DE102006031707A1 - Kugelgelenk - Google Patents

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DE102006031707A1
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Burcak Dipl.-Ing. Özkök
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    • F16C11/00Pivots; Pivotal connections
    • F16C11/04Pivotal connections
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    • F16C11/0619Ball-joints; Other joints having more than one degree of angular freedom, i.e. universal joints the female part comprising a blind socket receiving the male part
    • F16C11/0623Construction or details of the socket member
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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    • F16C17/12Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load
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    • F16C17/243Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load with devices affected by abnormal or undesired positions, e.g. for preventing overheating, for safety related to temperature and heat, e.g. for preventing overheating

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk (1, 28) mit einer Gelenkkugel (2), an die sich ein Gelenkzapfen (3) anschließt, einem Gelenkgehäuse (4, 34), in dem die Gelenkkugel (2) aufgenommen ist und in dem ein Lager mit sphärischen Lagerflächen (7, 8) ausgebildet sind, an denen die Gelenkkugel (2) vorgespannt anliegt. Des Weiteren beinhaltet das Kugelgelenk (1, 28) eine Verschleißausgleichseinrichtung (15, 30), mittels derer das Lager bei Verschleiß des Kugelgelenks (1, 28) stets an die Gelenkkugel (2) angepresst ist. Um bei jedem Verschleißzustand eine ausreichend vorgespannte Anlage des Lagers an der Gelenkkugel (2) zu gewährleisten, ohne eine Einbuße der Steifigkeit des Kugelgelenks (1, 28) hinzunehmen, wird vorgeschlagen, dass die Verschleißausgleichseinrichtung (15, 30) einen thermisch aktivierbaren Körper (22) beinhaltet, der oberhalb eines definierten Temperaturwerts der Lagertemperatur durch mechanische Beaufschlagung des Lagers die vorspannende Anlage der Lagerflächen (7, 8) an der Gelenkkugel (2) nachführt.

Description

  • Die Erfindung betrifft Kugelgelenk gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 9 weist das Gelenkgehäuse zumindest ein Wärmedämmmittel auf, das den Körper nach außen abschirmt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Nachfolgend ist die Erfindung anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 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,
  • 2 in einem seitlichen Querschnitt ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk mit zwei Körpern aus einem Material, das durch Wärmeeinfluss volumetrisch veränderbar ist, und mit zwei Außentemperaturausgleichskompensationen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (12)

  1. Kugelgelenk mit einer Gelenkkugel, an die sich ein Gelenkzapfen anschließt, einem Gelenkgehäuse, in dem die Gelenkkugel aufgenommen ist und in dem ein Lager mit sphärischen Lagerflächen ausgebildet sind, an denen die Gelenkkugel vorgespannt anliegt, und mit einer Verschleißausgleichseinrichtung, mittels derer das Lager bei Verschleiß des Kugelgelenks stets an die Gelenkkugel angepresst ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißausgleichseinrichtung (15, 30) einen thermisch aktivierbaren Körper (22) beinhaltet, der oberhalb eines definierten Temperaturwerts der Lagertemperatur durch mechanische Beaufschlagung des Lagers die vorspannende Anlage der Lagerflächen (7, 8) an der Gelenkkugel (2) nachführt.
  2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißausgleichseinrichtung (15, 30) zumindest einen Temperatursensor aufweist, der am Lager angeordnet ist und den Körper (22) aktiviert.
  3. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (22) aus einem durch Wärmeeinfluss volumetrisch veränderbaren Material besteht.
  4. Kugelgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material eine Formgedächtnislegierung ist.
  5. Kugelgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material bei einer Temperaturänderung einen Phasensprung durchläuft.
  6. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Körper (22) und dem Lager ein Stempel (16, 31) angeordnet ist, der einen Teilbereich (18) des Lagers umfasst.
  7. Kugelgelenk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (22) und der Stempel (16) voneinander durch eine Membran (21) getrennt sind, die Bestandteil des Gehäuses (4) ist.
  8. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der dem Lager zugewandten Stirnseite (17) des Stempels (16) eine Schmiermitteltasche (19) ausgebildet ist.
  9. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkgehäuse (4, 34) zumindest ein Wärmedämmmittel aufweist, das den Körper (22) nach außen abschirmt.
  10. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (22) nahe am Lager angeordnet ist.
  11. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelgelenk (1, 28) eine Heizung aufweist, die vom Temperatursensor angesteuert ist und auf den volumetrisch veränderbaren Körper (22) einwirkt.
  12. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (22) zur Lager abgewandten Seite (39) hin an einem elastisch kompressiblen Anschlag (47) abgestützt ist, und dass das Kugelgelenk (28) ein aus einem durch Wärmeeinfluss volumetrisch veränderbaren Material bestehendes Stellglied (50) aufweist, das bezüglich des Körpers (22) lagerferner angeordnet ist und zur Lager abgewandten Seite hin ebenfalls am Anschlag (47) jedoch an einer von der Abstützung des Körpers (22) verschiedenen Stelle abgestützt ist.
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