DE2710768A1

DE2710768A1 - Kugel-pfannen-gelenk

Info

Publication number: DE2710768A1
Application number: DE19772710768
Authority: DE
Inventors: Edward John Herbenar
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1976-03-11
Filing date: 1977-03-11
Publication date: 1977-09-22
Also published as: GB1564075A; IE44366B1; JPS5547647B2; JPS52129872A; IT1076605B; NL7702559A; BE852113A; FR2343920A1; AU506596B2; DK106277A; US4035094A; IE44366L; AU2281777A; LU76923A1; BR7701467A; ES456602A1; AR211632A1; CA1066904A

Description

TRW INC. 11. März 1977

23555 Euclid Avenue

Cleveland, Ohio 44117 / V.St. A.

Unser Zeichen; T 2157

Kugel-Pfannen-Gelenk

Die vorliegende Erfindung betrifft einen neuen und verbesserten Gelenkaufbau, insbesondere einen Gelenkaufbau mit einer Gelenkkugel und mit einer. Gelenkpfanne. Der erfindungsgemaße Gelenkaufbau ist vorteilhaft bei Fahrzeug-Lenksystemen verwendbar, wenn auch seine Anwendung nicht darauf beschränkt ist. Bekannte Fahrzeug-Lenksysteme besitzen gewöhnlich eine Vielzahl von Komponenten, beispielsweise eine Mittelstange, einen Lenkzwischenhebel, einen Lenkstockhebel usw., die durch Kugel-Pfannen-Gelenke miteinander verbunden sind, damit sie in jeder Richtung gegeneinander verdreht werden können.

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Derartige Kugel-Pfannen-Gelenke besitzen über die Anwendung bei Lenksystemen hinaus aber auch noch viele andere Anwendungsbereiche, wobei ihre Verwendung immer dann vorteilhaft ist, wenn die zu verbindenden Elemente in verschiedene Richtungen bewegbar sein müssen.

Ein allen Kugel-Pfannen-Gelenken gemeinsames Problem, das unabhängig davon auftritt, ob die Verwendung in Lenksystemen oder in anderen Vorrichtungen erfolgt, besteht in der Notwendigkeit, die verschiedenen Komponenten des Gelenkaufbaus trotz eintretender Verschleißerscheinungen in einer exakten Betriebslage zueinander zu halten. Normalerweise werden dazu in den Aufbau bzw. die Anordnung Spreizglieder oder Federn eingefügt, die den Verschleiß dadurch "auffangen", daß sie sich bei zunehmendem Verschleiß benachbarter Teile ausdehnen und dadurch die dann verkleinerten Teile in ihrer exakten Sitzlage halten. Dabei besteht ein Problem in der Gewährleistung eines ausreichenden Arbeitsweges des Spreizgliedes, damit selbst bei einem maximal zulässigen Verschleiß keine Lockerung eintritt. Ein anderes Problem ist die Erhaltung der Abmessungstoleranzen der verschiedenen Komponenten in so engen Grenzen, daß eine Pehlausrichtung der miteinander vereinigten Komponenten wie auch eine übermäßige Reibung zwischen diesen Komponenten nicht eintritt. Wenn die Abmessungstoleranzen der miteinander vereinigten Komponenten sich summieren ("Toleranz-Summierungseffekt"), müssen die Einzeltoleranzen sehr klein gehalten werden, wodurch sich die Herstellungskosten erhöhen. Die Verwendung sowohl von Spreizgliedern und Lagerelementen zur Stützung des Kontaktkopfes bzw. der Kugel erhöht die Anzahl der Bauteile und vergrößert das Toleranz-Summierungsproblem.

Zur Beseitigung dieser Probleme sind bisher verschiedene Lösungen vorgeschlagen worden. So zeigt beispielsweise die US-Patentschrift 3 667 789 ein Kugel-Pfannen-Gelenk mit einem tellerfederartigen Spreizglied, der an einer Lagerplatte angreift, die wiederum in Anlage an einem Kugelele-

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ment des Zapfenkopfes gehalten ist. Das Problem der Toleranzsummierung der Teile soll dabei durch die Einfügung einer unelastischen, zusammendrückbaren Komponente in den Aufbau beseitigt werden. Diese Komponente wird bei der Vereinigung der Bauteile zur Aufnahme von Dimensionsabweichungen der miteinander verbundenen Teile zusammengedrückt bzw. zerquetscht.

Die US-Patentschrift 2 528 221 zeigt ein Kugel-Pfannen-Gelenk, bei dem der Kugel- oder Kopfteil aus zwei trennbaren halbkugelförmigen Komponenten zusammengesetzt ist. Die beiden Komponenten werden durch ein Spreizglied in Sitzkontakt mit der Pfannenhöhlung gehalten, der innerhalb der vereinigten Komponenten angeordnet ist.

Die vorangehend beschriebenen, bisher ausgeführten Versuche zur Überwindung der bestehenden Schwierigkeiten zeigen in kleinerem oder größerem Umfang typische Unzulänglichkeiten. Eine dieser Unzulänglichkeiten besteht in der Notwendigkeit der Einfügung besonderer Teile in die Anordnung, wodurch die Herstellungskosten steigen und auch die Bauteil-Lagerhaltung sowie die Herstellungsverfahren kompliziert werden.Ein weiterer Nachteil der bekannten Lösungen liegt in der begrenzten Höhe der verfügbaren Spreizglied-Arbeitsbewegung zum Abfangen des Verschleißes.

Die Erfindung schafft einen Kugel- Pfannen-Gelenk-Aufbau mit einem eine Kugel bzw. einen vergrößerten Kopfbereich tragenden Zapfen und mit einer Pfanne, die eine Höhlung zur Aufnahme des vergrößerten Kopfbereiches besitzt. Die Gelenkpfannen-Höhlung ist durch eine Endkappe verschlossen. In der Höhlung ist ein Spreizglied oder eine Feder, vorzugsweise eine Tellerfeder angeordnet und zwischen dem Gelenkkopf und der Endkappe zusammengedrückt. Die Endkappe drückt zur Vorbelastung des Gelenkzapfens gegen den Gelenkkopf und hält diesen in Sitzanlage in der Pfannenhöhlung. Das Spreizglied ist der einzige Bauteil, der zwischen dem Gelenkkopf

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und die Endkappe eingefügt ist und zwischen diesen Bauteilen die auf den Gelenkzapfen wirkenden Vorbelastungskräfte überträgt.

Das Spreizglied besitzt vorzugsweise eine öffnung, die eine direkte Berührung zwischen der Endkappe und dem Gelenkkopf ermöglicht, sodaß der Gelenkkopf anfangs direkt von der Endkappe belastet werden kann, ohne daß das preizglied in Aktion tritt. Auf diese Weise wird der Gelenkkopf so lange direkt von der Endkappe belastet, bis einiger Verschleiß und dadurch eine Änderung der Bauteilabmessungen eintritt. Beim Eintreten eines solchen Verschleißes und im Zusammenhang damit einer Änderung der Bauteilabmessungen entspannt sich das Spreizglied in Richtung auf seine unkomprimierte Ruhelage, wodurch es den Gelenkkopf in die Sitzhöhlung drückt und dadurch die Lagerberührung zwischen dem Gelenkkopf und der Pfanne aufrechterhält. Diese Ausdehnung des Spreizglieds hält den Gelenkkopf darüberhinaus auch in der vorgesehenen Sitzlage an dem Spreizglied, sofern der Gelenkkopf sich aus der Anlage an der starr befestigten Endkappe wegbewegt.

Da nur das Spreizglied zwischen dem Kopfbereich und der Endkappe angeordnet ist, kann die Verwendung besonderer Lager und/oder Sitzbauteile entfallen, sodaß das Problem der Toleranzsummierung auf ein Minimum verringert wird. Das Spreizglied legt dabei dem Gelenkkopf vorzugsweise so an, daß sich eine ringförmige Kopf-Spreizglied-Kontaktzone ergibt.

Das Spreizglied ist vorzugsweise als Tellerfeder ausgebildet, die eine zentrale öffnung aufweist, deren Durchmesser so gewählt ist, daß die Tellerfeder eine im wesentlichen flache Lage einnimmt, so lange die Endkappe den Gelenkkopf selbst belastet. Dadurch wird der mögliche Arbeitsweg des Spreizgliedes in Richtung der entspannten Stellung für den Verschleißausgleich in voller Höhe verfügbar. Die mittig

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offene Tellerfeder dient zugleich auch als Sitz für den Zapfenkopf und erfüllt damit die Doppelfunktion als Verschleißausgleichs-Spreizglied und Zapfenkopfsitz.

Die vorliegende Erfindung schafft damit einen neuen und verbesserten Kugel-Pfannen-Gelenkaufbau, der den für den Verschleißausgleich verfügbaren Spreizgliedarbeitsweg maximiert, eine Vorbelastung des Gelenkzapfenkopfes durch die Endkappe ermöglicht, das Problem der Toleranzsummierung beseitigt oder zumindest auf ein Minimum beschränkt und einen einfachen, wirkungsvollen Aufbau erlaubt.

Die Erfindung schafft darüberhinaus einen neuen, verbesserten Kugel-Pfannen-Ge.lenkaufbau, bei dem die Probleme der Toleranzsummierung und der Spreizgliedbelastung zum Verschleißauslgeich einfach und wirkungsvoll durch die Schaffung eines (Spreiz)Baugliedes mit Doppelfunktion gelöst werden, das sowohl als Spreizglied als auch als Sekundärsitz für den Kopfteil dient, wobei die Anzahl der für den Gelenkaufbau benötigten Teile verringert ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausfuhrungsform. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeug-Lenkgestänges, bei dem erfindungsgemäß ausgebildete Kugel-Pfannen-Gelenke verwendet sind,

Figur 2 eine geschnittene Ansicht des erfindungsgemäßen Kuge 1 - P f anne nge 1 e nke s,

Figur 2A eine gegenüber der Figur 2 vergrößerte perspektivische Darstellung des bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen

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Gelenks verwendeten Spreizgliedes,

Figur 2B einen vergrößerten Teilschnitt, aus dem die Anfangslage des in Figur 2A dargestellten Spreizgliedes gegenüber dem Kugelkopf des Kugel-Pfannen-Gelenks dargestellt ist,

Figur 2C einen vergrößerten, der Figur 2B entsprechenden Teilschnitt mit Darstellung der Lage des Spreizgliedes gegenüber dem Kugelkopf nach einigem Verschleiß der Bauteile des Kugel-Pfannen-Gelenkes,

Figur 3 eine geschnittene Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kugel-Pfannen-Gelenks,

Figur Ί eine geschnittene Teilansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung vor dem endgültigen Zusammenbau,

Figur ΊΑ eine der Figur ¹J entsprechende Darstellung des Gelenks nach dem endgültigen Zusammenbau und

Figur kB eine gegenüber der Figur 4 vergrößerte perspektivische Darstellung des bei dem in Figur k dargestellten Gelenkaufbaus .verwendeten Spreizgliedes.

Die Figur 1 zeigt ein Lenkgestänge, das generell mit 10 gekennzeichnet ist und eine mittlere Verbindungsstange 12 umfaßt, die an ihren gegenüberliegenden Enden mit einem Lenk zwischenheb el I¹I und einem Lenkstockhebel 16 durch die zugeordneten Kugel-Pfannen-Gelenke 18 und 20 verbunden ist. Der Befestigungsarm 15 dient der Befestigung des Lenkzwischenhebels Hl an dem Fahrzeugchassis.

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Mit der Mittelstange 12 ist jeweils eine Spurstange 22, verbunden, die andernends mit dem jeweils zugeordneten Radträger 26, 28 durch die Kugel-Pfannen-Gelenke 32, 34, 36 und 38 vereinigt sind.Der Lenkstockhebel l6 wird durch ein (nicht dargestelltes) Lenkrad betätigt, damit auf die Fahrzeugräder 40 und 42 eine Schwenkbewegung ausgeübt wird.

In Fig. 2 ist mit dem Bezugszeichen 50 generell eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kugel-Pfannen-Gelenk-Aufbaus bezeichnet, der beispielsweise im Rahmen des Lenkgestänges 10 für die Kugel-Pfannen-Gelenke 32, 34, 36 und 38 benutzt werden kann. Der Kugel-Pfannen-Gelenk-Aufbau 50 umfaßt eine Gelenkpfanne 52 aus Metall mit einem Arm 53, der ein Gewindebereich 54 aufweist, welcher zum Zusammenwirken mit einem anderen Bauteil geeignet ausgebildet ist, mit dem die Gelenkanordnung verbunden werden soll, wie beispielsweise die Spurstangen 22 und 24. Die Pfanne 52 umfaßt ein Pfannengehäuse 56 aus Metall, in dem der Gehäuseraum 58 ausgebildet ist. Der Gehäuseraum 58 besitzt einen Lagerteil 58a mit einer ringförmigen Lagerfläche, die Teil einer Kugelfläche ist. Mit dem Lagerbereich 58a ist ein vergrößerter Sitzbereich 58b verbunden, der zylinderförmig ausgebildet ist und dessen Radius größer ist als der Krümmungsradius des Lagerbereichs. (In der Figur 2 ist ein Teil des Kopfes 70 weggebrochen, damit der Lagerbereich 58 besser sichtbar wird). Der Sitz bzw. der unterste Abschnitt 58b -(gem. Figur 2) des Raums 58 ist durch eine runde Endkappe 60 verschlossen, die durch eine ringförmige, darumgelegte Rippe 62 lagegesichert ist, die selbst durch das Herumdrücken von Material des Pfannengehäuses 56 über die Endkappe gebildet ist. Die metallene Endkappe 60 besitzt eine konkave Sitzvertiefung 60a, die in ihrem Zentrum ausgebildet ist.

Ein Kugelzapfen 64 aus Metall besitzt einen Schaft 66 mit einem Gewindebereich 68, der, wie auch schon der Gewinde-

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bereich 5^» zur Verbindung mit einem anderen geeigneten Bauteil angepaßt ist. Die Gewindebereiche 5^ und 68 dienen somit der Anbringung des Kugel-Pfannen-Gelenkaufbaus zwischen zwei geeigneten Bauteilen v/ie beispielsweise der Spurstange 22 und dem Radträger 26. Der Schaft 66 ist mit dem Kopf 70 einstückig ausgebildet und erstreckt sich durch eine öffnung 58c des Gehäuses 56. Die Öffnung 58c ist durch eine im wesentlichen kegelstumpfformige Fläche 58d bestimmt, die koaxial zu dem Lagerbereich 58a und dem zylindrischen Sitzbereich 58b angeordnet ist. Der Kugelzapfen 6k besitzt eine im wesentlichen sphärische Kugel bzw. einen vergrößerten Kopf 70, der an dem einen Schaftende ausgebildet ist. Das polare bzw. vom Mittelpunkt entfernt gelegene Ende 70a des Kopfes 70, d.h. das Ende, das von dem Schaft 66 entfernt liegt, berührt mit einem Ringflächenbereich direkt die Endkappe 60, ohne daß dazwischen ein anderer Bauteil oder ein anderes Bauglied zur Wirkung kommt und die Berührung unterbricht. Die Vertiefung 60 a der Endkappe 60 besitzt den gleichen Krümmungsradius wie der Kopf 70, sodaß eine enge Gleitberührung zwischen dem Kopf 70 und der Endkappe 60 bei einer Drehung oder Hin- und Herbewegung des Schaftes 66 erfolgen kann.

Der Lagerbereich 70b des Kopfes 70 bildet einen Kugelabschnitt und wird innerhalb und in Anlage an den Lageabschnitt 58a gehalten, der. den gleichen Krümmungsradius wie der Kopf besitzt. In dem Lageabschnitt 58a ist auch eine bogenförmige Quernut 72 zur Zuführung eines geeigneten Schmiermittels ausgebildet. Der Außenbereich des Gehäuses 56 ist von einem Dichtkragen 7¹J aus elastischem Material wie synthetischen oder natürlichem Gummi übergriffen, der eine öffnung 76 aufweist, durch die der Schaft 66 hindurchgeführt ist. Der Dichtkragen Ik bildet mit dem Gehäuse 56 einen Raum 7¹Ja, der mit einem Schmiermittelvorrat gefüllt ist. Die Nut 72 führt Schmiermittel in den Raum 7¹Ja und

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und den Raum 58b, der ebenfalls mit Schmiermittel gefüllt ist. Der Kugelzapfen 6*J kann dadurch gegenüber dem Gehäuse 56 in bekannter Weise in jeglicher Richtung frei gedreht bzw. hin- und herbewegt werden, wobei der Raum 58b mit Schmiermittel gefüllt bleibt und der Dichtkragen 7^ der Bewegung des Schaftes 66 elastisch folgt.

Zwischen der Endkappe 6o und dem Kopf 7o ist ein Federglied bzw. Spreizglied angeordnet, das eine tellerartige Feder 78 aufweist. Wie am besten die Fig. 2A erkannen läßt, besitzt die ringförmige Metallfeder 78 eine kreisrunde, zentrale Öffnung 8o, deren Umfangsbereich eine zylindrische innenfläche 82 bildet, die (wie die Fig. 2 zeigt) einem Bereich des kugelförmigen Kopfes 7o zwischen den Enden 7oa und 7ob anliegt. Zu der Innenfläche 82 verläuft eine zylindrische Außenfläche 83 koaxial. Die Feder 78 befindet sich bei der in Fig. 2A gewählten Darstellung in der entspannten Lage, in der sie eine Schalenform besitzt und eine kegelstumpfförmige Hauptaußenseitenfläche 8*1 sowie eine kegelstumpfförmige Hauptinnenseitenfläche 87 bildet. Die kleineren Innen- und Außenseitenflächen 82 und 83 verlaufen senkrecht zu den Hauptseitenflächen 84 und 87. In der Fig. 2 ist die Feder 78 demgegenüber zwischen dem Kopf 7o und der Endkappe 60 in der vervollständigten Anordnung elastisch angedrückt und im wesentlichen flach zu sehen.

Zum Zusammenbau des Gelenks 5o wird der Kopf 7o des Kugelzapfens 6*1 in den Lagerraum 58 eingesetzt, derart, daß der Schaft 66 durch die öffnung 58c des Gehäuses 56 hindurchsteht. Danach wird die Tellerfeder 78 in die vorgesehene Anlage an den Kopf 7o gebracht,wobei ihre kreisrunde Innenfläche 82 mit einem umfassenden unteren polaren Endbereich (wie er in Fig. benutzt ist) des Kopfes 7o axial ausgerichtet wird. Danach wird die kreisrunde Endkappe 60 in Anlage an die Spreizfeder 78 gebracht. Dazu ist zu bemerken, daß zu diesem Zeitpunkt die runde Endkappe 60 und die Feder 78 gegenüber dem zylindrischen Raum 58b und dem Lagerbereich 58a axial ausgerichtet sind. Danach wird eine bestimmte Belastung auf die Endkappe 60 ausge-

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übt und diese auf das Gehäuse 56 zu gedrückt. Hierbei wird die Spreizfeder 78 aus der in Pig. 2A dargestellten Ruhelage in eine im wesentlichen ebene, vorgespannte Lage, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, durch den Druck der Endkappe 6o auf den ralativ durchmessergroßen äußeren Endbereich der Spreizfeder zusammengedrückt. Sobald die vorbestimmte Belastung auf die Endkappe aufgebracht und die Feder 78 in die vorgespannte Position gemäß Fig. 2zusammengedrückt ist, greift der Kopf 7o durch die kreisrunde zentrale öffnung in der Feder hindurch und kommt dabei in Anlage an die Vertiefung 6oa der Endkappe 6o. Die Vertiefung 6oa besitzt eine Innenfläche, die einen Kugelteil bildet, dessen Radius mit dem äußeren Kugelradius des Kopfes 7o und der Lagerfläche übereinstimmt.

Während die vorbestimmte Belastung auf die Endkappe 6o aufgebracht und dadurch die Feder in der elastisch zusammengedrückten Position gehalten wird, erfolgt eine Lagesicherung der Endkappe dadurch, daß (wie in Fig. 2 dargestellt) ein unterster Endbereich des Gehäuses 56 über den runden Umfangsrand der Endkappe 6o gedrückt und dadurch eine ringförmige Lippe 72 gebildet wird, in der gleichen Weise, wie dies in der US-PS 3 ^64 723 gezeigt ist. Der Durchmesser der zentralen öffnung 8o der Spreizfeder 7o ist so ausgebildet, daß die Endkappe 6o sich dem polaren Ende 7oa des Kopfes 7o anlegt, während die Spreizfeder zu einer im wesentlichen ebenen Gestalt elastisch zusammengedrückt ist. Zwar ist die Feder 78 zwischen dem Kopf 7o und der Endkappe 6o liegend angeordnet, jedoch ermöglicht die runde öffnung 8o der Feder 78 einen direkten Kontakt zwischen dem Kopf und der Kappe 6o, der nicht durch die Feder 78 unterbrochen ist. Die anfängliche Vorbelastung des Kopfes 7o erfolgt daher durch die Endkappe 6o und nicht durch die Feder 78.

Bei zusammengebauter Pfannenanordnung 5o wird ein verhältnismäßig durchmessergroßer kreisförmiger Außenrand 85 der Spreizfeder 78 gegen die Innenfläche 60b der Endkappe 60 gedrückt (siehe Fig. 2B). Der Rand 85 umfaßt eine Ecke, die zwischen der

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ringförmigen Außenfläche 83 und der Innenfläche 87 der Feder gebildet wird. In gleicher Weise ist ein kreisförmiger innerer Rand oder Sitz 86 im Schnittbereich der Seitenfläche 82 und der Seite 8k der Feder 78 gebildet, der in Anlage an die kugelförmige Außenfläche des Kopfes 7o gelangt. Die Feder 78 wird im wesentlichen in der ebenen, zusammengedrückten Lage gegen den Einfluß der ihr innewohnenden Elastizität durch den Gelenkkopf 7o und die Endkappe 60 gehalten. Es ist dabei festzustellen, daß die kreisförmige Außenfläche 84 der Feder 78 im Abstand von der Innenfläche 58g des Raumes 58 liegt und daß die Feder sich bei einem Verschleiß des Gelenkkopfes 7o oder des Lagerbereichs 58a aus der in Fig. 2 dargestellten, im wesentlichen ebenen und vollständig zusammengepreßten Lage herausbewegen kann.

Während der Benutzung wird ein einwandfreies Zusammenwirken der Bauteile des Gelenkaufbaus zunächst durch die Vorbelastung des Kopfes 7o und des Zapfens 66 durch die Endkappe 60 und die Feder 78 erreicht. Nach dem endgültigen Zusammenbau, jedoch vor Eintritt eines beachtlichen Verschleißes,dient die Feder 78 in der Hauptsache als Hilfe zur sauberen Lagerung des Kopfes 7o des Zapfens 66 in der Endkappe 60 sowie zur Unterdrückung von Klapperbewegungen. Wenn dann beim Gebrauch ein Verschleiß der Teile eintritt, wird eine Lockerung des Sitzes oder eine Fehlausrichtung durch die elastische Ausdehnung der Feder 78 gegen den Kopf 7o verhinddert. Da die Feder 78 sich nach dem Zusammenbau in einem im wesentlichen flachen Zustand befindet, ist der gesamte Expansionsweg zwischen diesem flachen Zustand (Fig. 2) und dem kegelstumpfförmigen entspannten Zustand (Fig. 2A) zum Verschleißausgleich verfügbar.

Bei einem Verschleiß der Teile wird der Kugelkopf 7o durch die verhältnismäßig steife Feder 78 an den Lagerbereich 58a angedrückt. Dabei bewegt sich der Kugelkopf 7o von der Aufnahme 60a in der Endkappe 60 in radialer Einwärtsrichtung weg, wie dies in Fig. 2C dargestellt ist. Während der Einwärtsbewegung

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des Kugelkopfes 70 dehnt sich die Feder 78 elastisch aus der vollständig zusammengedrückten Lage gem. Fig. 2B in die entspannte Lage gem. Fig. 2A. Bei der Dehnung der Feder 78 bewegt sich die Außenfläche 83 von einer zylindrischen Seitenwand 58g des Raumes 58a (Fig. 2C) weg. Der innere Sitzrand 86 wird dabei in enger Druckanlage an dem Kugelkopf 78 gehalten, wodurch dieser ständig an den Lagerbereich 58a angedrückt wird. Da die durch Verschleiß verursachten Abmessungsänderungen der Teile verhältnismäßig klein sind, ist selbst bei dem maximal zulässigen Verschleiß des Gelenkaufbaus eine einwandfrei Anlage und Ausrichtung der Teile ohne jede Lockerung über die gesamte Lebensdauer hin erreicht. Mit steigendem Verschleiß übernimmt die Feder 78 dann allein die Funktion der Sitzpositionierung des Kopfes 70, der aus der Vertiefung 60a herausgehoben wird, sobald die Feder 78 in Abhängigkeit vom Verschleiß in die entspannte Lage gelangt.

Die Tellerfeder 78 übt dabei eine Doppelfunktion aus und zwar sowohl als Sitz für den Kopf 70 (bei der dargestellten Ausführungsform anfangs im Zusammenwirken mit dem konkaven Bereich 60a der Endkappe 60) und zugleich als Spreizglied zum Ausgleich des Verschleißes der Teile. Wenn durch einen genügend großen Verschleiß der Kopf 70 aus der Sitzvertiefung 60a herausgehoben wird, dient der Sitzrand 86 der Feder 78 als Sitz. Die Verwendung der Feder 78 in den beiden Funktionen als Sitz und Spreizvorrichtung erlaubt den Wegfall zusätzlicher Lagerglieder, Kragen usw.

Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausfuhrungsform der Erfindung, die bezüglich der meisten Bauteile der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform entspricht, weshalb gleiche Bauteile mit den bereits in Fig. 2 verwendeten Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform umfaßt jedoch ein freies Lager 86, das zwischen dem Kopf 70 und dem Lagerbereich 58 des Raumes 58a eingefügt ist und dabei die Gestalt

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einer abgeschnittenen Halbkugel besitzt. In der Fig. 3 ist ein Teil der Kugel 70 zur besseren Darstellung des Lagers weggebrochen. Das Lager 86 kann aus jedem dazu geeigneten Material, wie gehärtetem Stahl oder auch Kunststoff (beispielsweise jeder synthetischen organischen Polymerverbindung wie Polyäthylen hoher Dichte usw.) hergestellt sein, das geeignete bauliche Eigenschaften besitzt.

Auf der Innenfläche des Lagers 86 ist eine Schmiernut 72a ausgebildet, die der Führung eines geeigneten Schmiermittels dient. Die hin- und hergehende und drehende Bewegung erfolgt zwischen den gehärteten Innenflächen des Lagers 86 und des Kopfes 70. Die Schmiernut kann bei jeder der Ausführungsformen auch in dem Kopf 70 ausgebildet sein.

Die Fig. 4 zeigt eine Teildarstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kugel-Pfannen-Gelenks. Die Fig. 4 zeigt das Gelenk vor dem Endzusammenbau und vor der Positionierung der Endkappe 60. Auch in den Fig. 4 und 4A sind für die Bauteile, die mit den Bauteilen der Ausführungsformen gem. Fig. 2 und 3 übereinstimmen, die gleichen Bezugszeichen verwendet worden.

Der Kugelzapfen 64 umfaßt einen Kopfteil 70, der in dem Gehäuseraum 58 des Pfannengehäuses 56 aufgenommen ist. In Anlage an de.n unteren Bereich des Kopfes 70 (entsprechend der Darstellung in Fig. 4) ist ein Spreizglied 88 gebracht, das aus einem geeigneten Polymermaterial besteht, wobei dieses Spreizglied jedoch zwischen das polare Ende 70a und das Lagerende 70b eingefügt ist. Die Fig. 4B zeigt ein Spreizglied 88 in der entspannten, unbelasteten Lage. Das Spreizglied besitzt eine mittlere öffnung 90, deren Umfang eine kreisrunde Sitzfläche 92 entlang der Innenfläche einer geneigten kleinen Seitenfläche 94a bildet. Einge kegelstumpfförmige Hauptseitenfläche 94b ist von der Fläche 94a und der Kopffläche 94a des Spreizgliedes 88 weggeneigt. Das Spreizglied

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besitzt einen äußeren Basisbereich 9^ und eine konkave Innenfläche 97.

Entsprechend einer Besonderheit der in den Pig. ¹J und ¹JA dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist der Kopfteil 70 des Kugelzapfens 6¹J mit einer Mehrzahl gekrümmter Nuten 100 versehen, die zur Schmiermittelführung zwischen einem (wie in Pig. ¹J dargestellt) unteren Bereich des Raumes 58 und einem oberen Bereich des Raumes dienen. Es ist dabei darauf hinzuweisen, daß die Nuten 100 in ihrer Längsrichtung eine ausreireichende Abmessung besitzen, sodaß sie durch die runde zentrale öffnung 90 (siehe Fig. ¹JB) des ringförmigen Spreizgliedes 88 hineinreichen. Da die Nuten 100 durch die zentrale öffnung 90 des Spreizgliedes 88 hindurchreichen, kann der Expander nicht auf die sphärische Außenfläche des Kopfes 70 drücken und die Überführung des Schmiermittels von dem unteren Bereich des Raumes 58 in den oberen Bereich nicht blockieren.

Zum Zusammenbau des in Fig. ¹J dargestellten Kugel-Pfannen-Gelenks wird das Spreizglied 88 in Anlage an den Kopf 70 gebracht, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Die Endkappe 60 (Fig. ¹JA) wird dann an den Kopf 70 angelegt und in einem vorbestimmten Maß belastet. Material von den Gehäuseseiten wird dann radial einwärts gepreßt und das untere Ende des Pfannengehäuses über den Umfangsbereich der Endkappe 60 gedrückt, um diese in der aus der US-Patentschrift 3 ^6¹J 723 bekannten Weise lagezusichern. Beim Andruck der Endkappe 60 gegen den Kopf 70 des Zapfens 64 wird das Spreizglied 88 zwischen dem Kopf 70 und der Kappe 60 in einem im wesentlichen ebenen Zustand gedrückt, wie er in Fig. ¹JA gezeigt ist. Das Ende 70a des Kopfes 70 setzt sich dadurch unmittelbar in die Sitzvertiefung 60a der Endkappe 60 und zugleich auch in die kreisförmige Lagerfläche 92 des flachgedrückten Spreizgliedes 88. Sobald die Bauteile während des Gebrauchs verschleißen, dehnt sich das vollständig zusammengepreßte Spreizglied 88 wie schon

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bei den Ausführungsformen gem. Fig. 2 und 3 gegen den Kopf 70 und übernimmt zunehmend die Funktion des Sitzes für den Kopf 70, wobei zugleich eine einwandfreie Anlage der Bauteile zueinander erhalten bleibt. Das Spreizglied 88 ist, wie auch bei den anderen Ausführungsformen, das einzige zwischen dem Kopf 70 und die Endkappe 60 eingefügte Glied, das in der Lage ist, Lagerkräfte zwischen diesen Teilen zu übertragen.

Die vorangehend beschriebenen Ausführungsformen sind nur beispielsweise Verwirklichungen der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind noch mancherlei Änderungen möglich.

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Claims

Patentanwälte

Dip!-Ing Dipl.-Chem. Dol-liif

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

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Ansprüche:

Kugel-Pfannen-Gelenkaufbau,g ekennzeichnet •durch eine Pfanne mit einem darin ausgebildeten Aufnahmeraum, dem in der Nähe eines offenen Endes ein Lagerflächenbereich zugeordnet ist, ferner durch einen Kugelzapfen mit einem kugelförmigen Endbereich, der an dem Lagerflächenbereich anliegend in den Aufnahmeraum eingefügt ist, während der Kugelzapfen zugleich einen aus dem offenen Ende des Aufnahmeraums nach außen vorstehenden Schaftteil aufweist, durch eine mit der Pfanne verbundene Endkappe, die den dem Lagerflächenbereich gegenüberliegenden Endteil des Aufnahmeraums verschließt, sowie durch wenigstens ein in dem Aufnahmeraum angeordnetes Federmittel,das den kugelförmigen Endteil des Kugelzapfens im Sinne einer Entfernung von der Endkappe und einer Anlage an dem Lagerflächenbereich federnd belastet, wobei die Federmittel ein ringförmiges Federglied umfassen, das einen in Radialrichtung innen liegenden, eine zentrale Öffnung bildenden Abschnitt umfaßt, welcher in Anlage an den kugelförmigen Endteil des Kugelzapfens bringbar ist,

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... ORIGINAL INSPECTED

während ein radial außen liegender Bereich des ringförmigen Federgliedes in Anlage an eine Innenfläche der . Endkappe bringbar ist und ein Paar ringförmiger Hauptseitenflächen sich zwischen dem radial innen liegenden und dem radial außen liegenden Bereich erstreckt,und wobei der kugelförmige Enteil des Kugelzapfens Flächen umfaßt, die wenigstens teilweise eine Nut in ihm bilden, die sich durch die runde zentrale öffnung des ringförmigen Federgliedes erstreckt und die Führung eines Schmiermittels zwischen den entgegengesetzten Seiten der Stelle erlauben, an der der radial innen liegende Bereich des ringförmigen Pedergliedes dem kugelförmigen Enteil des Kugelzapfens anliegt.

2. Kugel-Pfannen-Gelenkaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der kugelförmige Enteil des Kugelzapfens aus einer Anfangslage, in der er der Endkappe anliegt, bei einem Verschleiß des Kugel-Pfannen-Gelenkaufbaus durch die Wirkung des ringförmigen Federgliedes in eine zweite, von der Endkappe entfernte Position überführbar ist, wobei der radial außen liegende Bereich des ringförmigen Federgliedes an der Innenfläche der Endkappe in der Nähe der Seitenwandfläehe des Pfannenaufnanmeraums anliegt, wenn sich der kugelförmige Endteil des Kugelzapfens in der Anfangsstellung befindet, während er bei in die zweite Stellung überführtem kugelförmigen Endteil des Kugelzapfens der Innenfläche der Endkappe im Abstand von der Seitenwandfläehe anliegt.

3. Kugel-Pfannen-Gelenkaufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die ringförmigen Haupt-Seitenflächen des Federgliedes von dem kugelförmigen Endteil des Kugelzapfens auswärts auf die Innenfläche der Endkappe zu verlaufen, wobei sie in einem ersten Winkel zu einer Ebene stehen, die wenigstens einen Bereich der Innenfläche der Endkappe aufnimmt, solange sich der kugelförmige Endteil des Kugelzapfens in der Anfangsstellung befindet, während diese Flächen in einem zweiten Winkel zu

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der Ebene stehen, die wenigstens einen Teilbereich der Innenfläche der Endkappe aufnimmt, sobald der kugelförmige Endteil des Kugelzapfens sich in der zweiten Stellung befindet, wobei der zweite Winkel größer ist als der erste Winkel.

Kugel-Pfannen-Gelenkaufbau, gekennzeichnet durch eine Pfanne mit einem darin ausgebildeten Aufnahmeraum, dem in der Nähe seines offenen Endes ein Lagerflächenbereich zugeordnet ist, ferner durch einen Kugelzapfen mit einem Endteil, der in dem Aufnahmeraum in Anlage an dem Lagerflächenbereich sitzt, wobei der Kugelzapfen einen durch das offene Ende des Aufnahmeraums nach außen vorstehenden Schaftteil besitzt, weiterhin durch eine mit der Pfanne verbundene Endkappe, die einen dem Lagerflächenbereich entgegengesetzt liegenden Endbereich des Aufnahmeraums verschließt, sowie durch in dem Aufnahmeraum angeordnete Federmittel, die den kugelförmigen Endteil des Kugelzapfens federnd von der. Endkappe weg in Anlage an den Lagerflächenbereich drücken, wobei die Federmittel ein ringförmiges Federglied umfassen, das einen radial innen liegenden Bereich besitzt, der eine runde öffnung bildet, durch den ein Teil des kugelförmigen Endbereichs des Kugelzapfens hindurchtritt und der dem kugelförmigen Endteil des Kugelzapfens an einer ersten Stelle anliegt, die auf der ersten Seite einer ersten Ebene liegt, welche sich durch das Zentrum des kugelförmigen Enteils des Kugelzapfens in eine Richtung senkrecht zu einer zentralen Längsachse des Schaftteils des Kugelzapfens erstreckt, der selbst auf einer zweiten Seite der ersten Ebene angeordnet ist, die der ersten Seite abgewandt liegt, wobei ferner das ringförmige Federglied einen runden radial außen liegenden Bereich umfaßt, der einer Innenfläche der Endkappe anliegt, und ein Paar ringförmiger Hauptseitenflächen von dem radial innen liegenden Bereich zum radial außen liegenden Bereich verlaufen, während der kugelförmige Endteil des Kugelzapfens bei einem Verschleiß des Kugel-Pfannen-Gelenkaufbaus aus

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der ersten Stellung an der Endkappe durch die Wirkung des ringförmigen Federgliedes in eine zweite von der Endkappe entfernte Stellung bewegbar ist, wobei die ringförmigen Hauptseitenflächen des Federgliedes von dem sphärischen Endteil des Kugelzapfens auswärts zur Innenfläche der Endkappe hin verlaufen und wenigstens eine der ringförmigen Hauptseitenflächen des Federgliedes in einem ersten Winkel gegenüber einer zweiten Ebene liegt, die wenigstens einen Bereich der Innenfläche der Endkappe aufnimmt, solange der kugelförmige Endteil des Kugelzapfens sich in der Anfangsstellung befindet, während sie in einem zweiten Winkel zu der zweiten Ebene verläuft, sobald der kugelförmige Endteil des Kugelzapfens sich in der zweiten Stellung befindet,und der zweite Winkel größer als der erste Winkel ist.

Kugel-Pfannen-Gelenkaufbau nach Anspruch k_t dadurch gekennzeichnet , daß der radial außen liegende Bereich des ringförmigen Federgliedes bei in der ersten Stellung befindlichem kugelförmigem Endteil des Kugelzapfens der Innenfläche der Endkappe in der Nähe der Seitenwandflache des Pfannenaufnahmerauins anliegt, während er bei in der zweiten Stellung befindlichem kugelförmigem Endteil des Kugelzapfens der Innenfläche der Endkappe in einem Bereich anliegt, der von der Seitenwandflache des Pfannen-Aufnahmeraums entfernt liegt.

Kugel-Pfannen-Gelenkaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eine der ringförmigen Hauptseitenflächen des Federgliedes in einer im wesentlichen konischen Ebene verläuft, deren Basis im Bereich der Innenfläche der Endkappe liegt und deren Kopfbereich in einem von einem äußeren Oberflächenbereich des kugelförmigen Endteils des Kugelzapfens umschlossenen Zwischenraum liegt, wenn der kugelförmige Endteil des Kugelzapfens sich in der zweiten Stellung befindet.

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7. Kugel-Pfannen-Gelenkaufbau nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet , daß die erste und die zweite Ebene parallel zueinander verlaufen und einen Abstand voneinander haben, der kleiner ist als die Länge eines Radius des kugelförmigen Endteils des Kugelzapfens,

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