DE19647022A1

DE19647022A1 - Kugelgelenk zur Verbindung einer Gelenkstange mit einem Gelenkglied

Info

Publication number: DE19647022A1
Application number: DE19647022A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Edele
Original assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Alfred Teves GmbH
Current assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Continental Teves AG and Co oHG
Priority date: 1996-11-14
Filing date: 1996-11-14
Publication date: 1998-05-20

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kugelgelenk zur Verbin dung einer Gelenkstange mit einem Gelenkglied für in Fahr zeugen verwendete Antriebe, insbesondere Scheibenwischervor richtungen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Kugelgelenke dieser Art werden zumeist in wechselnden Rich tungen stark belastet und haben, insbesondere bei Scheiben wischervorrichtungen, einen großen Einfluß auf die Qualität und deren Funktion. Bei nicht sachgerechter Auslegung des Kugelgelenkes kann es zu unzulässig hohem Verschleiß bzw. unzulässigem Spiel zwischen der Gelenkkugel und der Kugel schale mit entsprechenden Funktionsungenauigkeiten und einer unerwünscht starken Geräuschentwicklung kommen. Es wurden schon viele Versuche unternommen, diesen Nachteilen entge genzuwirken, jedoch scheint bisher keine vollkommen zufrie denstellende Lösung gefunden worden zu sein.

In der DE 39 20 243 A1 wurde beispielsweise vorgeschlagen, das Spiel durch eine bewußt herbeigeführte Exzentrizität zwischen der Gelenkkugel und der Kugelschale andauernd zu beseitigen. Jedoch hat sich gezeigt, daß die Herstellung einer geeigneten Exzentrizität fertigungstechnisch schwer zu bewältigen ist, da diese Exzentrizität auch nicht zu groß ausfallen darf. Im letzteren Fall würde in bestimmten Berei chen zwischen den Gelenkpartnern eine zu große Vorspannung bzw. Flächenpressung auftreten, mit der Folge frühzeitiger Materialermüdung oder erhöhten Verschleißes.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kugelgelenk der eingangs beschriebenen Art zu verbessern, insbesondere über eine längere Betriebs zeit als bei bekannten Kugelgelenken einen spielfreien, verschleißarmen und runden Lauf des Kugelgelen kes zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Kugelgelenk mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung nutzt dabei die Erkenntnis, daß bei derartigen Kugelgelenken die Ausgestaltung der Verbindung zwischen der Gelenkstange und der in einen Durchbruch der Gelenkstange eingespritzten Kugelschale aus Kunststoffmaterial eine grö ßere Rolle spielt als bisher angenommen. Beispielsweise kön nen bisher bekannte Ausführungen der Durchbrüche in den Ge lenkstangen mit einer 6- bzw. mehrkantigen Vorlochung oder mit verschiedenartigen Durchzügen oder unterschiedliche Wan dungen der Kugelschale zu einer Unform der Gleitfläche der Kugelschale führen, wodurch der Rundlauf des Kugelgelenkes beeinträchtigt wird oder uneinheitliche Abzugskräfte der Kugelschale von der Gelenkkugel entstehen.

Die Erfindung geht daher von einer Gelenkstange mit einem flachen, ebenen Abschnitt aus, welcher eine kreisrunde Durchgangsöffnung aufweist, in die eine Kugelschale aus Kunststoffmaterial eingespritzt ist. Nunmehr ist vorgesehen, daß die Gelenkstange in dem bewußten Abschnitt ein in bezug auf die Mittelachse der Durchgangsöffnung symmetrisches, in radialer Richtung wirkendes Rückhaltesystem für die einge spritzte Kugelschale aufweist, an welchem die Kugelschale verankert ist. Durch dieses symmetrische Rückhaltesystem in Kombination mit der kreisrunden Durchgangsöffnung in der Gelenkstange ist unter allen Betriebsbedingungen eine besse re Abstützung der Kugelschale gegenüber der Gelenkstange gewährleistet, so daß die schädlichen Unformen der Gleit fläche der Kugelschale nicht entstehen können und über lange Zeit ein spielfreier und verschleißarmer Rundlauf des Kugel gelenkes gewährleistet ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung gemäß Anspruch 2 sieht vor, daß das Rückhaltesystem von axialen Vertiefungen gebildet ist, die in einem Abstand von der Durchgangsöffnung in die gegenüberliegenden flachen Seiten des die Durchgangsöffnung aufweisenden Abschnittes der Gelenkstange eingebracht sind. Dabei sind diese Vertiefungen nicht nur in bezug auf die Mittelachse der Durchgangsöffnung, sondern auch in bezug auf eine senkrecht zu dieser Mittelachse verlaufenden Mittel ebene des Abschnitts der Gelenkstange symmetrisch. Diese spezielle Ausbildung des Rückhaltesystems verspricht eine noch weiter verbesserte Abstützung der Kugelschale bei allen Betriebsbedingungen. Außerdem ist eine Gelenkstange mit ei nem derartigen Rückhaltesystem für die Kugelschale in einer Stanz- und Prägepresse einfach herstellbar.

Gelenkstangen werden in Antrieben hauptsächlich in ihrer Längsrichtung auf Zug oder Druck beansprucht. Deshalb werden bei einem Kugelgelenk gemäß einer Weiterbildung nach An spruch 3, wonach das Rückhaltesystem von kreisbogenförmig um die Durchgangsöffnung umlaufenden Nuten gebildet ist, in den kraftneutralen Bereichen der Gelenkstange unterbrochen, um einen Verdrehschutz der Kugelschale gegenüber der Gelenk stange zu bilden. Die kraftneutralen Bereiche des Kugelge lenkes befinden sich dabei an den hinsichtlich der Mittel achse der Durchgangsöffnung gegenüberliegenden Längsseiten der Gelenkstange.

Bevorzugt wird eine Weiterbildung der Erfindung nach An spruch 4, weil dieses Rückhaltesystem einfach herstellbar ist und andererseits optimal an die Geometrie des Kugelge lenkes, d. h. der Gelenkkugel und der Kugelschale, angepaßt ist.

Für den Fall, daß eine besonders stabile Verankerung der Kugelschale an dem Abschnitt der Gelenkstange erforderlich ist, d. h. das Rückhaltesystem besonders starke Kräfte ab fangen muß, wird eine Weiterbildung gemäß Anspruch 5 empfoh len. Der wesentliche Vorteil besteht darin, daß das Material der Kugelschale beim Einspritzen die das Rückhaltesystem bildenden Löcher durchdringen kann. Somit sind die auf den gegenüberliegenden flachen Seiten des Abschnittes der Ge lenkstange befindlichen Teile der Kugelschale durch die Lö cher hindurch stoffschlüssig miteinander verbunden.

Um eine noch bessere Abstützung der Kugelschale auf der Ge lenkkugel des Kugelzapfens zu erreichen und außerdem ein ungewolltes Abspringen der Kugelschale von dem Kugelzapfen zu verhindern, ist eine Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 6 vorgesehen.

Eine Weiterbildung gemäß Anspruch 7, welche vorsieht, daß der Kugelzapfen zumindest im Bereich seiner Gleitfläche eine nitrogascarburierte Oberfläche besitzt, ist darauf gerich tet, die Abriebfestigkeit des Kugelzapfens zu erhöhen und damit den Verschleiß zu verringern.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zei gen:

Fig. 1 in teilweise geschnittener Darstellung ein Kugelge lenk,

Fig. 2 in gegenüber Fig. 1 verkleinerter Darstellung die Draufsicht eines Endes einer Gelenkstange ohne Ku gelschale,

Fig. 3 in Schnittdarstellung und vergrößerter Seitenansicht einen Ausschnitt III von Fig. 2 und

Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel analog Fig. 2.

In Fig. 1 ist ein Kugelzapfen 1 zu erkennen, der einen als Gelenkkugel 2 bezeichneten Abschnitt und einen Sockel 3 so wie auf der gegenüberliegenden Seite einen zylindrischen Anschlag 4 aufweist. Dieser Kugelzapfen 1 ist mit einer Kur bel 5 einer Scheibenwischervorrichtung vernietet. Der Aufbau ist an sich bekannt, so daß sich weitere Erläuterungen hier zu erübrigen.

Zu dem Kugelgelenk gehört außerdem eine Kugelschale 6 aus Kunststoffmaterial, die in eine kreisrunde Durchgangsöffnung 7 einer Gelenkstange 8 eingespritzt ist. Die Durchgangsöff nung 7 befindet sich dabei in einem flachen, ebenen Ab schnitt 9, der sich an einem Ende der Gelenkstange 8 befin det. Die Kugelschale 6 ist hutartig ausgebildet, wobei durch den kappenartigen Abschnitt 10 das Kugelgelenk zur einen Seite hin dicht abgedeckt ist. Mit ihrer offenen Seite ist die Kugelschale 6 in Richtung des Pfeiles R, welcher auch als Aufknöpfrichtung bezeichnet wird, auf die Gelenkkugel 2 des Kugelzapfens 1 aufgeknöpft. Außerdem ist ein Dichtele ment 11 zu erkennen, welches das Kugelgelenk an der offenen Seite der Kugelschale 6 abdichtet. Auch dieser Aufbau ist prinzipiell bekannt, so daß sich weitere Ausführungen hierzu erübrigen.

Für die vorliegende Erfindung wesentlich ist nun die in be zug auf die Mittelachse 12 der Durchgangsöffnung 7 symme trische Ausbildung des Rückhaltesystems für die in die Durchgangsöffnung 7 eingespritzte Kugelschale 6. In Fig. 1 sind die Vertiefungen 13 zu erkennen, die in der Nähe des Randes der Durchgangsöffnung 7 in die beiden gegenüberlie genden flachen Seiten des Abschnittes 7 der Gelenkstange 8 eingebracht sind. Diese Vertiefungen 13 sind symmetrisch in bezug auf die Mittelachse 12 ausgebildet und sind dabei außerdem symmetrisch in bezug auf die Mittelebene 14 des flachen Abschnittes 7, welche rechtwinklig zur Mittelachse 12 verläuft. Kunststoffmaterial der Kugelschale 6 ist in die Vertiefungen 13 eingedrungen, so daß dadurch die Kugelschale 6 zusätzlich verankert ist. Insgesamt ist damit ein Kugelge lenk mit einem symmetrischen Rückhaltesystem der Kugelschale 6 an der Gelenkstange 8 geschaffen, welches für eine wesent liche Verbesserung des Kugelgelenkes sorgt.

In Fig. 1 sind an der offenen Seite der Kugelschale 6 noch im wesentlichen axial verlaufende Verlängerungen zu erken nen, welche zusätzliche Stützsegmente 15 schaffen, die sich mit Vorspannung auf der Gleitfläche des Kugelzapfens 1 ab stützen. Die Stützsegmente 15 sind durch axial verlaufende Schlitze, die in Fig. 1 nicht zu erkennen sind, voneinander getrennt. Außerdem sorgt eine stirnseitige Nut 16 in Verbin dung mit den erwähnten Trennschlitzen dafür, daß die Stütz segmente 15 beim Auf- oder Abknöpfen der Kugelschale 6 auf den bzw. von dem Kugelzapfen 1 vorübergehend radial auswei chen kann. Das dargestellte Kräfteparallelogramm 17 deutet an, daß die entgegen der Aufknöpfrichtung R wirkende Kraft komponente der Stützkraft um einen Anteil entsprechend der Höhe H der Segmente 15 vergrößert worden ist. Diese zusätz liche Kraftkomponente verringert also die Gefahr des unge wollten Abspringens der Kugelschale 6 von dem Kugelzapfen 1.

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Rückhaltesystems für die Kugelschale 6 sind in den Fig. 2 bis 4 dargestellt.

Die in Fig. 2 gezeigte Gelenkstange 8 ist aus Blech herge stellt und weist aus Stabilitätsgründen über den größten Teil ihrer Länge einen U-artigen Querschnitt auf. An den gegenüberliegenden Enden der Gelenkstange 8 sind jeweils flache ebene Abschnitte 9 vorgesehen, von denen in Fig. 2 einer dargestellt ist. In diesen Abschnitt 9 ist die kreis runde Durchgangsöffnung 7 mit der Mittelachse 12 einge bracht, um eine Kugelschale 6 in diese Durchgangsöffnung 7 einspritzen zu können. Als Vertiefungen 13 sind hier die beiden Teilabschnitte der koaxial um die Durchgangsöffnung 7 umlaufenden Nut 18 zu erkennen, die in den gegenüberliegen den kraftneutralen Bereichen 19 unterbrochen ist, um somit einen Verdrehschutz der Kugelschale 6 gegenüber der Gelenk stange 8 zu erreichen. Die Nut 18 verläuft dabei auf einem zu der Mittelachse 12 koaxialen Mittelkreis 20. Das in den Fig. 2 und 4 erkennbare Fangloch 24 dient in bekannter Weise der genauen Positionierung der Gelenkstange 8 im Spritzgießwerkzeug, um ein zentrische Einspritzung der Ku gelschale 6 zu erreichen.

Aus Fig. 3 sind weitere geometrische Einzelheiten der die Vertiefungen 13 bildenden Nuten 18 ersichtlich. Es ist zu erkennen, daß diese Nuten 18 in einem Abstand A von der Durchgangsöffnung 7 angeordnet sind, der etwa der halben Dicke D des Abschnittes 9 der Gelenkstange 8 entspricht. Weiterhin ist zu sehen, daß die Nuten 18 die Querschnitts form eines ungleichwinkligen Trapezes aufweisen, wobei die der Durchgangsöffnung 7 naheliegende Flanke 21 in einem spitzen Winkel α zur Mittelachse 12 hin geneigt ist. Dem gegenüber ist die weiter von der Durchgangsöffnung 7 ent fernte Flanke 22 um einen größeren spitzen Winkel β von der Mittelachse 12 hinweg geneigt angeordnet. Die Tiefe T jeder der Nuten 18 beträgt dabei etwa 1/6 der Dicke D des Ab schnittes 9.

Bei Antrieben für Scheibenwischervorrichtungen ist ein Durchmesser von 16 mm für die Gelenkkugel 2 des Kugelzapfens 1 ein gebräuchliches Maß, wobei ein derartiger Kugelzapfen 1 an einer Gelenkstange 8 befestigt ist, die eine Materialdicke und damit eine Dicke D des Abschnittes 9 von 2 mm auf weist. Die Kugelschale 6 muß also mit einer Gelenkkugel 2 von 16 mm Durchmesser zusammenwirken. Dementsprechend wird für die Durchgangsöffnung 7 in dem Abschnitt 9 ein Durch messer von 20 mm empfohlen. Ein aus derzeitiger Sicht opti males Rückhaltesystem für die in die Durchgangsöffnung 7 eingespritzte Kugelschale 6 ist dann gegeben, wenn der Win kel α ca. 15 Grad und der Winkel β ca. 30 Grad beträgt.

Ein anderes Ausführungsbeispiel für ein Rückhaltesystem ist in Fig. 4 dargestellt. Der wesentliche Unterschied dieses Ausführungsbeispieles gegenüber dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 besteht darin, daß die Vertiefungen 13 nunmehr die Form von durchgehenden Löchern 23 besitzen, die gleichmäßig verteilt auf dem Mittelkreis 20 angeordnet sind. Diese Lö cher 23 erlauben eine zusätzliche materialschlüssige Verbin dung zwischen den auf den gegenüberliegenden flachen Seiten des Abschnittes 9 der Gelenkstange 8 vorgesehenen Bereichen der in die Durchgangsöffnung 7 eingespritzten Kugelschale 6. Da es sich außerdem um eine Vielzahl solcher Löcher 23 han delt, ist auch eine gleichmäßige Kräfteverteilung über den Umfang der Kugelschale 6 gewährleistet. Ein solches Ausfüh rungsbeispiel ist speziell für besonders hohe kräftemäßige Beanspruchungen des Kugelgelenkes bestimmt.

Bezugszeichenliste

1

Kugelzapfen

2

Gelenkkugel

3

Sockel

4

Anschlag

5

Kurbel

6

Kugelschale

7

Durchgangsöffnung

8

Gelenkstange

9

Abschnitt

10

Abschnitt

11

Dichtelement

12

Mittelachse

13

Vertiefung

14

Mittelebene

15

Stützsegment

16

Nut

17

Kräfteparallelogramm

18

Nut

19

Kraftneutraler Bereich

20

Mittelkreis

21

Flanke

22

Flanke

23

Loch

24

Fangloch
A Abstand
D Dicke
H Höhe
R Pfeil/Aufknöpfrichtung
T Tiefe
α Winkel
β Winkel

Claims

1. Kugelgelenk zur Verbindung einer Gelenkstange mit einem Gelenkglied für in Fahrzeugen verwendete Antriebe, ins besondere Scheibenwischervorrichtungen, wobei die Ge lenkstange (8) zumindest einen flachen, ebenen Abschnitt (9) mit einer kreisrunden Durchgangsöffnung (7) auf weist, in die eine Kugelschale (6) aus Kunststoffmateri al eingespritzt ist, welche auf einen an dem Gelenkglied befestigten Kugelzapfen (1) aufgeknöpft ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkstange (8) ein in bezug auf die Mittelachse (12) der Durchgangsöffnung (7) sym metrisches Rückhaltesystem aufweist, an welchem die Ku gelschale (6) verankert ist.

2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückhaltesystem von axialen und dabei in bezug auf die rechtwinklig zur Mittelachse (12) verlaufende Mit telebene (14) des Abschnittes (9) symmetrischen Vertie fungen (13) in dem Abschnitt (9) der Gelenkstange (8) gebildet ist, in die Material der Kugelschale (6) ein gedrungen ist, wobei die Vertiefungen (13) in einem Ab stand (A) von der Durchgangsöffnung (7) auf einem ge meinsamen, koaxial zu der Mittelachse (12) verlaufenden Mittelkreis (20) angeordnet sind.

3. Kugelgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (13) kreisbogenförmig verlaufende Nuten (18) sind, vorzugsweise um die Durchgangsöffnung (7) um laufende Nuten (18), welche jeweils an den in bezug auf die Mittelachse (12) gegenüberliegenden kraftneutralen Bereichen (19) der Gelenkstange (8) bzw. des Kugelgelen kes zur Bildung eines Verdrehschutzes unterbrochen sind.

4. Kugelgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (18) im Querschnitt die Form eines ungleich winkligen Trapezes aufweisen, wobei die der Durchgangs öffnung (7) nähere Flanke (21) der Nut (18) in einem spitzen Winkel (α) von vorzugsweise 8 bis 20 Grad zur Mittelachse (12) hin und die von der Durchgangsöffnung (7) weiter entfernte Flanke (22) in einem größeren spit zen Winkel (β) von vorzugsweise 20 bis 40 Grad von der Mittelachse (12) hinweg geneigt sind.

5. Kugelgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (13) eine Vielzahl parallel zur Mittel achse (12) verlaufende Löcher (23) sind, die auf dem Mittelkreis (20) angeordnet sind.

6. Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelschale (6) an ihrer in die Aufknöpfrichtung (R) weisenden Seite zusätzliche Stützsegmente (15) in Form von im wesentlichen axial verlaufenden Verlängerungen der Kugelschale (6) auf weist, welche sich mit Vorspannung auf der Gleitfläche der Gelenkkugel (2) abstützen.

7. Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelzapfen (1) zumin dest im Bereich seiner Gleitfläche eine nitrogascarbu rierte Oberfläche besitzt.