DE3936775A1 - Elastisches kugelgelenk zur verbindung von maschinenelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kugelgelenk nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Bei solchen Kugelgelenken beruht die kardanische Beweg­ lichkeit auf der Molekularverformung in der Elastomer­ schicht.

Bei einem bekannten Kugelgelenk dieser Art ("Kugelgelenke" Technische Information 8350/52 JÖRN GmbH, Porschestr. 10; 7012 Fellbach-5) beträgt der Kardanwinkel zwischen der am weitesten ausgelenkten Stellung der Gelenkkugel gegenüber dem Gelenkauge, gemessen in einer die Achse des Gelenkau­ ges enthaltenden Gelenkebene, nur etwa 13°, was im wesent­ lichen auf die geringe radiale Abmessung der Elastomer­ schicht zurückzuführen ist, welche durch einen Wert von 0,8 für das Durchmesserverhältnis zwischen dem Außendurch­ messer der Gelenkkugel und dem lichten Durchmesser des Gelenkauges bestimmt ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht im wesentlichen darin, ein elastisches Kugelgelenk mit einer größeren kardanischen Beweglichkeit zu schaffen, insbe­ sondere um seinen Einsatz bei Lenkgestängen von Nutz­ fahrzeugen zu ermöglichen.

Die erläuterte Aufgabe ist gemäß der Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1 in vorteil­ hafter Weise gelöst.

Ein elastisches Gelenk nach der Erfindung weist aufgrund der beträchtlichen radialen Abmessung seiner Elastomer­ schicht eine wesentlich vergrößerte kardanische Beweglich­ keit auf, da Kardanwinkel von nunmehr etwa 25° ermöglicht sind, wobei sich Werte von etwa 0,7 für das Durchmesser­ verhältnis zwischen dem Außendurchmesser der Gelenkkugel und dem lichten Durchmesser des Gelenkauges nach Patentan­ spruch 2 als vorteilhaft ergeben haben.

Eine über ihren Querschnitt gleichmäßige Schubbeanspru­ chung der Elastomerschicht ist angesichts der großen ra­ dialen Abmessung der letzteren besonders wichtig und durch die Ausgestaltung des Kugelgelenkes nach der Erfindung gemäß Patentanspruch 3 sichergestellt, die berücksichtigt, daß die Schubbeanspruchung radial nach innen zunimmt.

Bei dem Kugelgelenk nach der Erfindung ist die Übertragung großer Lenkstangenkräfte bei vertretbaren Längenänderungen durch die Ausgestaltung nach Patentanspruch 4 ermöglicht, bei welcher die Elastomerschicht gegen Ausquetschen durch die Hartschalen geschützt ist.

Auch bei dem Kugelgelenk nach der Erfindung in derjenigen Ausführungsform, bei der die Elastomerschicht aus mehreren Einzellagen besteht, ist eine gleichmäßige Schubbeanspru­ chung gemäß Patentanspruch 5 erreicht.

Um die Verbindung zwischen Hartschale und Elastomer-Einzel­ lage bei der betreffenden Ausführungsform des Kugelgelenkes nach der Erfindung an den kritischen Stellen, nämlich im Bereich der höchsten Schubbeanspruchung in dem radial in­ nen liegenden Querschnitt der Elastomer-Einzellage, beson­ ders zu sichern, kann die Maßnahme nach Patentanspruch 6 getroffen sein.

Dem gleichen Zweck dient auch die Maßnahme nach Patentan­ spruch 7, da die Schubbeanspruchung der Elastomerschicht in Nähe der innen liegenden Gelenkkugel am höchsten ist.

Um eine große kardanische Beweglichkeit bei kurzer Bau­ weise in den Richtungen der Achse des Gelenkauges bei dem Kugelgelenk nach der Erfindung zu erreichen, kann die An­ ordnung nach einem oder mehreren der Patentansprüche 8 bis 10 getroffen sein.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachste­ henden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles.

Ein elastisches Kugelgelenk 1 weist eine Gelenkhälfte 2 auf, welche im wesentlichen aus einem ringförmigen metal­ lischen Gehäuse 3 und aus einem Schraubzapfen 4 besteht. Das Gehäuse 3 ist mit dem Schraubzapfen 4 einteilig aus­ gebildet und mit einem zylindrischen Gelenkauge 5 verse­ hen, dessen Achse 21-21 zu der Achse 30-30 des Schraub­ zapfens 4 senkrecht liegt. Wesentlicher Bestandteil der anderen Gelenkhälfte 6 des Kugelgelenkes 1 ist eine zen­ trale, innerhalb des Gelenkauges 5 angeordnete Gelenkkugel 7, welche zwei zueinander axiale Stirnzapfen 8 aufweist, welche zusammen mit einer koaxialen Gewindebohrung 22 in der Gelenkkugel 7 in der gezeichneten Konstruktionslage des Kugelgelenkes 1 mit der Achse 21-21 des Gelenkauges 5 fluchten.

Die Stirnzapfen 8 weisen auf ihrer jeweiligen radialen Stirnfläche eine Stirnverzahnung 23 auf, in welche eine korrespondierende Stirnverzahnung 28 eines von zwei Ga­ belhebeln 24 einer Gelenkgabel 25 eingreift. Die Stirn­ verzahnungen 28 sind jeweils an einem Befestigungsauge 26 des betreffenden Gabelhebels 24 ausgebildet, welches einen zentralen Schraubendurchgang 27 für eine Befestigungs­ schraube 31 aufweist, die unter Zusammenspannen der Stirn­ verzahnungen 23, 28 in die Gewindebohrung 22 eingeschraubt ist und dabei mit ihrem Schraubenkopf 32 an einem koni­ schen Abschnitt einer Ansenkung 29 des Schraubendurch­ ganges 27 anliegt.

Zwischen Gelenkauge 5 und Gelenkkugel 7 ist eine Elastomer­ schicht 9 in der Grundform einer Hohlkugel, jedoch mit einem mittleren zylindrischen Außenabschnitt 10, einge­ fügt. Während die kugelförmige Innenfläche 11 der Elasto­ merschicht 9 mit der korrespondierenden Außenfläche 12 der Gelenkkugel 7 festhaftend verbunden ist, wird Haftverbin­ dung zwischen dem Gelenkauge 5 und dem zylindrischen Außen­ abschnitt 10 durch Reibschluß hergestellt, indem die Elasto­ merschicht 9 unter Vermittlung von zwei ringförmigen End­ stücken 13 und 14 unter Vorspannung gesetzt ist, durch die der zylindrische Außenabschnitt 10 radial nach außen gegen den Innenmantel des Gelenkauges 5 gepreßt wird. Die im Gelenkauge 5 zentrierten Endstücke 13 und 14, welche beider­ seits der Elastomerschicht 9 angeordnet und mit ihren In­ nenflächen der Kugelform der letzteren angepaßt sind, be­ stehen aus einem besonders formbeständigen metallischen Werkstoff, beispielsweise aus Schmiedestahl, jedoch nicht aus Blech, und sind jeweils in der von der Elastomer­ schicht 9 weg weisenden Richtung der Achse 21-21 des Ge­ lenkauges 5 durch eine Bördelung 33 oder durch eine Schweißverbindung 34 starr gegenüber dem Gehäuse 3 fest­ gelegt.

Die radiale Abmessung der Elastomerschicht 9 im fertig montierten Endzustand ist so groß bemessen, daß sich die Gelenkkugel 7 um einen Kardanwinkel 35 von etwa 25° ge­ genüber dem Gelenkauge 5 in einer die Achse 21-21 enthal­ tenden Gelenkebene auslenken läßt. Zur Erzielung einer solch großen Auslenkung wurde die Elastomerschicht 9 so ausgelegt, daß sich für das Durchmesserverhältnis zwischen dem Außendurchmesser 15 der Gelenkkugel 7 und dem lichten Durchmesser 16 des Gelenkauges 5 ein Wert von etwa gleich oder kleiner als 0,75 - insbesondere gleich oder kleiner als 0,7 - ergibt. Da die Schubbeanspruchung der Elasto­ merschicht 9 in den näher zum Gelenkzentrum 17 liegenden Querschnittsbereichen größer ist als in den radial äußeren Bereichen, weist die Elastomerschicht 9 eine unterschied­ liche Elastizität auf, welche nach den radial äußeren Be­ reichen hin ansteigt.

Um bei größeren Kräften auf das Kugelgelenk ein Heraus­ quetschen der Elastomerschicht 9 aus dem Gelenkauge 5 zu vermeiden, sind in die Elastomerschicht 9 zwei dünne me­ tallische kugelförmige Hartschalen 20 eingebettet. Zu die­ sem Zweck besteht die Elastomerschicht 9 aus mehreren - in diesem Falle zwei - Elastomer-Einzellagen 18 und 19, zwi­ schen denen die Hartschalen 20 vorgesehen sind. Die Hart­ schalen 20 sind vorzugsweise mit der radial äußeren Einzel­ lage 19 oder mit beiden Einzellagen 18 und 19 festhaftend verbunden.

Wie sich aus der strichpunktiert angedeuteten Kontur der Gelenkhälfte 2 in der ausgelenkten Lage der Gelenkkugel 7 ergibt, trägt die besondere Ausgestaltung der Verbindung zwischen dem jeweiligen Gabelhebel 24 und der Gelenkkugel 7 dazu bei, einen großen Kardanwinkel 35 und eine kurze Baulänge des Gelenkes in den Richtungen der Achse 21-21 zu ermöglichen.

Claims (10)

1. Elastisches Kugelgelenk für die Verbindung von Maschi­ nenteilen, insbesondere von zwei Lenkerteilen einer Fahr­ zeuglenkung eines Kraftfahrzeuges, bei dem die eine Ge­ lenkhälfte ein radial äußeres metallisches Gehäuse mit Befestigungsmitteln für die Befestigung an dem einen Ma­ schinenteil sowie mit einem zylindrischen Gelenkauge und die andere Gelenkhälfte eine zentrale Gelenkkugel mit Be­ festigungsmitteln für die Befestigung an dem anderen Ma­ schinenelement aufweist und eine hohlkugelförmige Elasto­ merschicht über ihre kugelförmige Innenfläche mit der Außenfläche der Gelenkkugel und über einen mittleren zy­ lindrischen Außenabschnitt ihres Querschnittes mit dem Innenmantel des Gelenkauges jeweils unmittelbar haftend verbunden sowie durch Vermittlung zweier ringförmiger, in jeweils eine der Stirnöffnungen des Gelenkauges einge­ setzter Endstücke unter Vorspannung gesetzt ist,­ dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis zwischen dem Außendurchmes­ ser (15) der Gelenkkugel (7) und dem lichten Durchmesser (16) des Gelenkauges (5) 0,75 ist.

2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis 0,7 ist.

3. Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastizität der Elastomerschicht (9) zumindest stufenweise in den vom Gelenkzentrum (17) radial nach au­ ßen weisenden Richtungen ansteigt.

4. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastomerschicht (9) aus wenigstens zwei hohlkugel­ förmigen Elastomer-Einzellagen (18, 19) besteht und zwi­ schen zwei Einzellagen (18, 19) wenigstens eine hohlkugel­ förmige Hartschale (20) aus einem nichtelastischen, form­ beständigen Werkstoff vorgesehen ist.

5. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzellagen (18, 19) unterschiedliche Elasti­ zitäten aufweisen.

6. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartschale (20) zumindest mit der radial außen anschließenden Einzellage (19) festhaftend verbunden ist.

7. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (11) der Elastomerschicht (9) mit der Außenfläche (12) der Gelenkkugel (7) festhaftend verbunden ist.

8. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Achse (21-21) des Gelenkauges (5) koaxial lie­ gender Stirnzapfen (8) der Gelenkkugel (7) sowohl eine zentrische Gewindebohrung (22) als auch eine Stirnverzah­ nung (23) aufweist.

9. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gabelhebel (24) einer Gelenkgabel (25) ein Befe­ stigungsauge (26) mit einem zur Achse (21-21) des Gelenk­ auges (5) koaxialen Schraubendurchgang (27) und mit einer korrespondierenden Stirnverzahnung (28) aufweist.

10. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubendurchgang (27) eine Ansenkung (29) auf­ weist.