DE10204277B4

DE10204277B4 - Kugelgelenk mit einer unter Vorspannung stehenden Lagerschale

Info

Publication number: DE10204277B4
Application number: DE2002104277
Authority: DE
Inventors: Curt-Ullrich Ronniger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2002-02-02
Filing date: 2002-02-02
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2022-02-03
Also published as: DE10204277A1

Abstract

Kugelgelenk mit einer auf den Kugelkopf des Gelenks unter Vorspannung einwirkenden Lagerschale (1), die in ein Gelenkgehäuse (3) eingesetzt ist und oberhalb sowie unterhalb einer zur Achse (2) des sich an den Kugelkopf anschließenden Gelenkzapfens senkrechten Mittenebene (4) des Kugelkopfes auf dessen Oberfläche aufliegende über dem Lagerschalenumfang nebeneinander liegende Arme (1b, 1c) aufweist, die durch Schlitze (5) in der Lagerschale (1) voneinander getrennt sind und sich im wesentlichen in Achsrichtung erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass einige Arme (1c) mit höherer Vorspannung gegen die Kugelkopf-Oberfläche drücken als andere Arme (1b).

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk mit einer auf den Kugelkopf des Gelenks unter Vorspannung einwirkenden Lagerschale, die in ein Gelenkgehäuse eingesetzt ist und oberhalb sowie unterhalb einer zur Achse des sich an den Kugelkopf anschließenden Gelenkzapfens senkrechten Mittenebene des Kugelkopfes auf dessen Oberfläche aufliegende, über dem Lagerschalenumfang nebeneinander liegende Arme aufweist, die durch Schlitze in der Lagerschale voneinander getrennt sind und die sich im wesentlichen in Achsrichtung erstrecken. Zum technischen Umfeld wird neben der DE 199 38 770 A1 und der DE 100 02 757 A1 auf die DE 40 32 541 A1 verwiesen.
Kugelgelenke sind unter anderem im Fahrwerksektor von Kraftfahrzeugen weitverbreitet, wobei insbesondere in diesem Einsatzgebiet auch unter harten Umgebungs- und Randbedingungen ein exaktes Gelenkverhalten gefordert wird, d. h. trotz unvermeidbarer Verschleißerscheinungen soll praktisch kein relevantes Lagerspiel zwischen dem Kugelkopf und dem Gelenkgehäuse auftreten. Im Hinblick hierauf wurden bereits unterschiedliche Maßnahmen vorgeschlagen, die im wesentlichen darauf hinauslaufen, die Lagerschale des Kugelgelenks in ihrer Gesamtheit derart innerhalb des Gelenkgehäuses gegen den Kugelkopf bzw. Bereiche desselben zu pressen, dass sich auch bei auftretendem Verschleiß kein unerwünscht großes Spiel im Gelenk einstellt. Hierzu dienen die besagten Arme einer Lagerschale beispielsweise nach der eingangs letztgenannten Schrift; daneben wird noch auf die beiden eingangs erstgenannten Schriften verwiesen, bei denen jeweils ein Federelement vorgesehen ist, welches direkt bzw. indirekt die genannte Anpress-Funktion übernimmt.
Abgesehen davon, dass die Kugelgelenke nach den beiden erstgenannten Schriften relativ aufwändig bauen, besteht mit den bekannten Federelementen die Gefahr, dass die aufgebrachte Vorspannung bei Kugelgelenken ohne nennenswerte Verschleißerscheinungen zu groß wird, so dass das Gelenk durch die Maßnahme unerwünschterweise schwergängig werden kann.
Für ein Kugelgelenk nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine Maßnahme aufzuzeigen, mit der auf einfache Weise eine im wesentlichen verschleißunabhängige Vorspannung darstellbar ist, ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass einige (der genannten) Arme mit höherer Vorspannung gegen die Kugelkopf-Oberfläche drücken als andere (der genannten) Arme.
Eine erfindungsgemäße Lagerschale eines Kugelgelenks bringt somit selbst zunächst bereichsweise unterschiedliche Vorspannkraft auf, d. h. liegt mit ihren verschiedenen Armen mit unterschiedlich starker Vorspannung auf der Kugeloberfläche auf. Im Neuzustand des Kugelgelenks liegen somit nur einige der vorhandenen Lagerschalen-Arme mit relativ starker Vorspannung auf der Kugelkopf-Oberfläche auf, was zur Folge hat, dass die anderen Arme der Lagerschale praktisch nicht zum Tragen des Kugelkopfes im Gelenkgehäuse beitragen. Ist jedoch nennenswerter Verschleiß aufgetreten, so nimmt die von den erstgenannten Armen aufgebrachte Vorspannkraft ab, wodurch die zweitgenannte Gruppe von Armen verstärkt zum Tragen des Kugelkopfes beiträgt, so dass in Summe betrachtet auch bei Verschleiß im wesentlichen die gleiche Vorspannkraft von der Lagerschale auf den Kugelkopf einwirkt, wie im unverschlissenen Neuzustand.
Figürlich ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lagerschale (Bezugsziffer 1) eines erfindungsgemäßen Kugelgelenks in der beigefügten einzigen Figur in einem ebenen, durch die Achse 2 des Kugelgelenks bzw. des sich an den Kugelkopf anschließenden Gelenkzapfens (beides ist nicht gezeigt) gelegten Schnitt stark vereinfacht dargestellt. Erkennbar ist ferner das ebenfalls geschnittene Gelenkgehäuse 3, während der Kugelkopf, der von der Lagerschale 1 (in bekannter Weise) partiell umgeben und somit darin gehalten wird, der Einfachheit halber nicht dargestellt ist. Jedoch ist die mit der Bezugsziffer 4 versehene Mittenebene des Kugelkopfes, die senkrecht zur Achse 2 steht, dargestellt.
Wie ersichtlich besteht die Lagerschale 1 in der Höhe der Mittenebene 4 aus einem rundum geschlossenen Bereich 1a, an den sich oberhalb sowie unterhalb sog. Arme 1b, 1c anschließen. In einer radialen Projektion auf die Achse 2 hin betrachtet verlaufen diese Arme 1b, 1c in Achsrichtung. Dabei sind diese Arme 1b, 1c ausgehend vom geschlossenen Bereich 1a zur Achse 2 hin gewölbt geneigt, um – wie üblich – auf der Oberfläche des nicht dargestellten Kugelkopfes aufzuliegen. Zwischen einander benachbarten Armen 1b, 1c befinden sich Schlitze 5 in der Lagerschale 1, so dass jeder Arm 1b bzw. 1c für sich betrachtet im wesentlichen unabhängig vom ihm benachbarten Arm ist.
Erfindungsgemäß liegen nun verschiedene Arme 1b, 1c mit unterschiedlicher Vorspannkraft auf der Kugelkopf-Oberfläche auf. Bei aus der Lagerschale 1 entnommenem Kugelkopf – so wie dies figürlich dargestellt ist – äußert sich diese unterschiedliche Vorspannkraft dadurch, dass diejenigen Arme 1c, die eine verstärke Vorspannung besitzen, näher zur Achse 2 hingeneigt sind, d. h. mit ihrem freien Ende näher an der Achse 2 liegen, als diejenigen Arme 1b, denen eine geringere Vorspannung aufgeprägt ist. Die Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen Lageschale 1, nämlich dass im Neuzustand im wesentlichen nur die Arme 1c den Kugelkopf tragen, während bei zunehmendem Verschleiß auch die Arme 1b verstärkt am Tragen des Kugelkopfes teilhaben, wurde weiter oben (vor der Beschreibung dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels) bereits erläutert. Ein eventuell auftretendes Spiel im Bereich der Mittenebene 4 und an den Armen 1b (insbesondere im Neuzustand möglich) kann sich dabei weder funktional noch geräuschmäßig aufgrund der an den Armen 1c vorliegenden Vorspannung auswirken.
Die Verwendung elastischer Lagerschalen aus einem geeigneten Kunststoff-Material ist für Kugelgelenke bereits grundsätzlich bekannt. Um hier die gewünschten Material-Eigenschaften über einen langen Zeitraum bzw. über die gesamte Lebensdauer des Kugelgelenks zu gewährleisten, wird weiterhin vorgeschlagen, zumindest die Arme 1b, 1c der Lagerschale aus einem elastisch verformbaren faserverstärkten Material zu fertigen. Damit ist auch die unterschiedliche Vorspannkraft wie gewünscht einstellbar.
Im Hinblick auf Fertigungsgesichtspunkte kann es erforderlich sein, die Lagerschale zur Entformbarkeit zweiteilig, d. h. aus zwei Teilen 1d, 1e zusammengesetzt herzustellen. Diese beiden Hälften bzw. Teile 1d, 1e können miteinander verklebt, reibverschweißt oder kraftschlüssig verbunden sein. Je nach Elastizität des verwendeten Materials (bevorzugt Kunststoffs) kann eine erfindungsgemäße Lagerschale jedoch auch einstückig ausgeführt sein. Ein zur Herstellung benötigter innerer Formkern kann dann durch Überdrücken der Arme 1b und 1c aus der Schale herausgezogen werden.
Bevorzugt befinden sich sowohl oberhalb als auch unterhalb der Mittenebene 4 Arme 1c mit höherer Vorspannung und Arme 1b mit niedriger Vorspannung, wobei – den jeweiligen Randbedingungen bzw. angreifenden Kräften entsprechend – durchaus eine Ungleichverteilung vorliegen kann. Im übrigen sei noch darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Details insbesondere konstruktiver Art abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims

Kugelgelenk mit einer auf den Kugelkopf des Gelenks unter Vorspannung einwirkenden Lagerschale (1), die in ein Gelenkgehäuse (3) eingesetzt ist und oberhalb sowie unterhalb einer zur Achse (2) des sich an den Kugelkopf anschließenden Gelenkzapfens senkrechten Mittenebene (4) des Kugelkopfes auf dessen Oberfläche aufliegende über dem Lagerschalenumfang nebeneinander liegende Arme (1b, 1c) aufweist, die durch Schlitze (5) in der Lagerschale (1) voneinander getrennt sind und sich im wesentlichen in Achsrichtung erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass einige Arme (1c) mit höherer Vorspannung gegen die Kugelkopf-Oberfläche drücken als andere Arme (1b).
Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Arme (1b, 1c) der Lagerschale aus einem elastisch verformbaren, insbesondere faserverstärkten Material bestehen.