-
Die Erfindung gehört zu der Kategorie der Kugelgelenke, die in verschiedenen Industriebereichen, wie bspw. im Maschinenbau, in der Kraftfahrzeugtechnik oder auch im Flugzeugbau angewendet werden kann.
-
Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk, das im Wesentlichen aus einem festen einseitig offenen Körper und aus einem in ihm angeordnetem Kugelzapfen und einem Lagerring besteht, wobei der Körper an seinem offenen Ende einen Abschnitt aufweist, der derart ausgebildet ist, dass er teilweise den Lagerring überdeckt, um diesen gegen ein Herausfallen desselben aus seinem Sitz zu sichern.
-
Aus der
DE 102015103463 A1 3 ist ein Kugelgelenk bekannt. Ein dort beschriebenes Gelenk weist einen festen einseitig offenen Körper und einen darin angeordneten Kugelzapfen und Lagerring auf, wobei der Körper einen zylinderförmigen Raum aufweist, auf dessen offenem Ende ein Abschnitt vorgesehen ist, der derart ausgebildet ist, dass er teilweise den Lagerring überdeckt, um diesen gegen ein Herausfallen desselben aus seinem Sitz zu sichern.
-
Diese Ausführungsform des Kugelgelenks ist mit dem Nachteil behaftet, dass der Lagerring geschlitzt ist und damit unter gewisser Belastung bzw. Spannung Platz federn kann. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der Lagerring sich während des Betriebs von der Kugel teilweise lösen kann, was die Standzeit des Kugelgelenks verringert.
-
Auch erweist sich als nachteilig, dass bei dieser Kugelgelenkausführung eine genügende Gleitpassung zwischen dem Kugelkopf und dem Lagerring fehlt, weil der Lagerring frei an den Kugelkopf anliegt. Dies beeinträchtigt extrem die Funktion des Kugelzapfens, weil sich damit der Kugelkopf in seinem Sitz dynamisch bewegen kann.
-
Ein weiterer Nachteil dieses Gelenks ist darin zu sehen, dass der Körper massiv ist und er dadurch den gesamten Aufbau erschwert. Dabei verursacht ein unnötiges Gewicht irrationale Materialausnutzung und macht die Kugelgelenkherstellung erheblich kostenaufwendig.
-
Wegen den erwähnten Nachteilen ist der Anwendungskreis dieses Kugelgelenks sehr beschränkt.
-
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenks.
-
EP 2946123 B1 2 im Absatz [0015] offenbart ein Kugelgelenk und ein Verfahren, bei denen ein fester einseitig offener Körper des Kugelgelenks vor der Montage becherförmig geformt wird, in dem im montierten Zustand ein Kugelzapfen und eine Kugelschale eingenistet werden, wobei beim Schließen des Kugelgelenks die Kugel durch die zylindrischen Wandungen auf der Seite der Körperöffnung teilweise überdeckt wird, um diesen gegen ein Herausfallen desselben aus dem Körper zu sichern.
-
Nachteilig ist dabei, dass bei diesem Kugelgelenk sein Körper und die Körperschale aus den unterschiedlichen Materialen hergestellt sind. Der Körper ist metallisch und für die Umformschale ein Kunststoffmaterial ausgenutzt wird, der sich räumlich verformen lasst.
-
Dies bringt mit sich einen kostenaufwändigen mehrgängigen Herstellungsverlauf. Damit braucht man auch eine Menge von verschiedenen Werkzeugen und zahlreichliches Personal.
-
Außerdem wird, beim Schließen des Kugelgelenks, der Kugelkopf bis auf Anschlag an die inneren Wände des Körpers gedrückt. Damit ist es schwer, eine Gleitpassung zwischen den betroffenenzueinander korrespondierenden Oberflächen zu erzielen, da die richtigen Fertigungstoleranzen in diesem Fall von der Intensivität der Schließkraft abhängig sind.
-
Wegen den erwähnten Nachteilen erstrecken sich die Anwendungen der bekannten Kugelgelenke, sowie ihre Herstellungsverfahren auf einzelne spezifische Gebiete.
-
DE 10 2004 040 403 A1 offenbart ein Kugelgelenk für Fahrwerks- und Gelenkbaugruppen von Fahrzeugen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
-
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein bekanntes Kugelgelenk zu vereinfachen und zu verbessern, sowie durch ein erfindungsgemäßes Verfahren seine Herstellung zu vergünstigen, sowie zu beschleunigen und den Personalaufwand erheblich zu reduzieren. Dabei können die Anwendungsgebiete weiterhin erweitert sein.
-
Die das Kugelgelenk betreffende Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass für seinen kompakten Aufbau sein Körper derart konturiert ist, dass er die Kugel, sowie den Lagerring nacheinander ohne Lücke eng umschließt.
-
In Bezug auf die Formung in einem Anfangsstadium seiner Herstellung stellt der Kugelgelenkskörper eine rotationsymmetrische Gestalt dar. Aus diesem Merkmal ergibt sich ein Vorteil für die günstige Kugelgelenksproduktion. Dies wird noch weiter beschrieben werden.
-
Dieses Prinzip gilt nicht nur für die hier vorgestellte Grundform des Kugelgelenks, sondern auch für alle anderen Kugelgelenke, deren Körper achsensymmetrisch sind.
-
Auch vorteilhaft ist, dass der Kugelgelenkskörper vergleichsweise zu bekannten Ausführungen dünner ist und seine Dicke völlig gleich ist. Aufgrund dieser Tatsache ist es möglich, den Kugelgelenkskörper aus dem Stallblech kalt zu formen. Dadurch wird sowohl eine Voraussetzung für eine rentable Körperfertigung, als auch eine Einsparung von Materialen erreicht.
-
Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird in durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 7 dadurch gelöst, dass der Körper des Kugelgelenks aus einem verformbaren glattflächigen Werkstück hergestellt wird.
-
Daraus entwickelt sich noch ein Vorteil des erfindungsgemäßen Kugelgelenks, dass bezüglich des günstigen Verfahrensverlaufs die Scheibenform des Werkstücks allgemein für die Herstellung des rotationsymmetrischen Körpers, nach der technologischen Sicht rechtmäßiger als sonstige unbegründete Werkstückformen ist.
-
Der erfindungsgemäße Gegenstand lässt sich einfach, kompakt und kostengünstig gestalten und kann beispielweise in der Großserienfertigung eingesetzt werden.
-
Weitere vorteilhafte Merkmale und Ausführungsformen sind jeweils in den Unteransprüchen enthalten.
-
Gemäß eines bevorzugten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist das Kugelgelenk so konzipiert, dass es wegen seines kompakten und robusten Aufbaus sowie wegen seines leichten Gewichts praktisch unbegrenzt in verschiedenen Mechanismen integrierbar ist. Insbesondere durch seine miniaturisierte Gestaltung kann es, beispielsweise, weiter in einem Kreis der Medizintechnik, Robotertechnik oder auch in Kleingeräten, sowie Spielzeugbereichen verbreitet und dort erfolgreich als ein Modul angewendet werden.
-
Weiter stellt dieser Aspekt auch ein Verfahren für die Herstellung dieses Kugelgelenks zur Verfügung, das einfach realisierbar ist und dabei durch geringen Bedarf an Personal kostensparend verläuft.
-
Es wird dadurch erreicht, dass eine vorzugweise aus dem Stallblech ausgeschnittene Scheibe / Ronde für die Fertigung des Kugelgelenkskörpers ausgenutzt wird. Zudem kann der Kugelgelenkskörper wegen seines achssymmetrischen Gebildes größtenteils vereinfacht mittels Stanzen oder vorzugweise mittels Drücken kaltgeformt werden, was sich auch äußerst günstig auf die Herstellkosten auswirkt. Dadurch wird auch ein mit der Zeitaufwand verbundener Herstellverlauf erheblich verkürzt.
-
Des Weiteren ist der Gegenstand der Erfindung unkompliziert und kompakt raumsparend gestaltet und mit wenigen Arbeitsgängen herstellbar.
-
Dies wird dadurch erreicht, dass ein halbsphärisches Teil des Kugelgelenkskörpers als eine Halbkugelschale dient. Dabei kann die Tiefziehumformung und das Ausschneiden aus dem Stallblech eine Scheibe durch Benutzung einer aus der Stanztechnik bekannten Compoundweise in einem Arbeitsgang durchgeführt werden.
-
Bei dem alternativen Druckverfahren kann für die Fertigung des Kugelgelenkskörpers eine übliche einfache Drehmaschine eingesetzt werden. Dazu braucht man elementare Werkzeuge.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Positioniergenauigkeit bei der Zusammensetzung der Kugel mit dem Lagerring geschafft.
-
Es wird dadurch erreicht, dass der Sitz des Lagerrings im Kugelkörper unabhängig von der Intensität der Schließkraft unverändert gehalten wird. Für dieses Ziels wird der Lagerring beim Schließvorgang für seine Standhaltung und zugleich für die Gleitpassungshaltung von der Stützfläche der zylindrischen Zone gestützt.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Kugelgelenk auf dem balligen Teil seines Körpers mit einem Vorsprung vervollständigt, der eine relativ zur Längsachse rotationsymmetrische Figur darstellt und der zur mechanischen Kupplung des Kugelgelenks mit dem Verbindungspartner ausgebildet ist.
-
Außerdem kann die Grundform des erfinderischen Kugelgelenks mit Schmierungsmittel versorgt werden, um den Verschleiß zwischen seinen relativ zueinander bewegbaren Bestandteilen zu verringern und damit die Lebensdauer zu verlängern.
-
Auch ist es möglich das erfinderische Kugelgelenk mit einem Dichtungsbalg auszustatten, der ihn gegen Eindringung von Schmutz und Feuchtigkeit schützt.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Grundform des erfindungsgemäßen Kugelgelenks im Längsschnitt zur Erläuterung seines strukturellen Aufbaus, wobei der Kugelzapfen abgebrochen dargestellt ist.
- 2 zeigt eine aus der 1 stammende Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kugelgelenks im Längsschnitt, wobei der Kugelzapfen abgebrochen dargestellt ist.
- 3 zeigt einen rotationsymmetrisch aussehenden Kugelgelenkskörper nach einer räumlichen Formung eines in 4 gezeichneten Werkstücks im Längsschnitt zur Erläuterung seiner Struktur.
- 4 zeigt eine bevorzugte Form des Werkstücks mit dem rotierenden Schnitt seiner Dickstärke im Abriss.
- 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Längsschnitt, wobei der Kugelzapfen abgebrochen dargestellt ist und das Kugelgelenk mit äußeren Linien skizziert ist.
-
Dabei sind die Zeichnungen nicht maßstabsgetreu.
-
Das in der 1 dargestellte Kugelgelenk weist einen mit 1 bezeichneten Körper aus und auch die in ihm genistete Kugel 2 mit dem Kugelzapfenzapfen 3 und einen Lagerring 4.
-
Wie es aus der 1 ersichtlich ist, ist der Kugelgelenkskörper eng und ohne Lücke die Kugel 2 des Kugelzapfens 3 und den Lagerring 4 umschließend derart zusammenhalten, dass dieser gegen ein Herausfallen beider aus ihren Sitzen versichert ist.
-
Aus der 3 ist es merklich, wie zugunsten der Erfüllung der Erfindungsaufgabe zuerst eine becherförmige Gestalt 5 geformt wird, deren strukturelle Anordnung gemäß 3 zu erkennen ist.
-
Diese Struktur besteht aus: einer halbkugeligen Zone 6, deren innere Oberfläche 7 für die Aufnahme der Kugel 2 des Kugelzapfens 3 vorgesehen ist, einer Übergangzone 8, die an Zone 7 anliegt, welche ein Teil eines sphärischen Ring darstellt, einer an Übergangszone 8 angrenzenden Zone 9, die einen hohlen Zylinder 10 darstellt, der mit seinem abgerundeten Teil 11 eine Stützoberfläche 12 für den Lagerring 4 bildet.
-
Dabei ist es erreicht, dass bei diesen Formen die Konturen des Kugelgelenkskörpers von der Zone 6 bis zu der Zone 9 endgültig gefertigt sind.
-
Erfindungsgemäß gibt es zwei Möglichkeiten die Formung der Gestalt 5 aus einem Werkstück 13 zu Wege zu bringen. Dazu gehört ein Stanzverfahren durch Tiefziehen.
-
Als Alternativlosung kann ein Drückverfahren dienen. Bei diesen beiden Wegen geht es um Kaltumformung, die fähig ist enge Maßtoleranzen einzuhalten, insbesondere beim Umrunden der eckigen Konturlinien. Damit bleibt die Stärke der Kugelgelenkskörperwände der Dickstärke des Werkstücks gleich. Dies ist in 3 und 4 vergleichsweise mit einem „s“ bezeichnet.
-
In einzelnen Fällen oder in kleiner Serienfertigung wird deutlich rentabler gegenüber dem Tiefziehumformung das Drückverfahren angewendet.
-
Dazu braucht man elementare Werkzeuge eine aus harten Holz entsprechend den Kugelgelenkskonturen geschnitzte Drückform und eine Drückrolle. Damit nutzt man für die Bearbeitung einer Werkstücks/Ronde 13 eine übliche Drehmaschine.
-
In der Großserienfertigung des erfinderischen Kugelgelenks ist die Tiefziehumformung vorrangig.
-
Nach einer weiteren aus der 1 stammenden Ausführungsform, wie es in der 2 abgebildet ist, ist der Kugelgelenkskörper auf seinem balligen Teil mit einem Vorsprung 14 vervollständigt, der eine relativ zur Längsachse rotationsymmetrische Figur darstellt. Dies dient dem Zweck einen Sockel zu bilden, mit dem das Kugelgelenk seinerseits an einen für seine Integration ausgewählten Verbindungpartner ankuppeln kann. Bei dem vorgestellten Ausführungsbeispiel ist ein Vorzug einer zylinderförmigen Ausführung des Sockels gegeben.
-
Dabei ist es möglich die Außenoberfläche des Sockels auf variable Weise glatt beibehalten oder mit einem Gewinde ausführen.
-
Infolgedessen, dass für die Herstellung des Kugelgelenkskörpers ein rohes Stahlblech verwendet ist, ist es notwendig die Kugelschale bildeten Oberflächen der Zone 6 ( 1) allein oder zusammen mit der Vorsprungoberfläche 15 (2) partiell / lokal einem Aufkohlen mit dem abschließenden Aushärten zu unterziehen. Dadurch kann die Lebensdauer des Kugelgelenks verlängert werden. Auch ist es möglich einen gehärteten Lagerring aus dem Stahlblech zu verwenden.
-
Als eine Alternative zum Aufhärten kann möglicherweise z.B. die galvanisch Beschichtung gelten, die auf die Außenoberfläche der Kugelschale aufgetragen wird.
-
Im Zusammenhang mit der Ausbildung des Kugelgelenkskörpers ist es erforderlich die äußere Gestaltung des Lagerrings an die Konturkonfiguration der ihm Dienstkontakt leistende Stützoberflache 12 der Gestalt 5 anzupassen.
-
Zu diesem Zweck sind die äußeren Front- 16 und Rückkanten 17 des Lagerrings für eine richtige Montage entsprechend den 1 und 3 verrundet. Die Rückkantenverrundung gilt für die spätere Endmontage.
-
Die Montage des Kugelgelenks beginnt mit der Einführung in die in der 3 gezeigte Gestalt 5 eines Kugelzapfens 3 und eines zu seiner Kugel 2 korrespondierenden Lagerrings 4.
-
Die Endmontage geschieht durch Schließen des Kugelgelenks. Bei dieser Handlung werden die Wände 10 im Bereichsabschnitt am Ende der offenen Seite der zylindrischen Zone 9 durch falzen umgeformt und schmiegen sich damit engt an die Rückseite 17 des Lagerrings 4. Dadurch wird der Lagerring umfänglich angeflanscht und auf seinem Sitz im Kugelgelenkskörper auf der Kugel 2 zentriert. Ein Herausfallen beider wird somit verhindert.
-
Hierbei stößt sich der Lagerring 4 auf der Stützoberflache 12 und dadurch wird ein mit „L“ bezeichneter Abstand zwischen seiner zur Langsachse des Kugelgelenkskörpers orthogonal verlaufenden Achse 18 und der Kugelachse 19 konstant gehalten. Dieser wirkt sich positiv auf die Standhaltung eines mikrokleinen Spaltes aus, der für die Glattpassung zwischen den korrespondierenden Oberflächen sowohl von der Kugel 2 und dem Lagerring 4 als auch zwischen der Kugel 2 und der Halbkugelschalle 6 des Kugelgelenkskörpers 1 gleich tolerierbar ist.
-
Auf diese Weise entwickelt sich ein festes Lager für die räumliche Kugelschwenkung. Wie es 1 und 2 verdeutlichen.
-
Im Übrigen ist es erforderlich, während der Produktion von den erfindungsgemal3en Kugelgelenken ein gleichbleibendes Maß vom Abstand „L“ an den Formwerkzeugen wegen ihres Arbeitsverschleißes nachprüfen zu lassen.
-
Die in der 2 gezeigte Ausführungsform des Kugelgelenks ist mit der auf seiner balligen Oberfläche 20 ausgebildeten gebördelten Bohrung 21 versorgt. Diese dient dazu die Gleitflächen zwischen den miteinander in Reibungsverhältnissen stehenden Bestandteilen des Kugelgelenks mit einem Schmierungsmittel zu füttern.
-
Durch die Verwendung einer Schmierung kann somit die Reibung und damit der Verschleiß in der o.g. Baugruppe verringert werden.
-
Damit ist die gebördelte Bohrung 21 für die Aufnahme eines Schmiernippels 22 mit einem Gewinde 23 versehen.
-
Des Weiteren ist es auch möglich, einen hohlen Raum 24 des Vorsprungs 14 für das Deponieren einer gewissen Menge von Trockenschmierstoff auszunutzen, der darin von der Montage aufgetragen werden kann.
-
Ferner ist das Kugelgelenk mit einem Dichtungsbalg 25 ausgestattet, der aus einem Elastomer gebildet ist und der, in der 2 gezeigt, beispielweise auf dem gefalzten Teil der Oberfläche des Kugelgelenkskörpers stoffschlüssig angeklebt ist.
-
Dadurch kann verhindert werden, dass Umwelteinflüsse, beispielsweise Verschmutzung oder Flüssigkeit direkt auf die Spalten zwischen den kontaktierenden Flachen der Kugel eindringen können. Ein Spannring 26 an der gegenüberliegenden Seite des Balges sichert diesen gegen Wegrutschen.
-
Was die Anbringung des Dichtungsbalg 25 an Kugelgelenk betrifft, so ist es in sinnvollsten Fallen möglich seine vorgefertigten achsensymmetrischen Hälften 27 zu verwenden, die man zu Bildung einer einheitlichen Schale nach Endmontage zusammenkleben kann.
-
In der 5 ist ein Beispiel für die Einsetzung des Erfindungsgegenstands in die Konstruktion eines Verdichters 28 dargestellt. Dabei ist der Sockel 14 mit Kolben 29 des Verdichters 28 durch eine Schrumpfpassung verbunden und ein freies Ende des Kugelzapfens 3 ist mit einer Pleuelstange verbunden oder gehört zu dieser.
