DE2404853A1

DE2404853A1 - Kugelgelenk und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2404853A1
Application number: DE2404853A
Authority: DE
Inventors: Peter Eames
Original assignee: Automotive Products PLC
Current assignee: Automotive Products PLC
Priority date: 1973-07-27
Filing date: 1974-02-01
Publication date: 1974-08-08
Also published as: JPS5047060A; FR2238860B3; FR2238860A1

Description

PATENTANWÄLTE
Dipl.-Phys. JÜRGEN WEISSE · Dipl.-Chem. Dr. RUDOLF WOLGAST

D 5602 LANGENBERG · BÖKENBUSCH 41 2404853

Postfach 86 · Telefon: (02127) 4019 ■ Telex: 8516895

Pa t e η t anme1άung

Automotive Products Limited

Tachbrook Road, Leamington Spa, War v/ick shire, England

Kugelgelenk und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk zur Verwendung bei Fahrzeuglenkvorrichtungen und !Fahrzeugfederungen, mit einem Kugelzapfen bestehend aus einer mit einem Schaft versehenen Kugel, die in einer von einem einteiligen Lagerglied aus elastischem Material gebildeten, teilweise sphärischen Fläche gehalten ist, bei welchem das einteilige Lagerglied innerhalb eines Hohlraumes einer topfförmigen Pfanne mit seinem elastischen Material unter Druck gehalten ist, so daß die Reaktion der Druckbelastung des elastischen Materials auf die Kugel den Kugelzapfen von dem G-runde des Pfannenhohlraumes wegzudrücken sucht, und bei welchem der Schaft des Kugelzapfens durch einen von der topfförmigen Pfanne gebildeten Durchbruch hindurchragt.

Es sind verschiedene Vorschläge gemacht worden sowohl hinsichtlich des Aufbaus als auch des Verfahrens zur Herstellung von Kugelgelenken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Kugelgelenk der eingangs definierten Art zur Verwendung an den Enden

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der Zahnstangen einer Zahnstangen-Ritzel Fahrzeuglenkvorrichtung zu schaffen,. Es soll jedoch keine Beschränkung auf eine solche Anwendung erfolgen, und das Kugelgelenk kann bei Fahrzeugfederungen oder anderen Anwendungen verwendet werden, wo ein solches Kugelgelenk erforderlich ist.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenks der eingangs definierten Art zu schaffen»

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kugelgelenk der eingangs definierten Art so ausgebildet, daß ein Teil der Wandung der topfförmigen Pfanne der.Kontur der Oberfläche der Kugel folgt, welche von der an den Schaft angrenzenden Teilhalbkugel der Kugel gebildet ist, und daß ein Teil des einteiligen Lagergliedes zwischen der Kugel und der Innenfläche des besagten Teils der Wandung der Pfanne angeordnet ist.

Vorzugsweise besteht das einteilige Lagerglied aus Kunststoff» Der Kunststoff kann UyIon, Acetylharz oder Polyäthylen oder Polypropylen oder Polyurethan sein»

Vorzugsweise ist das Lagerglied rohrförmig.

Das Lagerglied kann einen Kanal in der Innenfläche seiner rohrförmigen Wandung aufweisen«, Dieser Kanal kann sich axial zwischen den Enden des Rohres erstrecken,, Vorzugsweise enthält das Lagerglied vier solche Kanäle in regelmäßiger Anordnung um die Achse des Lagergliedes.

Die Außenfläche der Pfannenwandung kann eine endlose Nut aufweisen, welche die besagte Pfanne umgibt, und ein hohlzylindrisches und elastisches Glied, welches sich zwischen dem besagten Schaft und der besagten endlosen Hut erstreckt, in die dieses elastische G-] ied eingreift, ist vorgesehen, um Fremdkörper am Eintritt in

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das Kugelgelenk zu hindern.

Der besagte Durchbruch kann oval sein_o

Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenks der eingangs erwähnten Art vorgesehen, welches darin besteht, daß ein topfförmiger Bauteil hergestellt wird, von welchem wenigstens der Teil des Hohlraumes der zum Ende hin zur Bildung der Mündung des Hohlraumes offen ist, zylindrische Grundform besitzt, daß ein einteiliges Lagerglied in den Hohlraum eingesetzt wird, daß die Kugel eines Kugelzapfens durch die Mündung des Hohlraumes eingeführt und diese Kugel innerhalb des einteiligen Lagergliedes angeordnet wird, und daß nach Einführung der Kugel Druck in einer zur Achse des zylindrischen Hohlraumteiles parallelen Richtung auf den Teil des topfförmigen Bauteils ausgeübt wird, der den Umfang der Hohlraummündung bildet, so daß der Teil des topfförmigen Bauteils um die Kugel herum verformt wird und die Kugel innerhalb des Hohlraumes des topfförmigen Bauteils hält, welcher als Pfanne des sich ergebenden Kugelgelenkes dient, wobei die Verformung des topfförmigen Bauteils eine ähnliche Verformung eines Teils des einteiligen Lagergliedes bewirkt, so daß das einteilige Lagerglied zwischen der Kugel und der Innenfläche des besagten Teils des topfförmigen Bauteils angeordnet ist.

Vorzugsweise wird der besagte Teil des topfförmigen Bauteils von einem halbkugelförmigen Aufsatzhammer verformto

Eine oder beide Flächen des Lagergliedes können profiliert oder sich verjüngend ausgebildet sein_o

Eine oder beide Wandungsoberflächen der Pfanne können profiliert sein. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Umfang der Hohlraummündung des topfförmigen Bauteils vor der Verformung so geformt,

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daß er nach der Verformung einen ovalen Durchbruch bildet, durch welchen der Schaft des Kugelzapfens ragt. Zweckmäßigerweise ist der Umfang der Hohlraummündung des topfförmigen Bauteils vor der Verformung so geformt, daß er zwei sich über einen Teil des Umfangs und axial erstreckende bogenförmige Ausnehmungen zwischen jeweils sich über einen Teil des Umfangs und axial erstreckenden VorSprüngen bildet, und diese Vorsprünge und Ausnehmungen wirken zur Bildung eines Durchbruchs bei der Verformung zusammen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 ist ein Längsschnitt einer Pfanne vor ihrer Verbindung mit einer Kugel eines Kugelzapfens durch ein erfind ungsgemäß es Verfahrene

Fig. 2 ist ein Längsschnitt eines Lagergliedes vor dem Einsetzen in den Hohlraum der Pfanne von Fig. 1 bei dem gleichen Verfahren.

Fig. 3 ist eine Seitenansicht teilweise im Schnitt eines mit der Pfanne von Fig. 1 durch das gleiche Verfahren verbundenen Kugelzapfens.

Fig. 4 ist eine Seitenansicht des in Fig. 3 dargestellten Kugelgelenks.

Fig. 5 ist ein Längsschnitt einer anderen Ausführungsform eines Kugelgelenks, welches mit einem hohlen und elastischen Glied zum Abhalten von Fremdkörpern von dem Kugelgelenk versehen ist_o

Figo 6 ist eine Sndansicht von Fig. 5.

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Fig. 7 ist eine Draufsicht des in Fig. 5 dargestellten Kugelgelenks ο

Fig. 8 ist ein Längsschnitt der Pfanne für die Herstellung des in Fig. 6 dargestellten Kugelgelenks nach einem anderen erfindungsgeinäßen Verfahrens, und zwar in einem größeren Maßstab als Fig. 6.

Fig. 9 zeigt einen anderen Schnitt der in Fig. 8 dargestellten Pfanne»

Figo 10 ist eine Draufsicht der in Fig. 8 dargestellten Pfanne.

Fig.11 zeigt einen Schnitt eines Lagergliedes vor der Verformung zur Bildung des in Fig. 5 und 6 dargestellten Kugelgelenks nach dem anderen Verfahren, und zwar in einem größeren Maßstab als Fig. 5 und S₉ und

Figo 12 zeigt eine Draufsicht des in Fig. 11 dargestellten Lagergliedes ο

In Figo 1 bis 4 der Zeichnungen enthält ein Ku?; e Ige Ink 10 einen Kugelzapfen 11, der mit einer topfförmigen Pfanne 12 verbunden ist₀ Der Kugelzapfen 11 wird gebildet von einem langgestreckten zylindrischen Schaft 15, der in einem Endteil eine axiale Sacklochbohrung H aufweist. Ein Ende eines Lenkgestänges 15, welches einen Teil einer Fahrzeuglenkvorrichtung bildet, ist in die Bohrung 14 eingeschraubt. Das andere Ende des Schaftes 13 trägt eine teilweise sphärische Kugel 16_O Die Kugel 16 ist in Eingriff mit einer teilweise sphärischen Fläche, die ύοώ. einem rohrförmigen Lagerglied 17 gebildet ist, welches in dem Hohlraum 18 der topfförmigen Pfanne 12 angeordnet ist₀ Vor der Verformung des Kugelgelenks 10 hat die Wandung 19 der Pfanne 12 eine grade zylindrische

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innere Wanaimgsflache 20 (siehe Figo 1) die sich zwischen dem Rand 21 der Pfanne 12 und einer gestuften Stirnwandung 22 erytreol't, welche den Grund der Pfanne 12 bildet. Der Rand 21 bildet eine Öffnung der Pfanne 12. Die Pfanne 12 weist eine mit Außengewinde versehene zylindrische Stange 23 auf, mittels v/elcher ein Ende der Pfanne 12 mit einem anderen Teil der Lenk— Vorrichtung verbindbar ist„ Die Stange 23 erstreckt sich in -^ezug auf die Pfanne 12 axial nach außen. Der äußere Endteil der Pfanne 12 entha.lt einen Wandteil 24 mit einer geraden zylindrischen Außenfläche, die sich von dem Rand 21 zu einer Schulter 25 eratreckt. Jie Schulter 25 verbindet den Wandteil 24 mit einem anderen Teil 26 von größerem Außendurchmesser als der Wandteil 24.

Die Außenfläche des Wandteils 26 enthält zwei diametral gegenüberliegende Schraubenschlüssel-Abflachungen 27 (siehe Fig. 3) die erforderlich sind, wenn das Kugelgelenk in eine Längsvorrichtung eingebaut wird«,

Vor der Verformung des Kugelgelenks 10 hat das rohrförmige Lagerglied 17 (siehe Fig. 2) einen geraden zylindrischen Außenflächenteil und einen sich verjüngenden Teil 27 an einem Ende desselben. Das Lagerglied 17 hat eine innere Wandungsfläche 30, die einen zylindrischen Hauptteil auf v/eist und deren Durchmesser sich zu dem sich verjüngenden Ende 29 hin vermindert, so daß ein teilweise sphärischer Kugelsitz 31 gebildet wird«,

Man sieht aus Fig. 2, daß die Dicke der Wandung des Lagergliedes sich zu dem sich verjüngenden Ende 29 hin erhöht. Das Lagerglied ist aus einem elastischem Kunststoff hergestellt, beispielsweise aus ITylon, Acetylharz, Polyäthylen, Polypropylen, Polyurethan oder irgend einem anderen geeigneten Kunststoff.

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Das Verfahren der Hontage des Kugelgelenks 10 ist folgendes: Das Lagerglied 17 wird in den uohlraum 18 der Pfanne 12 eingesetzt, so dai3 das sich verjüngende Ende 29 des Lager^lieds 17 in der gestuften Stirnvandung 22 angeordnet ist und t:.n dieser anliegt» Die Kugel 16 wird dann durch die Öffnang der Pfanne 12 eingeführt und sitzt auf dem teilweise sphärischen Kugelsitz 31 des Lagerglieds 17 auf«.

Die Pfanne 12 mit den darin sitzenden Xugelzapfen 11 wird unter einen teilv/eise halbkugeligen (nicht dargestellten) Aufsatzhammer gebracht, und es wird eine axiale Last aufgebracht, so daß der vJandungsteJ 1 24 innerhalb des Aufs&tshammers verformt wird. Als Ergebnis werden der Viandungsteil 24 und der daran anliegende Teil des Lagergliedes 17 verformt, so daß sie der Kontur der teilweise halbkugeligen, an den Schaft 13 angrenzenden Oberfläche der Kugel 16 folgen,, Die Druckbelastung des Kugelgelenks 10 hängt von der axialen Belastung ab, die während der Verformung des ,/andungsteils 24 und des Lagergliedes 17 aufgebraucht wird. Jiine wünschenswerte Belastung ist die, daß bei Aufbringen einer Last von 50 Kilopond in Richtung des Pfeiles U (Pig. 4) und längs der Mittellinie des Kugelzapfens 11 kein Abheben der Kugel 16 von dem verformten ViTiidungsteil 24 der Pfanne 12 eintritt.

Vor der Montage des Kugelzapfens 11 in der Pfanne 12 wird die Kugel 16 reichlich mit Fett eingeschmiert, wobei das Fett vorzugsweise Molybdändisulfid enthält. Um das Fett in dem Kugelgelenk zu halten und den Eintritt von Fremdkörpern in das Kugelgelenk 10 zu verhindern, kann die Öffnung der Pfanne 12 mit irgendwelchen geeigneten Mitteln, beispielsweise einer (nicht dargestellten) Manschette abgedeckt sein.

Wenn das Montageverfahren des Kugelgelenks es erfordert, kann eine Oberfläche der Pfannenwandung oder beide Oberflächen sich

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verjüngend oder sonstwie profiliert ausgebildet sein. In dem Falle, wo die innere Wandungsflache der Pfannenwandung profiliert oder sich verjüngend ausgebildet ist, sollte eine entsprechende Profilierung oder Verjüngung auch an der Außenfläche der Wandung des entsprechenden Lagergliedes vorgesehen werden. Erforderlichenfalls kann die Innenfläche der Wandung des Lagergliedes sich verjüngend oder sonstwie profiliert ausgebildet sein₀

In Figo 5, 6 und 7 wird der Kugelzapfen 32 eines Kugelgelenks von einem Schaft 34 gebildet, welcher sich von der Kugel 35 weg verjüngt bis zu einem mit Außengewinde versehenen Endteil 36₀ Der sich verjüngende Schaft 34 wird von einer Mutter 37 in einer sich entsprechend verjüngenden Bohrung 38 in einem Kragen gehalten, der an einem Ende eines (nicht dargestellten) Lenkarmes gebildet ist«, Die topf f örmige Pfanne 40 hat einen mit Innengewinde versehenen zylindrischen Schaft 41, der durch einen gekröpften Teil mit dem Unterteil der Pfanne 40 verbunden ist und seitlich von dieser wegragt. Der freie Endteil des Schaftes 41 ist mit Abflachungen 42 für Kutternschlüssel versehen. Der Schaft 41 ist mit einem anderen Teil der Lenkvorrichtung, beispielsweise dem (nicht dargestellten) Lenkgestänge verschraubt«, Die Anordnung ist so, daß der Schaft 41 senkrecht zur Pfannenwandung 43 verläuft und gleichachsig zu der Kugel 35 liegte Die Außenfläche der Wandung 43 der Pfanne 40 enthält eine endlose Nut 44, die sich um die Pfanne 40 herum erstreckt und ein Ende eines elastischen hohlzylindrischen Gliedes 45 aufnimmt. Durch dieses Glied 45 soll der Eintritt von Fremdkörpern, beispielsweise Sand, in das Kugelgelenk 3.3 verhindert werden. Das andere Ende der Manschette 45 umgibt den Schaft er zwischen dem Kragen 39 und der Kugel 35. Die Manschette 45 enthält einen kegelstumpfförmigen Teil, der sich zu dem besagten einen Ende der Manschette 45 hin verjüngt und mit einem anderen kegelstumpf förmigen Abschnitt verbunden ist, der sich zu dem anderen Ende der Manschette 45 hin verjüngt. Der besagte andere

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kegeistumpfförmige Abschnitt der Manschette 45 hat einen Maximaldurchmesser, der geringer ist als der Maximaldurchmesser des "besagten einen kegelstumpfförmigen Abschnitts„

Die Figuren 8, 9,und 10 zeigen die Pfanne 40 vor der Verformung. Der Rand 46 wird durch jeweils einen von zwei sich teilweise längs des Umfanges und axial erstreckenden Ausnehmungen 47 zwischen zwei sich teilweise längs des Umfanges und axial erstreckenden bogenförmigen Yorsprüngen 48 (siehe insbesondere Fig. 10) gebildet. Das Kugelgelenk 33 wird so, wie es oben unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 beschrieben ist, montiert, wobei der halbkugelförmige Aufsatzhammer den Wandungsteil 49 verformt, der die Ausnehmungen 47 und VorSprünge 48 bildet. Als Ergebnis dieser Verformung wirken diejenigen Teile der Pfanne 40, welche die Ausnehmungen 47 und Vorsprünge 48 bilden, so zusammen, daß sie einen ovalen Durchbruch für die Pfanne 40 bilden.

Der ovale Durchbruch gestattet eine größere relative Schwenkbewegung zwischen der Pfanne 40 und dem Kugelzapfen 42 in einer die Kugelzapfenachse und den Schaft 41 enthaltenden Ebene als in einer anderen Ebene, welche die Kugelzapfenachse enthält und senkrecht zu der besagten einen Ebene ist.

In den Figuren 11 und 12 ist das rohrförmige lagerglied 50 mit vier Kanälen 51 versehen, die sich von dem freien Ende des Kugelsitzes 52 zu dem freien Ende der inneren Wandungsfläche 53 erstrecken. Die Kanäle 51 sind in regelmäßiger Anordnung um die Längsachse des Iegergliedes 50 herum angeordnet.

Die Kanäle 51 dienen der Verteilung von Fett in dem ganzen Kugelgelenk und verhindern eine hydraulische Hemmung, wenn die Kugel 35 in der Pfanne 40 montiert wirdo

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Claims

Patentansprüche

Kugelgelenk zur Verwendung bei Fahrzeuglenkvorrichtungen und Fahrzeugfederungen, mit einem Kugelzapfen bestehend aus einer mit einem Schaft versehenen Kugel, die in einer von einem einteiligen Lagerglied aus elektrischem Material gebildeten, teilweise sphärischen Fläche gehalten ist, bei welchem das einteilige Lagerglied innerhalb eines Hohlraumes einer topfförmigen Pfanne mit seinem elastischen Material unter Druck/gehalten ist, so daß die Reaktion der Druckbelastung des elastischen Materials auf die Kugel den Kugelzapfen von dem Grunde des Pfannenhohlraumes wegzudrücken sucht, und bei welchem der Schaft des Kugelzapfens durch einen von der topfförmigen Pfanne gebildeten Durchbruch hindurchragt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (24, 49) der Wandung (19, 49) der topfförmigen Pfanne (12, 40) der Kontur der Oberfläche der Kugel folgt, welche von der an den Schaft (13, 34) angrenzenden Teilhalbkugel der Kugel (16, 35) gebildet ist, und daß ein Teil des einteiligen Lagergliedes (17, 50) zwischen der Kugel (16, 35) und der Innenfläche des besagten Teils (24, 49) der Wandung (19, 43) der Pfanne angeordnet ist»
2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das einteilige Lagerglied aus Kunststoff besteht,.

3ο Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Durchbruch oval ist«,

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Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenks nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein topfförmiger Bauteil (12, H) hergestellt v/ird, von welchem wenigstens der Teil (19, 49) des Hohlraumes (18) der zum Ende hin zur Bildung der Mündung des Hohlraumes (18) offen ist, zylindrische Grundform "besitzt, daß ein einteiliges Lagerglied (17, 50) in den Hohlraum eingesetzt wird, daß die Kugel (16, 35) eines Kugelzapfens
(11, 32) durch die Mündung des Hohlraumes (18) eingeführt und diese Kugel (16, 35) innerhalb des einteiligen Lagergliedes (17, 50) angeordnet wird, und daß nach Einführung der Kugel (16, 35) Druck in einer zur Achse des zylindrischen Hohlraumteiles (19, 35) parallelen Hichtung auf den Teil (19, 43) des topfförmigen Bauteils (12, 40) ausgeübt wird, der den Umfang (21, 46) der Hohlraummündung "bildet, so daß der Teil (19, 43) des topfförmigen Bauteils um die Kugel herum verformt wird und die Kugel (16, 35) innerhalb des Hohlraumes (18) des topfförmigen Bauteils (12, 40)
hält, welcher als Pfanne des sich ergebenden Kugelgelenkes dient, wobei die Verformung des topfförmigen Bauteils (12, 40) eine ähnliche Verformung eines Teils des einteiligen Lagergliedes (17, 50) bewirkt, so daß das einteilige Lagerglied (17, 50) zwischen der Kugel (16, 35) und der Innenfläche des besagten Teils (19, 43) des topfförmigen Bauteils angeordnet isto

5ο Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Teil (19, 43) des topfförmigen Bauteils von einem halbkugelförmigen Aufsatzhammer verformt wird_o

Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das einteilige Lagerglied (17, 50) zylindrisch ist«.

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Verfahren nach einem der Ansprüche 4 "bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder "beide Flächen des Lagergliedes (17, 50) profiliert oder sich verjüngend ausgebildet ist_o

Verfahren nach einem der Ansprüche 4 "bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder "beide Wandungsoberflächen der Pfanne (12, 40) profiliert sind_o

Verfahren nach einem der Ansprüche 4 "bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang der Hohlraummündung des topfförmigen Bauteils (40) vor der Verformung so geformt ist, daß er nach der Verformung einen ovalen Durchbruch bildet, durch welchen der Schaft (34) des Kugelzapfens (32) ragt_o

Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang der Hohlraummündung des topfförmigen Bauteils (40) vor der Verformung so geformt ist, daß er zwei sich über einen Teil des Umfanges und axial erstreckende bogenförmige Ausnehmungen (47) zwischen jeweils sich über einen Teil des Umfanges und axial erstreckenden Vorsprüngen (48) bildet, und diese Vorsprünge (48) und Ausnehmungen (47) zur Bildung eines ovalen Durchbruchs bei der Verformung zusammenwirken.

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