DE3222308A1 - Kugelgelenkverbindung fuer einen scheibenwischer - Google Patents
Kugelgelenkverbindung fuer einen scheibenwischerInfo
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Description
"~ wf "~
♦ 3.
Die Erfindung betrifft Kugelgelenkverbindungen für Scheibenwischeranordnungen
und insbesondere derartige Kugelgelenkverbindungen, bei denen der Fassungsabschnitt der Anordnung aus
einem synthetischen formbaren nichtmetallischen Material gebildet ist.
Es ist bei Scheibenwischeranordnungen von Kraftfahrzeugen
üblich, mindestens zwei Scheibenwischerblätter an getrennten Schwenkarmen zu führen, welche über ein Gestänge mit einem
gemeinsamen Scheibenwischermotor verbunden sind, wobei in dem Gestänge eine Anzahl von Kugel-Universalgelenken mit
Kugel- und Fassungsabschnitten enthalten sind. Diese Gestänge sind meist an Stellen des Kraftfahrzeuges untergebracht, die
die Gelenkverbindungen relativ unzugänglich machen. Es ist demzufolge wichtig, daß die Gelenkverbindungen über längere Zeiträume
funktionsfähig gehalten werden ohne wartungsbedürftig zu sein.
Es sind Kugelgelenkanordnungen von Scheibenwischergestängen
mit langer Lebensdauer bekannt, bei denen der Fassungsabschnitt der Anordnung aus einem synthetischen formbaren
nichtmetallischen Material, z.B. einen glasfaserverstärkten Polyamid-Kunstharzmaterial gebildet ist . Eine derartige
Materialsorte ist Nylon 12 mit 30% Glasfaseranteil, das von der Firma Vestamid unter der Handelsbezeichnung L-1930 Black
97503 in den Handel gebracht wird. Der Kugelabschnitt, der normalerweise mit einer derartigen nichtmetallischen Fassung
eingesetzt wird, besteht aus Stahl. Es hat sich gezeigt, daß derartige nichtmetallische Fassungen sehr hart und sehr
dimensionsstabil sind, daß jedoch beim Dauereinsatz der Glasfaser-Füllstoff einen Abrieb in Form eines Glaspulvers in
jedem Gelenk erzeugt, der einen unbehandelten Stahlkugelabschnitt ernsthaft durch Abschleifen beschädigen kann. Um
diesen Effekt zu überwinden, wird der Stahlkugelabschnitt
mit einer außerordentlich guten Oberflächenbearbeitung versehen,
es wird eine sehr harte Nickelschicht stronlos auf die Stahlkugel aufgebracht und dann wird der beschichtete
Kugelabschnitt hochglanzpoliert, um eine glasharte Berührungsfläche zu erzielen. Dadurch wird zwar das Problem des Kugelabschnittverschleißes
überwunden, jedoch steigen die Kosten des Kugelgelenkabschnittes extrem an.
Eine erfindungsgemäße Kugelgelenkverbindung für ein Scheibenwischergestänge
besteht aus einer Anordnung, in der der Sockelabschnitt aus einem formbaren synthetischen nichtmetallischen
Gemisch gebildet ist und der Kugelabschnitt durch Einspritzformen um einen gerändelten Schaft eines Metallstiftes
ausgebildet wird, und zwar wird als Einspritzmaterial ein Acetal-Copolymer verwendet, in dem ein Lagerschmiermaterial
fein verteilt enthalten ist.
Vorzugsweise wird ein Acetal-Copolymer eingesetzt, das mit Polytetrafluorethylen modifiziert ist. Ein solcher Copolymer
wird durch die Firma Hoechst Chemicals unter der Handelsbezeichnung Hostaform C9O21 TF in den Handel gebracht.
Der Kugelabschnitt kann als Kugelform um den Metallstift ausgebildet
werden, jedoch wird vorteilhafterweise der Kugelabschnitt als Ringtorus ausgebildet, der den Schaft des Stiftes
umgibt. Vorzugsweise wird dann die Formtrennlinie des Kugelabschnittes so angeordnet, daß sie längs zweier diametral
entgegen liegender Abschnitte des Ringtorus verläuft, an denen die Oberflächenkrümmung weniger stark wie an dem Rest
des Ringtorus ist, d.h. an Stellen, die einen größeren Krümmungsradius als der Rest des Ringtorus besitzen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert; in dieser zeigt:
.5.
Fig. 1 Eine Vorderansicht eines Scheibenwischergestänges mit erfindungsgemäßen Kugelgelenk-Anordnungen,
Fig. 2 eine Ansicht des Scheibenwischergestänges nach Fig. 1, von der Linie 2-2 in Fig. 1 aus in Pfeilrichtung gesehen,
Fig. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Kugelabschnittes
einer Kugelgelenkanordnung aus dem Scheibenwischergestänge nach Fig. 1,
Fig. 4 einen Schnitt nach Linie 4-4 in Fig. 3,
Fig. 5 einen Schnitt durch den Kugelgelenkabschnitt in Fig. 3, rechtwinklig zu dem Schnitt in Fig. 3 geführt,
Fig. 6 einen Schnitt durch den Kugelabschnitt nach Fig. 5 längs der Linie 6-6, und
Fig. 7 eine vergrößerte Schnittdarstellung einer Kugelgelenk-Universalverbindung
aus dem Scheibenwischergestänge nach Fig. 1 und 2.
Fig. 1 und 2 zeigt zwei Ansichten eines typischen Scheibenwischergestänges
für einen Antriebsmotor und zwei Wischarme. Dieses Gestänge 10 nach Fig. 1 und 2 enthält mehrere Kugel-Universalgelenkanordnungen
24 der erfindungsgemäßen Art. Ein (nicht dargestellter) Elektro-Antriebsmotor ist mit einem
Ende des Gestängearmes 12 über eine (nicht dargestellte) Drehgelenkverbindung
und eine Kugel-Universalgelenkanordnung verbunden, von der nur der Fassungsabschnitt 26 in Fig. 1 und 2
gezeigt ist.
Das andere Ende des Antriebsgestähgearmes 12 ist schwenkbar mit
einem Ende des Querstückes einer T-förmigen Gestängeplatte 14
mittels eines zweiten Kugel-Universalgelenkes 2 4 verbunden. Das Ende des Hauptbalkens der T-förmigen Gelenkplatte 14 ist
mit der Antriebswelle 16 eines ersten Scheibenwischerarmteiles verbunden,und das andere Ende des Querbalkens der T-förmigen
Platte 14 ist schwenkbar mit einem Ende eines Ubertragungs gestängearmes 18 mittels eines dritten Kugel-Universalgelenkes
24 verbunden. Das andere Ende des Ubertragungsgestängearmes
18 ist schwenkbar mit einem Ende eines Gelenkhebels mittels eines vierten Kugel-Universalgelenkes 24 verbunden,
während das andere Ende dieses Gestänges mit einer Antriebswelle 22 für den zweiten Scheibenwischerarm verbunden ist.
Wird der Elektro-Antriebsmotor eingeschaltet, so wird eine hin- und hergehende Bewegung des Gestängearmes 12 erzeugt,
die durch die zwischenliegenden Kugel-Universalgelenke 24 auf die Gelenkplatte 14 und den Gestängearm 2O übertragen
werden, so daß eine hin- und hergehende Drehbewegung der Antriebswellen 16 und 22 erzeugt wird.
Die Fig. 3 bis 6 zeigen vergrößerte Schnittdarstellungen des Kugelabschnittes 2 8 einer Kugel-Universalgelenkverbindung 24,
und zwar sind diese Schnitte in zwei aufeinander senkrecht stehenden Ebenen geführt. Der Kugelabschnitt 28 in Fig. 3
besteht aus einem Acetal-Copolymer-Harz, in dem ein Lagerschmiermaterial
enthalten ist, und zwar ist dieses Harz in einem Spritzverfahren um einen zinkbeschichteten Weichstahlstift
30 ausgeformt. Der Stift 30 besitzt einen einstückig hergestellten Flansch 32 in der Nachbarschaft seines einen
Endes 33 und einen Schaftabschnitt 34, von dem ein Abschnitt 36 an der Oberfläche zwischen dem Flansch 32 und dem anderen
Ende 3 8 des Stiftes 30 aufgeraut, d.h. gerändelt ist. Das den Kugelabschnitt 2 8 bildende Acetal-Copolymer-Harz ist an
Ort und Stelle um den gerändelten Abschnitt 36 des Schaftabschnittes 34 formgespritzt und dadurch sicher in seiner
Lage an den Stift 3O so verankert, daß keine Relativbewegung gegenüber den Stift 30 erfolgen kann.
. T.
Bei einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird der Kugelabschnitt aus einem Acetal-Copolymer-Harz geformt,
welches PTFE (Polytetrafluorethylen) in fein verteilter
Form als Lagerschmiermittel enthält. Dieser Stoff wird von der Fa. Hoechst Chemicals unter der Handelsbezeichnung
Hostaform C9O21 TF in Handel gebracht. Andere Lagerschmiermaterialien,
beispielsweise Molybdän-Disulfid, können statt des PTFE-Materials benutzt werden.
Die physikalischen Eigenschaften von Hostaform C9O21 TF sind
folgende:
Dichte
Wasseraufnahme nach 24h
Wasseraufnahme nach 96h
Schmelzindex MF1 190/2,16
Fließspannung (Yield stress) Bruchdehnung
Biegefestigkeit
Torsionssteifigkeit bei 23°C Torsionssteifigkeit bei 12O°C
Biegekriechmodul 1mm-Wert
Kugeleindringhärte 30s-Wert Shore-Härte
Schlagfestigkeit
Kerbschlagzähigkeit bei 23°C Dynamischer Reibkoeffizient gegen eine
rotierende Stahlwelle (Rauhtiefe ca. 2. 5 ^m)
Dimensionsstabilität in Wärme (Martensverfahren)
Dymensionsstabilität in Wärme (Wärmeverformungstemperatur)
Vicat-Erweichungspunkt VSP/B Kristalliner Schmelzbereich Linearer Dehnungskoeffizient 20-100°C
1,52g/cm3
0 mg 20 mg 8g/10 min 53 N/mm2 20-25% 94 N/mm2
750 N/mm2 - N/mm2 600 N/mm2 133 N/mm2
30 mJ/mm2 4,5 mJ/mm2
0,2-0,25 76°C
115°C 115°C
164-167°C 1,1 X 10"4
(Thennal cavity ) bei 2O°C 0,31 W/m.K
Spezifische Wärme bei 20°C 1,47 kJ/kg.K
Volumenwiderstand 10 Ω cm
Flächenwiderstand 1Ο13Ω
Dielektrizitätskonstante 3.6
Bei dem Spritzformen des Kugelabschnittes 28 um den Stift wird eine genau geformte Einsatzform verwendet, die so ausgelegt
ist, daß der Kugelabschnitt 28 in Form eines Ringtorus entsteht, dessen größter Teil eine vorbestimmt gekrümmte Oberfläche
40 besitzt, deren Krümmungsradius genau dem Krümmungsradius der Fläche 41 des Kugelabschnittes 2 6 in Fig. 1, 2 und
7 entspricht. Zwei kleine oder kurze Abschnitte 42 an dem Ringtorus, die einander diametral genau gegenüberliegen, besitzen
jeweils einen Krümmungsradius, der weit größer als der der Abschnitte 40 ist, wie in den Fig. 3, 4, 5 und 6 gut zu sehen
ist. Die Einsatzform für den Kugelabschnitt ist so ausgelegt, daß die Nahtlinie, die auf der Oberfläche des so geformten
Kugelabschnittes 2 8 entsteht, in diesen kleinen Abschnitten 42 des Ringtorus liegt. Da der Krümmungsradius in den Flächenabschnitten
42 größer als in den übrigen Flächenabschnitten 40 ist, kommt diese Teillinie nicht mit der entsprechenden
Oberfläche 41 des Fassungsabschnittes 26 beim Gebrauch des Kugel-Universalgelenkes 24 in Berührung. Damit besteht keine
Notwendigkeit, eine Oberflächenglättung oder sonstige Bearbeitung des geformten Kugelabschnittes 28 durchzuführen, um
die Teillinien zu entfernen.
Der Zusammenbau des Kugel-Universalgelenkes 24 wird so durchgeführt,
daß der Kugelabschnitt 28 in den Fassungsabschnitt 26 eingeschnappt wird, wobei der Fassungsabschnitt aus einem
formbaren nichtmetallischen Material gebildet wird, beispielsweise einem Nylon 12-Kunstharz, das mit 30Gewichtsprozent Glasfaser
gefüllt ist. Derartige Materialien sind von den Firmen Hüls und Vestamid erhältlich. Der Fassungsabschnitt 26 kann
auch aus Nylon 6-Kunstharz hergestellt werden mit einem An-
teil von Molybdän-Disulfid als Füllstoff. Ein derartiges Material
wird unter dem Handelsnamen "Nylotron G.S." durch die Gesellschaft Polypenco vertrieben. Eine Schnittansicht des
zusammengebauten Kugel-Universalgelenkes 24 ist in Fig. 7 gezeigt/ und zwar betrifft diese Darstellung die vierte Kugel-Universalgelenkanordnung
24 in den Fig. 1 und 2. Wie in Fig. zu sehen, ist der Kugelabschnitt 28 des Kugel-Universalgelenkes
24 an dem Gestängearm 20 so befestigt, daß das Ende 33 des Stiftes 30 durch einen Durchbruch in dem Ende des Gestängearmes 20 gesteckt wird, bis der Flansch 32 des Stiftes 3O an
dem Gestängearm 20 anliegt, und dann wird das Ende 30 so vernietet, daß der Stift 30 an dem Gestängearm 20 gehalten ist.
Die erfindungsgemäße Kugel-Universalgelenkanordnung stellt eine bemerkenswerte Verbesserung gegen bekannten Kugel-Universalgelenkanordnungen
für Windschutzscheiben-Wischgestänge dar in bezug auf Herstellprobleme, Herstellkosten und Lebensdauer.
Der den Kugelabschnitt abstützende Stift besteht aus einem relativ billigen Material und ist leicht in Massenfertigung
herzustellen, da er aus zinkplattiertein Weichstahl besteht,
der durch Kaltstauchen zu seiner Endform gebracht wird, d.h. nicht gedreht werden muß, und der Kugelabschnitt ist
schnell und mit wiederholbarer Genauigkeit durch Einspritzverfahren auf den Stift aufzubringen, wobei genaue Arbeitsabmessungen ohne weitere Oberflächenbehandlung eingehalten
werden. Das Acetal-Copolymer-Kunstharz, aus dem der Kugelabschnitt
besteht, weist sowohl eine Dimensionsstabilität und eine Zähigkeit auf, die über den Werten von Polyamid-Kunstharzen
wie Nylon liegt, wobei im wesentlichen keine Wasseraufnahme und kein Schrumpfen erfolgt. Eine weitere nützliche
Eigenschaft dieses erfindungsgemäßen Gelenkes beruht auf der Tatsache, daß das Material des Kugelabschnittes genügend
flexibel ist, um ein Abweichen des Fassungsabschnittes von der Kugelform beim Ausformen auszugleichen. Dadurch ergibt
sich eine bessere Drehmomentübertragung durch eine solche Kugelgelenkanordnung im Vergleich zu bekannten derartigen
Kugelgelenken.
L e e r s e 11 e
Claims (6)
1. Kugelgelenkverbindung für einen Scheibenwischer mit einem
Fassungsabschnitt aus einem formbaren nichtmetallischen Kunststoffgemisch und einem Kugelabschnitt, dadurch gekennzeichnet , daß der Kugelabschnitt (28) ein
um einen gerändelten Schaft (34) eines Metallstiftes (30) spritzgeformtes Acetal-Copolymer ist, in dem ein Lagerschmiermaterial
dispergiert ist.
2. Kugelgelenkverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in dem Acetal-Copolymer ein
PTFE-Material dispergiert enthalten ist.
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3. Kugelgelenkverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelabschnitt (28)
die Form eines den Schaft (34) des Stiftes umgebenden Ringtorus besitzt.
4. Kugelgelenkverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß zwei kleine diametral entgegengesetzt
liegende Abschnitte (42) einen größeren Krümmungsradius als der Rest der Oberfläche (40) des
Ringtorus aufweisen und daß die Formtrennlinie des Kugelabschnittes (28) in diesen kleinen Flächenteilen
(42) liegt.
5. Kugelgelenkverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der
Fassungsabschnitt (26) aus einem glasgefüllten Polyamid-Kunststoff geformt ist.
6. Kugelgelenkverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Fassungsabschnitt (26) aus einem Polyamid-Kunststoffmaterial mit
einem Gehalt von Molybdän-Disulfid (MoS2) als Füllstoff
geformt ist.
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