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"Kugelgelenk" Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk, bei dem in einem
pfannenartigen Gehäuse ein kugelförmiger Lagerzapfen durch mindestens zwei räumlich
voneinander getrennte, mit unterschiedlichen Reibwerten ausgestattete und den einzelnen
Bewegungsrichtungen zugeordnete Lager beweglich ist.
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Durch die britische Patentschrift 702 708 ist bereits ein vorwiegend
Zugbeanspruchungen unterworfenes Kugelgelenk für Radaufhängungen bekannt, bei dem
ein Flattern der gelenkten Räder dadurch vermieden wird, daß durch die Werkstoffpaarung
zwischen der ebenen Schulter des Zapfenkopfes und der Ringfläche des Lagerkörpers,
auf welcher sich der Kopf abstützt, die Reibung auf eine vorbestimmte Größe gebracht
wird. Der Lagerkörper besteht dabei aus Stahl oder gesintertem Metallpulver. Die
Ausführung hat den Nachteil, daß insbesondere beim Befahren schlechter Wegstrecken
eine Schwergängigkeit der Lenkung eintritt.
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Weiterhin ist durch die deutsche Patentschrift 1 189 328 ein z. B;
bei Zugstangen untl Radaufhängungen verwendetes Kugelgelenk bekannt, bei denl ein
I)ruckl;ugellager für eine leichte Drehbarkeit des Zapfens und ein Lagerkörper aus
porös gesintertem Metallpulver zur Aufnahme von
Belastungsstößen
vorgesehen ist. Bei dem nicht abgedichteten und nicht wartungsfreien Gelenk-ist
besonders die schwierige Herstellung des Lagerkörpers nachteilig.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Kugelgelenk zu schaffen, das nicht
mit den aufgezeigten Nachteilen behaftet ist und neben Zug- auch Druckbelastungen
aufnehmen kann. Eine weitere Aufgabe besteht darin, das Kugelgelenk so zu gestalten,
daß es einfach zu fertigen und wartungsfrei ist.
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Es wird deshalb ein Kugelgelenk, bei dem in einem pfannenartigen Gehäuse
ein kugelförmiger Lagerzapfen durch mindestens zwei räumlich voneinander getrennte,
mit unterschiedlichen Reibwerten ausgestattete und den einzelnen Bewegungsrichtungen
zugeordnete Lager beweglich ist, vorgeschlagen, bei dem erfindungsgemäß eine in
bekannter Weise als Schnappschale ausgebildete, vorzugsweise aus einem selbstschmierenden
Kunststoff bestehende Gleitschale mit einer zumindest im Bereich des Pfannengrundes
wirksamen inneren und äußeren Gleitfläche vorgesehen ist, und wobei sich zwischen
der Kugeloberfläche und der ihr zugekehrten Gleitfläche gegebenenfalls unter Zwischenschaltung
eines weiteren, z. n. aus Metall bestehenden Gleitabschnittes jeweils einander zugeordnete
Führungen befinden.
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13ei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist als Flihrung im kugelföriiigeii
Lagerzapfen niindestens eine, vorzugsweise iii einer zur Mittellängsachse eines
sich nschließenden l3Olzc1ls senkrecht oder jeweils hierzu parallel verlaufenden
Ebene liegende, bis über dein größen Durchmesser in Richtung des Bolzens reichende
Nut eingelassen, die
deckungsgleich mit einer weiteren, in der inneren
Gleitfläche der Gleitschale liegenden Nut verläuft, wobei eine seegeringartige Feder
von jeder Nut des Lagerzapfens aufgenommen und in der Nut bzw. den Nuten der Gleitschale
spielfrei geführt wird.
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Von Vorteil ist es, wenn die seegerigartige Feder aus dem Material
der Gleitschale besteht und mit dieser zusammen einsttlekig ausgebildet ist.
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Eine leichte Montierbarkeit wird erreicht, wenn das pfannenartige
Gehäuse einen von unten her eingeschobenen, etwa die untere Halte des kugelförmigen
Lagerzapfens einhtllenden Einsatz aufweist, der durch Einrollen des Randes des Gehäuses
mit diesem eine Einheit bildet.
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Bei einem anderen Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung befinden sich
alu Führung zwei in einer waagerecht durch den Mittelpunkt des kugelförmi gen Lagerzapfens
gehenden Ebene einander gegenüberliegende Sackbohrungen, in denen jeweils ein Führungsbolzen
eingesteckt ist, dessen aus der Kugeloberfläche herausragender Zapfen je ein Endstück
einer Flachfelder schwenkbar aufnimmt, wobei die flachfeder in einer zur Mittellängsachse
eines sich an den kugelförinigen Lagerzapfen anschließenden Bolzens senkrecht verlaufenden
Ebene der inneren Gleitfläche liegenden Nut spielfrei geftihrt wird.
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Gute Gleitverhältnisse werden erreicht, wenn die Breitseiten der Flachfeder
kugelige Oberflichen aufweisen.
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In weiterer Ausgestaltung dea Erfindungsgegenstandes ist die Innenwand
des pfannenartigen Gehäuses im Bereich des Randes mit einem Absatz
ausgestattet,
der einen durch Einrollen des überstehenden Randes fest mit dem Gehäuse verbundenen
Ring aufnimmt, wobei unter Zwischenschaltung eines weiteren, aus einem elastischen
Material bestehenden Ringes eine Fixierung der Gleitschale nach oben hin erreicht
wird.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der sich
im Bereich des Pfannengrundes zwischen der Kugeloberfläche und der inneren Gleitfläche
der Gleitschale erstreckende Gleitabschnitt mindestens eine in seiner inneren Gleitfläche
eingelassene, vorzugsweise in einer zur Mittellängsachse eines sich anschließenden
Bolzens senkrecht oder jeweils hierzu parallel verlaufenden Ebene liegende Nut und
auf seiner äußeren Gleitfläche mindestens eine von dieser abstehende, vorzugsweise
um einen rechten Winkel zu jener Nut versetzt liegende Feder auf, die jeweils in
einer in der inneren Gleitfläche der Gleitschale eingelassenen Nut spielfrei gefühl
wird.
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Zweckmäßigerweise weist der kugelförmige Lagerzapfen mindestens eine,
vorzugsweise in einer zur Mittellängsachse eines sich anschliessenden Bolzens senkrecht
oder jeweils hierzu parallel verlaufenden Ebene liegende Nut in Form eines Kreisabschnittes
auf und nimmt eine Feder auf, die in der Nut bzw. den Nuten der inneren Gleitfläche
des Gleitabschnittes spielfrei geführt wird.
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In weiterer Ausgestaltung bilden bei diesem Ausführungsbeispiel die
von der äußeren Gleitfläche des Gleitabschnitts abragende Feder bzw; Federn zusammen
mit dem Gleitabschnitt ein vorzugsweise aus einem selbstschmierenden Kunststoff
bestehendes Form teil.
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Von Vorteil ist es, wenn die Innenwand deg pfannenartigen Gehäuses
im Bereich des Randes mit einem Absatz versehen ist, der eine durch Einrollen des
überstehenden Randes fest mit dem Gehäuse und der Gleitschale verbundenen Ring aufnimmt.
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Der Gegenstand der Erfindung soll nachfolgend anhand von drei in
der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutern werden.
In der Zeichnung zeigen die Fig. 1, 3 und 5 Längs schnitte durch drei erflndungsgem
äße Kugelgelenke und die Fig. 2, 4 und 6 zugehörige, jeweils um 90° versetzte Längsschnite.
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Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 ist als Führung 1
in einem kugelförmigen Lagerzapfen 2, der in einem mit Gewinde versehenen Bolzen
3 ausläuft, eine in einer zur Mittellängsachse verlaufenden Ebene liegende, bis
über den größten Durchmesser in Richtung des Bolzens 3 reichende Nut 4 eingelassen.
Diese verläuft deckungsgleich mit einer weiteren, in der inneren Gleitflache 5 einer
als Schnappschale ausgebildeten Gleitschale 6 liegenden Nut 7. Eine seegeringartige
Feder 8 wird von der Nut 4 des Lagerzapfens a solbstklemmend aufgenommen und in
der Nut 7 der Gleitschale 6 spielfrei geführt.
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Ein etwa die untere Hälfte des lförmlgen Lagerzapfens 2 einlitllender
Einsatz 9 nimmt die äußere Gleitfläche 10 der Gleitschale 8 auf und wird in ein
pfannenartiges Gehäuse 11 eingebracht. Durch Einrollen des Randes 12 des Gehäuses
11 bilden dieses und der Einsatz 9 eine
bauliche Einheit, wobei
sich der -geschlitzte Bereich der Gleitschale 6 an einer Schulter 13 des Gehäuses
11 abstützt, Zur Abdichtung des vor dem Einbau einmalig mit Schmiermittel versehenen
Kugelgelenkes ist eine aus elastischem Material bestehende Manschette 14 vorgesehen,
deren Ränder 15, 16 durch Spannelemente 17 gegen das Gehäuse 11 bzw.
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den Schaft des Bolzens 3 gepreßt werden.
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Beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 3 und 4 ist eine Führung
18 vorgesehen, wobei in zwei in einer waagerecht durch den Mittelpunkt des kugelförmigen
Lagerzapfens 19 9 gehenden Ebene einander gegenüber liegenden Sackbchrungen 20 jeweils
ein Führungsbelzen 21 singesteckt ist.
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Die Endstücke 22 einer Flachfeder 23, deren Breitseiten kugelige Oberflächen
aufweisen, werden von den als Zapfen 24 wirkenden freien Enden der Führungsbelzen
21 schwenkbar aufgenommen. In einer zur Mittellängsachse eines sich an den kugelförmigen
Lagerzapfen 19 anschliessenden Bolzen 25 senkrecht verlanfenden Ebene der inneren
Gleittläche 26 Hegenden Nut 27 wird die Flachfeder 23 spielfrei geführt.
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In der Innenwanf 23 des pfa@@@@@rtig@@ Geh@uses 29 ist im Bereich
des Randes 30 ein Absaiz 31 eingeiassen. Dieser @@mmt einen durch Fig.
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@ellen des überstehenden Randes 30 fest mit dem Gehäuse 29 verbu@@-nen
Ring 32 auf. Die als Schnappschale ausgebildete, vor dem Einbau mit Schmiermittel
verschene Glaitschale 33 erfährt unter Zwischenschaltung eines weiteren, aus einem
elastlschen Material bestehenden Ringes 34 zum Ring 32 hin eine Fixierung. Eine
aux einem elastischen Mater@@lbestehende Manscheite 35 dichtet des Kug@lge@enk @@
@@dem ihre Ränder 36 und 37 durch Spannelemente 38 gegen das Gehäuse 29 bzw.
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den Schaft des Belsens 25 gepraßt worden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 ist eine in zwei
Ebenen liegende Führung 39 vorgesehen, wobei ein zwischen dem kugelförmigen Lagerzapfen
40 unter der inneren Gleitfläche 41 der Gleitschale 42 liegender Gleitabschnitt
43 eine in seiner inneren Gleitfläche 44 eingelassene und in einer zur Mittellängsachse
eines' sich anschließenden Bolzens 45 senkrecht verlaufenden Ebene liegende Nut
46 und eine von seiner äußeren Gleitfläche 47 absteHende Feder 48 aufweist. Der
kugelförmige Lagerzapfen 40 ist mit einer zur Nut 46 deckungsgleich verlaufenden
Nut 49 versehen, die die Form eines Kreisabschnittes aufweist und eine Feder 50
fest aufnimmt. Diese wird in der Nut 46 des Gleitabschnittes 43 spielfrei geführt,
während die von der äußeren Gleitfläche 47 abstehende, aus dem Material des Gleitabschnittes
43 bestehende Feder 48 spielfrei in einer zugeordnet liegenden Nut 51 in der inneren
Gleitfläche 41 der Gleitschale 42 beweglich ist. In der Innenwand 52 des pfannenartigen
Gehäuses 53 ist im Bereich des Randes 54 ein Absatz 55 eingelassen. Dieser nimmt
einen durch Einrollen des überstehenden Randes 54 fest mit dem Gehäuse 53 verbundenen
Ring 56 auf, der eine Fixierung der vor dem Einbau mit Schmiermittel versehenen,
als Schnappschale ausgebildeten Gleitschale 42 bewirkt. Eine aus einem elastischen
Materibl bestehende Matlthette 57 dichtet das Kugelgelenk ab, indem ihre Ränder
58 und 59 durch Spannelemente 60 gegen das Gehäuse 53 bzw.
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den Schaft des Bolzens 45 gepreßt werden.
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Die Wirkungsweise der verschiedenen, vorstehend beschriebenen Kugelgelenke
soll nachfolgend noch näher erläutert werden.
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,Beim Ausfuhrungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 sind die beiden Gleitflächen
5 und 10 der Gleitschale 6 über ihre gesamte Oberfläche hin wirksam und nicht nur
auf den Bereich des Pfannengrundes 61 beschränkt,
Eine Bewegung
um die Achse I-I führt zu einem besonders leichtgängigen Kippen des Bolzens 3, wobei
die Kugeloberfläche 62 auf der inneren Gleitfläche 5 gleitet. Durch die Führungseigenschaft
der seegerringartigen Feder 8-wird eine genau definierte Kipprichtung festgelegt.
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Bei einer Drehbewegung um die Achsen II-iI und III-III erfolgt eine
Relativbewegung der äußeren Gleitfläche 10 der Gleitschale 6 gegenüber dem Einsatz
9 und dem Gehäuse 11. Allein durch den größeren wirksamen Kugelradius ergibt sich
dabei bei gleichen Reibwerten gegenüber einem Kippen um die Achse I-I ein höheres
Reibmoment. Durch Auswahl entsprechender Werkstoffe können die Reibwerte in weiten
Grenzen variiert und so den jeweiligen Einsatzbedingungen angepaßt werden.
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Allgemein werden Kugelgelenke, die die Achsschenkel tragen, in ständiger
Gleitreibung gehalten. Da aber die Lenkbewegung der Räder über die gleichen Gleitflächen
erfolgt, werden Fahrbahnstöße, die rückläufig eine Lenkunruhe bewirken, in starkern
Maße übertragen.
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Abhilfe schafft hier die erfindungsgemäße Ausbildung des Kugelgelenkes
nach den Fig. 1 und 2 dadurch, daß durch die Wahl der Einbaulage im Federungsbereich
um die Konstruktionslage bei Geradeausfahrt ausschließlich ein leichtgängiges Kippen
um die Achse I-I erfolgt. Bei einem Radeinschlag und beim Auftreten von Lenkschwingungen
erfolgt eine ausreichende Dämpfung, da jeweils die Haftreibung zwischen der äußeren
Gleitfläche 10 der Gleitschale 6 einerselts und dem Einsatz 9 und dem Gehäuse 11
andererseits stets neu überwunden werden muß.
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LEk Au6fthrungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 sind die innere Gleitnäche
26 und die äußere Gleitfläche 63 der Gleitschale 33 ebenfalls
nicht
nur auf den Bereich des Pfannengrundes 64-beschränkt, sondern vielmehr über ihre
gesamte Oberfläche hin wirksam. Der kugelförmige Lagerzapfen 19 kann um die Achsen
IV-IV und V-V schwenken, ohne dabei die Gleitschale 33 mit zu bewegen. Es erfolgt
dabei ausschließlich eine Relativbewegung zwischen der Kugelobernäche 65 und der
inneren Gleitfläche 26, wobei beim Schwenken um die Achse IV-IV die Flachfeder 23
in der Nut 27 spielfrei geführt wird, während beim Schwenken um die Achse V-V der
kugelförmige Lagerzapfen 19 um die durch beide Führungsbolzen 21 gehende Achse schwenkt.
Durch die tzberlagerung beider vorgenannter Bewegungen läßt sich jede SteUung relativ
zur stillstehenden Gleitschale 33 bzw. zum Gehäuse 29 ansteuern. Erst bei Drehung
des Bolzens 25 um seine Längsachse VI-VI erfolgt ein Gleiten zwischen der äußeren
Gleitfläche 63 der Gleitschale 33 und dem Gehäuse 29, da durch die schwenkbar aufgehängte
Flachfeder 23 und die Nut 27 eine formschlüssige Mitnahme der Gleitschale 33 stattfindet.
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Eine besondere Einbaulage dieses Kugelgelenkes ist nicht erforderlich,
da bei Einfederungen, die auch mit Nachlaufänderungen verbunden sein können, stets
ein Gleiten auf einer unvermindert großen Kugeloberfiäche 65 eintritt. Hierdurch
wird ein leichtes Ansprechen der Federung maßgeblich unterstützt. Bei Lenkbewegungen
und Lenkschwingungn.bgtgt eine Dämpfung dadureh, daß immer erst die Haitreibung
zwischen der Gleitschale 33 und dem Gehäuse 29 überwunden werden muß. Die Reibwerte
zwischen dem kugelförmigen Lagerzapfen 19 und der inneren Gleitfläche 26 einerseits
und der äußeren Gleitfläche 63 und dem Gehäuse 29 andererseits können dabei vorteilhaft
unterschiedlich sein.
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Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 ist die äußere Gleitfläche
66 der Gleitschale 42 nur im Bereich des Pfannengrundes 67 wirksam. Eine Bewegung
um die Achse VII-V1I bewirkt eine Relativbewegung der Kugeloberfläche 68 gegenüber
der inneren Gleitfläche 41 der Gleitschale 42 im Bereich der Innenwand 52 und gegenüber
der inneren Gleitfläche 44 des Gleitabschnittes 43. Die von der Nut 49 aufgenommene
und in der Nut 46 spielfrei geführte Feder 50 legt dabei die Kipprichtung eindeutig
fest. Die Einleitung einer Bewegung um die Achse VIII-VIII führt zu einer Relativbewegung
zwischen der Kugeloberfläche 68 und der inneren Gleitfläche 41 der Gleitschale 42
im Bereich der Innenwand 52 einerseits und zu einer Relativbewegung zwischen der
äußeren Gleitfläche 47 des Gleitabschnittes 43 und der inneren Gleitfläche 41 der
Gleitschale 42 im Bereich des Pfannengrundes 67 andererseits, wobei die mit dem
Gleitabschnitt 43 eine Einheit bildende Feder 48 in der zugeordneten Nut 51 in einer
festgelegten Richtung spielfrei geführt wird. Erfolgt eine Drehbewegung um die Achse
lX-IX, so tritt eine form schlüssige Mitnahme der Gleitschale 42 im Bereich des
Pfannengrundes 67 und ein Gleten in diesem Bereich zwischen der äußeren Gleitfläche
66 und dem Gehäuse 53 ein. Die Kugeleberfläche 68 führt dabei wie schon bei den
Schwenkvorgängen um die Achsen VH-VII und VIII-VIII eine Relativbewegung zur inneren
Gleitfläche 41 der Gleüschale 42 im Bereich der Innenwand 52 aus.
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Zusätzlich zu der im Ausammenhang mit dem in den Fig. 3 und 4 beschriebenen
Ausführungsbeispiel genannten Vrteilen bietet die Ausführungsform nach der9 Fig.
5 und 6 eine noch gröf4ere Auswahlmöglichkeit der Werkstoffe zur Er@ielung unterschiedlicher
Reibwerte.