DE3920683C2 - Kugelgelenkanordnung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kugelgelenkanordnung des Spannungs-Typs bzw. Einsperrtyps gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und genauer gesagt auf eine Kugelgelenkanordnung des Spannungs-Typs, wie sie z. B. für ein Radaufhängungssystem eines Kraftfahrzeuges oder dergleichen verwendet wird.

Eine Kugelgelenkanordnung des Spannungs-Typs, bei der das Lager für die Kugel in Axialrichtung in zwei Hälften unterteilt ist und dazwischen zur Erzielung eines niedrigen Drehmoments ein Spalt freigelassen ist, ist auf dem einschlägigen Gebiet allgemein bekannt, und z. B. in der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. 57-203,136 offenbart. Aus US 3 486 778 ist eine Kugelgelenkanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 bekannt.

Es besteht ein stark zunehmender Bedarf für ein niedriges Drehmoment sowie für hohe Belastbarkeit, und insbesondere in der letzten Zeit wird die Fähig­ keit, hohen Belastungen standzuhalten, immer wichtiger. Es besteht somit ein Bedarf für die Entwicklung von Kugelgelenken des Spannungs-Typs, die bei niedrigem Drehmoment arbeiten können, wie dies bei den her kömmlichen Kugelgelenkanordnungen des Spannungs-Typs der Fall ist, und die außerdem sehr gut fähig sind, hohen Belastungen standzuhalten.

In Anbetracht hiervon besteht eine Aufgabe der vorliegen­ den Erfindung in der Schaffung einer Kugelgelenkanord­ nung, die bei niedrigem Drehmoment arbeitet, jedoch hohen Belastungen standhalten kann.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichen des Anspruchs 1.

Gemäß einem Gesichtspunkt schafft die Erfindung eine Kugelgelenkanordnung des Spannungs-Typs, bei der ein an einem Ende eines Kugelzapfens ausgebildeter Kugelkopf in einer Buchse schwenkbar gelagert ist, die an ihrem einen axialen Ende eine kleinere Öffnung und an ihrem anderen axialen Ende eine durch eine Schließplatte verschlossene größere Öffnung aufweist, und bei der zwischen dem Kugel­ kopf und der Buchse ein in der Nähe der kleineren Öffnung vorgesehenes offenseitiges bzw. auf der offenen Seite der Buchse befindliches Lager mit einem zylindrischem Bereich und einem mit dem zylindrischen Bereich einstückig ver­ bundenen Schulterbereich sowie ein in der Nähe der größeren Öffnung vorgesehenes geschlossenseitiges bzw. auf der durch die Schließplatte verschlossenen Seite der Buchse befindliches Lager mit einem im wesentlichen halb­ kugel-becherförmigen Lagerbereich und einem mit dem Lagerbereich einstückig verbundenen sowie diesen umgeben­ den äußeren Umfangsrandbereich angeordnet sind, wobei sich die Kugelgelenkanordnung erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, daß eine die innere konkave Fläche des becherförmigen Lagerbereichs bildende, im wesentlichen halbkugelförmige Sitzfläche aus verschiedenen zueinander koaxialen ringförmigen Krümmungsflächen gebildet ist, die miteinander in Verbindung stehen, und daß der von der kleineren Öffnung abgelegene Endteil des zylindrischen Bereichs des offenseitigen Lagers sich mit dem von der größeren Öffnung abgelegenen Endteil des äußeren Umfangs­ wandbereichs des geschlossenseitigen Lagers in Anlage befindet.

Wenn bei der erfindungsgemäßen Konstruktion eine normale Belastung auf den Kugelzapfen ausgeübt wird, befindet sich die Oberfläche des Kugelkopfes des Kugelzapfens nur mit der radial inneren ringförmigen Krümmungsfläche in Gleitberührung, so daß die Fläche der Gleitberührung zwischen dem Lager und dem Kugel­ kopf relativ klein ist, während bei Ausübung einer hohen Last auf den Kugelzapfen das geschlossenseitige Lager derart elastisch verformt wird, daß die Ober­ fläche des Kugelkopfes des Kugelzapfens auch mit der radial äußeren ringförmigen Krümmungsfläche in Berührung gebracht wird, wodurch die Fläche der Gleit­ berührung zwischen dem Lager und dem Kugelkopf ver­ größert wird.

Außerdem ist innerhalb der Buchse bzw. der Gelenkpfanne das offenseitige Lager durch das geschlossenseitige Lager in Axialrichtung ohne Freilassung irgendeines dazwischen vorhandenen Spalts gelagert, so daß selbst bei Auf­ bringung einer hohen Belastung auf den Kugelzapfen keine plastische Verformung des offenseitigen Lagers auftritt und somit eine unerwünschte Vergrößerung eines Spalts (wodurch ein Klappern verursacht werden könnte) zwischen dem offenseitigen und dem geschlossenseitigen Lager verhindert ist.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der in der Anmeldung verwendete Begriff "niedriges Dreh­ moment" bedeutet ein niedriges Reibkraftmoment, das bei Betätigung der Gelenkanordnung überwunden werden muß.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Kugelgelenkan­ ordnung des Spannungs-Typs gemäß der vor­ liegenden Erfindung;

Fig. 2 eine in vergrößertem Maßstab dargestellte fragmentarische Schnittansicht unter Dar­ stellung von Hauptkomponenten der Kugelge­ lenkanordnung;

Fig. 3 eine Schnittansicht unter Darstellung eines Lagers auf der geschlossenen Seite der Kugelgelenkanordnung gemäß dem in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 eine Draufsicht auf das Lager gemäß Fig. 3;

Fig. 5 eine Schnittansicht eines zweiten bevor­ zugten Ausführungsbeispiels der Kugelgelenk­ anordnung des Spannungs-Typs gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine Schnittansicht eines Lagers auf der geschlossenen Seite der Kugelgelenkanordnung gemäß dem in Fig. 5 gezeigten zweiten Aus­ führungsbeispiel;

Fig. 7 eine Draufsicht auf das Lager gemäß Fig. 6;

Fig. 8 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht, jedoch unter Darstellung eines dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Kugelgelenkanordnung des Spannungs-Typs gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 eine Ansicht unter Darstellung eines Bei­ spiels einer Buchse der Kugelgelenkanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn die Gelenkanordnung mit einer Staubabdeckung abgedeckt ist;

Fig. 10 eine in vergrößertem Maßstab dargestellte Ansicht eines in Fig. 9 in einen Kreis X eingeschlossenen Bereichs;

Fig. 11 eine graphische Darstellung zur Veran­ schaulichung der Zeit, die zum Montieren einer Staubabdeckung bei der in Fig. 9 gezeigten Konstruktion erforderlich ist; und

Fig. 12 eine Ansicht zur Erläuterung der Vorteile der in Fig. 10 gezeigten Konstruktion.

1. Ausführungsbeispiel (Fig. 1 bis 4)

Fig. 1 zeigt ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kugelgelenkanordnung, wobei die Anordnung allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist. Ein allgemein mit dem Bezugszeichen 2 bezeichneter Kugelzapfen um­ faßt einen Schaft 3 und einen Kugelkopf 4. Der Kugel­ kopf 4 ist in einer Buchse bzw. Gelenkpfanne 6 aufge­ nommen, die im wesentlichen in Form eines Zylinders ausgebildet ist, dessen Boden durch eine Schließplatte 10 verschlossen ist. Auf der Seite einer kleineren Öffnung 7 ist innerhalb der Buchse 6 ein offenseitiges bzw. auf der offenen Seite befindliches Lager 11 ange­ ordnet, und auf der Seite einer durch die Schließplatte 10 verschlossenen, größeren Öffnung 9 der Buchse 6 ist ein geschlossenseitiges bzw. auf der geschlossenen Seite befindliches Lager 20 angeordnet.

Der Kugelkopf 4 an dem einen Ende des Kugelzapfens 2 ist sowohl durch das offenseitige Lager 11 als auch durch das geschlossenseitige Lager 20 derart gelagert, daß der Kopf 4 innerhalb der Buchse 6 verschwenkbar ist, wobei sich der Schaft 3 des Kugelzapfens 2 durch die kleinere Öffnung 7 der Buchse 6 hindurch nach außen erstreckt.

Wie am besten in Fig. 2 in vergrößertem Maßstab zu sehen ist, ist das offenseitige Lager 11 aus einem Kunstharz bzw. Kunststoffmaterial hergestellt und besitzt einen zylindrischen Bereich 13, dessen Außenfläche an der Innenwandung eines zylindrischen Bereichs 34 der Buchse 6 satt anliegt. Außerdem besitzt das offenseitige Lager 11 einen Schulterbereich 12, dessen Außenfläche an der Innenfläche eines Schulterbereichs 8 an der offenen Seite der Buchse 6 satt anliegt. Der Schulterbereich 12 ist in Form eines Keils ausgebildet, dessen Dicke von der (im Schnitt der Fig. 2) durchmesserkleineren Seite in Richtung auf die durchmessergrößeren Seite, d. h. von der kleineren Öffnung 7 weg, zunimmt. Der Schulterbereich 12 ist an seinem dicksten Bereich mit dem zylindrischen Bereich 13 einstückig verbunden. Der zylindrische Bereich 13 umfaßt einen Abschnitt 16 mit kleinerem Durchmesser, einen konischen Abschnitt 17, der mit dem Abschnitt 16 kleineren Durchmessers ein­ stückig verbunden ist und nach Art des Stumpfes eines Kegels einen sich in Richtung von dem Abschnitt 16 weg vergrößerenden Durchmesser besitzt, sowie einen Abschnitt 18 mit größerem Durchmesser, der mit dem konischen Ab­ schnitt 17 einstückig verbunden ist.

Eine innere teilkugelförmige Fläche 15 des offen­ seitigen Lagers 11 befindet sich in Gleitkontakt mit der Außenfläche 5 des Kugelkopfes 4 des Kugelzapfens 2. Die innere teilkugelförmige Fläche 15 ist als teil-toroid­ förmige Fläche ausgebildet, deren Radius R₂ größer ist als der Radius R₁ des Kugelkopfes 4, so daß die innere teilkugelförmige Fläche 15 in einem mittleren Bereich der Fläche 15 zwischen dem Schulterbereich 12 und dem zylindrischen Bereich 13 in stärkstem Kontakt mit der Außenfläche des Kugelkopfes 4 steht. D.h., das imaginäre Zentrum O₂ der toroidförmigen Fläche befindet sich an einer in bezug auf Fig. 2 näher bei dem unteren Ende des Kugelkopfes 4 gelegenen Stelle als das Zentrum O₁ des Kugelkopfes 4 und ist von der Längsachse der Buchse 6 in Radialrichtung versetzt. Als Ergebnis hier­ von definiert die Außenfläche 5 des Kugelkopfes 4 Spalte 19a und 19b zwischen dem offenseitigen Lager 11 und der Außenfläche 5 des Kugelkopfes 4 an dem Öffnungs­ rand des offenseitigen Lagers 11 bzw. an dem "Äquator" des Kopfes 4, oder anders ausgedrückt, die Außen­ fläche 5 befindet sich an dem Schulterbereich 12 und dem zylindrischen Bereich 13 in schwächerem Kontakt mit der Fläche 15 als an dem mittleren Bereich.

Wie in den Fig. 1, 3 und 4 zu sehen ist, ist das ge­ schlossenseitige Lager 20 aus Polyurethan gebildet und umfaßt einen Lagebereich 21 in Form eines halbkugel­ förmigen Bechers sowie eine äußere Umfangswand 22, die den Lagerbereich 21 umgebend einstückig mit diesem ausge­ bildet ist und im wesentlichen in Form eines Zylinders vorliegt. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, befindet sich die äußere Umfangsfläche des äußeren Umfangswandbereichs 22 in satter Anlage mit der Innenfläche der Buchse 6. Eine in den Fig. 3 und 4 dargestellte Endfläche 29 eines der größeren Öffnung 9 entgegengesetzt ange­ ordneten Endteils 23 des Wandbereichs 22 wird durch die Schließplatte 10 gegen eine Endfläche 19 (Fig. 2) eines der kleineren Öffnung 7 entgegengesetzt ange­ ordneten Endteils 14 des offenseitigen Lagers 11 gedrückt. Als Ergebnis hiervon ist das offenseitige Lager 11 durch das geschlossenseitige Lager 20 derart gehaltert, daß dazwischen keinerlei Spalt in axialer Richtung vorhanden ist, so daß selbst bei Ausübung einer schweren Last auf den Kugelzapfen 2 keine plastische Verformung des offenseitigen Lagers 11 auf­ tritt und dadurch eine anormale Zunahme des Spiels zwischen dem offenseitigen Lager und dem geschlossen­ seitigen Lager verhindert wird und außerdem ein Klappern vermieden wird.

Der teilkugelförmige Sitz 25, bei dem es sich um die innere konkave Fläche des geschlossenseitigen Lagers 20 handelt, umfaßt eine radial innere (der Schließplatte 10 nähere) Krümmungsfläche 27 mit einem Radius R₃ und dem Zentrum O₁ sowie eine radial äußere (von der Schließ­ platte 10) Krümmungsfläche 26 mit demselben Radius R₃, wobei dessen Zentrum O₃ jedoch von dem Zentrum O₁ in Richtung auf das Lager 20 versetzt ist. R₃ kann gleich dem Radius R₁ des Kugelkopfes 4 sein. Die Krümmungsfläche 26 ist relativ zu der Krümmungsfläche 27 abgesetzt ausgebildet. Die äußere Krümmungsfläche 26 ist mit der inneren Krümmungsfläche 27 verbunden, wobei an der Verbindungsstelle zwischen der inneren Krümmungsfläche 27 und der äußeren Krümmungs­ fläche 26 ein ringförmiger Stufenbereich 28 ausgebildet ist. Daraus folgt, daß bei Ausübung einer normalen Last auf den Kugelzapfen 2 die Außenfläche 5 des Kugelkopfes 4 nur mit der inneren Krümmungsfläche 27 des geschlossenseitigen Lagers 20 in Gleitberührung steht, so daß die Fläche des Gleitkontakts zwischen dem Lager 20 und dem Kopf 4 klein ist und somit das Betriebs-Drehmoment der Kugelgelenkanordnung 1 auf einem niedrigen Niveau gehalten ist. Wenn dagegen eine hohe Last auf den Kugelzapfen 2 ausgeübt wird, tritt eine elastische Verformung des geschlossenseitigen Lagers 20 auf, so daß die Außenfläche 5 des Kugelkopfes 4 dazu veranlaßt wird, auch mit der äußeren Krümmungsfläche 26 in Gleitkontakt zu treten. Als Ergebnis hiervon wird die Fläche der Gleitberührung zwischen dem Lager 20 und dem Kopf 4 vergrößert, so daß die Kugelgelenk­ anordnung 1 der hohen Belastung standhalten kann.

Ein ringförmiger Fortsatzbereich 31, der sich von dem Rand einer oberen Öffnung des Lagerbereichs 21 des geschlossenseitigen Lagers wegerstreckt, befindet sich radial innerhalb des einen größeren Durchmesser auf­ weisenden Abschnitts 18 des zylindrischen Bereichs 13 des offenseitigen Lagers 11, um eine Verlagerung des geschlossenseitigen Lagers 20 in Horizontalrichtung zu verhindern.

Ein sich durch die Mitte des Lagers 20 hindurcher­ streckendes Durchgangsloch 24 dient als Luftaustritts­ öffnung. In der inneren Krümmungsfläche 27 sind Radial­ nuten 32 ausgebildet, die als Schmiermittel-Reservoir dienen. In der äußeren Bodenfläche des Lagers 20 ist außerdem eine ringförmige Nut 33 ausgebildet.

Wenn die Kugelgelenkanordnung 1 montiert werden soll, wird das offenseitige Lager 11 zuerst im Preßsitz in die Buchse 6 gepaßt, und dann wird ein Schmieröl auf die Innenfläche des Lagers 11 aufgebracht. Danach wird der Kugelzapfen 2 von dem offenen Boden der Buchse her eingeführt, bis der Kugelkopf 4 mit dem Lager 11 in Kontakt ist. Danach wird das geschlossenseitige Lager 20 durch den offenen Boden der Buchse 6 in diese einge­ paßt, und schließlich wird die Schließplatte 10 an der Buchse 6 angebracht, um den offenen Boden der Buchse 6 durch Umbiegen des unteren Rands der Buchse 6 zu ver­ schließen.

2. Ausführungsbeispiel (Fig. 5, 6 und 7)

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5, 6 und 7 wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Dabei handelt es sich ebenfalls um eine Kugelgelenk­ anordnung des Spannungs-Typs, die allgemein mit dem Bezugszeichen 1a bezeichnet ist. Das zweite Ausführungs­ beispiel unterscheidet sich von dem ersten Aus­ führungsbeispiel dadurch, daß die Endfläche des Fortsatzbereiches 31 (Fig. 3) des geschlossenseitigen Lagers 20 und die Endfläche 29 (Fig. 3) des Endteils 23 des äußeren Umfangswandbereichs 22 unter Bildung einer koplanaren Fläche 29a (Fig. 6) miteinander in Verbindung stehen und daß die Endfläche des Lagerbe­ reichs 21 des geschlossenseitigen Lagers 20 gegen die Endfläche 19 des zylindrischen Bereichs 13 des offenseitigen Lagers 11 gedrückt ist.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die teilkugel­ förmige Sitzfläche 25 des geschlossenseitigen Lagers 20 gebildet aus einer radial inneren Krümmungsfläche 27 mit einem Radius R₄ und einem Zentrum, das mit dem Zentrum O₁ des Kugelkopfes 4 zusammenfällt, sowie aus einer radial äußeren Krümmungsfläche 26 mit einem Radius R₅ und einem Zentrum O₅, das von dem Zentrum O₁ in Richtung auf den Schaft des Kugelzapfens ver­ lagert ist sowie von der Längsachse der Buchse 6 radial nach außen versetzt ist, wobei die äußere Krümmungs­ fläche 26 und die innere Krümmungsfläche 27 ineinander übergehen.

Wenn bei dem vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispiel eine normale Last auf den Kugelzapfen 2 ausgeübt wird, befindet sich die Ober­ fläche des Kugelkopfs 4 des Kugelzapfens 2 nur mit der radial inneren Krümmungsfläche 27 in Gleitberührung, so daß die Fläche der Gleitberührung zwischen dem Lager 20 und dem Kugelkopf 4 klein ist, während bei Ausübung einer schweren Last auf den Kugelzapfen 2 eine elastische Verformung des geschlossenseitigen Lagers 20 auftritt, so daß die Oberfläche des Kugel­ kopfs 4 in weitergehende Gleitberührung mit der anderen Krümmungsfläche 26 der teilkugelförmigen Sitzfläche gebracht wird, und als Ergebnis hiervon ist die Fläche der Gleitberührung zwischen dem Lager 20 und dem Kugelkopf 4 vergrößert.

Außerdem ist innerhalb der Buchse 6 das offenseitige Lager 11 durch das geschlossenseitige Lager 20 in Axialrichtung derart gelagert, daß dazwischen keinerlei Spalt vorhanden ist. Somit wird selbst bei Einwirkung einer hohen Belastung auf den Kugelzapfen 2 eine plastische Verformung des offenseitigen Lagers 11 ver­ hindert, so daß eine anormale Zunahme von Spiel zwischen dem offenseitigen Lager und dem geschlossenseitigen Lager eliminiert ist. Dies heißt mit anderen Worten, daß ein Klappern vermieden ist. Als Ergebnis hiervon wird ein niedriges Betriebs-Drehmoment der Kugelgelenk­ anordnung sichergestellt, während gleichzeitig eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen hohe Belastungen er­ zielt wird.

Zur Sicherstellung eines geringen Werts an Betriebs-Dreh­ moment sowie eines hohen Ausmaßes an Widerstands­ fähigkeit gegen hohe Belastungen ist bei dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel in erster Linie das geschlossenseitige Lager 20 verbessert, doch im Fall des nachfolgend beschriebenen dritten Ausführungsbei­ spiels ist das offenseitige Lager derart verbessert, daß sich ein geringer Wert an Betriebs-Drehmoment sowie ein hohes Ausmaß an Widerstandsfähigkeit gegen hohe Belastungen gewährleisten lassen.

3. Ausführungsbeispiel (Fig. 8)

Wie unter Bezugnahme auf Fig. 8 zu sehen ist, besitzt die Buchse 6 innerhalb der kleinen Öffnung 7 einen konischen Sitz 40, der sich im wesentlichen tangential zu der Außenfläche 5 des Kugelkopfes 4 des Kugel­ zapfens 2 erstreckt. Außerdem besitzt die Buchse 6 einen zylindrischen Sitz 41, der mit dem den größten Durchmesser aufweisenden Bereich des konischen Sitzes 40 verbunden ist, und sich in Axialrichtung der Buchse 6 etwas über den "Äquator" des Kugelkopfes 4 hinaus in Richtung auf dessen in bezug auf Fig. 8 unteres Ende erstreckt. Eine Stufenfläche 42 in Form eines Kegelstumpfes ist mit dem in bezug auf Fig. 8 unteren Ende des zylindrischen Sitzes 41 verbunden, und ein zylindrischer Sitz 43 mit großem Durchmesser ist auf der den größeren Durchmesser aufweisenden Seite der Stufenfläche 42 ausgebildet.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist der Schnitt­ winkel e zwischen dem konischen Sitz 40 und der Längsachse der Buchse 6 auf ca. 52° festgesetzt. Der Spalt bzw. die Beabstandung zwischen dem konischen und dem zylindrischen Sitz 40 und 41 und dem am nähesten bei dem konischen und dem zylindrischen Sitz 40 und 41 gelegenen Oberflächenbereich des Kugel­ kopfes 4 muß so praktikabel wie möglich auf ein Minimum reduziert sein. Bei dem dritten Ausführungs­ beispiel ist der Spalt z. B. derart gewählt, daß er in der Größenordnung von ca. 0,8 mm liegt.

Ein offenseitiges Lager 11, das aus einem Kunststoff­ material geformt ist, besitzt eine Innenfläche, die mit einem Teil der Oberfläche des Kugelkopfes 4 auf der Seite des Schafts 3 in Berührung steht. Die Außen­ fläche des offenseitigen Lagers 11 befindet sich in Anlage an dem konischen und dem zylindrischen Sitz 40 und 41 sowie dem den großen Durchmesser aufweisenden zylindrischen Sitz 43 der Buchse 6.

Das offenseitige Lager 11 besitzt einen Schulterbereich 44, der seine größte Dicke in der Nähe eines Bereichs besitzt, bei dem der konische Sitz 40 mit dem zylindrischen Sitz 41 in Verbindung steht. Außerdem besitzt das Lager 11 einen extrem dünnen Öffnungsrand­ bereich 45 in derjenigen Region, in der der konische Sitz 40 und der Kugelkopf 4 am nähesten beieinander gelegen sind, einen Äquatorbereich 46, dessen Dicke der Dicke des Öffnungsrandbereichs 45 im wesent­ lichen entspricht, einen zylindrischen Bereich 47, der sich von dem unteren Bereich des Äquator­ bereichs 46 in bezug auf die Zeichnung nach unten er­ streckt, einen Flanschschulterbereich 48, der sich von dem unteren Bereich des Äquatorbereichs 46 in bezug auf die Zeichnung nach unten erstreckt und in Form eines Kegelstumpfes divergiert, sowie einen dicken Flanschbereich 49. Die sich von dem oberen bzw. dem unteren Bereich wegerstreckenden Bereiche des dicken Schulterbereichs 44 liegen somit in Keil­ form vor, wobei der Keil jeweils in dem Bereich extrem dünn ist, in dem der Kopf 4 und die Buchse 6 am nähesten beieinander liegen.

Wie im Fall der Fig. 2 ist eine durch die Innenfläche des Schulterbereichs 44 des Lagers 11 gebildete Sitz­ fläche 51 als teil-toriodförmige Fläche ausgebildet, deren Krümmungsradius R₂ größer ist als der Krüm­ mungsradius R₁ des Kugelkopfes 4, so daß die Sitz­ fläche 51 dazu veranlaßt wird, den kräftigsten Kontakt mit dem Kugelkopf 4 in dem Bereich zwischen dem konischen und dem zylindrischen Sitz 40 und 41 herzustellen. D.h., das imaginäre Zentrum O₂ der teil-toriodförmigen Fläche ist von dem Zentrum O₁ des Kugelkopfes 4 in Richtung auf dessen äußeres Ende verlagert sowie von der Längsachse der Buchse 6 radial versetzt. Als Ergebnis hiervon sind angrenzend an den Öffnungsrandbereich 45 sowie den Mittellinienbereich 46 des Lagers 11 Spalte 19a und 19b gebildet, oder anders ausgedrückt, tritt die Oberfläche 5 des Kugelkopfes 4 mit den Bereichen 45 und 46 in schwächere Berührung als mit dem dicken Schulterbereich 44.

Ein Spalt L ist zwischen dem Flanschschulterbereich 48 und der Stufenfläche 42 der Buchse derart ausgebildet, daß die dem konischen Sitz 40 gegenüberliegende Fläche des Lagers 11 sich in engen Kontakt mit dem Sitz 40 bringen läßt und daß das Lager 11 in der Buchse 6 form­ schlüssig und sicher befestigt ist. Wie außerdem durch die beiden strichpunktierten Linien gezeigt ist, ist der Flanschbereich 49 im Festsitz in den einen großen Durchmesser aufweisenden Sitzbereich 43 eingepaßt, und zwar mit einer radialen Verformung P aus seinem freien bzw. uneingepreßten Zustand. Aufgrund des Übermaßes P des Flanschbereichs 49 sowie des Spalts L bei in die Buchse 6 im Preßsitz eingepaßtem Lager 11 ist der zylindrische Bereich 47 derart ver­ formt, daß er einen gekrümmten Umschließungsbereich 52 bildet, der den in bezug auf die Fig. 8 unterhalb des Äquatorbereichs 46 des Kugelkopfes 4 befindlichen Bereich des Kugelkopfes 4 umschließt. Wie vorstehend beschrieben wurde, ist bei in den den großen Durch­ messer aufweisenden zylindrischen Bereich 43 der Buchse 6 im Preßsitz eingepaßtem Flanschbereich 49 der Spalt L definiert zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen der Stufenfläche 42 der Buchse 6 und dem Flanschschulterbereich 48. Der Spalt L gestattet eine elastische Aufweitung des Umschließungsbereichs 52, wenn der Kugelkopf 4 des Kugelzapfens 2 im Preßsitz in das Lager 11 gepaßt wird.

Da der Umschließungsbereich 52 außerdem bei eingepaßtem Kugelkopf 4 radial nach außen gedrückt wird, wird der Äquatorbereich 46 des Lagers 11 mit einer Kraft beaufschlagt, die ihn in Richtung von der Ober­ fläche 5 des Kugelkopfes 4 wegzubewegen sucht. Als Er­ gebnis hiervon ist der Druck der Berührung zwischen der Oberfläche 5 des Kugelkopfes 4 und dem Äquator­ bereich 46 reduziert und das kinetische Drehmoment des Kugelzapfens 2 bzw. des Kugelkopfes 4 ist wirksam reduziert.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist das geschlossen­ seitige Lager 20 im wesentlichen in derselben Weise ausgebildet wie die in den Fig. 1 oder 5 gezeigten ge­ schlossenseitigen Lager und wird in in Axialrichtung zusammengedrücktem Zustand montiert.

Im folgenden wird die Montage der Kugelgelenkanordnung 1a erläutert.

Zuerst wird das Lager 11 im Preßsitz in die Buchse 6 gepaßt, und der Flanschbereich 49 wird fest in den einen großen Durchmesser aufweisenden Sitz 43 gepaßt, wobei das Lager 11 in enge Berührung mit dem konischen Sitz 40 gebracht wird. Nach dem Aufbringen eines Schmieröls auf die Innenfläche des Lagers 11 wird der Kugelzapfen 2 dann von dem geöffneten Boden der Buchse 6 her eingeführt, bis der Kugelkopf 4 mit dem Lager 11 in Berührung gebracht ist. Danach wird dann das ge­ schlossenseitige Lager 20 von unten her durch den offenen Boden der Buchse 6 eingeführt sowie mit dem Kugelkopf 4 in Berührung gebracht. Schließlich wird die Schließ­ platte 10 an der Buchse 6 angebracht, um deren offenen Boden zu schließen, wobei die Schließplatte dadurch sicher in Position gehalten ist, daß der untere Rand der Buchse 6 umgeformt wird.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel wird eine von dem Kugelkopf 4 des Kugelzapfens 2 übertragene Last konzentriert auf den dicken Schulterbereich 44 des Lagers 11 in der Nähe der Schnittlinie zwischen den Sitzen 40 und 41. Da die sich von dem dicken Schulter­ bereich 44 des Lager 11 wegerstreckenden beiden Bereiche 45 und 47 in Form von extrem dünnen Keilen vorgesehen sind, die in denjenigen Regionen angeordnet sind, in denen die Oberfläche 5 des Kugelkopfes 4 am nähesten bei den Sitzen 40 und 41 angeordnet ist, hat das Kunststoffmaterial der beiden Bereiche 45 und 47 die Tendenz, sich wie ein Keil in die extrem dünnen Räume zwischen der Kugeloberfläche 5 und dem Lager 11 zu bewegen, wenn der dicke Schulterbereich 44 einer Kompressionskraft ausgesetzt wird. Andererseits ver­ ursacht die auf den Kugelkopf 4 wirkende Last eine Wirkung, durch die das Kunststoffmaterial der Bereiche 45 und 47 von innerhalb der extrem dünnen Räume zurück in Richtung auf den dicken Schulterbereich 44 gedrückt wird, so daß das Kunststoffmaterial zwischen den beiden extrem dünnen Räumen beidseits des dicken Schulterbereichs 44 begrenzt ist und an einem Fließen gehindert ist. Auf diese Weise ist die Wider­ standsfähigkeit der Kugelgelenkanordnung gegen hohe Belastungen gesteigert, während gleichzeitig ein niedriges Betriebs-Drehmoment besteht.

Außerdem besteht bei dem dritten Ausführungsbeispiel ein ausreichender Längenunterschied zwischen dem zylindrischen Bereich 47 und dem zylindrischen Sitz 41, so daß der Spalt L zwischen der Stufenfläche 42 und dem Flanschschulterbereich 48 gebildet wird. Dieser Spalt L gestattet das Einführen des Kugelkopfes 4 nach der im Preßsitz erfolgenden Montage des Lagers 11 in der Buchse 6, und zwar ohne daß dabei eine Verformung wichtiger Bereiche des Lagers 11 verursacht wird. Bei zusammengebauter Kugelgelenkanordnung wirken der Spalt L und das übermaß P derart zusammen, daß der zylin­ drische Bereich 47 des Lagers 11 derart gekrümmt wird, daß dieser den unterhalb des Äquatorbereichs 46 des Kugelkopfes 4 befindlichen Bereich umschließt und so hält, daß der Kontaktdruck zwischen dem Äquator­ bereich 46 des Lagers 11 und dem den Äquator­ bereich 46 gegenüberliegenden Bereich der Ober­ fläche 5 des Kugelkopfes 4 reduziert ist. Auf diese Weise ist die Widerstandsfähigkeit der Kugelgelenk­ anordnung gegen hohe Belastungen gesteigert, während sich ein geringes Betriebs-Moment erhalten läßt.

Staubabdeckung

Die Fig. 9 bis 11 veranschaulichen eine Staubabdeckung zum Umschließen einer jeden der vorstehend beschriebenen Kugelgelenkanordnungen.

Fig. 9 zeigt einen Zustand unmittelbar vor der An­ bringung einer Staubabdeckung 60 an der Buchse 6. Die Staubabdeckung 60 ist aus einem elastischen Material, wie z. B. Gummi, hergestellt und besitzt eine Öffnung 61 mit kleinerem Durchmesser sowie eine Öffnung 62 mit größerem Durchmesser an ihrem in bezug auf Fig. 9 oberen bzw. unteren Bereich. Der Schaft 3 des Kugel­ zapfens 2 ist in die kleinere Öffnung 61 eingepaßt, während ein Staubabdeckungs-Befestigungsbereich 8 der Buchse 6 in die größere Öffnung 62 eingepaßt ist. Ein Verstärkungsring 71 ist in dem Randbereich der kleineren Öffnung 61 eingebettet, und der Randbereich der größeren Öffnung 62 ist in einer ringförmigen Nut 70 der Buchse 6 durch einen ringförmigen Clip bzw. Sicherungsring 72 sicher gehalten.

Der Staubabdeckungs-Befestigungsbereich 8 der Buchse 6 sowie die größere Öffnung 62 der Staubabdeckung 60 sind in Fig. 10 in vergrößertem Maßstab dargestellt, wobei Fig. 10 den von dem Kreis X in Fig. 9 umschlossenen Bereich zeigt. Ein ringförmiger Flansch 65 des Staub­ abdeckungs-Befestigungsbereichs 8 besitzt eine abge­ schrägte Flanschfläche 66, die durch Abschrägen des äußeren Randbereichs der oberen Oberfläche des Flansch­ bereichs 65 in einem Winkel α von 15° bis 60° rela­ tiv zu einer rechtwinklig zu der Buchsenlängsachse ver­ laufenden Ebene bildet ist, sowie eine parallel zu der Buchsenlängsachse verlaufende äußere Umfangsfläche 68. Die vorstehend erwähnte ringförmige Nut 70 ist angren­ zend an den Flanschbereich 65 definiert.

Wenn der Außendurchmesser der oberen Endfläche 67a des Flanschbereichs 65 durch den Buchstaben A darge­ stellt wird, der Außendurchmesser der unteren End­ fläche 67b durch den Buchstaben B dargestellt wird und der Innendurchmesser der größeren Öffnung 62 der Staubabdeckung 60 durch den Buchstaben c dargestellt wird, so stehen diese in folgender Beziehung:

A < C < B

Im folgenden wird das Verfahren zum Anbringen der Staubabdeckung 60 an der Buchse 6 erläutert.

Zur Anbringung der Staubabdeckung 60 an der Buchse 6 für den Zusammenbau der Kugelgelenkanordnung wird ein Drückvorgang derart ausgeführt, daß die Staubabdeckung 60 in Axialrichtung durch Verwendung einer Vorrichtung 73 zusammengedrückt wird, um die größere Öffnung 62 der Staubabdeckung 60 an dem Staubabdeckungs-Be­ festigungsbereich 8 der Buchse 6 zu befestigen. Wenn die Staubabdeckung 60 durch die Vorrichtung 73 zusammen­ gedrückt wird, steigt der Druck innerhalb der Staubab­ deckung 60, so daß der Innendurchmesser der größeren Öffnung 62 vergrößert wird. Auf diese Weise bewegt sich die größere Öffnung 62 der Staubabdeckung 60 über den Flansch 65 des Staubabdeckungs-Befestigungsbereichs 8 hinweg, und der Rand der größeren Öffnung 62 wird in die ringförmige Nut 70 der Buchse 6 eingepaßt, wie dies durch die strichpunktierten Linien in Fig. 9 dargestellt ist.

Fig. 11 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Abschrägungswinkel der abgeschrägten Flanschfläche 66 und der zum Anbringen der Staubabdeckung an der Buchse erforderlichen Zeit. Wie in dieser Figur zu sehen ist, ist es aufgrund der Tatsache, daß der Ab­ schrägungswinkel mit einem Wert von 15° bis 60° gewählt ist, möglich, den Flächen-Kontaktdruck zwischen der Flanschoberfläche 66 der Buchse 6 und dem Rand der größeren Öffnung 62 der Staubabdeckung 60 derart zu steigern, daß ein Entweichen von Luft von innerhalb der Staubabdeckung verhindert ist und somit die An­ bringung der Staubabdeckung 60 an der Buchse 6 innerhalb kurzer Zeit ausgeführt werden kann.

Da die Außenkante der oberen Endfläche 67a des Flansches 65 abgeschrägt ist, besteht keine Gefahr, daß die Staubabdeckung durch die Kante des Flansches während der Anbringung der Staubabdeckung 60 an der Buchse 6 beschädigt wird.

Im Gegensatz dazu sind beim Stand der Technik, wie er in Fig. 12 veranschaulicht ist, die Außendurchmesser A und B der oberen bzw. unteren Endfläche des Flansches 65 des Staubabdeckungs-Befestigungsbereichs 8 mitein­ ander identisch. Wenn nun die Staubabdeckung 60 an der Buchse 6 angebracht werden soll, erfolgt ein Entweichen von Luft durch die Fläche der Berührung zwischen der inneren Umfangsfläche der größeren Öffnung 62 der Staubabdeckung 60 und der äußeren Umfangsfläche des Flansches 65 des Staubabdeckungs-Befestigungsbereichs 8 der Buchse 6, so daß der Druck innerhalb der Staubabdeckung 60 abfällt. Die Vergrößerung des Durchmessers der größeren Öffnung 60 wird dadurch verzögert, und somit wird es schwierig, die Staubabdeckung 60 an der Buchse 6 an­ zubringen.

Claims (11)

1. Kugelgelenkanordnung des Spannungs-Typs, bei der ein an einem Ende eines Kugelzapfens (2) ausgebildeter Kugelkopf (4) in einer Buchse (6) schwenkbar gelagert ist, die an ihrem einen axialen Ende eine kleinere Öffnung (7) und an ihrem anderen axialen Ende eine durch eine Schließplatte (10) verschlossene, größere Öffnung (9) aufweist, und bei der zwischen dem Kugelkopf (4) und der Buchse (6) ein in der Nähe der kleineren Öffnung (7) vorgesehenes, offenseitiges Lager (11) mit einem Körperbereich (13) und einem Schulterbereich (12) sowie ein in der Nähe der größeren Öffnung (9) vorgesehenes geschlossenseitiges Lager (20) mit einem konkaven Lagerbereich (21) und einem äußeren Umfangswandbereich (22) angeordnet sind, und bei dem ein von der kleineren Öffnung (7) abgelegener Endteil (14) des Körperbereichs (13) des offenseitigen Lagers (11) sich mit einem von der größeren Öffnung (9) abgelegenen Endteil (23) des geschlossenseitigen Lagers (20) in Anlage befindet, dadurch gekennzeichnet, daß eine die innere Fläche des konkaven Lagerbereiches (21) bildende, im wesentlichen halbkugelförmige Sitzfläche (25) aus verschiedenen zueinander koaxialen, ringförmigen Krümmungsflächen (26, 27) gebildet ist, die miteinander in Verbindung stehen.

2. Kugelgelenkanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine radial äußere ringförmige Krümmungsfläche (26) relativ zu einer radial inneren ringförmigen Krümmungs­ fläche (27) derart abgesetzt ausgebildet ist, daß zwischen den beiden Krümmungsflächen ein ringförmiger Stufenbereich (28) gebildet ist.

3. Kugelgelenkanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Radien (R₃) der Krummungsflächen (26, 27) mit dem Radius (R₁) des Kugelkopfes (4) identisch sind, und daß der Krümmungsmittelpunkt der radial inneren Krümmungsfläche (27) mit dem Krümmungsmittelpunkt (O₁) der Außenfläche des Kugelkopfes (4) zusammenfällt und der Krümmungsmittelpunkt (O₃) der radial äußeren Krümmungsfläche (26) von dem Mittelpunkt des Kugel­ kopfes (4) in Richtung auf das geschlossenseitige Lager (20) versetzt ist.

4. Kugelgelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radial innere Krümmungsfläche (27) mit radial verlaufenden Nuten (32) ausgebildet ist, die als Schmiermittelreservoir vorgesehen sind.

5. Kugelgelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Endteil (23) des geschlossenseitigen Lagers (20) eine ringförmige Endfläche (29) besitzt, die an dem Endteil (14) des offenseitigen Lagers (11) anliegt, und daß ein ringförmiger Fortsatzbereich (31) an dem konkaven Lagerbereich (21) des geschlossenseitigen Lagers (20) derart ausgebildet ist, daß er an die ringförmige Endfläche (29) an einer radial inneren Seite derselben angrenzt und der ringförmige Fortsatzbereich (31) in das offenseitige Lager (11) hinein eingepaßt ist.

6. Kugelgelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1, 4, 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (R₄) der radial inneren Krümmungs­ fläche (27) mit dem Radius (R₁) des Kugelkopfes (4) identisch ist und die Krümmungsmittelpunkte (O₁) der radial inneren Krümmungsfläche (27) und des Kugel­ kopfes (4) miteinander zusammenfallen, und daß der Radius (R₅) der radial äußeren Krümmungsfläche (26) mit dem Radius des Kugelkopfes (4) im wesentlichen identisch ist und der Krümmungsmittelpunkt (0₅) der radial äußeren Krümmungsfläche (26) von dem Krümmungs­ mittelpunkt (O₁) der radial inneren Krümmungsfläche (27) in Richtung auf die kleinere Öffnung (7) ver­ setzt ist, und daß die radial innere sowie die radial äußere Krümmungsfläche (26, 27) entlang ihrer Verbindungslinie ineinander übergehen.

7. Kugelgelenkanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsmittelpunkt (O₅) der radial äußeren Krümmungsfläche (26) von der Längsachse der Buchse (6) versetzt ist.

8. Kugelgelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 6, 7, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossenseitige Lager (20) auf der von der Schließplatte (10) abgelegenen Seite eine ringförmige vollständig planare Oberfläche (29a) aufweist, und daß die planare Oberfläche (29a) an dem Endteil (14) des offenseitigen Lagers (11) anliegt.

9. Kugelgelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schulterbereich (8), der die kleinere Öffnung (7) der Buchse (6) definiert, und der Kugelkopf (4) zwischen sich einen ringförmigen Raum mit keilförmigen Querschnitt definieren, dessen Dicke in Richtung auf die kleinere Öffnung (7) abnimmt, daß der Schulterbereich (12) des offenseitigen Lagers (11) in dem ringförmigen Raum angeordnet ist und im Querschnitt eine entsprechende keilförmige Gestalt aufweist, und daß der Schulterbereich (12) sowie der zylindrische Bereich (13) innen eine innere teilkugelförmige Fläche (15) definieren, die eine derartige teiltoroidförmige Fläche bildet, daß sie mit der Außenfläche (5) des Kugelkopfes (4) am stärksten entlang des die größte Dicke aufweisenden ringförmigen Bereichs zwischen dem Schulter­ bereich (12) und dem zylindrischen Bereich (13) in Berüh­ rung steht.

10. Kugelgelenkanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem offenseitigen Lager (11) und dem Kugel­ kopf (4) Spalte (19a, 19b) beidseits des die größte Dicke aufweisenden ringförmigen Bereichs ausgebildet sind.

11. Kugelgelenkanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,
daß das offenseitige Lager (11) einen ringförmigen Flanschschulterbereich (48) aufweist, der auf der von der kleineren Öffnung (7) abgelegenen Seite mit dem Körperbereich (47) des Lagers (11) einstückig verbunden ist, daß der Flanschschulterbereich (48) eine konische Form besitzt, deren Durchmesser in Richtung von dem Körperbereich (47) weg größer wird,
daß ein erweiterter zylindrischer Flanschbereich (49) mit dem Flanschschulterbereich (48) entlang dessen den größten Durchmesser aufweisenden Bereich einstückig verbunden ist, daß ein ringförmiger axialer Spalt (L) zwischen dem Flanschschulterbereich (48) und einer an der Innenfläche der Buchse (6) ausgebildeten konischen Stufenfläche (42) ausgebildet ist, und daß der zylindrische Flanschbereich (49) durch einen in der Buchse (6) ausgebildeten zylindrischen Sitzbereich (43) derart radial nach innen elastisch verformt ist, daß der Körperbereich (47) dadurch radial nach innen gekrümmt ist und somit den Kugelkopf (4) teil­ weise umschließt.