DE1292953B

DE1292953B - Kugelgelenk

Info

Publication number: DE1292953B
Application number: DET25316A
Authority: DE
Inventors: Herbenar Edward John
Original assignee: Thompson Ramo Wooldridge Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1963-01-10
Filing date: 1963-12-21
Publication date: 1969-04-17
Also published as: BR6455853D0; FR1378647A; US3226142A

Description

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.
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.
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.
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.
Mit Vorteil kann die ringförmige Aussparung eine Ringnut sein, deren Wandungen gegen das Kopfende und gegen das Gehäuse andrückbar sind.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Es sei bemerkt, daß Abänderungen vorgenommen werden können, die im Rahmen der Erfindung liegen.

Claims

Patentansprüche: 1. 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 erstrekkenden 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 selbstschmierenden Kunststofflaggerschale, 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 ankegt, 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, dadurch gekeunz c i ic h n:e t, daß die Lagerschale (2,2) defomierbar ist und eine ringfürmige Aussparung (37, 41) in dem Ende aufweist, welches gegen den Verschluß (24) anliegt, daßein O-Ring (40) aus einem elastomeren Material teilweise innerhalb der ringförmigen Aussparung (37, 41) angeordnet ist, und ,daß dieser,0-Rmg -einenQuerschnitthat, der größer als der der Aussparung (37, 41) ist.
2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die riugförmige Aussparung eine Ringnut (41) ist, deren Wandungen (42, 43) gegen das Kopfende -(11) und gegen das Gehäuse (16) drückhar -sind.