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Lagerelement für Kugelgelenke Die Erfindung betrifft ein Halteelement
für ein einen Kugelzapfen aufweisendes Kugelgelenk, welches in einen Hohlraum eines
Gelenkgehäuses einsetzbar ist und einen aus etwas federndem Plastiklagermaterial
hoher Dichte bestehenden Körper aufweist, wobei der letztere eine ringförmige Wand
mit einer im wesentlichen sphärischen in Umfangsrichtung verlaufenden inneren Oberfläche
hat, die bei eingebautem Halteelement einen verhältnismäßig großen äquatorialen
Abschnitt der Kugel des Kugelzapfens bezogen auf eine im wesentlichen mit der Achse
des Kugelzapfens zusammenfallende Achse umfaßt.
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Derartige Kugelgelenke werden insbesondere zur Aufhängung der Lenkt
gestänge für die Vorderräder von Kraftfahrzeugen verwendet. Kugelgelenke, bei denen
ein Halteelement des Lagers einen Kugelzapfen in einem Hohlraum eines Gehäuses aufnimmt,
sind nicht völlig neu.
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in der US-PS 3 578 366 ist ein Kugelgelenk beschrieben, bei dem ein
aus Plastikmaterial hergestelltes Halteelement durch ein Fasermaterial abgestützt
ist, das zur Selbstschmierung des Kugelgelenkes mit Schmiermittel imprägniert ist.
Damit braucht das Kugelgelenk während seiner ganzen Lebensdauer nicht weiter geschmiert
zu werden. Ein weiteres Kugelgelenk, bei dem ein einstückiges aus Plastikgefertigtes
Halteelement durch den im Gelenkgehäuse ausgebildeten gedruckt Hohlraum in Anlage
an die Kugel des Kugelzapfens /gehalten wird, ist in der US-PS 3 530 495 beschrieben.
Hierdurch wird ein Verschleiß zwischen den komplementären Oberflächen der Kugel
und des Halteelementes beim Gebrauch des Kugelgelenkes ausgeglichen.
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Durch die vorliegende Erfindung soll ein Kugelgelenk geschaffen werden,
das ein verbesserte Abdichtung zwischen dem Halteelement und der Kugel des Kugelzapfens
aufweist, bei dem ein verbesserter Ausgleich des im Betrieb zwischen dem Halteelement
und der Kugel auftretenden Verschleißes erhalten wird, das eine größere Standzeit
aufweist, und das sich kostengünstiger herstellen und zusammenbauen läßt als die
bekannten Kugelgelenke Im folgenden werden Ausführungsbeispieleder Erfindung unter
Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser ;zeigt: Figur
1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk, wobei Teile weggebrochen
sind, Figur 2 eine perspektivische Ansicht des in Figur 1 dargestellt
ten
Halteelementes in vergrößertem Maßstabe; Figur 3 einen Schnitt durch einen Teil
eines der Ringe des in Figur 1 dargestellten Halteelementes in vergrößertem Maßstabe;
Figur 4 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk mit abgewandeltem
Halteelement, wobei Teile weggebrochen sind; Figur 5 eine seitliche Ansicht des
abgewandelten Haltelementes des in Figur 4 dargestellten Kugelgelenkes, teilweise
im Schnitt; Figur 6 eine Aufsicht auf das in Figur 5 dargestellte Halteelement in
Richtung der Pfeile 6-6; und Figur 7 einen Schnitt durch ein abgewandeltes erfindungsgemäßes
Kugelgelenk, wobei Teile weggebrochen sind.
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lo Ein in Figur 1 dargestelltes erfindungsgemäßes Kugelgelenk weist
einen Kugelzapfen 12 auf, der in einem als Gehäuse 14 dargestellten Lagersockel
Aufnahme findet. Der Kugelzapfen 12 trägt eine Kugel 16, die von einem Halteelement
18 umfaßt wird. Das letztere findet in einem im Gehäuse 14 ausgebildeten Hohlraum
20 Aufnahme. Der Hohl raum 20 ist durch eine zylindrische Seitenwand 22 und durch
eine angeformte Schulter 24 begrenzt. Das Halteelement und eine unter ihm liegende
Deckscheibe 26 werden durch in Umfangsrichtung in
Abstand angeordnete
Nasen 28 in dem Hohlraum 20 gehalten.
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Wie am besten aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, weist das Halteelement
zwei Ringe 30 und 32 auf. Diese haben vorzugsweise gleichen Aufbau und weisen einen
bei der außen liegenden Kante des Halteelementes liegenden durchlaufenden Wandabschnitt
34 auf. Die Ringe 30 und 32 haben ferner unterbrochene, im wesentlichen rechteckige
und zylindrisch gekrümmte Wandabschnitte 36, die beim Zusammenbau der Ringe zu dem
Halteelement 18 ineinander wechselseitig eingreifen. Zur lösbaren gegenseitigen
Verbindung der Ringe 30 und 32 ist jeder der unterbrochenen Wandabschnitte 36 vorzugsweise
mit zwei an seinen vorderen Ecken liegenden kleinen Vorsprüngen 38 und zwei an seinen
dem durchgehenden Wandabschnitt benachbarten Ecken vorgesehenen Aussparungen 40
versehen. Jeder der unterbrochenen Wandabschnitte 36 ist vorzugsweise mit einem
in axialer Richtung verlaufenden Schlitz 42 versehen, der in einem Loch 44 endet.
Hierdurch wird ein Verbiegen der Wandabschnitte erleichtert, wenn die Ringe durch
Einschnappen wechselseitig miteinander verbunden werden; zugleich wird ein Durchtritt
von im Gehäuse 14 befindlichen Schmiermitteln zur Kugel 16 des Kugelzapfens 12 ermöglicht.
In zusammengebautem Zustand bilden die Ringe 30 und 32 ein Halteelement 18, das
eine in Umfangsrichtung verlaufende innere Oberfläche 46 mit im wesentlichen sphärischer
Form aufweist. Die sphärische innere Oberfläche 46 läuft in Umfangsrichtung im wesentlichen
gleichförmig durch und kann in Anlage an einen beträchtlichen äquatorialen Bereich
der zwischen den Polen der Kugel 16 liegenden Kugeloberfläche gebracht werden. Dabei
überdecken
die unterbrochenen Wandabschnitte 36 den Äquator der Kugel. Die Ringe 30 und 32
sind bei ihrer außenliegenden Kante mit einer in Umfangsrichtung durchlaufenden
federnden Dichtlippe 48 versehen, die im unbelasteten Zustand im wesentlichen in
radialer Richtung nach innen über die sphärische Oberfläche 46 übersteht. Damit
wird in dem zusammengebauten Kugelgelenk eine Dichtung erhalten, die Verunreinigungen
aus dem äquatorialen Bereich der Kugel 16 heraushält und in diesem befindliches
Schmiermittel zurückhält. Bezüglich einer genaueren Beschreibung des soweit beschriebenen
Halteelementes für die Kugel des Kugelzapfens mit wechselseitig miteinander verbundenen
Ringen wird auf die US-PS 3 578 366 beschrieben.
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Jeder der Ringe 30 und 32 ist mit einer in seiner außenliegenden Kante
ausgebildeten in Umfangsrichtung und axialer Richtung verlaufenden Nut 50 versehen.
Diese begrenzt in radialer Richtung voneinander entfernte Randabschnitte der Wand
34. Zwischen diesen ist eine Mehrzahl in Umfangsrichtung voneinander entfernter
und im wesentlichen in radialer Richtung verlaufender Stege 52 angeordnet, die zusammen
mit dem Wandabschnitt 34 einen homogenen einstückigen Körper bilden. Vorzugsweise
endet jeder der Stege 52 in einer flexiblen federnden im wesentlichen rechteckigen
Lasche, die im unbelasteten Zustand im wesentlichen in axialer Richtung über die
äußere Kante des zugeordneten Ringes übersteht, wie aus Figur 3 ersichtlich ist.
Auf dem außenliegenden Teil des Wandabschnittes 34 eines jeden der Ringe 30 und
32 ist eine Mehrzahl in Umfangsrichtung voneinander entfernter Vorsprünge 56 vorgesehen.
Deren Abmessungen sind bezüglich der Abmessungen des
Hohlraumes
20 so gewählt, daß der Wandabschnitt 34 in etwa in radialer Richtung nach innen
gedrückt wird, wenn das Halteelement 18 sich im zusammengebauten Kugelgelenk in
dem Hohlraum 20 des Gehäuses 14 befindet.
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Werden die Einzelteile des Kugelgelenkes 1o zusammengebaut, so werden
die Ringe 3c und 32 des Halteelementes 18 in axialer Richtung in etwa mit dem Kugelzapfen
12 ausgerichtet, wobei sie einander gegenüberliegen und voneinander entfernt sind.
Dann werden die Ringe 30 und32 ineinandergedrückt, so daß sie ineinander einschnappen
und wechselseitig verbunden sind. Dabei wird die Kugel 16 des Kugelzapfens 12 im
Halteelement 18 eingeschlossen.
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Der Kugelzapfen 12 wird dann durch den Hohlraum 20 des Gehäuses 14
eingeführt und das Halteelement wird in den Hohlraum 20 eingedrückt, wobei zumindest
von den Vorsprüngen 56 ein Preßsitz mit der Seitenwand 22 des Hohlraumes 2c hergestellt
wird. Beim Einführen des Halteelementes 18 in den Hohlraum 20 drücken die Vorsprünge
56 den äußeren der in Umfangsrichtung verlaufenden Teile des Wandabschnittes 34
im wesentlichen in radialer Richtung nach innen, wodurch die Stege 52 zusammengedrückt
werden und die sphärische Oberfläche 46 und die Dichtlippen 48 des Halteelementes
18 in feste Anlage an die Kugel 16 gebracht werden, wie dies in Figur 1 dargestellt
ist. Der Abmessungsunterschied der einen Preßsitz bildenden Vorsprünge 56 des Halteelementes
18 und der Seitenwand 22 des Hohlraumes 20 im Gehäuse 14 ist ausreichend groß gewählt,
so daß eine Druckkraft erhalten wird, die dazu ausreicht, die Dichtlippen 48 und
die sphärische Oberfläche 46 während der
ganzen Lebensdauer des
Kugelgelenkes 1o durchgehend in Anlage an die Kugel 16 zu halten. Damit wird eine
angemessene Abdichtung und ein ausreichender Ausgleich für den Verschleiß der komplementären
Oberflächen der Kugel und des Halteelementes erhalten.
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Ohne einen solchen Ausgleich für den im Betrieb auftretenden Verschleiß
entstünde zwischen den komplementären Lagerflächen ein Spiel, das zu einem losen,
schlackernden Kugelgelenk und zum Verlust der anfänglichen Reibungseigenschaften
und dem anfänglich einer Bewegung des Kugelgelenkes entgegengesetzten Drehmoment
führen würden.
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Nach Einführen des Halteelementes 18 in den Hohlraum 20 wird unter
dem Halteelement die Eckscheibe 26 im Hohlraum 20 angebracht, und durch Unterschieben
unter die Nasen 28 befestigt. Die axiale Abmessung des Hohlraumes 20 mit der in
ihn eingesetzten Deckscheibe 26 ist kleiner als der axiale Abstand zwischen den
freien Enden der flexiblen auf gegenüberliegenden Seiten des Halteelementes 18 vorgesehenen
Laschen 54. In dem zusammengebauten Kugelgelenk sind daher die Laschen 54, wie in
Figur 1 dargestellt, gebogen. Damit wird eine leicht federnde Anordnung des Halteelementes
18 und damit auch des Kugelzapfens 12 im Gehäuse 14 erhalten. Infolgedessen kann
der Kugelzapfen bezüglich des Gehäuses in geringem Maße im wesentlichen in axialer
Richtung verschoben werden. Infolge dieser etwas federnden Anbringung kann das Kugelgelenk
1o ohne Beschädigung größeren Stößen und Schlägen ausgesetzt werden.
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Figur 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk lo' mit einem
abgeänderten
Halteelement 60. Der Kugelzapfen 12 und das Gehäuse 14 sind dieselben wie die beim
schon beschriebenen Kugelgelenk lo.
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Wie in den Figuren 4 und 5 dargestellt, weist das Halteelement 60
zwei miteinander verbundene Ringe 62 und 64 auf. Von diesen hat jedes eine Seitenwand
mit einem in Umfangsrichtung durchlaufenden Abschnitt 34' und mit gekrümmten in
radialer Richtung verlaufenden unterbrochenen Abschnitten 36. In den letzteren ist
jeweils wieder ein Schlitz 42 ausgebildet, und sie weisen Vorsprünge 38 und Aussparungen
4o zur Herstellung einer Schnappverbindung auf, über die die Ringe wechselseitig
ineinander eingreifend lösbar miteinander verbunden werden können. Jeder der Ringe
60 und 62 hat eine in axialer Richtung und Umfangsrichtung verlaufende Nut 50, die
in einer außenliegenden Kante des Ringes ausgebildet ist und innere,und äußere Randabschnitte
der Wand begrenzt. Zwischen den letzteren verlaufen im wesentlichen in radialer
Richtung verlaufende Stege 52', die zusammen mit dem Wandabschnitt 34' einen homogenen
einstückigen Körper bilden. Die Stege 52' haben, wie aus Figur 6 ersichtlich, die
Form eines Winkels oder eines V. Wie aus Figur 5 ersichtlich ist, hat das Halteelement
60 in nicht eingebautem Zustand in jedem der Wandabschnitte 34' eine konische äußere
Oberfläche, wobei der bei der außengelegenen Kante liegende maximale Durchmesser
größer ist als der Durchmesser der zylindrischen Seitenwand 22 des im Gehäuse 14
ausgebildeten Hohlraumes 20. Das Halteelement 60 hat ferner einen im wesentlichen
zylindrischen mittleren Abschnitt, dessen Durchmesser im wesentlichen gleich dem
Durchmesser der zylindrischen Seitenwand 22 des Hohlraumes 20 ist. Befindet sich
das Halteelement 60 in einem zusammengebauten Kugelgelenk lo', so
werden
die kegelförmigen äußeren Randabschnitte der Seitenwände der Ringe 62 und 64 im
wesentlichen in radialer Richtung nach innen gedrückt. Hierdurch werden die Stege
52' zusammengedrückt und die sphärische Oberfläche 46 und die Dichtlippen 48 des
Halteelementes in fester Anlage an die Kugel 16 gehalten. Dies erfolgt im wesentlichen
in gleicher Weise wie beim Halteelement 18 des Kugelgelenkes lo und stellt eine
gute Abdichtung und einen guten Ausgleich für den Verschleiß der Lagerflächen sicher.
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Figur 7 zeigt ein abgewandeltes erfindungsgemäßes Kugelgelenk 66,
bei dem ein Kugelzapfen 12 über ein Halteelement 68 in einem Gehäuse 14' untergebracht
ist. Das Halteelement 68 findet in einem Hohlraum 20' Aufnahme, der im Gehäuse 14'
ausgebildet ist und eine konische Seitenwand 22' aufweist. Das Halteelement 68 und
eine Deckscheibe 26' werden durch Nasen 28 im Hohlraum 20' gehalten. Das Halteelement
68 weist ein Paar lösbar miteinander verbundener Ringe 62 und 70 auf. Der Ring 70
hat eine Seitenwand mit einem im wesentlichen in Umfangsrichtung durchlaufenden
Abschnitt 34 " und mit gekrümmten, im wesentlichen in axialer Richtung verlaufenden
unterbrochenen Abschnitten 36. Die letzteren sind jeweils mit einem nicht dargestellten
in einem Loch auslaufenden Schiitz versehen, entsprechend dem Schlitz 42 und dem
Loch 44. Die unterbrochenen Wandabschnitte 36 des Ringes 70 tragen ebenfalls Vorsprünge
38 und Aussparungen 40 zur Herstellung einer Schnappverbindung, über die der Ring
62 und der Ring 70 ineinander eingreifend zu einem Halteelement 68 verbunden werden
können. Der Ring 70 hat eine durchlaufende verschlossene Stirnwand 72, die im zusammengebauten
Kugelgelenk unter einem
polaren Abschnitt der Kugel 16 liegt und
mit der Seitenwand 34 " einen homogenen einstückigen Körper bildet, wobei eine äußere
Oberfläche so geformt ist, daß sie an der Deckscheibe 26' in Anlage gebracht werden
kann. Der Ring 70 hat eine innere sphärische Oberfläche 46', über die er eine komplementäre
Lagerfläche bildend an die Kugel 16 angelegt werden kann. Der Ring 70 hat ferner
eine konische äußere Mantelfläche, deren Abmessungen so gewählt sind, daß der Ring
70 mit der konischen Seitenwand 22' des Hohlraumes 20 verkeilt werden kann, so daß
die sphärische Oberfläche 46' in sichere konforme Anlage an die Kugel 16 gebracht
wird, wenn das Halteelement 68 sich in einem zusammengebauten Kugelgelenk 66 befindet.
Der äußere Wandabschnitt des Ringes 62 ist im wesentlichen in radialer Richtung
nach innen gebogen, so daß die Stege 52' zusammengedrückt werden und die Dichtlippe
48 und die sphärische innere Oberfläche 46 sicher und fest an die Kugel 16 angedrückt
werden, wenn das Halteelement 68 sich in einem zusammengebauten Kugelgelenk 66 befindet.
Hierdurch wird eine gute Abdichtung und ein zufriedenstellender Ausgleich für den
im Gebrauch auftretenden Verschleiß der komplementären Lagerflächen der Kugel 16
und des Halteelementes 68 erhalten. Vorzugsweise ist der Ring 70 des Halteelementes
68 aus weniger gut federndem und steiferem und dafür abriebfesterem Plastikmaterial
gefertigt als der Ring 62 (z.B. Azetalplastik). Durch die Verwendung eines steiferen
Plastikmateriales mit besserer Verschleißfestigkeit zur Herstellung des Ringes 70
wird die Lebensdauer des Kugelgelenkes 66 erhöht, während der Verschleißausgleich
erhalten bleibt und vom Ring 62 des Halteelementes 68 sichergestellt wird. Zur Herstellung
des
Ringes 62 des Halteelementes 68 ist ein etwas federndes und flexibles Plastikmaterial
wie Polyäthylenplastikmaterial geeignet.
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Dieses eignet sich ebenfalls zur Herstellung der Ringe 30,32 und 62,64
der Halteelemente 18 und 60.
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Die federnde Anbringung des Kugelzapfens 12 bei dem erfindungsgemäßen
Kugelgelenk lo, welche durch die flexiblen Laschen des Halteelementes 18 erhalten
wird, führt zu einer erhöhten Stoß-und Schlagfestigkeit und zu erhöhter Widerstandsfähigkeit
gegen Ermüdungserscheinungen des Kugelgelenkes. Die Ausbildung des Halteelementes
mit in radialer Richtung voneinander entfernten inneren und äußeren Abschnitten
der Seitenwand, zwischen denen in Umfangsrichtung voneinander entfernte Stege angeordnet
sind, durch welche die Dichtlippe des Halteelementes um die sphärische innere Oberfläche
desselben kraftschlüssig in Anlage an eine entsprechende Oberfläche des Kugelzapfens
gehalten wird, führt zu einer verbesserten Abdichtung, was insbesondere bei dauergeschmierten
Kugelgelenken wichtig ist, führt zu einem verbesserten Ausgleich des Halteelementverschleißes,
wodurch die nutzbare Lebensdauer des Kugelgelenkes erhöht wird, und erleichert und
verbilligt die Herstellung und den Zusammenbau des Kugelgelenkes.