DE2326018C3

DE2326018C3 - Kugelgelenk, insbesondere für Lenkgestänge von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE2326018C3
Application number: DE2326018A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Hamamatsu Shizuoka Uchida
Original assignee: Ishikawa Tekko Kk Tokyo Jp
Current assignee: Ishikawa Tekko Kk Tokyo Jp
Priority date: 1973-02-06
Filing date: 1973-05-22
Publication date: 1983-12-01
Also published as: IT1007548B; JPS5344620B2; AU475212B2; FR2216853A5; CA1007474A; AU6524774A; GB1447258A; DE2326018A1; BR7400814D0; DE2326018B2; JPS49101762A; US3856423A

Description

a) die Lagerschale (4) trägt auf ihrer dem Verschlußdeckel (5) zugewandten Seite eine sich von ihrem Wandabschnitt (26) nach innen erstreckende kuppeiförmige Ringscheibe (27),

b) der Verschlußdeckel (5) spannt die kuppeiförmige Ringscheibe (27) vor und begrenzt mit dieser sowie dem Wandabschnitt (26) der Lagerschale (4) einen Ringraum (30),

c) die Krümmungsradien (7?i, /?₂) der Lagerflächen (17, 18) beiderseits der Äquatorialebene des Kugelkopfes (13) haben zum Durchmesser (D) des Kugelkopfes die Beziehungen R\ > '/2£>und /?2>'/2D, so daß die beiden Lagerflächen bei nicht vorgespannter (ausgebauter) Lagerschale (4) den Kugelkopf tangieren.

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2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandabschnitt (26) der Lagerschale (4) im Bereich des Ansatzes der kuppeiförmigen Ringscheibe (27) zum Verschlußdeckel (5) hin sich kegelstumpfförmig erweitert.

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Kugelgelenk nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem solchen, aus der DE-AS 12 92 952 bekannten Kugelgelenk ist der Krümmungsradius beider Lagerflächen der Lagerschale in ihrem aus dem Kugelgelenk ausgebauten Zustand geringer als der Radius des Kugelkopfes, wodurch bei eingebauter Lagerschale sich die beiden kurgelzonenförmigen Lagerflächen und die ringförmige Schmiermitteltasche im Bereich der Äquatorialebene des Kugelkopfes ergeben. Dadurch verbleibt zwischen der Lagerschale und dem Kugelkopf ein Fettfilm, so daß während der gesamten Betriebszeit des Kugelgelenks eine gute Schmierung und gleichzeitig auch ein im wesentlichen gleichbleibendes Schwenk- bzw. Drehmoment erreicht werden.

Aus der US-PS 30 63 744 ist ein Kugelgelenk bekannt, bei dem die Lagerschale an ihrer dem Verschlußdeckel zugewandten Seite eine sich von ihrem Wandabschnitt nach innen kuppeiförmig erstreckende Ringscheibe trägt, die auch bei in das Kugelgelenk eingebauter Lagerschale an ihrem freien Innenrand mit Abstand vom Verschlußdeckel angeordnet ist. Bei einer Beaufschlagung des Kugelgelenks mit einer in Axialrichtung des Gelenkzapfens zum Verschlußdeckel hin wirkenden Kraft kann sich der Kugelkopf in Richtung auf den Verschlußdeckel etwas verlagern, da diese Bewegung durch eine elastische Verformung der Lagerschale, d. h. insbesondere ihrer sich nach innen erstreckenden Ringscheibe in den freien Zwischenraum zwischen ihr und dem Verschlußdeckel zugelassen wird. Auf diese Weise können in dieser Kraftrichtung wirkende Stöße durch eine elastische Verformung der Lageschale teilweise aufgefangen werden, bevor sie an den Verschlußdeckel und damit auf das Gelenkgehäuse übertragen werden.

Aus der DE-AS 13 00 740 ist ein Kugelgelenk bekannt, bei dem die Lagerschale auf ihrer dem Verschlußdeckel zugewandten Seite ebenfalls eine sich von ihrem Wandabschnitt nach innen erstreckende kuppeiförmige, federnde Ringscheibe trägt. Auch bei diesem Kugelgelenk hat die die zentrale öffnung begrenzende freie Kante der Ringscheibe bei eingebauter Lagerschale einen bestimmten Abstand vom Verschlußdeckel, wobei dieser Abstand durch eine entsprechende Auswölbung des Verschlubdeckels nach außen vei größen ist.

Aus dem DE-GM 66 06 183 ist ein Kugelgelenk bekannt, bei dem die Lagerschale an ihrer dem Verschlußdeckel zugewandten Seite eine sich von ihrem Wandabschnitt nach innen erstreckende kuppeiförmige Ringscheibe aufweist. Diese Ringscheibe ist mit radial verlaufenden Schlitzen versehen, die ausgehend von der zentralen öffnung der Ringscheibe diese in zungenartige Federsegmente aufteilt. Nach dem Einbau der Lagerschale in das Gelenkgehäuse und Aufbringen des Verschlußdeckels werden die Federsegmente von dem Verschlußdeckel in Richtung auf die hier abgeflachten Polfläche des Kugelkopfes gedrückt, um diesen in axialer Richtung des Gelenkzapfens vorzuspannen. Diese Federsegmente sollen dabei wie eine Tellerfeder wirken, um normale Herstellungstoleranzen zwischen dem Kugelkopf, der Lagerschale und dem Verschlußdeckel bzw. dem Gelenkgehäuse auszugleichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kugelgelenk der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß es Stöße und Schwingungen besser aufzunehmen vermag.

Bei einem Kugelgelenk der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Kugelgelenk ermöglichen die kuppeiförmige, federnde Ringscheibe und deren Vorspannung mit Hilfe des Verschlußdeckels sowie der zwischen Wandabschnitt der Lagerschale, Ringscheibe und Verschlußdeckel gebildete Ringraum eine optimale Federwirkung des oberen, d. h. dem Verschlußdeckel zugewandten Teils der Lagerschale. Der allseits begrenzte Ringraum bildet dabei ein Luftkissen, das über den Gelenkzapfen eingeleitete Stöße und Schwingungen optimal aufnimmt und dämpft. Die Bemessung der Krümmungsradien der Lagerflächen derart, daß diese jeweils größer als der halbe Durchmesser des Kugelkopfes :sind, bewirkt nicht nur in der bekannten Weise die Ausbildung von zwei kugelzonenförmigen Lagerflächen in der Lagerschale, sondern auch einen geringfügigen Abstand zwischen

der Polfläche des Kugelkopfes und der benachbarten Innenfläche der Ringscheibe, wodurch der Kugelkopf bei einer in Axialrichtung des Gelenkzapfens zum Verschlußdeckel hin wirkenden Kraft in dieser Kraftrichtung etwas ausweichen kann, bevor er satt an dem j seiner Polfläche zugewandten Teil der Ringscheibe anliegt, die ihrerseits wiederum satt an der ihr zugewandten Innenfläche des Verschlußdeckels anliegt. Durch diese geringfügige Auslenkung kann ein Teil der in dieser Richtung wirkenden Kräfte aufgefangen ι ο werden, bevor sie auf den Verschlußdeckel und damit auf das Gelenkgehäuse übertragen werden.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, des zusammengebauten Kugelgelenks und

Fig.2 einen Schnitt durch die Lagerschale im ausgebauten Zustand.

In Fig. 1 ist ein Kugelgelenk 1 dargestellt, das bei einem Gelenkgestänge eines Kraftfahrzeugs verwendet wird und aus einem Gehäuse 2 mit Gewindebolzen 8, einem Gelenkzapfen 3, beide aus Metall, einer Lagerschale 4 aus selbstschmiedendem Kunststoff und einem Verschlußdeckel 5 besteht.

Das Gehäuse 2 weist eine zylindrische Innenmantelfläche 6 auf. Der Gewindebolzen 8, der mit dem Gelenkgehäuse 2 aus einem Stück besteht, wird mit einer nicht dargestellten Spurstange verbunden. Die zylindrische Innenmantelfläche 6 verläuft an ihrem unteren Ende nach innen und bildet eine Ringschulter tO mit einer unteren Öffnung 9. Das Gelenkgehäuse 2 ist an seiner Oberseite 11 offen und wird durch den Verschlußdeckel 5 verschlossen. Der Verschlußdeckel 5 liegt dabei an einer Schulter 12 an und der obere Rand des Gelenkgehäuses 2 ist über den Verschlußdeckel 5 gebördelt.

Der Gelenkzapfen 3 trägt einen Kugelkopf 13, der in der Lagerschale 4 allseitig schwenkbar und drehbar to aufgenommen ist. Der Gelenkzapfen weist einen zylindrischen Abschnitt 14 auf, der sich am Kugelkopf 13 anschließt. An den Abschnitt 14 schließt sich ein konischer Teil 15, der mit einem Gelenkhebel oder einer Verbindungsstange verkeilt wird, sowie ein Gewindeteil 16 an, der mit einer Mutter gesichert wird. In F i g. 2 ist die ausgebaute Lagerschale 4 dargestellt. Die Lagerschale 4 hat zwei Lagerflächen 17 und 18, die sich oberhalb und unterhalb einer Äquatorialebene E des Kugelkopfes 13 befinden und in dieser aneinander anschließen. Die Lagerflächen 17 und 18 sind im Längsschnitt durch Kreisbogenabschnitte gebildet, die durch Krümmungsradien R\ bzw. R2 bestimmt sind, wobei die Kreismittelpunkte Q und Ci der Krümmungsradien R\ und R2 nicht im Mittelpunkt des Kugelkopfes 13 angeordnet sind. Auf Kreisringen, die den Kugelkopf 13, der einen Durchmesser D hat, an seiner Mantelfläche berühren, sind kugelzonenförmige Lagerflächen B\ und B2 ausgebildet, die im Bereich der Lagerflächen 17 und 18 liegen. Wenn das Kugelgelenk zusammengebaut ist, vergrößern sich infolge der elastischen Verformung der Lagerschale 4 die kugelzonenförmigen Lagerflächen B\ und B2 in ihrer Breite.

Die Krümmungsradien R\ und R2 sowie der Durchmesser D des Kugelkopfes 13 verhalten sich zueinander derart, daß /?, > '/2 D und /?2>'/2 D sind. Die Lage der Kreismittelpunkte Ci und d der Kreisbogenabschnitte mit den Radien R\ bzw. R2 und den Umfangswinkeln Θι und θ₂ ist so gewählt, daß die kugelzonenförmigen Lagerflächen B_x und B₂ etwa in der Mitte der Lagerflächen 17 bzw. 18 liegen. Die Lagerflächen 17 und 18 sind hohlkiigelförmig ausgebildet, wobei der obere Teil darch eine kleine Öffnung 19 bzw. der untere Teil durch eine größere Öffnung 20, die jeweils in der Lagerschale 4 ausgebildet sind, fortgelassen sind. Die Lagerflächen 17 und 18 schließen in der Äquatorialebene E des Kugelkopfes 13 aneinander an, wobei an der Anschlußstelle eine ringförmige Schmiermitteltasche 21 zur Aufnahme von Schmiermittel gebildet wird, da der Durchmesser der Innenfläche der Lagerschale 4 an dieser Stelle am größten ist

Die Lagerschale 4 weist eine zylindrische Außenmantelfläche 23 auf, die sich von einer unteren Stirnfläche 22 erstreckt und einen Durchmesser hat, der im wesentlichen gleich dem Durchmesser der zylindrischen Innenmantelfäche 6 des Gelenkgehäuses 2 ist. Die zylindrische Außenmantelfläche 23 geht im oberen Bereich in eine sich nach außen kegelstumpfförmig erweiternde Außenmantelfläche 24 über. An der oberen Stirnfläche der Lagerschale 4 ist eine ringförmige Aussparung 25 angeordnet, so daß die Lagerschale 4 durch die ringförmige Aussparung 25 in den nach außen divergierenden Wandabschnitt 26 und eine kuppeiförmige Ringscheibe 27 unterteilt ist, die eine Öffnung 19 aufweist.

Die Lagerschale 4 ist einstückig aus einem hochmolekularen Kunststoff gebildet, der eine entsprechende Elastizität sowie Festigkeit aufweist und selbstschmierend ist. Der Kunststoff kann aus der Werkstoffgruppe Tetrafluoräthylen, Copolymer, Acetalpolymer, Polyamide, Polyester und Polyurethan ausgewählt sein.

Das Kugelgelenk wird folgendermaßen zusammengebaut: Bevor die Lagerschale 4 den Kugelkopf 13 aufnimmt, wird sie mit einem Schmiermittel bedeckt, wobei insbesondere im Bereich der Äquatorialebene Schmiermittel aufgebracht wird. Dann wird der Kugelkopf 13 in die Lagerschale 4 eingesetzt. Die untere öffnung 20 der Lagerschale 4 weist einen kleineren Durchmesser auf als der Durchmesser D des Kugelkopfes 13. Jedoch kann die untere öffnung 20 erweitert werden, wenn der Kugelkopf 13 durch die Öffnung hindurchgedrückt wird, so daß der Kugelkopf 13 durch die Öffnung 20 hindurch in die Lagerschale 4 eingesetzt werden kann.

Die Lagerschale 4 wird mit dem eingesetzten Kugelkopf 13 durch die obere Öffnung 11 in das Gelenkgehäuse 2 eingesetzt, so daß der Abschnitt 14 des Gelenkzapfens 3 sich durch die untere, im Gelenkgehäuse 2 ausgebildete Öffnung 9 erstreckt, und die Außenmantelfläche 23 der Lagerschale 4 kommt an der Innenmantelfläche 6 des Gelenkgehäuses 2 zur Anlage. Dann wird der Verschlußdeckel 5 gegen die obere Stirnfläche der Lagerschale 4 gedrückt. Dabei liegt der Verschlußdeckel 5 an der oberen Stirnseite 28 des nach außen divergierenden Wandabschnitts 26 und an einer oberen Fläche 29 der kuppeiförmigen Ringscheibe 27 der Lagerschale 4 an. Dann wird der Verschlußdeckel 5 durch Umbördeln des oberen Randes des Gelenkgehäuses 2 festgelegt, so daß die Lagerschale 4 zwischen der Ringschulter 10 des Gelenkgehäuses 2 und dem Verschlußdeckel 5 vorgespannt wird.

Nachdem das Kugelgelenk zusammengebaut ist, tragen die Lagerflächen 17 und 18, deren obere Teile jeweils entlastet sind, den Kugelkopf 13 mittels der kugelzonenförmigen Lagerflächen B\ bzw. B2, und die ringförmige Schmiermitteltasche 21 befindet sich in der

Äquatorialebene E des Kugelkopfes 13. Die Schmiermitteltasche 21 liefert Schmiermittel an die kugelzonenförmigen Lagerflächen B₁ und B₂. Die Breite der Lagerflächen B₁ und B₂ wird durch die elastische Verformung der Lagerschale vergrößert, d. h., wenn die Lagerschale 4 vorgespannt wird. Der Kugelkopf 13 berührt die Lagerflächen 17 und 18 in einem kugelzonenförmigen Bereich, und das Schmiermittel wird kontinuierlich von der Schmiermitteltasche 21 geliefert. Daher wird eine gleichmäßige und leichtgängige Funktion des Kugelgelenks erreicht.

Der Außendurchmesser des nach außen divergierenden Wandabschnitts 26 der Lagerschale 4 ist größer als der Innendurchmesser der Innenmantelfläche 6 des Gelenkgehäuses 2. Daher wird der nach außen divergierende Wandabschnitt 26 einer elastischen Verformung ausgesetzt und bewegt sich radial nach innen, wenn die Lagerschale 4 in das Gelenkgehäuse 2 hineingedrückt wird. Dadurch wird die Lagerschale 4 auch radial vorgespannt.

Hieraus folgt, daß die Lagerschale 4 sowohl in axialer als auch in radialer Richtung vorgespannt ist, so daß sie den Kugelkopf 13 in der Art einspannt, daß der Kugelkopf 13 in die Mitte der Lagerschale 4 gezwungen wird. Dadurch befindet sich der Kugelkopf 13 des Kugelgelenks dauernd in der zentrischen Lage.

Gleichzeitig wird der nach außen divergierende Wandabschnitt 26 der Lagerschale 4 gegen den oberen Teil der Innenmantelfläche 6 des Gelenkgehäuses 2 gepreßt. Dadurch werden die Reibungskräfte zwischen der Lagerschale 4 und dem Gelenkgehäuse 2 vergrößert, so daß eine Relativdrehung der Lagerschale 4 gegenüber dem Gelenkgehäuse 2 verhindert wird. Dadurch wird die Funktion des Kugelgelenks gesichert und die Lebensdauer verlängert.

Die Anordnung der ringförmigen Aussparung 25

ίο verhindert auch, daß der nach außen divergierende Wandabschnitt 26 einen zu großen, radial gerichteten Druck erzeugt. Deshalb kann der Zusammenbau leicht ausgeführt werden.

Wenn der Verschlußdeckel 5 am Gelenkgehäuse 2 befestigt ist, ergibt sich ein Ringraum 30 zwischen dem Verschlußdeckel 5 und der Oberseite der Lagerschale 4, der in Verbindung mit den kugelzonenförmigen Lagerflächen B\ und Bi eine pneumatische Pufferwirkung bewirkt. Die Kombination der Federungseigenschäften der Lagerschale mit der Vorspannung der Lagerschale 4 bewirkt, daß Schwingungen und Stöße, die sowohl axial als auch radial auftreten und denen der Gelenkzapfen 3 ausgesetzt ist, aufgenommen werden können.

Das Kugelgelenk bewirkt daher ein konstantes Schwenk- und Drehmoment und arbeitet während seiner ganzen Lebensdauer gleichmäßig und leicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kugelgelenk, insbesondere für Lenkgestänge von Kraftfahrzeugen, mit einem einen Kugelkopf tragenden Gelenkzapfen und einer einstückigen, aus selbstschmierendem Kunststoff bestehenden Lagerschale für den Kugelkopf, die, auf der Seite des Gelenkzapfens sich an einer Ringschulter eines innen zylindrischen Gelenkgehäuses abstützend, durch einen Verschlußdeckel auf der dem Gelenkzapfen abgelegenen Gehäuseseite unier Vorspannung gehalten ist und die beiderseits der Äquatorialebene des Kugelkopfes an der Stelle ihres größten Innendurchmessers aneinander anschließende Lagerflächen derart aufweist, daß nach zusammengebautem Kugelgelenk der Kugelkopf beiderseits seiner Äquatorialebene mittels je einer kugelzonenförmigen Lagerfläche in der Lagerschale allseitig schwenkbar gelagert ist und eine ringförmige Schmiermitteltasche im Bereich der Äquatorialebene des Kugelkopfes verbleibt,gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: