DE1953420U - Kugelgelenk. - Google Patents

Description

Die Neuerung bezieht sich auf ein Kugelgelenk oder ähnliches Gelenk, dessen innerer Gelenkkörper eine als ringförmige Rotationsfläche ausgebildete Lagerfläche aufweist, die in einem ihre Symmetrieachse enthaltenden Längsschnitt konvex gekrümmt ist und ihren größten Durchmesser in einer zwischen den Stirnseiten des Gelenkkörpers liegenden Ebene hat und dessen den Gelenkkörper umgebende ringförmige Gelenkschale mit ihrer ringförmigen Innenfläche an der Lagerfläche des Gelenkkörpers gleitend anliegt.

Bei den meisten bekannten Kugelgelenken d.ieser Bauart besitzt die Kugel einen Kugelzapfen oder ein Paar zueinander koaxialer, radial von der Kugel wegragender Kugelzapfen,

/ 2

oder sie weist "eine Bohrung auf, durch die sich ein. Zapfen mit enger Passung erstreckt. Bs sind Kugelgelenke der genannten Gattung bekannt, die in der Weise hergestellt sind, daß die Kugel ganz oder teilweise innerhalb eines rohrförmigen Eohlings angeordnet und der Hohling dann derart verformt wird, daß er sich unter im wesentlichen senkrecht zur Achse des Eohlings aufgebrachtem Brück in eine Gelenkschale umformt, wobei diese Achse durch den Erümmuiigsmittelpunkt der Kugel verläuft und beim Umformen mit d.er Längsachse des bzw. der Zapfen oder der Bohrung der Kugel zusammenfällt, so daß die Innenfläche des Rohlings eine teilkugelige Form annimmt, die der teilkugeligen Oberfläche der Kugel eng angepaßt ist. Ss ist offensichtlich, daß die Gestalt der Außenfläche des Eohlings bei d..essen Verformung in eine Kugelschale verändert wird, denn die Verformung des Werkstoffs ist in der Nähe der Enden des Hohlings am stärksten und wird mit abnehmendem Abstand von der Ebene, in der die Innenseite d-es Eohlings beim Beginn der Umformung der Oberfläche der Kugel am nächsten liegt, allmählich geringer.

Die Gelenkschale muß häufig in ein äußeres Gehäuse passen und. in ihm befestigt, werden; bei Verwendung bekannter Gelenice der eingangs beschriebenen Gattung muß in solchen

/ 3

Fällen das äußere Gehäuse bearbeitet werden, damit es der Form der Außenfläche der Gelenkschale entspricht. Das kann teure Bearbeitungsvorgänge erfordern.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gelenk der genannten Gattung zu schaffen, bei dem die beschriebenen Nachteile vermieden sind und das vergleichsweise einfach und billig ist, dabei aber im allgemeinen allen praktisch vorkommenden Erfordernissen gerecht wird. Diese Aufgabe ist neuerungsgemäß dadurch in der Weise gelöst, daß die ein- oder mehrteilige Gelenkschale außen zylindrisch ist und eine von der Ebene ihres größten Innendurchmessersaus nach ihren Stirnseiten hin allmählich zunehmende radiale Dicke aufweist. Die Gelenkschale ist gemäß einem weiteren Merkmal der Neuerung zweckmäßigerweise axial an den Gelenkkörper angestaucht.

Das neuerungsgemäße Gelenk wird vorzugsweise folgendermaßen hergestellt:

Die Gelenkkugel bzw. der von der Kugelform abweichende innere Gelenkkörper wird in einem zylindrischen 'Rohling angeordnet, dessen Innendurchmesser etwa dem größten Außendurchmesser des GeMkkörpers entspricht. Der zylindrische Rohling xiirfl. dann durch Aufbringen eines Druckes auf seine Stirnseiten in eine Gelenkschale umgeformt, wobei verhindert wird, daß

/ U.

_ ij. -

sich der Rohling radial ausdehnt, so daß die Innenfläche des Rohlings die gewünschte, der Form der Lagerfläche des Gelenkkörpers entsprechende Form annimmt, während die Außenfläche des Hohlings im wesentlichen zylindrisch bleibt.

In den meisten Fällen sind, die Lagerflächen des Gelenkkörpers und der Gelenkschale teilkugelig, so daß zwischen dem Gelenkkörper und der Gelenkschale eine gewisse universale Drehbewegung um den gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt möglich ist. Die Lagerflächen des Gelenkkörpers und der Gelenkschale können aber auch in einem die Achse der Gelenkschale enthaltenden Längsschnitt elliptisch oder auf andere Weise von der Kreisform abweichend gekrümmt sein, so daß nur eine Eelativdrehung des Gelenkkörpers gegenüber der Gelenkschale um die genannte Achse möglich ist, wobei eine Relativbewegung: parallel zu der genannten Achse ausgeschlossen ist und das Gelenk keine nennenswerte Fähigkeit zur Selbsteinstellung besitzt.

Bei dem beschriebenen Stauchvorgang fällt die Längsachse des Kugelzapfens bzw. der Kugelzapfen oder der zur Aufnahme eines solchen Zapfens dienenden Bohrung im Gelenkkörper normalerweise mit der Achse der Gelenkschale zusammen. Dies muß jedoch nicht so sein, wenn die Lagerfläche des Gelenkkörpers teilkugelig ist' und die Abmessungen dieser

- 5

Lagerfläche und des Rohlings d.erart gewählt sind, daß beim Stauchen die gesamte Innenfläche des Rohlings.mit der teilkugeligen Oberfläche des Gelenkkörpers in Berührung gebracht werden, kann, auch wenn sich die beiden genannten Achsen unter einem kleinen Winkel schneiden.

Bei der Herstellung eines neuerungsgemäßen Gelenks liegt der Betrag, um den die axiale Länge des zylindrischen Rohlings beim Verformen vermindert wird, gewöhnlich unter 50 ft, und zwar vorzugsweise zwischen 5 % und. 20 fo.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Neuerung ist die Gelenkschale zweckmäßigerweise in einen das Gelenkgehäuse bildenden koaxialen Ring mit zylindrischer Innenwand eingepreßt. Bei eier Herstellung eines Gelenks mit diesem Erfindungsmerkmal dient der den Rohling der G_elenkschale mit enger Passung umschließende koaxiale Ring als Gesenk, das beim Stauchen dafür sorgt, daß der Werkstoff des Rohlings in axialer Richtung sowie radial nach Innen, jedoch nicht nach außen fließt. Dadurch ist zugleich eine Überbeanspruchung des Werkstoffs des Rohlings vermieden, die auftreten könnte, wenn dieser Werkstoff beim Stauchen sowohl nach innen wie nach außen fließen würde. Der erwähnte, bei der Herstellung des Gelenks als Gesenk verwendete koaxiale Ring kann als Gehäuse des Gelenks mit in die Vorrichtung eingebaut werden, für die das Gelenk vorgesehen ist. Andererseits kann der

/ 6

Ring aber auoh vor der Montage des Gelenks entfernt werden, wenn das Gelenk in ein bereits vorhandenes Gehäuse eingebaut werden soll.

Es ist insbesondere dann vorteilhauft, den beschriebenen, bei der Herstellung als Gesenk dienenden Ring vorzusehen, wenn die Gelenkschale gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Heuerung eine Außenschicht aus duktilem Metall umfaßt, an der eine Innenschicht aus einem selbstschmierendem Werkstoff befestigt ist. Biese Innenschicht kann entweder ein se Tostschmierender Werkstoff, beispielsweise poröse, mit Polytetrafluorethylen behandelte Bronze oder ein Kunststoff mit oder-ohne anfängliche Schmierung sein. Der Höhling kann beispielsweise aus einem Werkstoff bestehen, wie er aus der britischen Patentschrift 657 080 der Anmelderin bekannt ist oder aus einem Werkstoff,, wie er in der britischen Patentanmeldung 17 889 aus dem Jahre 1962 der Anmelderin beschrieben ist.

Gemäß einer Heiterbildung der Neuerung; kann die Gelenkschale längs einer ihre Symmetrieachse enthaltenden Ebene in zwei Hälften geteilt sein. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Neuerung kann die Gelenkschale

/ 7

aber auch längs ihrer zur Symmetrieachse im rechten Winkel stehenden Mittelebene in zwei Hälften geteilt sein.

Die Neuerung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen die Längsachse enthaltenden Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines neuerungsgemäßen Gelenks;

Fig. 2 einen axialen Schnitt durch einen zylindrischen Rohling für die Herstellung der bei dem Gelenk gemäß Fig. 1 vorgesehenen Gelenkschale;

Fig. 3 und H- ein Gelenk, gemäß Fig. 1 in zwei-aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen;

Fig. 5 einen der log. 2 ähnlichen axialen Schnittdurch einen zylindrischen Rohling für die Herstellung der bei einer zweiten Ausführungsform der Neuerung vorgesehenen Gelenkschale;

Fig. 6 und 7 axiale Schnitte der zweiten Ausführungsform eines neuerungsgemäßen Gelenks in zwei aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen;

Fig. 8 einen axialen Schnitt durch, die Gelenkschale bei der zweiten Ausführungsform der Feuerung;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht des Rohlings für die Herstellung der. bei einer dritten Ausführungsform der Neuerung vorgesehenen Gelenkschale]

/O

8 -

Fig. 10 und 11 axiale Schnitte der dritten Ausführungsform eines neuerungsgemäßen Gelenks in zwei aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen Lind

Fig. 12 einen axialen Schnitt durch die Gelenkschale bei der dritten Ausfuhrungsform der Neuerung.

Bei der Ausführungsform der Neuerung gemäß Fig. 1 x^reist der Gelenkkörper 1 eine teilkugelige Außenfläche 2 und eine axiale Bohrung 3 auf, die dazu bestimmt ist, in bekannter Meise einen Kugelzapfen oder eine Stange aufzunehmen. Die Gelenkschale umfaßt eine Außenschicht bzw. einen Außenteil *!- mit zylindrischer Außenfläche 5₅ an dessen Innenseite ein Belag 6 aus Lagerwerkstoff mit teilkugeliger Innenfläche befestigt ist. Die Innenfläche steht in enger gleitender Berührung mit der kugeligen Fläche 2 des Gelenkkörpers 1. Die Gelenkschale ist eng umgeben von einem zylindrischen Hing 10, dessen Bohrung den gleichen Durchmesser hat, wie der Außenclurchmesser der äußeren zylindrischen Fläche der Gelenkschale.

Das Kugelgelenk gemäß Fig. 1 wird in der Weise hergestellt, daß die Kugel i gemäß Fig. 3 in einem zylindrischen Bohling 8, 9 angeordnet wird. Der zylindrische Rohling ist durch Rollen od. dgl. aus flachem Band hergestellt und umfaßt eine Außenschicht 8 aus verformbarem Metall. An der

Innenseite o.er Außenschicht 8 ist eine Schicht 9 selbstschmierendem Werkstoff "befestigt, beispielsweise aus poröser, mit Polytetrafluorethylen behandelter Bronze, beispielsweise gemäß der britischen Patentschrift 657 080 der Anmelderin, oder aus Kunststoff, beispielsweise gemäß der britischen Patentschrift 1 015 503 der Anmelderin.

Die Kugel 1 wird, gemäß Pig. 3 in der Mitte der Länge des zylindrischen Rohlings 8, 9 angeordnet, dann wird der Höhling in den als Gesenk dienenden Hing 10 eingefügt, der seinen umfang eng umschließt und verhindert, daß der Rohling sich beim nachfolgenden Stauchvorgang radial ausdehnt. Daraufhin wird wie durch die Pfeile "A in Fig. k> angedeutet, auf den zylindrischen Eohling 8, 9 durch auf seine Enden einwirkende Gesenke stirnseitiger Druck ausgeübt, so daß er in die in Fig. 1 gezeigte Gestalt umgeformt wird. Fig. k zeigt den Stauchvorgang kurz nach seinem Beginn. Dieser Vorgang wird im allgemeinen als "stirnseitiges Stauchen" bezeichnet,

Die Abmessungen des zylindrischen Rohlings 7 vor der Verformung sind so gewählt, daß das Volumen des Werkstoffs nach der Verformung durch das beim Stauchen stattfindende Fließen die Zxfischenräurae zwischen der Kugel und den

- 10 -

Stirnseiten des Rings 10 in der in Pig. I gezeigten Weise füllt, während es gleichzeitig die nötige axiale Länge für die fertige Kugelschale liefert.

Der Hing 10 kann nach der Verformung des Eohlings 8, 9 entweder in seiner Lage bleiben und ein das gesamte Kugelgelenk umschließendes Gehäuse bilden, oder er kann nach dem Stauchvorgang entfernt werden, damit das Kugelgelenk sich in ein Gehäuse einbauen läßt, das einen Teil der Vorrichtung bildet, für die das Kugelgelenk vorgesehen ist.

Die in Fig. 5 bis 8 gezeigte zweite Ausführungsform ähnelt der in Fig. 1 bis k gezeigten, abgesehen davon, daß der zylindrische Rohling gemäß Fig. 5 aus zwei zylindrischen Hälften 12 und 13 besteht. Fig. 6 und 7 entsprechen Figo 3 unä. h-, während Fig. 8 die fertige Ge lenk schale ohne Ring und Kugel zeigt. Kugelgelenke dieser Ausführungsform lassen sich je nach Bedarf zusammenbauen und leicht warten oder reparieren.

Bei der in Fig. 9 bis 12 gezeigten dritten Ausfahrungsform eines neuerungsgemäßen Kugelgelenks' ist der Rohling gemäß Fig. 9 aus zwei halbzylindrischen Teilen I^ und 15 gebildet. Fig. 10 und 11 ähneln wieder Fig. 3 und ^, während Fig. 12 die beiden halbzylindrischen Teile der Gelenkschale nach dem Stauchen wiedergibt, wobei Ring und Kugel nicht dargestellt sind.

/ 11

" ■ /hi

Bei einer nicht dargestellten weiteren Ausführungsform eier Neuerung sind die "beiden in Fig. k- bis 8 dargestellten Teile durch mehrere Zylinder ersetzt, die aneinandergefügt einen Rohling entsprechender Größe bilden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die in Pig. 9 "bis 12 gezeigten halbzylindrischen Teile durch mehrere teilzylindrische Elemente ersetzt, die aneinandergefügt einen zylindrischen Rohling entsprechender Größe bilden.

Der zylindrische Rohling kann auch aus einer Kombination von zylindrischen und teilzylindrischen Elementen gebildet sein.

Ss hat sich gezeigt, daß die Innenschicht des Werkstoffs, aus dem die Gelenkschale gebildet ist, keine durch den Stauchvorgang hervorgerufenen Bisse aufweist. Außerdem ist die Dicke der Innenschicht dieses Werkstoffs über seine gesamte Fläche verhältnismäßig gleichmäßig und ist bei entsprechend gewählter ursprünglicher Dicke geeignet, ihre Aufgabe über Seiträume zufriedenstellend zu erfüllen, die im allgemeinen der von Kugelgelenken der-in Frage stehenden Art verlangten Betriebsdauer entsprechen.

/ 12

-■ 12 - ■

In manchen Fällen, "beispielsweise itemi die Iimensehicht der Kugeischale aus einem Azetalmischpolymerisat besteht, xtfie es in eier Toritischen Patentschrift 912 121 beschrieben ist, kann es notwendig sein,: das zylindrische Teil vor dein Verformen zu erwärmen.

- Wie erwähnt, kann der zylindrische Hing 10 als Gehäuse dienen, das ein Teil der Vorrichtung bildet, in die das Kugelgelenk schließlich eingebaut "werden soll. Allerdings wird es in den meisten Fällen vorzuziehen sein, die G-elenkschale nach dem Stauchen vom Gesenk 10 zu trennen, damit die Gelenkschale und die Kugel in Fällen, in denen die Gelenkschale aus mehr als einem Teil besteht-, in ein Gehäuse eingesetzt werden können, welches ein Teil der Vorrichtung bildet, die das Kugelgelenk aufnehmen soll.

Schutzansprüche

Claims (1)

1. S c h u t ζ a η a p.r ü c h e

   1. Kugelgelenk oder ähnliches Gelenk, dessen innerer Gelenkkörper eine als ringförmige Rotationsfläche ausgebildete Lagerflache aufweist, die in einem ihre Symmetrieachse enthaltenden Längsschnitt konvex gekrümmt ist und ihren größten Durchmesser in einer zwischen den Stirnseiten des Gelenkkörpers liegenden Ebene hat und. dessen den Gelenkkörper umgebende ringförmige Gelenkschale mit ihrer ringförmigen Innenfläche an der Lagerfläche des Gelenkkörpers gleitend anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die ein- oder mehrteilige Gelenkschale {k, 6) außen zylindrisch ist und eine von der Ebene ihres größten Innendurchmessers aus nach ihren Stirnseiten hin allmählich zunehmende radiale Dicke aufweist.

   2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Gelenkschale {k, 6) axial an den Gelenkkörper (1) angestaucht ist.

   3- Gelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkschale (^i-, 6) in einen das G-elenkgehäuse bildenden koaxialen Ring (10) mit zylindrischer Innenwand eingepreßt ist.

   / 2

   - 2

   ^. . G-elenk -nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet , daß die Gelenkscliale (4, 6) eine Außenschicht (^) aus duktilem Metall umfaßt, an der eine Innen&ehicht (6) aus einem selbstschmierenden Werkstoff befestigt ist.

   5. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkschale (k, 6) längs einer ihre Symmetrieachse enthaltenden Ebene in zwei Hälften (12, 13) geteilt ist.

   6* Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkschale (k-, 6) längs ihrer zur Symmetrieachse im rechten Winkel stehenden Mittelebene in zwei Hälften (1^, 15) geteilt ist.