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Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk mit einem becherförmigen Gehäuse,
welches an einem Ende eine öffnung zur Aufnahme eines Zapfens aufweist, die durch
einen radial nach innen umgebogenen ringförmigen Wandteil des Gehäuses begrenzt
wird und welches am anderen Ende einen radial sich erstreckenden Ringflansch aufweist,
und mit einem Zapfen, der ein Kugelkopfende hat, welches innerhalb des Gehäuses
angeordnet ist, und einen Schaft, der sich durch die Öffnung hindurch erstreckt,
und mit einer selbst-schmierenden Kunststofflagerschale, die zwischen dem Kopfende
und dem Gehäuse angeordnet ist und die einen Oberflächenkontakt mit dem Kopfende
hat und die gegen den nach innen umgebogenen Wandungsteil des Gehäuses anliegt,
und mit einem Verschluß, der an dem Ringflansch befestigt ist, um das andere Ende
des Gehäuses zu verschließen, wobei an einem Ende der Lagerschale ein elastischer
Ring vorgesehen ist.
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Dieser elastische Ring hat im allgemeinen die Aufgabe, die Lagerschale
in einer Richtung zu beaufschlagen, um diese an das Kugelende anzudrücken bzw. um
ein durch den Verschleiß bedingtes Spiel aufzuholen.
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Auf dem Gebiet des Kraftfahrzeugbaues sind Bestrebungen im Gang, den
Aufbau von Kugelgelenkverbindungen, wie sie in Steuergestängen und Aufhängungen
verwendet werden, zu vereinfachen und dabei gleichzeitig die Funktionsweise dieser
Kugelgelenkverbindung zu verbessern. So lassen beispielsweise die bekannten Kugelgelenkverbindungen
bezüglich der Abdichtung und der Zentrierung zu wünschen übrig. Der vorliegenden
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau von Kugelgelenken zu vereinfachen
und gleichzeitig die Abdichtung und die Zentrierung zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Lagerschale deformierbar
ist und eine ringförmige Aussparung in dem Ende aufweist, welches gegen den Verschluß
anliegt daß ein O-Ring aus einem elastomeren Material teilweise innerhalb der ringförmigen
Aussparung angeordnet ist, und daß dieser O-Ring einen Querschnitt hat, der größer
ist als der der Aussparung-Durch diesen Aufbau wird erreicht, daß nach dem Zusammenbau
dieser O-Ring deformiert wird und dabei den Wandungsteil der ringförmigen Aussparung
der Lagerschale dicht um den Kugelkopf herum liegt, so daß eine sehr gute Zentrierung
des Kugelkopfes mit einfachsten Mitteln erreicht wird. Dieser O-Ring dient gleichzeitig
als Dichtung zur Abdichtung des Innenraumes des Kugelgelenkes nach außen.
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Mit Vorteil kann die ringförmige Aussparung eine Ringnut sein, deren
Wandungen gegen das Kopfende und gegen das Gehäuse andrückbar sind.
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Die Erfmdung soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf
die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigt F i g. 1 eine Schnittansicht,
bei der Teile in Seitenansicht dargestellt sind, eines Kugelgelenkes, wie es gemäß
der Erfindung aufgebaut ist, F i g. 2 eine Draufsicht auf die in F i
g. 1 gezeigte Kugelgelenkverbindung, wobei Teile fortgelassen sind, F i
g. 3 eine auseinandergezogene Ansicht, teilweise im Schnitt und teilweise
in Seitenansicht, welche die Komponenten des Kugelgelenkes und die Art und Weise
des Zusammenbaues zeigt, F i g. 4 eine vergrößerte Teilschnittansicht eines
unteren Teiles des KugeIgelenkes vor dem Endzusammenbau und F i g. 5 eine
vergrößerte Teilschnittansicht eines unteren Teiles einer anderen Ausführungsform
eines Kugelgelenkes.
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In den Figuren der Zeichnung ist mit 10 ein Kugelgelenkzapfen
bezeichnet, der den üblichen Aufbau hat. Dieser Kugelgelenkzapfen weist ein Kugelsegmentende
11 auf. Diesem Kugelsegementende 11 benachbart ist ein zylindrischer
Schaftteil 12 angeordnet. Weiterhin weist dieser Zapfen einen nach oben konvergierenden
konischen Zwischenteil 13 und einen Gewindeteil 14 von verringertem Durchmesser
auf. Die Teile 12, 13 und 14 bilden den Kugelschaft, der allgemein mit
15 bezeichnet ist. Der Kugelzapfen 10 ist üblicherweise ganzteilig
aus Metall gefertigt.
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Das Kugelende 11 ist innerhalb eines Gehäuses 16
angeordnet.
Dieses Gehäuse ist vorzugsweise aus Metall gestanzt und weist eine gleichförmige
Wandstärke auf. Das Gehäuse 16 weist ganz allgemein die Form eines umgedrehten
Bechers auf. Das Gehäuse 16 hat eine nach oben konvergierende Seitenwandung
17, die im allgemeinen konisch ausgebildet ist und die an ihrem oberen Ende
nach innen umgebogen ist, um einen Halterungswandteil 18 zu schaffen, der
eine öffnung 19 umschließt, durch die hindurch sich der Schaft
15 des Kugelzapfens erstreckt. In ihrer normalen Stellung liegt die Achse
des Schaftes 15 in einer Fortsetzung der Achse des konischen Wandungsteiles
17 des Gehäuses, wie es in F i g. 1 gezeigt ist. Das untere Ende der
Gehäusewandung 17 ist nach außen umgebogen, um einen verhältnismäßig breiten
Flansch 20 zu bilden, der um den Umfang des unteren Endes des Gehäuses herum läuft
und der mit Aufnahmeöffnungen 21 versehen ist, die zu einem noch zu beschreibenden
Zweck Befestigungseinrichtungen aufnehmen.
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Das in F i g. 1 dargestellte Kugelgelenk weist eine Lagerschale
22 auf, welches aus einem geeigneten selbstschmierenden synthetischen organischen
Kunststoff gefertigt ist oder aus einem Polymer, und diese Lagerschale 22 hat vorzugsweise
einen einstückigen oder einteiligen Aufbau. Beispiele geeigneter Kunststoffe sind
Nylon, hochmolekulare Polyamide und Polyäthylene, wobei beide wirkungsvolle Selbstschmierungseigenschaften
haben und verhältnismäßig starr sind und dabei unter der Einwirkung von Kompressionskräften
noch deforinierbar sind. Andere Kunststoffe, die einen verhältnismäßig niedrigen
Reibungskoeffizienten haben, wie beispielsweise Polyurethane oder eine mit Schmiermitteln
imprägnierte Gummizusammensetzung, können verwendet werden. Wie insbesondere in
Verbindung mit F i g. 3 noch erläutert werden soll, befindet sich die Lagerschale
22 im Oberflächeneingriff mit der Innenseite der Gehäusewandung, welche die konische
Seitenwandung 17 und die nach innen umgebogene Wandung 18 aufweist,
und diese Lagerschale befindet sich weiterhin in einem Oberflächeneingriff mit dem
Kugelseginentende 11. Ein Ring aus einem elastomeren Material, der mit
23 bezeichnet ist, ist zwischen dem unteren Ende der Lagerschale 22 und einem
Verschlußglied 24 für das untere Ende des Gehäuses 16 angeordnet. Dieses
Verschlußglied 24 kann ein Metallstanzteil sein, der einen mittleren nach unten
gewölbten Teil 25 aufweist, der gegenüber der im allgemeinen flachen unteren
Fläche 26 des Kugelendes 11 angeordnet ist, um einen Spielraum für
eine Winkelbewegung des
Kugelzapfens zu schaffen. Der Verschluß
24 ist sonst eben und sein Umfang schneidet mit dem Umfang des unteren Ringflansches
20 des Gehäuses ab und ist mit Öffnungen 28 versehen, die mit den öffnungen
21 in dem besagten Flansch fluchten, um Befestigungsmittel 29 aufnehmen zu
können.
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Das zusammengebaute Kugelgelenk weist eine flexible undurchlässige
Hülse 30 auf, welche einen unteren Teil 31 hat, der dicht sitzend
die konische Seitenwandung 17 des Gehäuses umschließt, und dieser untere
Teil ist dauernd am Gehäuse mittels eines Flanschringes 32 befestigt. Dieser
Flanschring besteht aus einem dünnen Metallblech und ist in geeigneter Weise an
der oberen Oberfläche des Flansches 20, beispielsweise durch Punktschweißung
33 (F i g. 2) befestigt. Das obere Ende des Schuhes oder der Hülse
30 ist mit einem verstärkten nach innen gerichteten Ringteil 53 versehen,
der nachgiebig und mit Paßsitz den zylindrischen Teil 12 umgibt, und dadurch wird
eine Dichtung für den Lagerbereich geschaffen, der von der Hülse oder dem Schuh
eingeschlossen ist. Im oberen Ende der Hülse 30 angeordnete Falten 34 nehmen
maximale Winkelbewegungen des Kugelzapfenschaftes 15 auf, ohne daß dadurch
der federnde Eingriff des Ringteiles 53 am Schaftteil 12 gestört wird.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform der in F i g. 3 dargestellten
Lagerschale 22 weist diese ursprünglich eine im allgemeinen konische äußere Oberfläche
35 und eine abgerundete obere Kante 36 auf, wodurch es möglich ist,
diese Lagerschale derart einzusetzen, daß eine oberflächen-konforme Anlage gegen
die innere Oberfläche der konischen Seitenwandung 17 und dem nach innen umgebogenen
oberen Ringteil 18 des Gehäuses 16 erfolgt. In seinem ursprünglichen
normalen Zustand weist die Lagerschale 22 an ihrem unteren Ende eine äußere ringfönnige
Umfangsaussparung 37 auf, wodurch ein verhältnismäßig dünnwandiger zylindrischer
Endteil 38 geschaffen wird. Wenn sich die Lagerschale 22 in ihrem ursprünglichen
Zustand befindet, wird ein O-Ring 40, der aus einem geeigneten Elastomer, wie beispielsweise
Gummi, gefertigt ist, in die ringförmige Aussparung 37 derart eingesetzt,
daß dieser O-Ring den zylindrischen geschwächten Endteil 38 der Lagerschale
umgibt. In seinem ursprünglichen Zustand weist der O-Ring 40 einen kreisförmigen
Querschnitt auf, so daß das Volumen des Ringes größer ist als das Volumen, welches
von der Aussparung 37 gebildet wird, und der Ring 40 springt deshalb unter
die untere Fläche des Endteiles 38 des Lagergliedes 22 vor. Wegen des größeren
Volumens des O-Ringes 40 wird dieser Ring automatisch wirksam, um das Kugelgelenk
während der Vollendung des Zusammenbaues, wie noch erläutert werden soll, vorzubelasten.
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Die in F i g. 3 dargestellte einstückige Lagerschale 22 kann
wegen ihrer Nachgiebigkeit zuerst über das Kugelende 11 des Kugelzapfens
10 geschoben werden, und diese Unterbaug pe wird dann in das Gehäuse "rup
16 eingesetzt, wobei sich der Schaft 15 des Kugelzapfens durch die
öffnung 19 hindurch erstreckt. Danach wird der O-Ring 40 über das untere
zylindrische Ende 38 der Lagerschale 22 geschoben und der Verschluß 24 wird
gegen das untere Ende des Gehäuses 16 gebracht und gegen das untere Ende
gedrückt, und zwar derart, daß die Umfänge des Deckels und des Gehäuses übereinstimmen
und daß die Öffnungen 21 und 28 fluchten. Während diese Teile so gehalten
werden, werden der Verschlußteil 24 und der Flansch 20 des Gehäuses, wie bei
33 in F i g. 2 gezeigt, mittels Punktschweißung miteinander verbunden.
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Bei diesem letzten Schritt des Zusammenbaues wird das Material des
O-Ringes 40 ausreichenden Kompressionskräften ausgesetzt, damit der Ring radial
nach außen und nach innen fließt und die Form annimmt, die die ringförmige Masse
hat, die in F i g. 1
mit 23 bezeichnet ist. Gleichzeitig wirken die
Kornpressionskräfte, die durch die elastomere Masse ausgeübt werden, auf das untere
Ende 38 ein und deformieren das untere Ende 38 der Lagerschale 22
radial nach innen derart, daß dieses in eine dichte Oberflächenanlage mit dem Kugelende
11 gelangt. Die gleichen Kompressionskräfte wirken durch die elastomere Masse
23 nach oben, um die Lagerschale 22 in eine Oberflächenanlage gegen die inneren
Oberflächen des Seitenwandungsteiles 17 und des Ringwandungsteiles
18 zu pressen und um die Lagerschale 22 in dieser Anlage zu halten, wie es
in F i g. 1 gezeigt ist.
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Bei der in F i g. 5 dargestellten Ausführungsfonn der Erfindung
ist das untere Ende einer Lagerschale 22 a mit einer Ringnut 41 versehen, die nach
unten geöffnet ist, um einen O-Ring 40 aufnehmen zu können. Diese Ringnut 41 ist
an der Seite durch äußere und innere Ringendteile 42 und 43 abgeschlossen. Wenn
diese abgeänderte Ausführungsform Anwendung findet, wirkt der O-Ring 40 nach dem
Zusammenbau wie oben beschrieben und fließt unter den Kompressionskräften, die ausgeübt
werden, um die Nuten 41 zu füllen und um die äußeren und inneren Ringendteile 42
und 43 zu verbiegen und zwar nach außen gegen die Wandung des Gehäuses
16 und nach innen gegen das Kugelende 11. Dabei ist ein ausreichendes
Volumen des elastomeren Materials vorgesehen, welches sich über die untere Endfläche
der Lagerschale 22 a hinaus erstreckt, um einen kontinuierlich nach oben gerichteten
Druck gegen die Lagerschale 22 a auszuüben, um diese in dichter Anlage gegen das
Kugelende 11 zu halten. Wegen der Selbstschmierungseigenschaften der Kunststoffschale
22 a bleibt das Gelenk während der gesamten Lebensdauer des Kraftfahrzeuges dicht.
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Es sei bemerkt, daß Abänderungen vorgenommen werden können, die im
Rahmen der Erfindung liegen.