel 23 ab, der eine rückseitige Öffnung 27 des Gelenkgehäuses 4 fluid-
und druckdicht verschließt.
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Zur
Montage des Kugelgelenks 1 wird zuerst der Stempel 16 in
das Gelenkgehäuse 4 eingesetzt, wonach
die Lagerschalen 6 in die Ausnehmung 24 des Gelenkgehäuses 4 eingebracht
werden. Auf die Lagerschalen 6 wird nun der Verschlussring 9 aufgesetzt,
wonach der Öffnungsrand 10 des
Gelenkgehäuses 4 umbördelt wird,
so dass die besagte Vorspannung der Lagerschale 6 an der
Gelenkkugel 2 über
den Verschlussring 9 zustande kommt. Durch die hinsichtlich
der Lage der Öffnung 5 des
Gelenkgehäuses 4 am
anderen Ende des Gelenkgehäuses 4 befindliche Öffnung 27 wird
nun der Körper 22 in das
Gelenkgehäuse 4 eingebracht.
Der Körper 22 wird
vor dem Einbringen stark abgekühlt,
so dass er mit seinen Minimalabmessungen in das Gelenkgehäuse 4 eingesetzt
werden kann. Auf den Körper 22 wird
in diesem Zustand der Deckel 23 aufgesetzt und mit dem
Gehäuse 4 fest
und fluiddicht verbunden. Die Verbindung kann mechanisch erfolgen,
jedoch wird Kleben oder ein Strahlschweißverfahren, das nur einen geringen
Wärmeeintrag
bringt, bevorzugt. Dadurch, dass sich das Paraffin im Laufe der
Zeit auf Normaltemperatur erwärmt
und sich dadurch auf seine bei Zimmertemperatur gegebenen Abmessungen ausdehnt,
wird der Stempel 16 über
die Membran 21 gegen die Lagerschalen 6 bewegt,
so dass auch dort eine Vorspannung des Lagers an der Gelenkkugel 2 aufgebracht
wird. Der Stempel 16 besitzt nun die Doppelfunktion als
Kraftübertragungsmittel
vom Körper 22 auf
die Lagerschalen 6 und als Schmiermittelreservoirträger durch
die Ausbildung der Schmiermitteltasche 19 in seiner Stirnseite 17.
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Abweichend
vom vorangegangenen Ausführungsbeispiel
besitzt das Kugelgelenk 28 gemäß 2 zwei Außentemperaturausgleichskompensationen 29,
die in den Verschleißausgleichseinrichtungen 30 integriert
sind. Die Verschleißausgleichseinrichtungen 30 bestehen
aus einem Stempel 31, der eine an die Form der Lagerschale 6 durchgängig angepasste
Stirnseite 32 aufweist. Die Schmiermitteltasche 33 ist
nun Teil des Gelenkgehäuses 34 und
befindet sich dort als Aussparung des Innenraums 35 des
Gelenkgehäuses 34 gegenüber einer Öffnung 26 der
Lagerschalen 6. Die Verschleißausgleichseinrichtungen 30 sind
beiderseits der Schmiermitteltasche 33 im Gelenkgehäuse 34 angeordnet
und vertikal zu den Lagerschalen 6 ausgerichtet. An seiner Rückseite 36 weist
der jeweilige Stempel 31 eine Ringnut 37 auf,
in der eine Dichtung 38 eingelassen ist. An der Rückseite 36 des
Stempels 31 und der Dichtung 38 stützt sich
der polsterförmige
Körper 22 unmittelbar,
dass heißt
ohne Zwischenschaltung einer Membran 21 ab. Zur Stempel 31 abgewandten Seite 39 hin
ist der Körper 22 an
der zugewandten Stirnseite 40 eines Stempels 41 abgestützt, der
der Außentemperaturausgleichskompensation 29 zugeordnet
ist. Während
der Schaft 42 des Stempels 41 in der Führungsbohrung 43 des
Stempels 31 geführt
ist, ist der Stempelkopf 44 des Stempels 41 in
einer Führungsbohrung 45 geführt, die
sich and die Führungsbohrung 43 unmittelbar
anschließt
und unter Ausbildung eines Absatzes 46 gegenüber der
Führungsbohrung 43 stufig
erweitert ist. Der Stempelkopf 44 stützt sich seinerseits an einem
deckelartigen elastisch kompressiblen Anschlag 47 ab, der
gleichzeitig die Führungsbohrung 45 druck-
und fluiddicht verschließt.
An der Anschlag 47 abgewandten Unterseite 48 des
Stempelkopfes 44 liegt eine ringförmige Flachdichtung 49 an,
die den Stempelschaft 42 dabei umgibt. In der Führungsbohrung 45 ist
des Weiteren ein einem Wärmeeinfluss
volumetrisch veränderbaren
Material bestehendes Stellglied 50 angeordnet, welches
einerseits am Absatz 46 und andererseits an der Flachdichtung 49 anliegt.
Das Stellglied 50 ist ringförmig ausgebildet und umgibt
dabei den Stempelschaft 42 des Stempels 41. Während sich
somit der Körper 22 an
einem Innenbereich des Anschlages 47 mittelbar abstützt, stützt sich
das Stellglied 50 an einem Außenbereich des Anschlages 47,
also an einer vom Körper 22 verschiedenen
Stelle, ab. Im Stempelschaft 42 sind zwei beabstandete
Ringnuten 51 und 52 ausgebildet, in denen Ringdichtungen 53 und 54 eingelassen
sind. Während
die Ringdichtung 23 die Führungsbohrung 43 gegenüber einem Übertreten
von verflüssigten
Bestandteilen des Körpers 22 nach
außen
abdichtet, übernimmt
die Ringdichtung 54 dieselbe Funktion für verflüssigte Bestandteile des Stellgliedes 50 nach
innen in Richtung des Körpers 22.
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Die
Montage des vorliegenden Kugelgelenks 28 weicht dahingehend
von der Montage des Kugelgelenks 1 des vorangegangenen
Beispiels ab, dass der Stempel 41 nicht als erstes in das
Gelenkgehäuse 34 eingesetzt
werden muss. Vielmehr ist es montagetechnisch günstig, den Stempel 31,
die Dichtung 38, den Körper 22,
den Stempel 41 mit den Dichtungen 53 und 54,
sowie das Stellglied 50 und die Flachdichtung 49 in
einer vormontierten Einheit von außen über die Führungsbohrung 45 in
das Gelenkgehäuse 34 einzubringen.
Das Stellglied 50 wie auch der Körper 22 sollten wie
schon vorher erwähnt
in abgekühltem
Zustand montiert werden. Abschließend wird der Anschlag 47 in
die Führungsbohrung 45 eingeschoben und
druck- und fluiddicht mit dem Gelenkgehäuse 34 verbunden.
Es sei nachgeschickt, dass die Außentemperaturausgleichskompensation 29 sich aus
dem Stempel 41, dem Stellglied 50, der Flachdichtung 49 und
dem Anschlag 47 zusammensetzt.
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Alternativ
zu den bisherig geschilderten Anordnungen des Körpers 22 ist es auch
denkbar, die Lagerschalen 6 an ihrer Außenseite 25 mit dem
Material des Körpers 22 zu
beschichten. Im Innenraum 35 des Kugelgelenks 1 beziehungsweise 35 müssten dazu
entsprechende Dichtvorrichtungen angeordnet sein, um den Körper 22 als
Beschichtung auch in der verflüssigten
Form an seiner Einsatzstelle zu halten. Daraus ergibt sich eine
denkbar einfache Ausbildung des Kugelgelenks.