DE1425070A1

DE1425070A1 - Kugelgelenk

Info

Publication number: DE1425070A1
Application number: DE19631425070
Authority: DE
Inventors: Wilkinson Thomas Benton; Jackson James Howard; Melton James Otho
Original assignee: JACKSON JAMES HOWARD; OKLAHOMA CITY; WILKINSON THOMAS BENTON
Current assignee: JACKSON JAMES HOWARD; OKLAHOMA CITY; WILKINSON THOMAS BENTON
Priority date: 1963-01-21
Filing date: 1963-06-07
Publication date: 1968-12-19
Also published as: US3306640A

Description

Kugelgelenk Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk, bei dem wenigstens eine der aneinandergleitenden Flächen aus einem Kunstharz hoher Dichte hergestellt ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Lebensdauer solcher Kugelgelenke zu verbessern und den Reibungswiderstand im Gelenk zu verringern. Das Gelenk gemäß der Erfindung ist vornehmlich für die Vorderradaufhängung von Kraftfahrzeugen geeignet, bei der eine leichte Beweglichkeit, eine lange Lebensdauer, ein störungsfreier Betrieb ohne Schmierung des Gelenkes von großer Bedeutung ist.
Das Kugelgelenk gemäß der Erfindung besteht aus einem kugelförmigen Gehäuse, das .einer Seite eine Öffnung aufweist, durch die der Schaft des Kugelzapfens hindurchragt, dessen Kugelkopf in dem Gehäuse gelagert ist. Das metallische Gehäuse ist mit Kunstharz hoher Dichte ausgekleidet, und der Kugelkopf ist mit Kunstharz hoher Dichte umkleidet. Die Umkleidung des Kugelkopfes erstreckt sich auch ein Stück entlang dem Schaft des Zapfens.
Das Kunstharzmaterial, mit dem das metallische Gehäuse ausgekleidet ist, ist von anderer molekularer Struktur als das den Kugelkopf umkleidende Material. Dadurch wird der Re@bungs widerstand erheblich herabgesetzt.
Außerdem ist außerhalb des kugelförmigen Metallgehäuses eine abdichtende und am Umfang des Gehäuses gleitende, den kunststoffumkleideten Teil des Kugelzapfens eng; umfassende Dichtung vorgesehen, durch die das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit in das Gehäuse verhindert wird.
Wesentlich für die Erfindung ist die Herabsetzung der LaCerreibung und die lange Lebensdauer des Kugelgelenkes. Außerdem bedarf das Kugelgelenk keiner Schmierung trotz seiner hohen Lebensdauer. Die Teile des Kugelgelenkes sind leicht auswechselbar.
In der Zeichnung ist.der Gegenstand der Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht des Kugelgelenkes, Fig. 2 eine Darstellung der, Einzelteile des Kugelgelenkes, Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch das Kugelgelenk. Das Gehäuse 10 besteht aus einer oberen Lagerschale 12 und einer unteren Lagerschale 14, die beide aus einem hohlen, halbkugelförmigen Mittelteil 16 bzw. 18 und einem vom Rand des Mittelteils sich nach außen erstreckenden Flansch 20 bestehen. Der Ir:ittelteil 18 der unteren Lagerschale weist eine l@reisförmif,-;e Üffnung 22 auf.
Vom Flansch 20 der unteren Lagerschale 14 erstrecken sich zwei mit Gewinde versehene Bolzen <4 senkrecht nach oben, die durch Löcher 26 im Flansch 20 der oberen Lagerschale 12 hindurchragen. Die beiden halbkugelförmiCen Liittelteile 16 und 18 beider Lagerschalen bilden zusammengesetzt eine Hohlkugel. Durch auf die Bolzen 24 aufgeschraubte Muttern 28 werden die beiden Lagerschalen zusammengehalten (siehe Fig. 1 und 3).
Um die Befestigung der unteren Lagerschale 14 an einem von zwei durch das Kugelgelenk zu verbindenden Teilen zu erleichtern, erstreckt sich vom Flansch 20 der unteren Lagerschale 14 ein Flansch 30 senkrecht nach unten, der die Befestigung des Kugelgelenkes an dem oberen Steuerarm einer Vorderradaufhängung eines Kraftfahrzeuges ermöglicht. Der Flansch 30 ist mit Löchern 32 versehen, um ihn mit Schrauben befestigen zu können.
Innerhalb des metallischen Gehäuses 10 sind zwei Kunststoffauskleidungen 34 und 36 aus Material hoher Dichte vorgesehen, die in der Form den beiden Lagerschalen 12 und 14 entsprechen, die sie auskleiden. Jede Auskleidung 34 bzw. 36 besteht aus einem halbkugelförmigen Mittelteil 38 und einem Flanschteil 40, die am Mittelteil 16 bzw. 18 und am Flansch 20 bzw. 22 der Lagerschalen anliegen (siehe Fig. 3). Jeder Bolzen 24 weist am unteren Ende einen Bund 42 auf, dessen Dicke etwas geringer ist als die Gesamtdicke der Flanschteile 40 der beiden Auskleidungen 34 und 36. Der Durchmesser der Bunde 42 ist größer als der Durchmesser der Löcher 26 im Flansch 20 der oberen Lagerschale 12, so daß dieser Flansch beim Anziehen der Muttern 28 nicht näher an den Flansch 20 der unteren Lagerschale angepreßt werden kann als bis an die Schulter der Bunde 42. Demzufolge können die Kunststoffflanschteile 40 der Auskleidungen 34 und 36 zum Zwecke der Abdichtung-nicht stärker zusammengepreßt werden, als es .die Höhe der Bunde 42 zuläßt. Auf diese Weise .wird eine übermäßige Beanspruchung des. Kunststoffmaterials durch Anziehen der Muttern 28 verhindert. Vorzugsweise haben die Flansche 40 der Kunststoffauskleidungen 34 und 36 je eine Diche von etwa 0,'75 mm, während die Bunde 42 1 mm hoch sind. Die Flanschteile 40 können daher je um 0,25 mm zusammengepreßt werden. aine weitere Zusammenpressung wird dtrch die Bunde 42 verhindert.
Innerhalb des Gehäuses 10 ist der metallische Kugelkopf 50 des Kugelzapfens gelagert. Der Schaft 52 des Kugelzapfens erstreckt sich durch die-Öffnung 22 des Gehäuses 10 und ist mit dem zweiten Teil 54 der durch das Kugelgelenk zu verbindenden Teile an seinem unteren Ende 56 durch eine Mutter 58 verbunden.
Der Kugelkopf 50 weist eine Umkleidung 60 aus Kunstharz hoher Dichte auf. Die Umkleidung 60 ist über einen Teil der Länge des Schaftes 52 mit einem zohrförmigen Teil 62 erstreckt. Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, weist die Auskleidung 36 der unteren Lagerschale 14 einen Ansatzstutzen 64 auf, der in die Öffnung 22 der unteren Lagerschale 14 hineinragt und diese Öffnung auskleidet, Dadurch wird eine Berührung des rohrförmigen Teils 62 der Umkleidung 60 mit dem Metall des Gehäuses 10 verhindert. Die Öffnung 22 ist beträchtlich größer im Durchmesser als der Schaft 52 mit der rohrförmigen Umkleidung 62, so daß der Schaft 52 begrenzte seitliche Ausschläge machen kann.
Außen am Gehäuse 10 liegt eine den Schaft 52 umgebende teilkugelförmige Schale 70 an, die ebenso wie ein an diese anliegender Druckteller 74 aus Kunstharz besteht. Die Schale 70 weist eine Mittelöffnung 72 auf, die mit der Öffnung 22 in der unteren Lagerschale des Gehäuses fluchtet und den gleichen Durchmesser hat wie diese. Der Druqkteller 74 ist schwächer gewölbt als die Außenseite der Schale 70. Auf der Unterseite hat der Druckteller 74 eine Ringrille 76, die außen-durch einen Axialflansch 78 am Druckteller begrenzt ist. Eine Mittelöffnung 79 des Drucktellers 74 hat einen dem Außendurchmesser der Schaftumkleidung 62 entsprechenden Durchmesser, so daß zwischen dem Schaft 52 und dem Druckteller 74 eine gute Abdichtung gewährleistet ist. Eine Kegelfeder 80 ist zwischen dem Druckteller 74 und dem Teil 54 eingespannt. Die oberste größte Windung dieser Feder hat einen derartigen Durchmesser, daß sie etwas zusammengedrückt werden muß, um sie in die Ringrille 76 einsetzen zu können. Der Schaft 52 verjüngt sich nach dem unteren Gewindeende 56 zu und das Befestigungsloch 82 im Teil 54 ist entsprechend kegelig ausgebildet.
Bei den verschiedenen Bewegungen, die der Teil 54, an dem der Kugelzapfen befestigt ist, gegenüber dem Teil machen kann, an dem der Flansch 30 des Gehäuses 10 befestigt ist, findet an keiner Stelle Reibung von Metall auf Metall statt. Vielmehr gleitet die Kunststoffumkleidung 60 des Kugelkopfes 50 innerhalb der Kunststoffauskleidung 38 des Gehäuses.
Das Material der Umkleidung und der Auskleidung weist einen niedrigen Reibungskoeffizienten auf. Demzufolge braucht ein Schmiermittel nicht verwendet zu werden.
Die Kunststoffe, aus denen die aufeinander gleitenden Flächen hergestellt sind, haben vorzugsweise verschiedene Molekularstruktur. Dadurch wird vermieden, daß zwischen den gleitenden Flächen eine Verklebung durch Interpolymerisation stattfinden kann, wenn einmal hohe Temperaturen oder Drücke auftreten. Für diesen Zweck lassen sich vorteilhaft langkettige Polyamide hoher Dichte, Polyäthylen und Polyhalohydrokarbone,verwenden. Vorteilhaft wird@für die Umkleidung 60 des Kugelkopfes Polyamid und für die Auskleidungen 34 und 36 der Kugelschalen Polyäthylen verwendet.
Weitere aufeinander gleitende Flächen sind zwischen der teilkugelförmigen Schale 70 und dem Druckteller 74 vorhanden. Die Berührung zwischen diesen beiden Teilen ist verhältnismäßig gering, Weil der Krümmungsradius der Innenfläche des Drucktellers 74 kleiner ist als der der Außenfläche der Schale 70. Werden die durch das Kugelgelenk verbundenen Teile gegeneinander bewegt, so wird der Druckteller 74 durch den Kugelzapfen gegenüber der Schale 70 bewegt, die gegenüber den Gehäuse 10 unbeweglich bleibt. Schale 70 und Druckteller 74 sind aus Kunstharzen hoher Dichte und verschiedener Molekularstruktur, wie oben vorgeschlagen, hergestellt.
Das Eindringen von Schmutz od. dgl. in das Gehäuse wird durch den Druckteller 74 verhindert, da er den rohrförmigen Teil 62 der Umkleidung 60 des Kugelzapfens eng umschließt. Außerdem lassen die Flanschteile 40 der Auskleidungen 34 und 36 infolge ihrer Einspannung zwischen den Flanschen 20 der Lagerechalen 12 und 14 keinen Schmutz eindringen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Kugelgelenk, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) ein metallisches, hohles und kugelförmiges Gehäuse, das an einem von zwei gegeneinander beweglichen und durch das Kugelgelenk verbundenen Teile befestigt ist, b) eine Auskleidung des Gehäuses, das aus Kunstharz hoher Dichte besteht, c) einen Kugelkopf, der innerhalb des Gehäuses gelagert ist, d) einen Zapfen am Kugelkopf, der durch eine Öffnung des Geh:@uses Herausragt und außerhalb des Gehäuses an dem anderen Teil der durch das Kugelgelenk zu verbindenden Teile befestigt ist, e) eine Umkleidung des Kugelkopfes aus Kunstharz hoher Dichte.
2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus einer oberen Lagerschale mit halbkugelförmigen Mittelteil und mit einem Randflansch, aus einer unteren Lagerschale, bestehend aus einem halbkugelförmigen mit einer Mittelöffnung versehenen Mittelteil und einem Randflansch, und aus Befestigungsmitteln zur Verbindung der Randflansche besteht.
3. Kugelgelenk-nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lagerschale mit einer Auskleidung versehen ist, die sich auch über den Randflansch der Lagerschale erstreckt.
4. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung im Metallgehäuse einen wesentlich größeren Durchmesser hat als der Schaft des Kugelzapfens, dessen . an den Kugelkopf anschließender Teil ebenfalls mit einer Kunststoffumkleidung versehen ist, daß um die Öffnung in der unteren Lagerschale herum eine teilkugelförmige Schale angeordnet ist, die gegen den Umfang der unteren Zagerschale anliegt, daß außen gegen die Schale ein: Drucktelle3 unter Federdruck anliegt-, der den umkleideten Zapfen eng umschließt.
5. Kugelgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel zur Verspannung der-Randflansche der Lagerschalen gegeneinander aus-an einem Randflansch befestigten Gewindebolzen bestehen, die durch den Randflansch der anderen Lagerschale hindurchragen und je einer Bund aufweisen, der als Anschlag für den Randflansch der anderen Lagerschale dient. 6.-Kugelgelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die teilkugelförmige Schale und der Druckteller aus Kunstharz hoher Dichte besteht. 7. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz, aus dem die Auskleidung besteht,-eine andere molekulare Struktur aufweist als das Kunstharz, aus dem die Umkleidung des Kugelkopfes besteht. B. Kugelgelenk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkleidung des Kugelkopfes aus einem langkettigen Polyamid und die Auskleidung des Gehäuses aus einem Polyäthylen hoher Dichte besteht. 9. Kugelgelenk.nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die teilkugelförmige Schale aus einem Kunstharz hoher Dichte besteht, das eine andere molekulare Struktur aufweist als .das Kunstharz hoher Dichte, aus dem der Druckteller gefertigt ist. . 10. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Öffnung der einen Lagerschale durch einen Ansatzstutzen an seiner Auskleidung ausgekleidet ist.