DE102008000854A1

DE102008000854A1 - Kugelgelenk, Spurstange und Lenkvorrichtung

Info

Publication number: DE102008000854A1
Application number: DE102008000854A
Authority: DE
Inventors: Manfred Heidemann; Dirk Mählmann; Markus Möllmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2009-10-15
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: DE102008000854B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk (1.1, 1.2), aufweisend einen metallischen Kugelkopf (2) mit einem Kugelzapfen (2.1), ein den Kugelkopf (2) weitgehend umschließendes metallisches Kugelgehäuse (3) mit einer Anbindung (3.1) an ein anderes Bauteil (5) und eine zwischen Kugelkopf (2) und Kugelgehäuse (3) angeordnete Kugelschale (4) aus Kunststoff zur reibungsarmen Lagerung.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kugelschale (4) und/oder ein Dichtungsbalg (6) zumindest teilweise elektrisch leitend ausgeführt sind, so dass eine leitende Verbindung zwischen Kugelkopf (2) und Kugelgehäuse (3) entsteht, durch welche elektrische Potentialdifferenzen ausgeglichen werden können.
Außerdem betrifft die Erfindung auch eine Spurstange und eine Lenkvorrichtung mit mindestens einem zuvor beschriebenen Kugelgelenk (1.1, 1.2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk, aufweisend einen metallischen Kugelkopf mit einem Kugelzapfen, ein den Kugelkopf weitgehend umschließendes metallisches Kugelgehäuse mit einer Anbindung an ein anderes Bauteil und eine zwischen Kugelkopf und Kugelgehäuse angeordnete Kugelschale aus Kunststoff zur reibungsarmen Lagerung. Gegebenenfalls kann ein solches Kugelgelenk auch einen Dichtungsbalg zur Abdichtung aufweisen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Lenkvorrichtung eines Fahrzeuges mit einer Spurstange, welche zwei endständig angeordnete Kugelgelenke aufweist und auch die Verwendung einer Kugelschale beziehungsweise eines Dichtungsbalgs an einem Kugelgelenk.
Kugelgelenke gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sind allgemein bekannt und werden häufig in Verbindung mit Spurstangen und Lenkvorrichtungen verwendet. Aufgrund der Bauweise des Kugelgelenkes mit seiner Lagerung einer Gelenkkugel innerhalb eines Kugelgehäuses, wobei die Gelenkkugel gegenüber dem Kugelgehäuse durch eine aus Kunststoff bestehende Kugelschale umhüllt ist, entsteht eine elektrische Isolation zwischen Gelenkkugel und Kugelgehäuse. Da bei einer Lenkvorrichtung die Spurstange in der Regel auf beiden Seiten der Spurstange durch ein Kugelgelenk angelenkt wird, befindet sich ohne besondere Maßnahmen die Spurstange in einer elektrisch isolierten Situation. Durch diese Isolation der Spurstange kann es beim Betrieb des Lenkgetriebes zu statischen Aufladungen der Spurstange und/oder des Lenkgetriebes kommen, die teilweise zu Ausfällen oder Störungen der umgebenden Elektrik, insbesondere der Elektrik des Lenkgetriebes, führt.
Es ist allgemein bekannt, dass derart isolierte Bauteile durch die Anbringung separater elektrischer Leiter mit der Masse des Fahrzeuges verbunden werden können, um die Isolation aufzuheben. Allerdings ergeben sich hierdurch einerseits Probleme in der Führung des elektrischen Leiters, der die statischen Aufladungen der Spurstange aufnehmen und zur Masse des Fahrzeuges ableiten soll, insbesondere da die Spurstange ein stark bewegtes Bauteil im Fahrzeug ist. Andererseits entstehen auch zusätzliche Kosten durch derartige Maßnahmen.
Auf die folgenden Druckschriften im Stand der Technik wird verwiesen:
Aus der Druckschrift EP 0 836 033 B1 ist ein Schwinglager für einen Motor bekannt, bei welchem die Anschlüsse leitend miteinander verbunden sind, indem eine elektrisch leitende Elastomerschicht verwendet wird.
Aus der Druckschrift US 4,854,562 ist ein Gummilager bekannt, in dessen Elastomerschicht ein Metallseil eingebettet ist, welches neben der Übertragung von Zugkräften auch zur Ableitung elektrischer Spannungen dienen soll.
Es ist aus den Druckschriften DE 198 24 022 C2 , DE 199 83 988 T1 und EP 0 892 471 A2 bekannt in Wälzlagern, zur Vermeidung von durch elektrostatische Aufladung bediente Schäden, Lagerfett zu verwenden, welches elektrisch leitende Eigenschaften aufweist.
Aus der US 4,856,915 A ist ein Wälzlager bekannt, welches mit einer stromleitenden Dichtung zwischen Innenring und Außenring ausgestattet ist.
Aus der Druckschrift DE 198 41 809 A1 ist es bekannt, ein Türscharnier mit einer elektrisch leitenden Lagerbuchse zu versehen und hierdurch einen Potentialausgleich zu erreichen.
Des Weiteren wird in der DE 41 09 465 C2 und der Druckschrift DE 39 31 610 C2 vorgeschlagen, die Potentialdifferenz von Gleitlagern über ein ionisierendes Öl abzuleiten, wobei in der DE 41 09 465 C2 zusätzlich Werkstoffe mit einem ähnlichen Spannungspotential für das Gleitlager gewählt werden.
Auch ist es aus der Druckschrift DE 299 16 854 U1 und der Druckschrift US 5,021,918 A bekannt, elektrostatische Aufladungen an Radnaben und Radlagern mit Hilfe mechanischer Schleifkontakte und elektrische Leiter auszugleichen.
Aus keiner der oben genannten Schriften ist ein Hinweis zu entnehmen, der das Problem der isolierenden Wirkung eines Kugelgelenkes, insbesondere im Zusammenhang mit Spurstangen und Lenkvorrichtungen, und eine Abhilfe hierfür beschreibt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Bauweise eines Kugelgelenkes zu finden, welche eine statische Aufladung einer Spurstange verhindert, ohne dass zusätzliche Leitungen an der Spurstange anzubringen wären.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen und der Beschreibung dargestellt.
Die Erfinder haben erkannt, dass es möglich ist, beim Aufbau eines Kugelgelenkes Kugelschalen zu verwenden, die zumindest teilweise elektrisch leitend ausgeführt sind. Beispielsweise kann hierbei eine zumindestens teilweise elektrische leitende Beschichtung der Kugelschale eingesetzt werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, einen Kunststoff zu verwenden, der entweder bereits elektrisch leitende Zusätze im Material aufweist, so dass der Kunststoff insgesamt leitend wird, oder es besteht auch die Möglichkeit, einen Kunststoff zu verwenden, der bereits leitende Eigenschaften aufweist.
Eine andere Alternative eine elektrisch leitende Verbindung zwischen einem Kugelgehäuse und einer Gelenkkugel beziehungsweise dem damit verbundenen Kugelzapfen bei einem Kugelgelenk zu erzeugen besteht in der Anwendung eines Dichtungsbalgs, welcher ebenfalls zumindest teilweise elektrisch leitend ausgebildet ist. Auch hierbei besteht die Möglichkeit, eine elektrisch leitende Beschichtung vorzusehen, oder einen Gummi zu verwenden, der selbst elektrisch leitend ausgebildet ist.
Entsprechend diesem Grundgedanken schlagen die Erfinder vor, das an sich bekannte Kugelgelenk, aufweisend einen metallischen Kugelkopf mit einem Kugelzapfen, ein den Kugelkopf weitgehend umschließendes metallisches Kugelgehäuse mit einer Anbindung an ein anderes Bauteil und eine zwischen Kugelkopf und Kugelgehäuse angeordnete Kugelschale aus Kunststoff zur reibungsarmen Lagerung dahingehend fortzubilden, dass die Kugelschale zumindest teilweise elektrisch leitend ausgeführt ist, so dass eine leitende Verbindung zwischen Kugelkopf und Kugelgehäuse entsteht, durch welche mögliche elektrische Potentialdifferenzen zwischen Kugelkopf und Kugelgehäuse ausgeglichen werden können.
Eine solche Kugelschale, die zumindest teilweise elektrisch leitend ausgeführt sein soll, kann beispielsweise durch eine zumindest teilweise elektrisch leitende Beschichtung erreicht werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dem Kunststoff der Kugelschale elektrisch leitende Zusätze zuzugeben, die zu einer Leitfähigkeit der Kugelschale führen. Oder es besteht die Möglichkeit, die Kugelschale aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff herzustellen.
Im Rahmen der Erfindung liegt auch ein Kugelgelenk gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 beziehungsweise eines der zuvor beschriebenen Kugelgelenke, wobei dieses zusätzlich einen Dichtungsbalg aufweist, der selbst zumindest teilweise elektrisch leitend ausgeführt ist, so dass hierüber eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Kugelkopf und Kugelgehäuse entsteht, durch welche ebenfalls elektrische Potentialdifferenzen zwischen Kugelkopf und Kugelgehäuse ausgeglichen werden können.
Auch dieser Dichtungsbalg kann entweder aus einem elektrisch leitfähigen Gummi hergestellt werden, oder es besteht die Möglichkeit, den Dichtungsbalg zumindest teilweise mit einer elektrisch leitenden Beschichtung zu versehen, oder der Dichtungsbalg kann elektrisch leitende Zusätze aufweisen, die insgesamt zu einer Leitfähigkeit des Dichtungsbalges führen.
Wie bereits eingangs erwähnt, können die erfindungsgemäß ausgestalteten Kugelgelenke, insbesondere in Verbindung mit einer Spurstange einer Lenkvorrichtung eines Fahrzeuges, Anwendung finden, wobei es teilweise auch ausreichend sein kann, wenn bei einer solchen Spurstange mit zwei endständig angeordneten Kugelgelenken mindestens eines der Kugelgelenke elektrisch leitend ausgeführt ist.
Zum Rahmen der Erfindung gehören auch die Verwendung einer mindestens teilweise elektrisch leitfähigen Kugelschale in einem Kugelgelenk, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, und auch die Verwendung eines zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Dichtungsbalgs an einem solchen Kugelgelenk.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellen dar:
1: Spurstange einer Lenkvorrichtung mit zwei endständigen Kugelgelenken;
2: Winkelkugelgelenk zu Anbindung an einen Radträger an eine Spurstange;
3: Axialkugelgelenk zur Anbindung an ein Lenkgetriebe über das Kugelgehäuse;
4: Axialkugelgelenk mit Dichtungsbalg.
Die 1 zeigt beispielhaft für eine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Kugelgelenke eine Seitenansicht einer Spurstange einer Lenkvorrichtung in einem Fahrzeug mit zwei endständig angeordneten Kugelgelenken.
In der Mitte befindet sich eine Spurstange 5, an dessen linken Ende sich ein Winkelkugelgelenk 1.1 befindet. Das Winkelkugelgelenk 1.1 dient mit seinem Kugelzapfen 2.1 zur Anbindung an einen Radträger. Es weist zum Schutz gegen Verschmutzung einen Dichtungsbalg 6 auf. Auf der anderen Seite der Spurstange 5 befindet sich zur Anbindung der Spurstange an ein Lenkgetriebe ein Axialkugelgelenk 1.2, wobei hier keine besonderen Schutzmaßnahmen für das Kugelgelenk vorgesehen sind, also kein zusätzlicher Dichtungsbalg zur Abdichtung des Kugelgelenkes vorliegt.
Das Winkelkugelgelenk (Detail A) und das Axialkugelgelenk (Detail B) sind in vergrößerter Ansicht nochmals in den 2 und 3 dargestellt.
Die 2 zeigt das Winkelkugelgelenk 1.1 aus der 1 in vergrößerter Darstellung. Das Winkelkugelgelenk besteht aus einem Kugelkopf 2 mit einem Kugelzapfen 2.1, der zur Anwendung des Kugelkopfes 2 an einen Radträger dient. Der Kugelkopf 2 ist von einem Kugelgehäuse 3 weitgehend umschlossen, wobei sich zwischen Kugelgehäuse 3 und Kugelkopf 2 eine Kugelschale 4 befindet, die eine metallische Verbindung und damit leitende Verbindung zwischen Kugelgehäuse 3 und Kugelkopf 2 verhindert. Seitlich am Kugelgehäuse 3 befindet sich eine Anbindung 3.1 an die Spurstange 5. Erfindungsgemäß besitzt dieses Winkelkugelgelenk einen Dichtungsbalg 6, der einen dichten Abschluss des Kugelgelenkes bewirkt und in erfindungsgemäßer Weise aus einem elektrisch leitenden Gummi hergestellt ist, so dass Potentialdifferenzen die zwischen dem Kugelkopf 2 und dem Kugelgehäuse 3 und damit der daran angebundenen Spurstange 5 entstehen können, verhindert und damit auch eine statische Aufladung der Spurstange vermeidet.
Im vorliegenden Fall wird also eine elektrische Ableitung von Potentialdifferenzen über den Dichtungsbalg geführt. Allerdings besteht die Möglichkeit, ausschließlich oder zusätzlich die Kugelschale 4 elektrisch leitend auszubilden, so dass entweder ausschließlich über diese Kugelschale 4 oder zusätzlich über diese Kugelschale 4 Potentialdifferenzen abgeleitet werden können. In Fall der elektrischen Ableitung über die Kugelschale 4 kann, falls dies nicht zum Zwecke der Schmutzabweisung notwendig ist, auf einen Dichtungsbalg verzichtet werden.
In der 3 ist das Axialkugelgelenk 1.2 aus der 1 nochmals in vergrößerter Weise dargestellt. Auch dieses Axialkugelgelenk 1.2 besteht aus einem Kugelkopf 2 mit einem Kugelzapfen 2.1. Der Kugelkopf wird durch ein Kugelgehäuse 3 größtenteils umschlossen, wobei zwischen Kugelgehäuse 3 und Kugelkopf 2 eine Kugelschale 4 aus Kunststoff angeordnet ist, die ohne besondere Maßnahmen zu einer Isolation zwischen dem Kugelgehäuse 3 und dem Kugelkopf 2 führt. Hier ist eine Anbringung an ein Gehäuse eines Lenkgetriebes mit einem Zapfen 3.1 vorbereitet. Erfindungsgemäß ist in diesem Fall der Kunststoff der Kugelschale 4 elektrisch leitend ausgebildet, so dass über diese Verbindung Kugelkopf 2 zu Kugelschale 4 zu Kugelgehäuse 3 elektrische Ladungen zwischen den Bauteilen ausgetauscht werden können, so dass keine statische Aufladung der sonst gegebenenfalls isoliert angeordneten Spurstangen 5 entsteht.
Eine besondere Variante eines erfindungsgemäßen Axialkugelgelenks ist in der 4 dargestellt. Auch dieses Axialkugelgelenk besteht aus einem Kugelkopf 2 mit einem Kugelzapfen 2.1, wobei der Kugelkopf 2 durch ein Kugelgehäuse 3 größtenteils umschlossen wird. Zwischen Kugelgehäuse 3 und Kugelkopf 2 ist eine Kugelschale 4 aus Kunststoff angeordnet, die unter Verwendung eines normalen nicht leitenden Kunststoffes zu einer Isolation zwischen dem Kugelgehäuse 3 und dem Kugelkopf 2 führt. Alternativ oder ergänzend zu einer besonderen Ausgestaltung der Kugelschale 4 in einer leitenden Variante kann auch hier, ähnlich zu dem in 2 gezeigten Winkelkugelgelenk, ein Dichtungsbalg 6 vorgesehen werden, der neben seiner Abdichtfunktion auch die Funktion einer elektrisch leitenden Brücke zwischen dem Kugelkopf 2 und dem Kugelgehäuse 3 einnehmen kann.
Es wird darauf hingewiesen, dass die hier gezeigte Ausführung der Kugelgelenke in Verbindung mit einer Spurstange einer Lenkvorrichtung lediglich ein spezielles Beispiel darstellen soll, jedoch zum Schutzumfang jegliche Art von Kugelgelenken zählen sollen, die auf erfindungsgemäße Weise eine elektrische Verbindung zwischen Kugelgehäuse und Kugelkopf erzeugen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung eine mechanische Umkehr der Funktionen der einzelnen mechanischen Elemente der Erfindung zu bewirken.

1.1: Winkelkugelgelenk
1.2: Axialkugelgelenk
2: Kugelkopf
2.1: Kugelzapfen
3: Kugelgehäuse
3.1: Anbindung
4: Kugelschale
5: Spurstange
6: Dichtungsbalg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0836033 B1 [0005]
- US 4854562 [0006]
- DE 19824022 C2 [0007]
- DE 19983988 T1 [0007]
- EP 0892471 A2 [0007]
- US 4856915 A [0008]
- DE 19841809 A1 [0009]
- DE 4109465 C2 [0010, 0010]
- DE 3931610 C2 [0010]
- DE 29916854 U1 [0011]
- US 5021918 A [0011]

Claims

Kugelgelenk (1.1, 1.2), aufweisend einen metallischen Kugelkopf (2) mit einem Kugelzapfen (2.1), ein den Kugelkopf (2) weitgehend umschließendes metallisches Kugelgehäuse (3) mit einer Anbindung (3.1) an ein anderes Bauteil (5) und eine zwischen Kugelkopf (2) und Kugelgehäuse (3) angeordnete Kugelschale (4) aus Kunststoff zur reibungsarmen Lagerung, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelschale (4) zumindest teilweise elektrisch leitend ausgeführt ist, so dass eine leitende Verbindung zwischen Kugelkopf (2) und Kugelgehäuse (3) entsteht, derart dass elektrische Potentialdifferenzen ausgeglichen werden können.
Kugelgelenk gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelschale (4) zumindest teilweise eine elektrisch leitende Beschichtung aufweist, die eine leitende Verbindung zwischen Kugelkopf und Kugelgelenk herstellt.
Kugelgelenk gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelschale (4) elektrisch leitende Zusätze aufweist.
Kugelgelenk gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelschale (4) aus einem elektrisch leitfähigem Kunststoff besteht.
Kugelgelenk (1.1, 1.2) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4 oder gemäß dem Oberbegriff des voranstehenden Patentanspruches 1, zusätzlich aufweisend einen Dichtungsbalg (6) zur Abdichtung des Kugelgelenks (1.1, 1.2), dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsbalg (6) zumindest teilweise elektrisch leitend ausgeführt ist, so dass eine leitende Verbindung zwischen Kugelkopf (2) und Kugelgehäuse (3) entsteht, derart dass elektrische Potentialdifferenzen ausgeglichen werden können.
Kugelgelenk gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsbalg (6) aus einem elektrisch leitfähigen Gummi gebildet wird.
Kugelgelenk gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsbalg (6) zumindest teilweise eine elektrisch leitende Beschichtung aufweist, die eine leitende Verbindung zwischen Kugelkopf (2) und Kugelgehäuse (3) herstellt.
Kugelgelenk gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsbalg (6) elektrisch leitende Zusätze aufweist.
Kugelgelenk gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelgelenk (1.1, 1.2) Bauteil einer Spurstange einer Lenkvorrichtung eines Fahrzeuges ist.
Lenkvorrichtung eines Fahrzeuges mit einer Spurstange enthaltend zwei endständig angeordnete Kugelgelenke, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Kugelgelenke (1.1, 1.2) die Merkmale eines der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
Verwendung einer zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Kugelschale (4) in einem Kugelgelenk (1.1, 1.2), aufweisend einen metallischen Kugelkopf (2) mit einem Kugelzapfen (2.1), ein den Kugelkopf (2) weitgehend umschließendes metallisches Kugelgehäuse (3) mit einer Anbindung (3.1) an ein anderes Bauteil (5) und die zwischen Kugelkopf (2) und Kugelgehäuse (3) angeordnete Kugelschale (4) aus Kunststoff zur reibungsarmen Lagerung.
Verwendung eines zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Dichtungsbalgs (6) an einem Kugelgelenk (1.1, 1.2), aufweisend einen metallischen Kugelkopf (2) mit einem Kugelzapfen (2.1), ein den Kugelkopf (2) weitgehend umschließendes metallisches Kugelgehäuse (3) mit einer Anbindung (3.1) an ein anderes Bauteil (5) und eine zwischen Kugelkopf (2) und Kugelgehäuse (3) angeordnete Kugelschale (4) aus Kunststoff zur reibungsarmen Lagerung, wobei der Dichtungsbalg (6) zur Abdichtung des Kugelgelenkes (1.1, 1.2) das Kugelgehäuse (3) mit dem Kugelkopf (2) verbindet.