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Die
Erfindung betrifft ein Kugelgelenk zum Einbau in eine Antriebsvorrichtung
für Scheibenwischeranlagen,
die einen Motor und ein Gestänge
aufweist, die durch das Kugelgelenk miteinander verbunden sind,
wobei das Kugelgelenk eine Kugelschale aufweist, welche die Kugel
in in die Kugelschale eingesetztem Zustand teilweise umschließt.
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Scheibenwischeranlagen
finden insbesondere bei Kraftfahrzeugen Anwendung. Es kann sich hierbei
um Einarm- oder Mehrarmwischeranlagen handeln. Man unterscheidet
bei Mehrarmwischeranlagen sogenannte Gleichlauf- und Gegenlaufanlagen.
Bei Mehrarmwischeranlagen sind die einzelnen Wischer üblicherweise über ein
Gestänge
miteinander verbunden. Das Gestänge
ist an einen Elektromotor angebunden, der die Wischeranlage betreibt. Der
Elektromotor wird über
das Bordnetz des Kraftfahrzeugs mit Energie versorgt.
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In
dem Gestänge
sind Gelenkhebel vorgesehen, die die Rotationsbewegung des Elektromotors in
eine Pendelbewegung der Wischer umsetzt. Hierzu ist zwischen Motor
und Gestänge
ein Kugelgelenk angeordnet. Das Kugelgelenk weist eine Kugelschale
oder -pfanne auf, in der die Kugel angeordnet ist. Hierbei umschließt die Kugelschale
die Kugel teilweise. Die Umschließung erfolgt gleichmäßig im Bereich der
Mittellinie der Kugel. Der die Kugel umschließende Teil der Kugelschale
weist ein rotationssymmetrisches Profil auf.
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Derartige
Kugelgelenke sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. So
zeigt die
DE 2 322 253
A1 eine Gelenkkupplung für Gestänge, insbesondere für Scheibenwischergestänge von
Kraftfahrzeugen, die aus einem kugelförmigem Zapfen mit einer abgeschrägten Sitzfläche besteht.
Für die
Aufnahme des kugelförmigen
Zapfens ist ein kapselförmig
ausgebildetes Gehäuse
vorgesehen. Das Gehäuse
ist zumindest an dessen Rand an einer Öffnung aus elastisch verformbarem
Werkstoff hergestellt, um den in einer Öffnung eines Schwinghebels eingesetzten
kugelförmigen
Zapfen zu halten.
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Beim
Auftreten größerer Kräfte ist
es notwendig, den die Kugel umschließenden Teil der Kugelschale
zu vergrößern. Eine
solche Maßnahme wurde
bereits im Aufsatz „SEALED-FORD-LIFE BALL JOINTS”, in: Automobile
Engineer, Januar 1964, Seiten 14 bis 17 beschrieben. Diese Konstruktionsweise
beinhaltet einerseits den Nachteil, daß die Vergrößerung des Lagers – also des
die Kugel umschließenden
Teils der Lagerschale – auch
eine Vergrößerung der
Relativgeschwindigkeit zwischen Kugel und Pfanne mit sich bringt.
Zwar ist durch die Vergrößerung der
Fläche
dann eine geringere Flächenpressung
hervorgerufen, wodurch größere Kräfte übertragbar
sind, jedoch wird dieser Effekt durch die erhöhte Relativgeschwindigkeit
zwischen Kugelschale und Kugel teilweise wieder vernichtet. Andererseits
werden bei den bekannten Kugellagern die Kugeln in die Kugelschale
eingeklipst – eingeknöpft –. Dieses
Einklipsen ist aufgrund der Elastizität des die Kugel umschließenden Teils
der Schale auf der Seite, von der aus die Kugel eingeführt wird,
ermöglicht. Wird
nun der die Kugel umschließende
Teil der Kugelschale vergrößert, so
reduziert sich der zum Einklipsen der Kugel notwendige Durchmesser
in der Kugelschale. Aufgrund der begrenzten Elastizität des Materials
der Kugelschale ist ein Einklipsen der Kugel in die Kugelschale
ab einer bestimmten Größe nicht
mehr möglich,
wodurch entweder die Montage des Kugelgelenks nicht mehr möglich ist
oder mit einem montierbaren Kugelgelenk nur begrenzte Kräfte übertragbar
sind.
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Hier
will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, ein Kugelgelenk zum Einbau in eine Antriebsvorrichtung
für Scheibenwischeranlagen
zu schaffen, bei der bei gleichem benötigten Bauraum und Montagekräften größere Kraftübertragungen
durch das Kugelgelenk ermöglicht
sind. Gemäß der Erfindung
wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß die
Umschließung
der Kugel durch die Kugelschale in Richtung der durch das Gelenk
zu übertragenden
Kraft des Kugelgelenks größer ist
als in Nicht-Kraftrichtung.
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Mit
der Erfindung ist ein Kugelgelenk zum Einbau in eine Antriebsvorrichtung
für Scheibenwischeranlage
geschaffen, das bei gleichen Bauräumen und Montagekräften eine
größere Kraftübertragung
erlaubt. Darüber
hinaus ist die Möglichkeit
geschaffen, weiterhin die Kugel in die Kugelschale bei der Montage
einzuklipsen.
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Das
Einklipsen ist dabei dadurch ermöglicht, daß die Umschließung der
Kugel durch die Kugelschale nur in Kraftrichtung vergrößert ist.
Dagegen ist in Nicht-Kraftrichtung die Umschließung sogar geringer als bei
Kugellagern mit einem rotationssymmetrischen Profil der Kugelschale.
Zum Einklipsen oder Einknöpfen
wird die Kugelschale gelängt.
Die Längung
erfolgt in Kraftrichtung, wodurch der die Kugel am weitesten umschließende Teil
der Kugelschale auseinandergezogen wird, wogegen der kleinste die Kugel
umschließende
Bereich der Kugelschale sich etwas in Richtung des Mittelpunkts
der Kugelschale zusammenzieht. Da in diesem Bereich aber die Umschließung gering
ist, führt
dies zu keiner Beeinträchtigung
des Einklips-Vorgangs. Vielmehr ist durch die Längung im die Kugel am meisten
umschließenden Bereich
wieder die Möglichkeit
geschaffen, die Kugel in die Kugelschale einzuklipsen.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist die Kugelschale aus Kunststoff hergestellt.
Dies beinhaltet den Vorteil, daß die
Kugelschale preiswert hergestellt werden kann.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung besteht die Kugelschale aus Polyamid
mit Glasfasern und Graphit. Hierdurch ist eine stabile und somit
allen Anforderungen an das Kugelgelenk entsprechenden Kugelschale
bereitgestellt.
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Vorteilhaft
besteht die Kugel aus Metall. Dies beinhaltet einerseits den Vorteil,
daß die
Kugel dadurch sehr stabil ist. Andererseits kann im Zusammenspiel
mit der Ausgestaltung der Kugelschale, insbesondere für den Fall,
daß diese
aus Kunststoff ist, ein geringer Reibwert zwischen Kugelschale und
Kugel erzielt werden, wodurch die Verluste und damit der Energieverbrauch
der Scheibenwischeranlage verringert ist.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend
im einzelnen beschrieben. Es zeigen:
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1:
eine perspektivische schematische Darstellung eines Kugelgelenks
ohne Kugel mit eingezeichneter Kraftrichtung;
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2:
einen Schnitt durch das in 1 dargestellte
Kugelgelenk entlang der Kraftrichtung mit Kugel und
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3:
einen Schnitt durch das in 1 dargestellte
Kugelgelenk im rechten Winkel zur Kraftrichtung.
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Das
als Ausführungsbeispiel
gewählte
Kugelgelenk weist ein Gehäuse 1 auf,
das im wesentlichen ringförmig
ausgebildet ist. An dem Gehäuse 1 sind
vier Befestigungsmöglichkeiten 2, 3 vorgesehen.
Mit Hilfe der Befestigungsmöglichkeiten 2 und 3 findet
die Anbindung des Kugelgelenks an das Fahrzeug statt. Die Befestigungsmöglichkeiten 2 sind
dabei in Nicht-Kraftrichtung am Gehäuse 1 angeordnet; sie
sind jeweils im rechten Winkel zur Kraftrichtung angeordnet. Die
Befestigungsmöglichkeiten 3 sind
im Gegensatz dazu in Kraftrichtung vorgesehen. Folglich stehen die
Befestigungsmöglichkeiten 2 und 3 abwechselnd
jeweils im Winkel von 90° zueinander.
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Auf
der Innenseite des ringförmigen
Gehäuses 1 ist
eine Kugelschale 4 ausgebildet. In die Kugelschale ist
eine Kugel 5 eingesetzt (2 und 3).
Die Kugel 5 ist von der Kugelschale 4 teilweise
umschlossen. Die Kugelschale 4 bildet die Tragfläche innerhalb
des Kugelgelenks. Sie ist kraftoptimiert ausgebildet und weist in
Kraftrichtung eine größere Fläche auf
als in Nicht-Kraftrichtung.
Dadurch bedingt ist die Umschließung der Kugel 5 durch
die Kugelschale 4 in Richtung der durch das Gelenk zu übertragenden
Kraft größer als
in Nicht-Kraftrichtung, wie den 2 und 3 zu
entnehmen ist.
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Durch
die Vergrößerung der
die Kugel umschließenden
Fläche
in Kraftrichtung ist eine geringere Flächenpressung zwischen Kugel 5 und
Kugelschale 4 hervorgerufen, wodurch größere Kräfte übertragbar sind. Zur Übertragung
größtmöglicher Kräfte sollte
die Tragfläche
in Kraftrichtung so groß wie
möglich
sein.
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In
den 2 und 3 ist jeweils strichpunktiert
die Tragfläche
eines Kugelgelenks zum Einbau in eine Antriebsvorrichtung für Scheibenwischer nach
dem Stand der Technik dargestellt. Deutlich ist zu erkennen, daß sowohl
in Kraftrichtung als auch in Nicht-Kraftrichtung die Tragfläche und
damit die Umschließung
der Kugel gleich groß ist,
wodurch ein rotationssymmetrisches Profil hervorgerufen ist. Den 2 und 3 kann
weiterhin entnommen werden, daß in
Kraftrichtung die Umschließung
der Kugel 5 durch die Kugelschale 4 deutlich größer als
beim Stand der Technik ist. Demgegenüber ist die Umschließung der
Kugel 5 durch die Kugelschale 4 in Nicht-Kraftrichtung
sogar kleiner im Vergleich zum Stand der Technik, so daß die vorgenannten
Nachteile durch Vergrößerung der
Tragfläche
bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
des Kugelgelenks kompensiert sind. Für die Ausbildung der Kugelschale 4 in
Kraftrichtung ergibt sich nach der Erfindung in der Ansicht nach 3 im Zweidimensionalen
eine elliptische Form der Tragfläche.
In Nicht-Kraftrichtung ergibt sich eine angenähert hyperbolische Gestalt
im Zweidimensionalen.
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Im
Ausführungsbeispiel
ist die Kugelschale 4 aus Kunststoff hergestellt. Sie besteht
aus Polyamid mit 30% Glasfaser-Anteil und 6% Graphit. Die Tragfläche ist
als gegossenes Bauteil ausgebildet. Die Kugel 5 besteht
im Ausführungsbeispiel
aus Metall. Hierdurch ist die Reibung zwischen Kugel 5 und
Kugelschale 4 gering gehalten, wodurch gleichzeitig die Verluste
im Kugelgelenk reduziert sind.
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Zur
Montage der Kugel 5 in der Kugelschale 4 wird
die Kugelschale 4 in Kraftrichtung gelängt. Im gleichen Maße wie durch
diese Längung
der Abstand zwischen den Tragflächen
der Kugelschale 4 in Kraftrichtung vergrößert wird,
wird gleichzeitig der Abstand zwischen den Tragflächen in
Nicht-Kraftrichtung verkleinert, so daß der auf der horizontalen
Mittellinie des Kugelgelenks ausgebildete kreisrunde Querschnitt
der Kugelschale 4 sich zu einer Ellipse verändert. Durch
die Längung
in Kraftrichtung vergrößert sich
der Abstand zwischen den äußersten, die
Kugel umfassenden Bereichen, wodurch ein Einklipsen/Einknöpfen der
Kugel in die Kugelschale ermöglicht
ist.
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Befestigungsmöglichkeit
(rechtwinklig zur Kraftrichtung)
- 3
- Befestigungsmöglichkeit
(in Kraftrichtung)
- 4
- Kugelschale
- 5
- Kugel