DE4224895A1 - Kugelgelenk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.

Ein derartiges Kugelgelenk ist aus DE-OS 30 00 764, Fig. 20 bis 22 bekannt. Dasselbe ist für den Einsatz in Spurstangen konzipiert, wobei dessen Anschlagvorrichtung eine Zwangsführung bildet, die sicherstellt, daß bei Spurstangen, auf die bei Lenk­ bewegungen ein Drehmoment ausgeübt wird, ein solches unterbun­ den wird, um unerwünschtem Spiel und Instabilität im Lenksystem entgegenzuwirken.

Zur Erzielung dieser Zwangsführung ist der am Gehäuseboden vorgesehene Anschlag giebel-dachförmig ausgebildet, wobei sich dessen Scheitel entlang eines Durchmessers der Gehäuseausneh­ mung des Kugelgelenkes erstreckt.

Der Gegenanschlag ist durch eine an den Gelenkkopf senkrecht zur Achse des Gelenkzapfens angeformte Abflachung gebildet, die sich in der Konstruktionslage des Kugelgelenkes auf dem An­ schlag-Scheitel abstützt. Letzterer bewirkt die Zwangsführung des Gelenkzapfens, indem dieser um seine Achse zwar verdrehbar, jedoch lediglich um eine durch den Anschlagscheitel gebildete Kippkante und damit nur in einer definierten Ebene auslenkbar ist.

Die Erfindung verfolgt ein anderes Ziel. Durch sie soll sicher­ gestellt werden, daß bei unabhängigen, eine Doppellenkeranord­ nung aufweisenden Radaufhängungen für Kraftfahrzeuge mit ge­ lenktem oder nichtgelenktem Rad diese, in hochgebocktem Zustand des Fahrzeuges, bei einem Ausbau bzw. Austausch ihres Stoß­ dämpfers nur begrenzt ausfedern.

Üblicherweise sind hierzu spezielle Hilfseinrichtungen einzu­ setzen (vgl. EP 0 168 517 A1), um zu vermeiden, daß sich die Schraubenfeder der Radaufhängung beim Lösen der Stoßdämpfer- Kolbenstange vom oberen, aufbaufesten Abstützlager schlagartig entspannen kann. Dies hätte erfahrungsgemäß zur Folge, daß der Gelenkzapfen des Kugelgelenkes am Rand der vom Gelenkzapfen durchsetzten Öffnung des Gelenkgehäuses anschlägt und unter der Wucht des Aufpralls verformt oder gar vom Gelenkkopf abgerissen wird.

Erfindungsgemäß wird dies nun durch ein Kugelgelenk in einer Ausbildung des Patentanspruches 1 vermieden.

Durch den Einsatz solcher Kugelgelenke in Doppellenker-Radauf­ hängungen läßt sich deren Ausfederweg ohne Verwendung zusätz­ lich zu handhabender Hilfsmittel entsprechend verkürzen, indem sich der Auslenkwinkel des Gelenkzapfens durch die in das Kugel­ gelenk integrierte, entsprechend auszulegende Anschlagvorrich­ tung in einem gewünschten Maße beschränken läßt. Dadurch wird das beim Ausfedern am Gelenkzapfen bei Erreichen seiner Aus­ lenkendstellung wirksam werdende Biegemoment in einem Maße ver­ ringert, daß ein Verformen bzw. Brechen desselben ausgeschlos­ sen ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dar­ gestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische, perspektivische Darstellung einer unabhängigen Doppelquerlenker-Radaufhängung einer gelenkten Fahrzeugachse, deren vorzugsweise beide Querlenker jeweils über ein den Ausfederweg der Radaufhängung verkürzendes Kugelgelenk mit dem Radträger verbunden ist,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das den unteren Quer­ lenker mit dem Radträger verbindenden Kugelgelenk,

Fig. 3 einen Ausschnitt durch eine Konstruktionsvariante der Kugelgelenke, deren Konstruktionslage dar­ stellend, und zwar bezogen auf das untere Kugel­ gelenk,

Fig. 4 die in Fig. 3 gezeigten Teile der Konstrukti­ onsvariante der Kugelgelenke, wobei die Kugel des ausgelenkten Gelenkzapfens in Anschlagstellung gezeigt ist,

Fig. 5 und 6 jeweils Darstellungen ähnlich Fig. 4, zur Ver­ anschaulichung der gegenseitigen Lage von An­ schlag und Gegenanschlag der Kugelgelenke in der Anschlagstellung ihres Gelenkzapfens bei ver­ schiedenen Verschleißzuständen des Kugelgelenkes.

Fig. 1 zeigt eine unabhängige Radaufhängung eines Personenkraft­ wagens, bei der mit 10 ein Radträger eines Vorderrades 12 be­ zeichnet ist. Der Radträger 10 ist über ein ein Traggelenk bildendes Kugelgelenk 14 an einem bspw. als Dreieckslenker ausgebildeten, unteren Querlenker 16 um eine Lenkachse 17 verschwenkbar angelenkt. Der Querlenker 16 ist am Fahrzeugauf­ bau 18 schwenkbar gelagert.

Des weiteren ist der Radträger 10 über einen oberen, bei 20 am Fahrzeugaufbau 18 angelenkten Querlenker 21 unter Zwischen­ schaltung eines ein Führungsgelenk bildenden Kugelgelenkes 22 geführt.

Der Querlenker 16 stützt, wie schematisch angedeutet ist, so­ wohl einen Stoßdämpfer 23 als auch eine Schraubenfeder 24 ab, die bei aufrechter Einbaulage mit ihrem oberen Ende an aufbau­ festen Widerlagern abgestützt sind.

Die Schraubenfeder 24 könnte zur Bildung eines Federbeines auch auf den Stoßdämpfer 23 aufgebracht sein.

Zur Führung des Vorderrades 12 dient zusätzlich zu den Quer­ lenkern 16 u. 21 ein am Radträger 10 befestigter Lenkhebel 26, der über ein Kugelgelenk 28 mit einer Spurstange 30 der Fahr­ zeuglenkung verbunden ist.

Die Radträger 10 und Querlenker 16, 21 miteinander verbindenden Kugelgelenke 14 und 22 weisen jeweils ein in geeigneter Weise am Radträger 10 bzw. Querlenker 21 befestigbares Gelenkgehäuse 36 auf, das napfartig ausgebildet ist. In der Gehäuseausnehmung ist ein Kugelkopf 38 eines Gelenkzapfens 40 derart beweglich gehalten, daß dieser sowohl verdrehbar als auch auslenkbar so­ wie taumelfähig ist.

Der Kugelkopf 38 ist vorzugsweise in einer aus elastischem und gleitfähigem Kunststoff gespritzten Lagerschale 42 spielfrei gelagert. Diese ist im Gelenkgehäuse 36 von einer in dasselbe eingesetzten Flanschbuchse 44 aufgenommen. An die Flanschbuchse 44 ist vorzugsweise ein über einen umgebördelten Gehäusekragen 46 vorstehender Ringkragen 48 angeformt, der die Möglichkeit einer vorteilhaften Gelenkabdichtung durch Aufnahme einer an­ vulkanisierten Abdichtmanschette 50 bietet, die den Schaft 40′ des Gelenkzapfens 40 abdichtend umschließt.

Die Lagerschale 42 weist eine dem Gehäuseboden 52 gegenüber­ liegende Öffnung 54 relativ großen Durchmessers auf, in welche der Kugelkopf 38 eingreift.

Der Auslenkwinkel des Gelenkzapfens 40 vorzugsweise beider Ku­ gelgelenke 14 und 22 ist auf einen Winkel α beschränkt, der kleiner ist als der maximal mögliche Auslenkwinkel. Dies ist mit Hilfe einer in das Gelenkgehäuse 36 integrierten Anschlag­ vorrichtung 56 bewerkstelligt. Diese ist derart ausgelegt, daß auch bei ausgelenktem Gelenkzapfen 40 der Radträger 10 über die Spurstange 30 verschwenkbar bleibt bzw. auch bei eingeschlage­ nem Rad 12 eine Ausfederbewegung der Radaufhängung bei von der Karosserie gelöstem Stoßdämpfer 23 über den durch die Anschlag­ vorrichtung 56 definierten Schwenkwinkel α möglich ist.

Die Anschlagvorrichtung 56 weist einen an den Gehäuseboden 52 angeformten, rotationssymmetrischen Anschlag 58 auf, der vor­ zugsweise kegelstumpfförmig und in der gezeigten Konstrukti­ onslage des Gelenkzapfens 40 zur Zapfenachse 60 koaxial ausge­ richtet ist.

Dem gehäusefesten Anschlag 58 ist an dem diesem gegenüberlie­ genden und aus der Schalenöffnung 54 austauchenden Kugelab­ schnitt des Kugelkopfes 38 ein Gegenanschlag 62 zugeordnet, der vorzugsweise durch eine sich nach innen konisch verjüngende, rotationssymmetrische Vertiefung gebildet ist. Deren Konizität ist derart gewählt, daß in der maximalen Auslenkstellung des Gelenkzapfens 40 die Anschlagflächen 64 und 66 sich entlang einer Linie berühren.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, befinden sich die Kuppe des Anschlages 58 sowie der Boden der den Gegenanschlag bildenden Vertiefung 62 in der Konstruktionslage des Gelenkzapfens 40 im Abstand voneinander. Dieser Abstand stellt sicher, daß bei Ein- und Ausfederbewegungen bei normalem Fahrbetrieb eine Berührung zwischen den Flächen 64 und 66 von Kugelkopf 38 und Anschlag 58 ausgeschlossen ist und dadurch Schlaggeräusche vermieden sind. Außerdem ermöglicht es dieser Abstand, daß trotz eines sich einstellenden Verschleißes der Lagerschale 42, wie in der Patentanmeldung P 42 11 897.2-12 im einzelnen offenbart ist, in der Hauptbelastungsrichtung des Kugelgelenkes 14 über dessen Standzeit die radiale Führung des Kugelkopfes 38 in der Lager­ schale 42 weitgehend konstant bleibt und auf diesen über die Lebensdauer des Kugelgelenkes ein gewünschtes Reibmoment auf­ bringbar ist. Dies ist dadurch gewährleistet, daß sich bei Lagerschalenverschleiß der Kugelkopf 38 nur koaxial zum gehäu­ seseitigen, zylindrischen Wandabschnitt 42′ der Lagerschale 42 verlagern kann.

Anstelle des als Vertiefung ausgebildeten Gegenanschlages 62 kann dieser auch lediglich als zur Zapfenachse 60 senkrecht angeordnete Abflachung vorgesehen sein.

Die in Fig. 3 gezeigte Konstruktionsvariante der Anschlagvor­ richtung ist als Ganzes mit 68 bezeichnet. Ihr gehäusefester Anschlag 70 bildet hierbei einen rotationssymmetrischen An­ schlagzapfen, der in der Konstruktionslage des Gelenkzapfens 40 koaxial zur Gelenkzapfenachse 60 vorgesehen ist.

Der diesem zugeordnete Gegenanschlag ist durch eine in den aus der Lagerschale 42 austauchenden Abschnitt des Kugelkopfes 38 koaxial zur Gelenkzapfenachse 60 eingeformte, napfartige und rotationssymmetrische Vertiefung 72 gebildet, deren Durchmesser entsprechend dem gewünschten Auslenkwinkel α des Gelenkzapfens 40 ausgelegt und damit entspr. größer als derjenige des An­ schlagzapfens 70 ist.

In der Konstruktionslage befindet sich die vorzugsweise ebene Stirnfläche 74 des Anschlagzapfens 70 vorzugsweise außerhalb der Vertiefung 72. Die Umfangsfläche 76 der Vertiefung 72 läuft in einen ringwulstartigen Rand aus, dessen Randfläche 78 kon­ vex, vorzugsweise teilkreisförmig, gekrümmt ist. Desgleichen ist die Umfangsfläche 80 des Anschlagzapfens 70 in dessen Achsrichtung derart überwiegend konvex konturiert, daß bei verschiedenen Verschleißzuständen der Lagerschale 42 und damit in verschiedenen relativen Ausgangslagen von Anschlagzapfen 70 und Vertiefung 72 in der Konstruktionslage des Gelenkzapfens 40 dieser um jeweils gleich große Auslenkwinkel α in seine maxi­ male Auslenkstellung verschwenkbar ist. Damit bleibt der Aus­ federweg der Radaufhängung bei verschiedenen Verschleißzustän­ den des Kugelgelenkes 14 im wesentlichen konstant.

Wie Fig. 4 zeigt, ist in der Auslenkendstellung aus der Kon­ struktionslage zwischen der Randfläche 78 der Kugelkopfvertie­ fung 72 und der Umfangsfläche 80 des Anschlagzapfens 70 ledig­ lich punktförmige Berührung gegeben und zwar auch dann, wenn der Gelenkzapfen 40 in seiner Anschlagstellung, wie bei der gelenkten Vorderachse möglich, nach Ausfedern der Radaufhängung durch Einschlagen des Rades eine Taumelbewegung ausführen sollte.

Mit den Buchstaben a bis c bezeichnete, mögliche Berührungs­ punkte zwischen der Randfläche 78 der Vertiefung 72 und der Umfangsfläche 80 des Anschlagzapfens 70 lassen dabei, gemäß den Fig. 5 und 6, erkennen, daß bei jedem möglichen Lagerschalen­ verschleiß in der Auslenkendstellung des Lagerzapfens 40 dessen Achse 60 stets im wesentlichen die gleiche Winkellage beibehält und demgemäß, wie oben bereits erläutert, der Ausfederweg der Radaufhängung gleich bleiben wird.

Alternativ zur erläuterten Radaufhängung kann auch lediglich das den oberen oder unteren Querlenker 21 bzw. 16 mit dem Rad­ träger 10 verbindende Kugelgelenk 22 bzw. 14 mit einer inte­ grierten Anschlagvorrichtung ausgestattet sein.

Die beschriebenen Kugelgelenke 14, 22 sind auch für den Einsatz in Doppelquerlenker-Radaufhängungen von nicht gelenkten Fahr­ zeugachsen oder in mittels Längslenker geführten Fahrzeugachsen gleich vorteilhaft geeignet.

Claims (5)

1. Kugelgelenk, mit einem Gelenkzapfen, der mit einem eine sphärische Lagerfläche aufweisenden Gelenkkopf in einer Aus­ nehmung eines napfartigen Gelenkgehäuses verdrehbar und aus­ lenkbar gelagert ist und mit einer einen am Gehäuseboden vor­ gesehenen Anschlag und einen am Gelenkkopf koaxial zur Achse des Gelenkzapfens vorgesehenen Gegenanschlag umfassenden An­ schlagvorrichtung zur Begrenzung von Gelenkzapfen-Auslenkbe­ wegungen, dadurch gekennzeichnet, daß der gehäusefeste Anschlag (58; 70) rotationssymmetrisch und in der Konstruktionslage des Gelenkzapfens (40) zu dessen Achse (60) koaxial angeordnet ist.

2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Anschlag (58; 70) und Gegenanschlag (62; 72) in der Kon­ struktionslage des Kugelgelenkes (14) in Achsrichtung des Ge­ lenkzapfens (40) im Abstand voneinander angeordnet sind.

3. Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gehäusefeste Anschlag (58) kegelstumpfförmig und der zapfenseitige Gegenanschlag durch eine in den Gelenkkopf (38) des Gelenkzapfens (60) eingeformte, sich konisch verjüngende Vertiefung (62) gebildet ist.

4. Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Anschlag (70) oder Gegenanschlag (72) konvex und der je­ weils andere Teil der Anschlagvorrichtung (68) konkav ausge­ bildet sind.

5. Kugelgelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der konkave Teil der Anschlagvorrichtung eine napfartige Vertiefung (72) mit einem ringwulstartigen Rand (78) bildet und daß die Umfangsfläche des konvexen Teils (70) in radialer Richtung ausgewölbt ist.