DE3745044C2

DE3745044C2 - Elastomer liner for articulated joint

Info

Publication number: DE3745044C2
Application number: DE3745044A
Authority: DE
Inventors: Jun Ruey E Wood
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1986-07-16
Filing date: 1987-07-16
Publication date: 1994-08-18
Anticipated expiration: 2007-07-17

Abstract

An articulated joint has a shaft with head and projecting shank, and a socket for that head plus a hole for the projecting shank. An elastomer is between the head and socket; this elastomer has an elastic part and another part with high hardness, and the two parts are formed together as one piece

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a ball joint according to the preamble of patent claim 1.

Bei einem solchen Gelenk dient die Elastomer-Einlage zwischen den relativ zueinander bewegbaren Gelenkteilen als Lagerung zwischen diesen Teilen.In such a joint, the elastomer insert serves between the relative to each other movable joint parts as storage between them Share.

Gelenke mit relativ zueinander bewegbaren Teilen und einer dazwischen vorgesehenen Lagerung sind bekannt. Die Lagerung überträgt die zwischen den Teilen zu übertragende Belastung.Joints with parts movable relative to one another and one provided between them Storage are known. The storage transfers the between the parts load to be transferred.

In der US 47 12 940 und der US 34 86 778 ist eine aus zwei getrennten Teilen hergestellte Lagerung beschrieben, die einen aus einem relativ harten Material, wie z. B. Nylon, bestehenden Teil aufweist, der zur Aufnahme der Belastung vorgesehen ist, die in eine erste Richtung der relativen Schwenkbewegung der Gelenkteile wirkt. Der andere, aus einem relativ elastischen, gummi ähnlichen Material hergestellte Teil der Lagerung überträgt die Belastungen, die in die zweite Richtung der relativen Schwenkbewegung der Gelenkteile wirken.In US 47 12 940 and US 34 86 778 is one of two separate Parts manufactured storage described that a relatively hard Material such as B. nylon, existing part that is used to hold the Load is provided in a first direction of the relative pivoting movement the joint parts works. The other, made of a relatively elastic, rubber part of the bearing made of similar material transfers the loads, the in the second direction of the relative pivoting movement of the joint parts Act.

Ein Kugelgelenk der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art ist in der US 38 43 272 beschrieben. Bei diesem bekannten Gelenk besteht die elastische Einlage im Bereich der Gelenköffnung aus einer ersten, radial inneren und einer zweiten, radial äußeren Schicht, zwischen die ein geringfügig nach außen tretender Trennring eingesetzt ist, um die Radialsteifigkeit des elastischen Materials zu erhöhen.A ball joint of the type described in the preamble of claim 1 is in the US 38 43 272. This known joint is elastic Insert in the area of the joint opening from a first, radially inner and a second, radially outer layer, between which a slightly outward separating ring is used to increase the radial rigidity of the elastic Increase material.

Aus der GB 20 52 620 ist die Ausbildung einer Einlage aus zwei Lager schalenteilen unterschiedlicher Härte bekannt, wobei die Kugeloberfläche auf der Innenoberfläche der Einlage gleitet.From GB 20 52 620 is the formation of an insert from two camps shell parts of different hardness known, the ball surface on the inner surface of the insert slides.

In der US 29 79 353 ist ein Gelenk mit sich bei Gelenkbewegungen verformender, festhaftend zwischen Gelenkkugel und Gelenkgehäuse angeordneter elastischer Einlage beschrieben. Bei diesem bekannten Gelenk besteht die Einlage aus einem einheitlichen Elastomermaterial.In US 29 79 353 a joint with deforming during joint movements is Adherent elastic between the ball and the joint housing Insert described. The insert consists of this known joint a uniform elastomer material.

Ziel der Erfindung ist es, ein Kugelgelenk der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei dem die einer jeweiligen relativen Schwenkbewegung entgegenwirkenden Widerstände für unterschiedliche, vorgegebene Schwenk bewegungsbereiche in definierter Weise voneinander abweichen.The aim of the invention is to provide a ball joint in the preamble of claim 1 to create the type mentioned, in which the respective relative pivoting movement opposing resistances for different, predetermined swiveling areas of movement deviate from each other in a defined manner.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the characterizing part of claim 1 specified features solved.

Demnach sind ein relativ harter und ein relativ weicher Bereich der Einlage durch eine kraftübertragende Schale voneinander getrennt, an der nach einer vorbestimmten Größe der relativen Schwenkbewegung der Gelenkteile einer dieser Teile angreift, so daß eine relative Schwenkbewegung bis zu einer vorbestimmten Größe relativ leicht möglich ist, während einer darüber hinausgehenden relativen Schwenkbewegung ein größerer Widerstand entgegenwirkt. Accordingly, there is a relatively hard and a relatively soft area of the insert separated from each other by a force-transmitting shell, on which after a predetermined size of the relative pivoting movement of the hinge parts of one of these Parts attacks so that a relative pivoting movement up to a predetermined Size is relatively easily possible while going beyond that counteracts relative pivoting movement a greater resistance.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform und aus den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigt:Further details of the invention emerge from the following description of an embodiment and from the Drawings to which reference is made. In the drawings shows:

Fig. 1 eine Draufsicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kugelgelenks und Fig. 1 is a plan view of an embodiment of the ball joint according to the invention and

Fig. 2 eine Querschnittansicht des in Fig. 1 gezeigten Gelenkes entlang der dort mit 4-4 bezeichneten Linie. Fig. 2 is a cross-sectional view of the joint shown in Fig. 1 along the line designated there with 4-4.

Die vorliegende Erfindung sieht ein Gelenk mit relativ bewegbaren Teilen in der Form eines Gelenkschaftes und einer Gelenkpfanne vor. Eine Elastomer-Lagerung befindet sich zwischen dem Gelenkschaft und der Gelenkpfanne. Gelenke mit relativ bewegbaren Teilen werden in verschiedenen Kraftfahrzeug lenkungs- und Aufhängungsvorrichtungen benutzt. The present invention provides a hinge with relatively movable Parts in the form of a joint shaft and a socket in front. An elastomer bearing is between the joint shaft and the socket. Joints with relatively movable parts are found in various motor vehicles steering and suspension devices used.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gelenks ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Ein derartiges Gelenk wird gewöhnlich als innerer Spurstangenkopf in einem Kraftfahrzeug-Zahnstangen-Lenkgestänge benutzt. Das Gelenk 110 (Fig. 2) enthält eine als Gelenkgehäuse dienende Gelenkpfanne 122, einen Gelenkschaft 124 und eine Einlage 126, um einer relativen Schwenk bewegung des Gelenkschaftes 124 und der Gelenkpfanne 122 mit einem ersten und dann mit einem zweiten Widerstand entgegenzuwirken.An embodiment of the joint according to the invention is shown in FIGS. 1 and 2. Such a joint is commonly used as an inner tie rod end in an automotive rack and pinion linkage. The hinge 110 ( FIG. 2) includes an acetabular cup 122 serving as an articulated housing, an articulated shaft 124 and an insert 126 to counteract a relative pivoting movement of the articulated shaft 124 and the articulated socket 122 with a first and then with a second resistance.

Die Gelenkpfanne 122 enthält zwei Teile, ein Zahnstangen- Verbindungsstück 132 und ein pfannenartiges Gelenkgehäuse 134. Das Gelenkgehäuse 134 bildet mit einer inneren Oberfläche eine Kammer 142. Des weiteren hat das Gelenkgehäuse 134 eine kreisförmige Öffnung 144. Das Zahnstangen-Verbindungsstück 132 hat einen Flansch 146. Ein Randteil 148 des Gelenkgehäuses 134 wird während des Zusammenbaus um den Flansch 146 verformt, um das Zahnstangen-Verbindungsstück 132 mit dem Gelenkgehäuse 134 zu verbinden. Das Gelenkgehäuse 134 hat einen sechskant förmigen Teil 152 (Fig. 1), woran ein geeignetes Werkzeug zum Festspannen des Zahnstangen-Verbindungsstück-Gewindes 154 mit der nicht gezeigten Zahnstange angreifen kann.The socket pan 122 includes two parts, a rack connector 132 and a socket-like joint housing 134 . The hinge housing 134 forms a chamber 142 with an inner surface. Furthermore, the joint housing 134 has a circular opening 144 . The rack connector 132 has a flange 146 . An edge portion 148 of the hinge housing 134 is deformed around the flange 146 during assembly to connect the rack link 132 to the hinge housing 134 . The joint housing 134 has a hexagonal part 152 ( FIG. 1), on which a suitable tool for tightening the rack-connecting-piece thread 154 can engage with the rack, not shown.

Der Gelenkschaft 124 (Fig. 2) enthält als Kopfteil eine Ge lenkkugel 156 und einen daraus hervorragenden Gelenkzapfen 158. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt dieser Kopfteil zwar allgemein eine kugelförmige Gestalt, es ist jedoch offen sichtlich, daß er auch andere bekannte Formen haben kann. Die Gelenkkugel 156 ist in die Kammer 142 ein gefügt. Der Gelenkzapfen 158 ragt durch die in dem pfannenartigen Gelenkgehäuse 134 befindliche Öffnung 144 heraus.The articulated shaft 124 ( FIG. 2) contains a Ge articulated ball 156 as a head part and an articulated pin 158 which is outstanding therefrom. In the illustrated embodiment, this head part has a generally spherical shape, but it is evident that it can also have other known shapes. The joint ball 156 is inserted into the chamber 142 . The hinge pin 158 protrudes through the opening 144 in the socket-like joint housing 134 .

Die Einlage 126, die einer relativen Schwenkbewegung des Ge lenkschaftes 124 und der Gelenkpfanne 122 mit einem ersten und dann mit einem zweiten Widerstand entgegenwirkt, enthält eine Elastomer-Lagerung. Die eine Elastomer-Lagerung bildende Einlage 126 befindet sich zwischen der Gelenkpfanne 122 und dem Gelenkschaft 124. Die Einlage 126 kann an Ort und Stelle in der Gelenkpfanne 122 geformt werden. Sie kann aber auch in einem separaten Arbeitsgang geformt und anschließend zwischen die Gelenkpfanne 122 und den Gelenkschaft 124 eingefügt werden. Die Einlage 126 enthält einen mit 172 bezeichneten ersten Bereich oder eine Schicht und einen mit 174 bezeichneten zweiten Bereich oder eine Schicht, beide aus Elastomer material, und eine Haltevorrichtung in der Form einer Schale 176. Der erste Bereich 172 und der zweite Bereich 174 der Einlage 126 sind mit der Schale 176 einstückig geformt.The insert 126 , which counteracts a relative pivoting movement of the joint shaft 124 and the socket 122 with a first and then with a second resistance, contains an elastomer bearing. The insert 126 , which forms an elastomer bearing, is located between the socket 122 and the joint shaft 124 . The insert 126 can be molded in place in the socket 122 . However, it can also be shaped in a separate operation and then inserted between the socket 122 and the joint shaft 124 . The insert 126 contains a first region or a layer denoted by 172 and a second region or a layer denoted by 174 , both made of elastomer material, and a holding device in the form of a shell 176 . The first region 172 and the second region 174 of the insert 126 are formed in one piece with the shell 176 .

Der erste Bereich 172 der Einlage 126 wirkt einer relativen Schwenkbewegung des Gelenkschaftes 124 und der Gelenkpfanne 122 innerhalb eines ersten Schwenkbewegungsbereiches entgegen. Der erste Bereich 172 übt den ersten Widerstand aus, um bei einer Schenkbewegung den Gelenkschaft 124 und die Gelenkpfanne 122 wieder in eine ursprüngliche Lage relativ zueinander zu zwingen. Der erste Bereich 172 umkapselt die Gelenkkugel 156 des Gelenkschaftes 124 und ist mit dieser in Verbund gebracht. Des weiteren greift der erste Bereich 172 in die einen Teil der Kammer 142 bildende Oberfläche ein. Der erste Bereich 172 ist aus einem relativ elastischen Elastomermaterial hergestellt, das einen Shore-Härtegrad innerhalb eines Bereiches von 40-70 Einheiten hat.The first region 172 of the insert 126 counteracts a relative pivoting movement of the joint shaft 124 and the joint socket 122 within a first pivoting movement range. The first region 172 exerts the first resistance in order to force the joint shaft 124 and the joint socket 122 back into an original position relative to one another during a pivoting movement. The first area 172 encapsulates the joint ball 156 of the joint shaft 124 and is connected to it. Furthermore, the first region 172 engages in the surface forming part of the chamber 142 . The first region 172 is made of a relatively elastic elastomeric material that has a Shore hardness level within a range of 40-70 units.

Wenn eine Kraft den Gelenkschaft 124 aus einer ursprünglichen Lage relativ zur Gelenkpfanne 122 herausschwenkt, werden in dem ersten Bereich 172 innere Kräfte aufgebaut. Diese inneren Kräfte wirken der Bewegung des Gelenkschaftes 124 aus der ursprünglichen Lage mit einem ersten Widerstand so lange entgegen, wie die die Schwenkbewegung verursachende Kraft aufgebracht wird.When a force swings the joint shaft 124 out of an original position relative to the socket 122 , internal forces are built up in the first region 172 . These internal forces counteract the movement of the joint shaft 124 from the original position with a first resistance as long as the force causing the pivoting movement is applied.

Der zweite Bereich 174 der Einlage 126 wirkt einer Schwenkbewegung des Gelenkschaftes 124 relativ zur Gelenkpfanne 122 über eine vorbestimmte Größe hinaus mit einem zweiten Widerstand entgegen. Der zweite Widerstand ist der Widerstand, der von dem ersten Bereich 172 erhalten wird, zuzüglich des in dem zweiten Bereich 174 auftretenden Widerstands. Der zweite Bereich 174 ist aus einem relativ harten Elastomermaterial hergestellt, das einen Shore-Härtegrad im Bereich von 60-90 Einheiten hat. Der Härtegrad des zweiten Bereichs 174 wird vorzugsweise in einem Wertebereich gehalten, der 15-25 Einheiten höher ist als der des ersten Bereichs 172. Der zweite Bereich 174 befindet sich in radialer Richtung außerhalb des ersten Bereichs 172 zwischen diesem und dem pfannenartigen Gelenkgehäuse 134. Der zweite Bereich 174 erstreckt sich durchgehend um die innere Oberfläche der Kammer 142 angrenzend an die Öffnung 144.The second region 174 of the insert 126 counteracts a pivoting movement of the joint shaft 124 relative to the joint socket 122 beyond a predetermined size with a second resistance. The second resistance is the resistance obtained from the first region 172 plus the resistance occurring in the second region 174 . The second region 174 is made of a relatively hard elastomeric material that has a Shore hardness in the range of 60-90 units. The degree of hardness of the second region 174 is preferably maintained in a range of values that is 15-25 units higher than that of the first region 172 . The second region 174 is located in the radial direction outside the first region 172 between the latter and the pan-like joint housing 134 . The second region 174 extends continuously around the inner surface of the chamber 142 adjacent the opening 144 .

Die Schale 176 überträgt die relative Schwenkbewegung des Gelenkschaftes 124 auf den zweiten Bereich 174. Die Schale 176 ist zwischen dem ersten Bereich 172 und dem zweiten Bereich 174 eingefügt. Die Schale 176 ist aus einem relativ steifen Material hergestellt, z. B. aus Metall, und ist mit beiden schichtartigen Bereichen 172, 174 in Verbund gebracht. Die Schale 176 hat einen Kragen 182, der aus der Einlage 126 heraus- und in die Öffnung 144 hineinragt. Die Einlage 126 ist so gestaltet, daß der Kragen 182 der Schale 176 dann von dem Gelenkzapfen 158 des Gelenkschaftes 124 erfaßt wird, wenn der Gelenkschaft 124 um eine vorbestimmte Größe relativ zur Gelenkpfanne 122 schwenkt. Bei der vorbestimmten Größe der Schwenkbewegung berührt der Gelenkzapfen 158 den Kragen 182 der Schale 176 und überträgt eine Schwenkbewegung auf den zweiten Bereich 174. Der Schwenkbewegung wirkt dann der größere zweite Widerstand entgegen.The shell 176 transmits the relative pivoting movement of the joint shaft 124 to the second region 174 . The shell 176 is inserted between the first area 172 and the second area 174 . The shell 176 is made of a relatively rigid material, e.g. B. made of metal, and is combined with both layer-like regions 172, 174 . The shell 176 has a collar 182 which protrudes from the insert 126 and into the opening 144 . The insert 126 is designed such that the collar 182 of the shell 176 is then gripped by the hinge pin 158 of the hinge shaft 124 when the hinge shaft 124 swivels relative to the joint socket 122 by a predetermined size. At the predetermined size of the pivoting movement, the pivot pin 158 touches the collar 182 of the shell 176 and transmits a pivoting movement to the second region 174 . The greater second resistance then counteracts the pivoting movement.

Wenn der Gelenkschaft 124 um eine geringere Größe als die vorbestimmte schwenkt, greift er nicht in den Kragen 182 der Schale 176 ein. Deshalb wirkt dabei nur der relativ kleine erste Widerstand der relativen Schwenkbewegung entgegen. Wenn die relative Schwenkbewegung die vorbestimmte Größe übergreift, greift der Gelenkschaft 124 in den Kragen 182 der Schale 176 ein und überträgt eine Schwenkbewegung auf die Schale 176. Dieser Schwenkbewegung der Schale 176 und des Gelenkzapfens 158 des Gelenkschaftes 124 wirkt nun der größere zweite Widerstand entgegen. Da der zweite Bereich 174 aus einem Material hergestellt ist, dessen Härtegrad höher als der des ersten Bereichs 172 ist, wirkt auf den Gelenkschaft 124 ein größerer Widerstand.When the pivot shaft 124 pivots a smaller size than the predetermined one, it does not engage the collar 182 of the shell 176 . Therefore, only the relatively small first resistance counteracts the relative pivoting movement. When the relative pivoting movement overlaps the predetermined size, the joint shaft 124 engages in the collar 182 of the shell 176 and transmits a pivoting movement to the shell 176 . This pivoting movement of the shell 176 and the pivot pin 158 of the pivot shaft 124 is now counteracted by the greater second resistance. Since the second region 174 is made of a material whose degree of hardness is higher than that of the first region 172 , a greater resistance acts on the joint shaft 124 .

Die bei der vorstehenden Beschreibung und bei den Patentansprüchen verwendete Bezeichnung Härtegrad wird folgendermaßen (nach SHORE) definiert:The in the above description and in the The term used will be used as a degree of patent claims defined as follows (after SHORE):

Die Einheiten des Härtegrades sind ein Maß für die Eindringtiefe eines Eindringkörpers bei einer bestimmten Last in ein zu prüfendes Material. Die Einheiten haben einen Bereich von 0 (für eine Eindringtiefe von 2,54 mm [0,1 in] bis 100 [kein Eindringen]). Bei dem Härteprüfverfahren A (nach SHORE) wird ein spitzer Eindringkörper mit einer Masse von 822 g beaufschlagt, während bei dem Härteprüfverfahren D (nach SHORE) ein stumpfer Eindringkörper mit einer Masse von 4,536 kg (10 1b) beaufschlagt wird.The units of the degree of hardness are a measure of the depth of penetration of an indenter at a certain load material to be tested. The units have a range of 0 (for a penetration depth of 2.54 mm [0.1 in] to 100 [no Penetration]). With the hardness test method A (according to SHORE) a pointed indenter with a mass of 822 g, while with the hardness test method D (according to SHORE) a blunt indenter with a mass of 4.536 kg (10 1b) is applied.

Claims

1. Ball joint, the joint ball formed in one piece with a hinge pin is surrounded by a one-piece insert made of elastomer material which is brought into connection with it, held in the joint housing and deforming during joint movements, characterized in that the insert ( 126 ) is a rigid, between two Areas ( 172, 174 ) of different hardness of the elastomeric material, which are firmly connected to these areas and have a shell ( 176 ) made of rigid material, which, with a collar ( 182 ) protruding from the elastomeric material, has the area of the pivot pin ( 158 ) adjacent to the joint ball ( 156 ) ) surrounds and acts as a stop for this during pivoting movements, such that after a predetermined, the first, radially inner region ( 172 ) of the insert ( 126 ) up to the stop of the hinge pin ( 158 ) on the collar ( 182 ) deforming pin deflection further Swiveling the pivot pin ( 158 ) the second, radially outer area Calibrating ( 174 ) the insert ( 126 ) deforming forces from the pivot pin ( 158 ) via the shell ( 176 ) are introduced directly into the second area ( 174 ).

2. Ball joint according to claim 1, characterized in that the first region ( 172 ) of the insert ( 126 ) both surrounds the joint ball ( 156 ) and is held on the joint housing ( 134 ).

3. Ball joint according to claim 1 or 2, characterized in that the second region ( 174 ) of the insert ( 126 ) is only arranged between the shell ( 176 ) and the joint housing ( 134 ).

4. Ball joint according to one of the preceding claims, characterized in that the first region ( 172 ) has a Shore hardness of 40 to 70% on a 100% scale and the second region ( 174 ) has a Shore hardness of 60 to 90% of this scale, which is 15 to 25% larger than that of the first area ( 172 ).