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Die
Erfindung betrifft ein Kugelgelenk, ein Verfahren zum Erstbefüllen
eines derartigen Kugelgelenkes und ein Verfahren zum Austausch verbrauchten
Schmiermittels in einem Kugelgelenk.
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Ein
Kugelgelenk besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse,
in dem die Gelenkkugel eines mit der Gelenkkugel ausgestatteten
Kugelzapfens drehbar und schwenkbar gelagert ist. Zwischen dem Gehäuse
und einem zapfenförmigen Abschnitt des Kugelzapfens ist
ein Dichtungsbalg angeordnet, der zur Reduzierung der Reibung und
damit zur Minderung des Verschleißes mit einem Schmiermittel
gefüllt ist. Kugelgelenke für den Einsatz in Kraftfahrzeugen
sind nicht nur mechanischen, sondern ebenso thermischen und chemischen
Einflüssen ausgesetzt. Unter diesen Umständen
müssen sie zuverlässig funktionieren. Daher hat
die Schmierung der relativ zueinander bewegbaren Bauteile eine besondere Bedeutung.
So besteht ein Problem beispielsweise darin, dass das im Dichtungsbalg
vorhandene Schmiermittel nicht immer in wünschenswerter
Weise zwischen der Gelenkkugel und den diese aufnehmenden Lagerbereichen
verteilt wird. Hierfür kann es unterschiedliche Ursachen
geben.
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Aus
der
US 4,143,983 ist
es beispielsweise bekannt, in die Oberfläche der Gelenkkugel
Vertiefungen einzubringen, die als Schmiermittelreservoir dienen
und somit in den Lagerbereichen Schmiermittel bereitstellen.
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Eine
weitere Lösung geht aus der
US 2,733,085 hervor,
wo Nuten über den gesamten Umfang der Gelenkkugel verlaufen
und so für eine bessere Verteilung des Schmiermittels sorgen
sollen.
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Die
DE-OS 1625616 beschreibt
eine Lösung, bei der nicht nur der Dichtungsbalg mit einem Schmiermittel
befüllt ist. Auf der dem Dichtungsbalg gegenüber
liegenden Seite des Kugelgelenkes befindet sich im Gehäuse
ein weiteres Schmiermittelreservoir, dessen Volumen wesentlich kleiner
ist, als das des Dichtungsbalges. In die Gelenkkugel des Kugelzapfens
ist zudem ein Strömungskanal in Form einer Durchgangsbohrung
zum Transport des Schmiermittels innerhalb des Kugelgelenkes eingebracht.
Dieser Strömungskanal weist ein Rückschlagventil
auf, das den Transport des Schmiermittels nur in einer Richtung,
nämlich vom Dichtungsbalg zu dem zweiten Schmiermittelreservoir
gestattet. Da die Gelenkkugel dieses Kugelgelenkes in einer elastischen
Lagerschale gelagert ist, wird durch die Bewegungen eine Art Pumpwirkung
erreicht, die das Schmierfett in verbesserter Weise transportieren soll.
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Zwar
mag mit den beschriebnen Lösungen eine verbesserte Schmierung
des Kugelgelenkes gelingen. Ein wesentliches Problem wurde hierbei
jedoch nicht berücksichtigt, nämlich, dass das Schmiermittel
in Abhängigkeit seiner zum Beispiel durch Abrieb verursachten
mechanischen, seiner durch Temperatureinflüsse hervorgerufenen
thermischen und beispielsweise durch Feuchtigkeit verursachten chemischen
Beanspruchung altert und sich seine Eigenschaften dadurch in einer
für eine optimale Reibung nicht vorteilhaften Weise verändern
können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kugelgelenk bereitzustellen,
das mit einem Schmiermittel befüllt ist und das verglichen
mit bekannten Lösungen eine längere Lebensdauer
aufweist. Ferner ist wenigstens ein hierzu geeignetes Verfahren
anzugeben.
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Die
Erfindung löst diese Aufgabenstellung mit den Merkmalen
der unabhängigen Patentansprüche. Weitere Ausgestaltungen
sind Gegenstand der sich jeweils anschließenden Unteransprüche.
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Ein
Kugelgelenk mit einem Gehäuse, in dem die Gelenkkugel eines
mit der Gelenkkugel ausgestatteten Kugelzapfens drehbar und schwenkbar
gelagert ist, wobei ein zwischen dem Gehäuse und einem
zapfenförmigen Abschnitt des Kugelzapfens angeordneter
Dichtungsbalg mit einem Schmiermittel gefüllt ist und damit
zumindest ein Schmiermittelreservoir bildet und der Kugelzapfen
wenigstens einen Strömungskanal zum Transport des Schmiermittels innerhalb
des Kugelgelenkes aufweist, wurde erfindungsgemäß dahingehend
weitergebildet, dass das Schmiermittel mit Überdruck durch
ein am Kugelgelenk vorhandenes Einwegventil in Bewegung versetzbar
ist.
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Neben
einer Erstbefüllung des Kugelgelenkes lässt sich
mit der Erfindung auch ein Austausch älteren Schmiermittels
erreichen und zwar ohne das Kugelgelenk oder Einzelteile öffnen
oder demontieren zu müssen. Insbesondere ein Austausch
bereits verbrauchten Schmiermittels ermöglicht eine erhebliche
Verlängerung der Lebensdauer derartiger Kugelgelenke, da
dies in vorgegebenen Intervallen mehrfach wiederholt werden kann.
Durch den Überdruck wird zudem eine kontrollierte und vollständige
Befüllung des Kugelgelenkes erreicht, was den Vorteil hat, dass
sämtliche Hohlräume vollständig mit Schmiermittel
befüllt sind.
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Im
Rahmen einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen,
dass der Dichtungsbalg an zumindest einem seiner Randbereiche wenigstens
eine Auslassöffnung aufweist, die bis zur Erreichung eines
maximal zulässigen Innendruckes des in dem Dichtungsbalg
vorhandenen Schmiermittels durch ein Verschlusselement abgedichtet
ist. Durch diese Maßnahme kann eine Beschädigung des
das Kugelgelenk nach außen abdichtenden und aus elastischem
Material hergestellten Dichtungsbalges auch bei einer erfindungsgemäßen
Befüllung des Kugelgelenkes mit einem Überdruck
vermieden werden.
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Neben
dem Umstand, dass das Verschlusselement an dem Dichtungsbalg angesetzt
werden kann, besteht ein wesentlicher Vorzug, der auch zu einer
vereinfachten Ausführung führt, darin, dass das auf
Grund seiner Eigenelastizität die Auslassöffnung abdichtende
Verschlusselement einstückig mit dem Dichtungsbalg ausgeführt
ist. Auf diese Weise kann das Verschlusselement bei der Herstellung
des Dichtungsbalgs unmittelbar an diesem angeformt oder aus ihm
herausgearbeitet werden.
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Der
zumindest eine am Kugelzapfen vorhandene Strömungskanal
kann in einfacher Weise als eine Bohrung durch die Gelenkkugel des
Kugelzapfens oder als eine in die Oberfläche der Gelenkkugel eingebrachte,
nutförmige Ausnehmung ausgeführt sein.
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Gemäß einer
speziellen Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
der zumindest eine Strömungskanal eine Verbindung zwischen
dem Innenraum des Dichtungsbalges und einem durch eine Abplattung
des Kugelzapfens auf seiner dem zapfenförmigen Abschnitt
gegenüber liegenden Seite der Gelenkkugel gebildeten Schmiermittelreservoir bildet.
Hierbei sind innerhalb des Kugelgelenkes mehrere Schmiermittelreservoire
vorgesehen, die über einen oder mehrere geeignete Strömungskanäle
miteinander in Verbindung stehen, sodass der Schmiermitteltransport
gewährleistet ist.
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Kugelgelenke
für Kraftfahrzeuge weisen je nach vorgesehenem Einsatzzweck
unterschiedliche Lagerungen der Gelenkkugel auf. So ist es einerseits möglich,
die Gelenkkugel unmittelbar in eine korrespondierende Lagerfläche
des Gehäuses einzusetzen. Andererseits kann die Gelenkkugel
auch mittelbar in dem Gehäuse aufgenommen sein, sodass
zwischen Gelenkkugel und Gehäuse eine Lagerschale eingesetzt
ist, die beispielsweise aus Kunststoff oder aus Metall-Kunststoff-Verbundwerkstoffen
bestehen kann. Um den Transport des Schmiermittels innerhalb des
Kugelgelenkes zu gewährleisten, besteht bei vorhandener
Lagerschale eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin,
dass die Gelenkkugel in diese Lagerschale eingesetzt ist, die ihrerseits
zumindest einen Strömungskanal aufweist. Dabei kann entsprechend
einer weiteren Möglichkeit der Erfindung der zumindest
eine Strömungskanal die Lagerschale durchdringen oder beispielsweise
auf der Gehäuseseite der Lagerschale angeordnet sein.
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Wie
auch immer der Verlauf und die Anordnung der Strömungskanäle
und der Schmiermittelreservoire innerhalb des Kugelgelenkes gestaltet
wird, von Bedeutung ist in jedem Fall, dass erfindungsgemäß innerhalb
des Kugelgelenkes ein Strömungskanalsystem zum Austausch
des Schmiermittels beziehungsweise zum Befüllen mit Schmiermittel
gebildet ist.
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Die
Anordnung der Strömungskanäle kann in der Lagerschale
so erfolgen, dass Schmiermittel im Bereich der Lagerflächen,
also zwischen Lagerschale und Oberfläche der Gelenkkugel
auch während des Einsatzes des Kugelgelenkes im Kraftfahrzeug freigegeben
wird. Damit dienen die Strömungskanäle nicht nur
der Befüllung des Kugelgelenkes mit Schmiermittel oder
dem Austausch des Schmiermittels, vielmehr besteht auch die Möglichkeit,
die Strömungskanäle zur Schmierung der relativ
zueinander bewegbaren Gelenkbauteile zu nutzen. Diese zusätzliche
Funktion der Strömungskanäle kann noch verbessert
werden, wenn die Lagerbereiche des Kugelgelenkes darüber
hinaus separate Ausnehmungen zur betriebsbedingten Schmiermittelversorgung der
relativ zueinander bewegbaren Bauteile aufweisen.
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Das
Einwegventil sollte gemäß einem weiteren Vorschlag
auf der Außenseite des Kugelgelenkes eine Anschlusskontur
für eine Fettpresse aufweisen, die somit in einfacher Weise
den erforderlichen Überdruck bereitstellen und zudem zum
Befüllen des Kugelgelenkes genutzt werden kann.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren zum Erstbefüllen
eines Kugelgelenkes ist dadurch gekennzeichnet, dass zunächst
an dem Einwegventil des fertig montierten Kugelgelenkes eine Schmiermittelpresse
angesetzt wird und anschließend Schmiermittel unter Überdruck
durch das Einwegventil in das Innere des Kugelgelenkes eingeführt
wird, bis durch öffnen des Verschlusselementes aus der
Auslassöffnung des Dichtungsbalges Schmiermittel austritt.
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Darüber
hinaus ist ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren
zum Austausch verbrauchten Schmiermittels in einem Kugelgelenk dadurch
gekennzeichnet, dass zunächst an dem gereinigten Einwegventil
des Kugelgelenkes eine Schmiermittelpresse angesetzt wird und anschließend
frisches Schmiermittel unter Überdruck durch das Einwegventil
in das Innere des Kugelgelenkes eingeführt wird, bis durch öffnen
des Verschlusselementes aus der Auslassöffnung des Dichtungsbalges
verbrauchtes Schmiermittel austritt. Dabei wird bevorzugt das Befüllen
des Kugelgelenkes mit frischem Schmiermittel solange fortgesetzt,
bis frisches Schmiermittel aus der Auslassöffnung des Dichtungsbalges
austritt.
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Zur
Verbesserung der Verteilung des Schmiermittels wird darüber
hinaus vorgeschlagen, dass der Kugelzapfen während des
Befüllens des Kugelgelenkes um seine Längsachse
gedreht und/oder im Kugelgelenk verschwenkt wird.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung
näher erläutert. Die gezeigten Ausführungsbeispiele
stellen keine Einschränkung auf die dargestellten Varianten
dar, sondern dienen lediglich der Erläuterung des Prinzips
der Erfindung. Um die erfindungsgemäße Funktionsweise veranschaulichen
zu können, sind in den Figuren nur stark vereinfachte Prinzipdarstellungen
gezeigt, bei denen auf die für die Erfindung nicht wesentlichen Bauteile
verzichtet wurde. Dies bedeutet jedoch nicht, dass derartige Bauteile
bei einer erfindungsgemäßen Lösung nicht
vorhanden sind.
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Es
zeigen:
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1:
auszugsweise einen Schnitt durch eine erste Ausführung
eines erfindungsgemäßen Kugelgelenkes,
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2:
auszugsweise einen Schnitt durch eine zweite Ausführung
eines erfindungsgemäßen Kugelgelenkes,
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3:
eine Schnittdarstellung eines ersten Kugelgelenkes im Bereich seiner
Lagerschale,
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4:
eine Schnittdarstellung eines zweiten Kugelgelenkes im Bereich seiner
Lagerschale,
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5:
eine Schnittdarstellung eines weiteren Kugelgelenkes im Bereich
seiner Lagerschale,
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6:
einen Randbereich eines Dichtungsbalges im Schnitt,
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7–10:
verschiedene Ausführungen eines Kugelzapfens für
ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk.
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Das
in der 1 gezeigte Beispiel für ein Kugelgelenk
weist ein Gehäuse 1 auf, in dem eine Gelenkkugel 2 eines
Kugelzapfens 3 drehbar und schwenkbar gelagert ist. Der
Kugelzapfen 3 ragt mit einem zapfenförmigen Abschnitt 4 einseitig
aus dem Gehäuse heraus. Auf dieser Seite befindet sich
einerseits an dem zapfenförmigen Abschnitt 4 des
Kugelzapfens 3 und andererseits an der Außenseite
des Gehäuses 1 je ein Randbereich 8 beziehungsweise 9 eines
Dichtungsbalges 5, der durch die dichtende Anlage seiner
Randbereiche 8, 9 der Abdichtung des Kugelgelenkes
dient. Auf der dem zapfenförmigen Abschnitt 4 gegenüberliegenden
Seite ist das Gehäuse 1 durch einen Verschlussdeckel 18 verschlossen,
der in an sich bekannter Weise durch einen umgeformten Abschnitt
des Gehäuses 1 fixiert ist und das Gehäuse 1 abdichtet.
Die Gelenkkugel 2 des Kugelzapfens 3 wird bei
dieser Ausführung eines Kugelgelenkes in zwei unterschiedlichen
Lagerbereichen 16 und 17 gelagert. Der Lagerbereich 17 bildet
dabei einen Teil der Innenseite des Gehäuses 1,
der in diesem Abschnitt eine kugelige Kontur aufweist. Der Lagerbereich 16 ist
Teil einer aus Kunststoff oder Gummi bestehenden Lagerschale 13 beziehungsweise
eines dem entsprechenden Lagerkörpers 13 innerhalb des
Gehäuses 1. Bei dem Ausführungsbeispiel
handelt es sich um ein mit Schmiermittel befülltes Kugelgelenk.
Hierzu bildet der Dichtungsbalg 5 ein erstes Schmiermittelreservoir
und der Abschnitt zwischen Gelenkkugel 2 und Verschlussdeckel 18 ein
zweites Schmiermittelreservoir 12. Um den Transport des Schmiermittels
innerhalb des Kugelgelenkes zu ermöglichen, ist in dem
Kugelgelenk ein Strömungskanalsystem ausgebildet, dessen
Ursprung ein Einwegventil 7 bildet, das auf der Außenseite
des Gehäuses 1 eine Kontur aufweist, die es erlaubt,
beispielsweise eine Fettpresse anzusetzen. Mittels einer derartigen Fettpresse
kann über das Schmiermittel ein Überdruck innerhalb
des Kugelgelenkes erzeugt werden, der das Schmiermittel in Bewegung
versetzt und auf diese Weise durch das Kugelgelenk transportiert. Das
Einwegventil 7 ist bei dem Kugelgelenk in 1 seitlich
in die Wand des Gehäuses 1 eingesetzt. In dem
Kugelzapfen 3 ist ein Strömungskanal 6 vorhanden,
der als Durchgangsbohrung die Gelenkkugel 2 schräg
durchsetzt. Darüber hinaus weist auch die Lagerschale 13 einen
Strömungskanal 14 auf. Der Dichtungsbalg 5 verfügt
letztlich an seiner Unterseite, das heißt auf der an dem
zapfenförmigen Abschnitt 4 anliegenden Seite über
eine Auslassöffnung 10 in seinem Randbereich 9,
wobei die Auslassöffnung 10 durch ein Verschlusselement 11 abgedichtet
ist, solange nicht ein Grenzdruck überschritten wird. Bei Überschreitung
des Grenzdruckes öffnet das Verschlusselement 11 und
es kann Schmiermittel über die Auslassöffnung 10 aus
dem Innern des Kugelgelenkes austreten. Auf diese Weise wurde in
dem Kugelgelenk ein Strömungskanalsystem geschaffen, das
nicht nur zur Erstbefüllung eines bereits fertig montierten
Kugelgelenkes, sondern auch zum Austausch verbrauchten Schmermittels
dienen kann. Insbesondere durch die Möglichkeit des Austausches
eines verunreinigten Schmiermittels kann die Lebensdauer eines Kugelgelenkes
gesteigert werden.
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Der
Unterschied des ansonsten zu dem Beispiel in 1 baugleichen
Kugelgelenkes in 2 besteht darin, dass das Einwegventil 7 hier
in den Verschlussdeckel 18 eingesetzt ist und damit unmittelbar
in das Schmiermittelreservoir 12 mündet.
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Die
Schnittdarstellung eines Kugelgelenkes im Bereich seiner Lagerschale
gemäß 3 veranschaulicht ein weiteres
Beispiel für ein Kugelgelenk nach der Erfindung. Die Besonderheit
besteht hierbei darin, dass die Lagerschale 13 neben dem
Strömungskanal 14 auch auf der Seite ihres Lagerbereiches 16 einen
Strömungskanal 15 aufweist. Dieser kann neben
dem Transport des Schmiermittels in erfindungsgemäßer
Weise auch die Funktion einer betriebsbedingten Schmierung der Lagerpaarung
zwischen Gelenkkugel 2 und Lagerschale 13 übernehmen.
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Eine
Schnittdarstellung eines weiteren Kugelgelenkes im Bereich seiner
Lagerschale zeigt die 4. Hier ist zwischen der Lagerschale 13 und
dem Verschlussdeckel 18 beziehungsweise der Gehäuseinnenseite
ein Einsatz 19 angeordnet, der bei dem Beispiel als ein
im Querschnitt L-förmiger Ring ausgeführt ist.
Der Einsatz weist über seinen Umfang verteilt mehrere Sicken 20 auf,
die seine Elastizität erhöhen. Auf diese Weise
kann eine Vorspannung in die Lagerung gebracht werden.
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Das
in 5 dargestellte weitere Beispiel für ein
Kugelgelenk weist eine Lagerschale 13 auf, die mit mehreren
Sicken 20 ausgestattet ist. Zwischen der Lagerschale 13 und
dem Verschlussdeckel 18 beziehungsweise der Gehäuseinnenseite
ist bei dieser Variante ein Gummiring 21 eingesetzt, der
lose oder als an der Lagerschale 13 befestigter Gummiring
ausgeführt sin kann.
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In
der 6 ist der untere Randbereich 9 des Dichtungsbalges 5 gezeigt.
Dieser weist eine Auslassöffnung 10 auf, die durch
ein Verschlusselement 11 abgedeckt und damit verschlossen
ist, bis ein Grenzdruck innerhalb des Kugelgelenkes überschritten
wird. Oberhalb des Grenzdruckes gibt das Verschlusselement 11 die
Auslassöffnung frei, sodass Beschädigungen des
Dichtungsbalges 5 oder anderer Bauteile vermieden werden
können. Das Verschlusselement 11 ist bei der Herstellung
des Dichtungsbalges 5 an diesem Angeformt und damit einstückig
mit dem Dichtungsbalg 5 ausgeführt. Es weist ferner
eine Eigenelastizität auf, die ein selbsttätiges
Verschließen bei Unterschreitung des Grenzdruckes ermöglicht.
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Die 7 bis 10 stellen
verschiedene Möglichkeiten der Gestaltung des Kugelzapfens 3 für ein
erfindungsgemäßes Kugelgelenk dar. Die als Einzelteile
gezeigten Kugelzapfen 3 weisen einen zapfenförmigen
Abschnitt 4 auf, der bei den Beispielen jeweils baugleich
ausgeführt ist. Unterschiedlich ist jedoch die Anordnung
und die Geometrie des Strömungskanals 6. In der 7 ist
der Strömungskanal 6 als die Gelenkkugel 2 schräg
zur Kugelzapfenlängsachse in einer Ebene umrundende Nut
ausgeführt. Bei dem Kugelzapfen 3 der 8 verläuft
die nutförmige Ausführung des Strömungskanals 6 mit der
Kugelzapfenlängsachse um die Gelenkkugel 2 herum.
Bevorzugt ist der Verlauf des Strömungskanals 6 vom
Ende des zapfenförmigen Abschnittes 4 bis zur
Polfläche der Gelenkkugel 2 ausgeführt.
Der Kugelzapfen 3 aus 9 entspricht
den Ausführungen, wie sie auch bei Kugelgelenken der 1 bis 3 verwendet
wurden. Hier durchquert der Strömungskanal 6 die
Gelenkkugel 2. In der 10 ist der
Strömungskanal 6 die Gelenkkugel 2 umrundend in
einer gedachten Ebene angeordnet, die parallel oder unter einem
Winkel zu einer entlang der Kugelzapfenlängsachse verlaufenden
Ebene ausgerichtet ist. Der Strömungskanal 6 kann
bei einer derartigen Ausführung nicht nur nutförmig
sein. Vielmehr besteht auch die Möglichkeit, ihn als aus
der Gelenkkugel 2 herausgearbeitetes Flächenelement
auszuführen. Dieses Flächenelement kann dabei,
analog zur Darstellung in 10, den
Umfang der Gelenkkugel 2 umrunden.
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Gelenkkugel
- 3
- Kugelzapfen
- 4
- Zapfenförmiger
Abschnitt
- 5
- Dichtungsbalg
- 6
- Strömungskanal
des Kugelzapfens
- 7
- Einwegventil
- 8
- Randbereich
(des Dichtungsbalges)
- 9
- Randbereich
(des Dichtungsbalges)
- 10
- Auslassöffnung
- 11
- Verschlusselement
- 12
- Schmiermittelreservoir
- 13
- Lagerschale
oder Lagerkörper
- 14
- Strömungskanal
der Lagerschale
- 15
- Strömungskanal
der Lagerschale
- 16
- Lagerbereich
- 17
- Lagerbereich
- 18
- Verschlussdeckel
- 19
- Einsatz
- 20
- Sicke
- 21
- Gummiring
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4143983 [0003]
- - US 2733085 [0004]
- - DE 1625616 A [0005]