DE3700057C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Kugelgelenke, wie sie aus dem DE-GM 19 44 577 bekannt sind, sind übliche Maschinenelemente zwischen lastaufnehmenden Tei­ len, die relativ zueinander beweglich sind. Eines der lastauf­ nehmenden Elemente wird an einen Kugelzapfenteil angeschlos­ sen, der an seinem einen Ende die Gelenkkugel aufweist, wäh­ rend das andere Element an das Gehäuse des Kugelgelenks ange­ schlossen ist. Die Gelenkkugel wird in einer durch das Gehäuse gebildeten Kammer aufgenommen. Zwischen der Gelenkkugel und dem Gehäuse ist eine Lagerung eingefügt, um die zwischen dem Kugelzapfenteil und dem Gehäuse auftretenden Kräfte zu über­ tragen und eine Relativbewegung zwischen diesen zuzulassen.

Eine solche Lagerung umfaßt eine federbelastete Gleitlager­ schale, die am Boden des Gehäuses angeordnet ist und Lager­ oberflächen aufweist, auf denen die Gelenkkugel gleitet, sowie eine Kugelschale, die der Gleitlagerschale gegenüberlegend an­ geordnet ist. Derartige Konstruktionen sind aber empfindlich gegen Feuchtigkeit, Schmutz, Salz und andere Verunreinigungen, durch welche die Lebensdauer des Kugelgelenks vermindert wird. Daher werden Dichtungsmanschetten in Kombination mit einer Fettfüllung verwendet, um die Lageroberflächen zu schützen.

Andersartige Lagerungen sind aus den US-PSen 29 79 353, 38 43 272 und 42 35 558 bekannt. Bei diesen Kugelgelenken ist ein elastomeres Lagermaterial zwischen der Gelenkkugel und dem Gehäuse angeordnet. Das Elastomermaterial ist mit der Gelenk­ kugel in Verbund gebracht. Es ist zwischen den Kugelzapfenteil und das Gehäuse eingefügt und verbindet diese Elemente ela­ stisch miteinander. Während der Relativbewegung zwischen dem Kugelzapfenteil und dem Gehäuse wird das Elastomermaterial elastisch deformiert. Wegen der elastischen Verformung des Elastomermaterials drückt dieses den Kugelzapfenteil und das Gehäuse in die ursprüngliche Relativstellung zurück, nachdem Kugelzapfenteil und Gehäuse durch die einwirkenden Kräfte aus ihrer ursprünglichen Relativstellung heraus bewegt wurden.

Kugelgelenke mit Elastomermaterial zwischen Kugelzapfenteil und Gehäuse werfen aber gewisse Probleme auf. Eines der Pro­ bleme besteht darin, daß das Elastomermaterial bei der Rela­ tivdrehung zwischen Kugelzapfenteil und Gehäuse in letzterem gleiten kann. Wenn eine solche Gleitbewegung auftritt, so keh­ ren Kugelzapfenteil und Gehäuse nicht in die ursprüngliche Re­ lativstellung zurück. Um eine Gleitverschiebung des Elastomer­ materials zu begrenzen, wurde bereits vorgeschlagen, dieses Elastomermaterial mit dem Gehäuse zu verkleben. Dieser Vor­ schlag ist der US-PS 38 43 272 entnehmbar. Bei der Herstellung erforderliche Klebeschritte sind jedoch relativ kostenaufwen­ dig. Ein weiterer Lösungsvorschlag besteht darin, das Elasto­ mermaterial zwischen Kugel und Gehäuse zusammenzudrücken oder vorzubelasten. Hierdurch wird das Elastomermaterial fest gegen die Oberflächen des Gehäuses geklemmt. Bei Anwendung dieses Vorschlags tritt aber das Problem einer unvollkommenen Rück­ stellung in die Ausgangslage auf. Durch die Deformierung des Elastomerlagers werden nämlich erhebliche Druckbeanspruchungen im Inneren des Materials verursacht. Wenn Kugelzapfenteil und Gehäuse gegeneinander verschwenkt werden, wird ein Teil des Elastomermaterials, welches während des Zusammenbaus defor­ miert wurde, entgegengesetzt zu den Druckbeanspruchungen be­ wegt und kann, je nach der Größe der Bewegung zwischen Kugel­ zapfenteil und Gehäuse, unter Spannung gesetzt werden. Wenn die Kräfte, durch welche die Relativbewegung zwischen Kugel­ zapfenteil und Gehäuse verursacht wurde, nicht mehr einwirken, so kehrt das Elastomermaterial wegen der anfangs vorhandenen internen Druckbeanspruchungen nicht in seine Ursprungsstellung zurück, so daß der Kugelzapfenteil und das Gehäuse ebenfalls nicht in ihre ursprüngliche Relativstellung zurückkehren.

Bei Kugelgelenken, die mit einem elastomeren Lagermaterial versehen sind, umgibt dieses fast vollständig die Gelenkkugel des Kugelzapfenteils. Eine solche Ausbildung ist beispielswei­ se der US-PS 42 35 558 entnehmbar. Wenn das Elastomermaterial die Gelenkkugel vollständig umgibt, so führt eine relative Schwenkbewegung zwischen Kugelzapfenteil und Gehäuse dazu, daß ein großes Volumen des Elastomermaterials verformt wird. In­ folgedessen werden relativ hohe Kräfte benötigt, um eine rela­ tive Schwenkbewegung zwischen Kugelzapfenteil und Gehäuse her­ vorzurufen, verglichen mit einem Kugelgelenk, bei dem dasselbe Elastomermaterial die Gelenkkugel nicht vollständig umgibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kugelgelenk der eingangs angegebenen Art dahingehend weiterzubilden, daß es mit geringem Aufwand zuverlässig abgedichtet ist und sich nach Auslenkung des Gelenkzapfens aus einer im unbelasteten Gelenk­ zustand definierten Ruhelage selbsttätig und genau zurückzu­ stellen vermag.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Kugelgelenk er­ findungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentan­ spruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Kugelgelenk ist das Elastomermate­ rial mit der Gelenkkugel des Kugelzapfenteils in Verbund ge­ bracht, jedoch ist es weder mit dem Gehäuse in Verbund ge­ bracht noch ist es zwischen Kugelzapfenteil und Gehäuse zur Vermeidung einer Gleitbewegung des Elastomermaterials im Ge­ häuse deformiert oder vorbelastet. Vielmehr wird eine Gleit­ verschiebung des Elastomermaterials im Gehäuse durch Teile des Elastomermaterials vermieden, welche in Räume oder Volumina des Gehäuses hineinragen, um Gehäuse und Elastomermaterial formschlüssig miteinander zu verriegeln. Durch diesen Form­ schluß kann ein aufwendiges Verkleben des Elastomermaterials am Gehäuse vermieden werden, ebenso wie eine nennenswerte De­ formierung oder Vorbelastung des Elastomermaterials, wobei je­ doch eine genaue Rückstellung in die definierte Ruhelage er­ folgt.

Das verwendete Elastomermaterial wird vorzugsweise in Richtung der Gleitlagerschale geringfügig vorbelastet, um einen Ver­ schleißausgleich zwischen Gelenkkugel und der Gleitlagerschale aus Polymermaterial zu bewirken. Ferner ist das Gehäuse vor­ zugsweise aus Metallblech geprägt, wodurch die Herstellungsko­ sten des Kugelgelenks, verglichen mit herkömmlichen Ausfüh­ rungsformen, vermindert werden.

Einzelheiten einer Ausführungsform der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:.

Fig. 1 eine Draufsicht der Ausführungsform des Kugelgelenks; und

Fig. 2 einen Querschnitt entlang Linie 2-2 in Fig. 1.

Die beschriebene Ausführungsform des Kugelgelenks 10 ist viel­ fältig anwendbar. Insbesondere ist dieses Kugelgelenk 10 in einem Gestänge zwischen relativ zueinander beweglichen Elemen­ ten verwendbar, beispielsweise an den Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen.

Das Kugelgelenk 10 umfaßt ein Gehäuse 11 und ein Kugelzapfen­ teil 12. Das Kugelzapfenteil 12 weist einen Gelenkzapfen 14 und eine Gelenkkugel 15 auf. Der Gelenkzapfen 14 kann an eines der relativ zueinander beweglichen Elemente angeschlossen wer­ den, beispielsweise ein an einem Fahrzeugrad befestigtes Teil.

Das Gehäuse 11 weist zwei geprägte Metallblechteile 18 und 20 auf. Das geprägte Metallblechteil 20 weist einen kugelförmigen Teil 22 und eine Öffnung 23 im Boden des kugelförmigen Teils 22 auf. Das Metallblechteil 18 weist einen hochragenden Teil 26 auf, der (in der Zeichnung) senkrecht über dem kugelförmi­ gen Teil 22 des Metallblechteils 20 angeordnet ist. Der Teil 26 des Metallblechteils 18 und der Teil 22 des Metallblech­ teils 20 bilden eine Kammer 30, worin der Kugelzapfenteil 12, insbesondere die Gelenkkugel 15 desselben, aufgenommen ist. Das Metallblechteil 18 weist eine Öffnung 31 auf, durch welche sich der Gelenkzapfen 14 des Kugelzapfenteils 12 hindurch er­ streckt. Die Metallblechteile 18 und 20 weisen miteinander fluchtende Öffnungen 34, 36 auf, die zur Einführung von Schraubbolzen oder Nieten geeignet sind, durch welche das Ge­ häuse am Fahrgestell des Fahrzeugs befestigt wird.

Die Metallblechteile 18 und 20 weisen ferner eine gebördelte Randverbindung auf, durch welche sie miteinander verspannt sind. Insbesondere weist das Metallblechteil 20 einander ge­ genüberliegende Teile 38 und 40 auf, die über einen Flansch 42 des Metallblechteils 18 verstemmt sind, um die Metallblechtei­ le 18 und 20 miteinander zu verspannen.

Die Öffnung 31 ist, wie am besten aus Fig. 1 ersichtlich ist, von ovaler Gestalt. Die eine Abmessung der Öffnung 31, die in Fig. 1 mit A bezeichnet ist, ist etwas größer als der Durch­ messer des Gelenkzapfens 14. In der Richtung B senkrecht zur Abmessung A ist die Öffnung 31 beträchtlich breiter als der Durchmesser des Gelenkzapfens 14. Der Gelenkzapfen 14 kann al­ so eine begrenzte Bewegung in Richtung A ausführen, er kann jedoch in der Richtung B eine freie Schwingbewegung über eine beträchtlich größere Strecke ausführen. Ferner können Gelenk­ zapfen und Gehäuse relativ zueinander um den Mittelpunkt der Gelenkkugel 15 verschwenkt werden.

Zwischen dem Kugelzapfenteil 12 und dem Gehäuse 11 ist eine Lagerung vorgesehen. Diese Lagerung umfaßt eine Schicht 50 aus Elastomermaterial und eine Gleitlagerschale 51 aus Polymerma­ terial. Die Schicht 50 aus Elastomermaterial ist an einem Teil der Gelenkkugel 15 verklebt bzw. mit dieser in Verbund ge­ bracht. Die Schicht 50 ist insbesondere an einem Teil der Ge­ lenkkugel angeklebt, wie in Fig. 2 veranschaulicht ist. Das Elastomermaterial der Schicht 50 umgibt die Gelenkkugel 15. Ferner weist die Schicht 50 einen überstehenden Teil 50 a auf, welcher sich entlang dem Gelenkzapfen 14 des Kugelzapfenteils 12 erstreckt. Das Elastomermaterial des überstehenden Teils 50 a ist mit dem Gelenkzapfen 14 in Verbund gebracht.

Die genaue Zusammensetzung eines geeigneten Elastomermaterials ist als solche bekannt und kann beispielsweise den obengenann­ ten US-Patentschriften entnommen werden. Unter einem "Elasto­ mer" bzw. "elastomeren Material" wird hier ein Gummi oder gum­ miähnliches Polymermaterial verstanden. Darunter gehören ins­ besondere synthetische Gummis, natürlicher Gummi, Neopren, Bu­ tylgummi usw.

Das Elastomermaterial der Schicht 50 ist mechanisch mit dem Gehäuse 11 verbunden, um seine Gleitverschiebung relativ zum Gehäuse 11 zu verhindern. Die Kammer 30 ist unterteilt in ei­ nen mittleren Raum 30 a und vier weitere Räume, die mit 60, 62, 64 und 66 bezeichnet sind. Der mittlere Raum 30 a ist im Quer­ schnitt kreisrund, während die Räume 60, 62, 64 und 66 radial vom mittleren Raum 30 a ausgehen. Ferner sind die Räume 60, 62, 64 und 66 in Umfangsrichtung um die Gelenkkugel 15 und den mittleren Raum 30 a herum beabstandet. Das Elastomermaterial der Schicht 50 ist sowohl in den Räumen 60, 62, 64, 66 als auch im Raum 30 a aufgenommen. Da es sich in diesen Räumen 60, 62, 64 und 66 befindet, ist es relativ zum Gehäuse 11 unver­ drehbar. Insbesondere ist das Elastomermaterial der Schicht 50 formschlüssig mit dem Gehäuse 11 verbunden, um so eine Drehbe­ wegung oder Gleitbewegung relativ zu diesem Gehäuse zu vermei­ den. Eine Verklebung des Elastomermaterials am Gehäuse kann daher entfallen. Es ist auch keine größere Deformierung oder Vorbelastung des Elastomermaterials gegen die Oberflächen des Gehäuses 11 erforderlich.

Die Gleitlagerschale 51 aus Polymermaterial ist in dem kugel­ förmigen Teil 22 des Gehäuses 11 aufgenommen und weist einen Führungsteil 70 auf, der in der Öffnung 23 des Metallblech­ teils 20 aufgenommen ist. Auf diese Weise wird die Gleitlager­ schale 51 in die richtige Stellung gebracht, während gleich­ zeitig ihre Bewegung im Gehäuse 11 verhindert wird. Die Form des Führungsteils 70 ist derart gewählt, daß der erforderliche Widerstand auftritt, damit die Gleitlagerschale während der Schwenk- und Drehbewegung der Gelenkkugel in Stellung gehalten wird. Die genaue Form dieses Führungsteils 70 hängt von dem jeweiligen Anwendungsfall ab. Die Gleitlagerschale 51 kann auch mit abstehenden Teilen versehen werden, die in Ausnehmun­ gen des Metallblechteils 22 des Gehäuses aufgenommen werden und sich einer Drehbewegung der Gleitlagerschale relativ zum Gehäuse widersetzen.

Bei der gezeigten Ausführungsform weist die Gleitlagerschale 51 einen Oberflächenteil auf, welcher der Innenoberfläche des Metallblechteils 22 entspricht und an dieser Innenoberfläche in Anlage ist. Ferner weist die Gleitlagerschale 51 einen Oberflächenteil auf, an dem die Gelenkkugel 15 in Anlage ist. Aufgrund dieser Ausgestaltung des Kugelgelenks gleitet die Ge­ lenkkugel 15 auf der Innenoberfläche der Gleitlagerschale 51.

Da bei dem erfindungsgemäßen Kugelgelenk das Elastomermaterial der Schicht 50 die Gelenkkugel 15 nicht vollständig umgibt, werden geringere Kräfte benötigt, um eine Schwenkbewegung des Gelenkzapfens 14 relativ zum Gehäuse 11 hervorzurufen, im Ver­ gleich zu Kugelgelenken, bei denen das gleiche Elastomermate­ rial verwendet wird, welches aber die Gelenkkugel vollständig umgibt. Da ferner die Gelenkkugel 15 direkt an der Gleitlager­ schale 51 anliegt, werden senkrechte Kräfte zwischen Gehäuse 11 und Kugelzapfenteil 12 direkt auf das Gehäuse 11 übertragen und nicht über das Elastomermaterial, was der Fall wäre, wenn das Elastomermaterial den Kugelzapfenteil vollständig umgeben würde. Durch Verwendung der Gleitlagerschale 51 können also Lasten aufgenommen werden, die bei Lagerkonstruktionen mit nur elastomerem Material nicht möglich wären.

Das Kugelgelenk 10 ist ferner mit Fettaufnahmeräumen 72 und 74 versehen. Der Fettaufnahmeraum 72 befindet sich zwischen dem Führungsteil 70 der Gleitlagerschale 51 aus Plastikmaterial und der Gelenkkugel 15 des Kugelzapfenteils 12. Der Fettauf­ nahmeraum 74 ist eine ringförmige Kammer, welche sich um den Kugelzapfenteil 12 in der Nähe des Äquators der Gelenkkugel 15 herum erstreckt. Der Fettaufnahmeraum 74 befindet sich insbe­ sondere zwischen dem oberen Rand 80 der Gleitlagerschale 51 und dem unteren Rand 82 des Elastomermaterials der Schicht 50. Mehrere Schmiernuten 84, von denen in der Zeichnung nur eine gezeigt ist, sind an der Innenoberfläche der Gleitlagerschale 51 gebildet. Diese Schmiernuten ermöglichen eine Schmiermit­ telströmung zwischen den Fettaufnahmeräumen 72 und 74 sowie zwischen der Gleitlagerschale 51 und der Gelenkkugel 15. Die Bewegung des Elastomermaterials während der Bewegung des Ku­ gelzapfenteils 12 relativ zum Gehäuse verursacht eine örtliche Verminderung der Größe der Fettaufnahmeräume, wodurch das Fett durch die Schmiernuten in der Gleitlagerschale 51 gedrückt wird. Auf diese Weise wird eine fortwährende Bewegung des Fet­ tes hervorgerufen, wodurch die zueinander passenden Lagerober­ flächen mit "frischem" Fett aus den Fettaufnahmeräumen ge­ schmiert werden.

Das erfindungsgemäße Kugelgelenk wird vorzugsweise zusammenge­ baut, indem zunächst das Elastomermaterial der Schicht 50 mit dem Kugelzapfenteil 12 in Verbund gebracht wird. Die Gleitla­ gerschale 51 wird dann in dem Metallblechteil 22 des Metall­ blechteils 20 angeordnet. Dann wird Fett in die Fettaufnahme­ räume 70, 72 eingebracht. Das Metallblechteil 18 des Gehäuses wird gegen die übrigen Teile gehalten, während der Kugelzap­ fenteil 12 in der Kammer 30 angeordnet wird. Die Metallblech­ teile 18, 20 werden dann gegeneinandergepreßt, woraufhin die Teile 38, 40 gegen den Flansch 42 verstemmt werden, um die Me­ tallblechteile 18, 20 miteinander zu vereinigen. Während die­ ser Vereinigung der Metallblechteile 18 und 20 wird das Ela­ stomermaterial der Schicht 50 in die Räume 60, 62, 64 und 66 verlagert. Hierdurch wird eine gewisse Vorbelastung des Ela­ stomermaterials hervorgerufen, wodurch die formschlüssige Ver­ bindung zwischen dem Elastomermaterial der Schicht 50 und dem Gehäuse 11 bewirkt wird.

Claims (3)

1. Fettgeschmiertes Kugelgelenk, mit einem innen im wesentli­ chen topfartig ausgebildeten Gehäuse, einer darin eingesetzten, mit einem Gelenkzapfen verbundenen Gelenkkugel, die im Bodenbe­ reich des Gehäuses auf einer Gelenkkräfte übertragenden Gleit­ lagerschale aus Polymermaterial abgestützt ist, und mit einer Abdichtung der gelenkzapfenseitigen Gehäuseöffnung, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Abdichtung und zur elastisch nachgiebigen Verbindung zwischen der Gelenkkugel und dem Gehäuse der Gleit­ lagerschale gegenüberliegend eine Schicht aus elastomerem Mate­ rial zwischen der Gehäuseinnenwand und einer an den Gelenkzap­ fen angrenzenden Zone der Gelenkkugel angeordnet ist, die mit der Gelenkkugel festhaftend und mit dem Gehäuse verdreh- und verschiebesicher formschlüssig verbunden ist, und daß mindestens ein an die Gleitlagerschale angrenzender und die Gelenkkugel umgebender Raum eine Fettfüllung aufnimmt.

2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Elastomermaterial an einer zylindrischen Ring­ fläche der Gehäuseinnenwand anliegt und zur formschlüssigen Ver­ bindung in radial außerhalb der Ringfläche angeordnete, in Um­ fangsrichtung voneinander beabstandete Gehäusehohlräume hinein­ ragt.

3. Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus zwei Blechteilen gebildet ist, die durch Verstemmen miteinander verbunden sind.