DE4226986A1

DE4226986A1 - Gelenk, insbesondere Kugelgelenk

Info

Publication number: DE4226986A1
Application number: DE4226986A
Authority: DE
Inventors: Hans-Guenther Dip Haldenwanger; Peter Dr Ing Klose
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1992-08-14
Filing date: 1992-08-14
Publication date: 1994-02-17
Anticipated expiration: 2012-08-15
Also published as: DE4226986C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Gelenk, insbesondere ein Kugelgelenk für die Lenkung oder Radaufhängung von Kraftfahrzeugen, gem. dem Oberbegriff des Patentanspru ches 1.

Derartige Gelenke, zumeist mit elastischen Lagerschalen neigen trotz zahlreicher insbesondere werkstofftechni scher Verbesserungen immer noch dazu, früher oder später ein geringes Losbrechmoment ähnlich dem Stick-Slip-Ef fekt aufzubauen, was den Lenkungs- oder Fahrkomfort eines Kraftfahrzeuges beeinträchtigen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Gelenk, insbe sondere ein Kugelgelenk der gattungsgemäßen Art vorzu schlagen, welches über seine gesamte Laufzeit ohne spür bares Losbrechmoment funktioniert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnen den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhaf te Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Pa tentansprüchen entnehmbar.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß in die Lager schale um das Gelenkteil herum mehrere Plättchen aus hartem Material in entsprechende Ausnehmungen der Lager schale eingesetzt sind, die bei montiertem Gelenkteil mit Vorspannung an der Lagerfläche des Gelenkteiles an liegen. Es hat sich überraschend gezeigt, daß durch das Einsetzen derartiger verschleißfester Plättchen der Ad häsionseffekt zwischen Lagerschale und Lagerfläche des Gelenkteiles bei momentan ruhendem Gelenk vermindert und damit das Losbrechmoment wesentlich abgebaut wird.

Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn zwischen dem beweglichen Gelenkteil und der Lagerschale ein geringfü giges Spiel im µ-Bereich (z. B. 0,02-0,05 mm) vorgese hen ist, so daß bei unbelastetem Gelenk nur die Plätt chen das bewegliche Gelenkteil führen (halten).

Bei einem Gelenkteil aus Stahl werden bevorzugt Plätt chen aus einer Oxidkeramik, z. B. aus einer transluzenten Aluminiumoxid-Keramik vorgeschlagen, die eine hohe Ver schleißfestigkeit in Verbindung mit günstigen tribologi schen Eigenschaften aufweist. Ferner sollen die Plätt chen bevorzugt Schmiertaschen aufweisen, die insbesonde re bei hohen Gelenkbelastungen einer Trockenreibung ent gegenwirken und die Leichtgängigkeit des Gelenkes för dern.

Besonders vorteilhaft sind die in die Lagerschale einge setzten Plättchen an ihrer Kontaktseite zum beweglichen Gelenkteil geometrisch derart gestaltet, daß nur Linien berührungen zum Gelenkteil vorliegen. Diese Gestaltung hängt von der Geometrie des Gelenkteiles ab, ist also bei einem zylindrischen Gelenkzapfen anders als bei der Gelenkkugel eines Kugelgelenkes.

Bei einem Kugelgelenk kann die Geometrie der Plättchen mit sphärischen Vertiefungen ausgebildet sein, die eine kreisförmige Linienberührung zwischen der Gelenkkugel und dem Plättchen in der Lagerschale sicherstellen. Eine derartige Konfiguration hat sich auch hinsichtlich der um die Linienberührungen sich bildenden Schmiertaschen als besonders wirksam erwiesen.

Ferner kann das Gelenk durch Aufbringen von Beschichtun gen, insbesondere Keramikbeschichtungen wie TiN, mit Trockenschmierung betrieben werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten und mit Bezug auf die anlie gende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Kugelgelenk für eine Lenkung eines Kraftfahrzeuges mit in die Lager schale eingesetzten verschleißfesten Plättchen;

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Abschnitt der Lagerschale nach Fig. 1 mit den in Ausnehmungen eingesetzten Plättchen;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Kontaktseite eines der eingesetzten Plättchen gem. Fig. 1 und 2;

Fig. 4 einen Schnitt gem. Linie IV-IV der Fig. 3 durch das Plättchen, und

Fig. 5 eine teilweise dargestellte Lagerschale aus plastischem Werkstoff eines Gelenkes nach Fig. 1 mit einer Keramikbeschichtung.

In der Fig. 1 ist mit 10 ein Kugelgelenk für eine Lenk ung eines Kraftfahrzeuges bezeichnet, welches Kugelge lenk sich im wesentlichen aus einem nicht näher darge stellten Gelenkgehäuse 12, einem beweglichen Gelenkteil mit einem Gelenkzapfen 14 und einer Gelenkkugel 16 zu sammensetzt, wobei zwischen Gelenkgehäuse 12 und Gelenk kugel 16 eine Lagerschale 18 aus elastischem Material angeordnet ist. Zwischen der Lagerfläche der Lagerschale 18 und der Gelenkkugel 16 ist eine Umfangsspiel (auf der Zeichnung nicht ersichtlich) von ca. 0,02 bis 0,05 mm vorgesehen. Die in das Gelenkgehäuse 12 eingeschobene Lagerschale 18 wird mittels eines Deckels 20 unter Vor spannung gehalten, ferner ist eine Staubschutzmanschette 17 angeordnet.

In die rotationssymetrische Lagerschale 18 mit dem in Fig. 1 dargestellten Querschnitt sind in zwei durch strichpunktierte Linien angedeuteten Rotationsebenen 22, 24 im wesentlichen kreisscheibenförmige Plättchen 26 in korrespondierende Ausnehmungen 28 (vgl. Fig. 2) spielfrei eingesetzt. Die Plättchen 26 sind aus einer transluzenten Aluminiumoxid-Keramik hergestellt, wobei in den zwei Rotationsebenen 22,24 jeweils 8 Plättchen 26 gleichmäßig um den Umfang der Gelenkkugel 16 herum ange ordnet sind. Die Ausnehmungen 28 sind so ausgelegt, daß im eingebauten Zustand der Gelenkkugel 16 die Plättchen 26 mit Vorspannung an der sphärischen Lagerfläche der Gelenkkugel 16 anliegen, wobei am Grund der Ausnehmungen 28 entweder kraterförmige Aussparungen 40 oder zylindri sche durchgehende Aussparungen 40′ eingearbeitet sind, die eine gezielte Vorspannung bzw. Federkennlinie an den Plättchen 26 erzeugen. Die Aussparungen können beim Spritzgießen der Lagerschale 18 aus thermoplastischem Werkstoff oder einem Elastomer unmittelbar (ggf. durch entsprechende Formschieber bei der Aussparung 40′) ein geformt werden.

Die Plättchen 26 (vgl. Fig. 3 und 4) weisen jeweils an ihrer der Gelenkkugel 16 zugewandten Kontaktseite eine sphärische Vertiefung 30 auf, deren Krümmungsradius R kleiner ist als der Krümmungsradius R der Gelenkkugel 16. Ferner sind die kreisringförmigen Randbereiche 32 der Plättchen 26 konusförmig gestaltet, wobei der Über gang zwischen den sphärischen Vertiefungen 30 und den konischen Randbereichen 32 mit einem Übergangsradius von 0,2 mm ausgebildet ist. Dadurch ergeben sich zwischen den Plättchen 26 und der Gelenkkugel 16 eine kreisförmi ge Linienberührung 34 mit innerhalb und außerhalb lie genden Schmiertaschen 36, 38.

Die Fig. 5 zeigt abschnittsweise eine metallische Lager schale 18′ eines Kugelgelenkes wie im übrigen in der Fig. 1 dargestellt, die an ihrer Lagerfläche mit einer keramischen Beschichtung 44 aus TiN versehen ist, die mit einer ebenfalls keramisch beschichteten Gelenk kugel zusammenwirkt.

In der Lagerschale 18′ sind zylindrische Ausnehmungen 28′ wie vorbeschrieben angeordnet, in die die Plättchen 26 eingesetzt sind. Zu deren federnder Vorspannung sind Federscheiben 42 eingelegt, die eine definierte Feder kennung ergeben. Das Gelenk ist mit einem Trocken schmierstoff auf Graphitbasis gefüllt bzw. trockenge schmiert.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausfüh rungsbeispiel beschränkt. So können anstelle einer La gerschale 18 auch mehrere Lagerschalenhälften vorgesehen sein. Anstelle eines Kugelgelenkes ist die Erfindung auch auf andere Gelenke mit elastischen Lagerschalen anwendbar, z. B. auf ein Zapfengelenk mit einem zylindri schen Zapfen als Gelenkteil. Hierbei könnten die Vertie fungen in den Plättchen nicht sphärisch, sondern zylin drisch mit ähnlichem Radiusverhältnis wie vorbeschrieben ausgeführt sein. Anstelle von keramischen Plättchen könnten auch hochlegierte Stahlplättchen oder gesinterte Hartmetallplättchen verwendet sein. Aus Montagegründen kann es vorteilhaft sein, anstelle vieler einzelner Plättchen 26 Segmentleisten herzustellen, bei denen jeweils mehrere Plättchen funktionsmäßig zusammengefaßt sind, z. B. jeweils halbkreisförmige Segmentleisten, die dann in entsprechende, nutförmige Ausnehmungen in der Lagerschale eingelegt werden.

Claims

1. Gelenk, insbesondere Kugelgelenk für die Lenkung oder Radaufhängung von Kraftfahrzeugen, mit einem Gelenkgehäuse, einem beweglichen Gelenkteil und mit zumindest einer dazwischen befindlichen Lagerschale, dadurch gekennzeichnet, daß in die Lagerschale (18) um das Gelenkteil (16) herum Plättchen (26) aus hartem, verschleißfesten Material in entsprechende Ausnehmungen (28) eingesetzt sind, die bei montier tem Gelenkteil (16) mit Vorspannung an der Lagerflä che des Gelenkteiles (16) anliegen.

2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale (18) das bewegliche Gelenkteil (16) mit geringfügigem Umfangsspiel umgibt.

3. Gelenk nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Plättchen (26) aus einer Oxidkera mik hergestellt sind.

4. Gelenk nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Plättchen (26) Schmiertaschen (36, 38) aufweisen.

5. Gelenk nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kontaktseite der Plättchen (26) so gestaltet ist, daß diese nur Linienberührungen (34) zu den Lagerflächen des Gelenkteiles (16) aufweisen.

6. Kugelgelenk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Plättchen (26) an ihrer Kontaktseite sphärische Vertiefungen (30) aufweisen, deren Radius R kleiner als der Ku gelradius der Gelenkkugel (16) ist.

7. Kugelgelenk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Randbereiche (32) der Plättchen (26) um die sphärischen Vertiefungen (30) herum ko nisch ausgebildet sind.

8. Gelenk nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der Übergang (34) zwischen den sphäri schen Vertiefungen (30) und den ringförmigen Randbe reichen (32) abgerundet ist.

9. Gelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rundungsradius ca. 0,1 bis 0,3 mm beträgt.

10. Gelenk nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei in je einer Rotationsebene (22, 24) liegende Reihen von Plättchen (26) um den Umfang des Gelenk teiles (16) herum vorgesehen sind.

11. Gelenk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Lagerscha le (18) aus elastischem Werkstoff die Ausnehmungen (28) für die Plättchen (26) durch Aussparungen (40, 40′) gezielt nachgiebig ausgebildet sind.

12. Gelenk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Lagerscha le (18′) aus plastischem Werkstoff die Plättchen (26) durch in die Ausnehmungen (28) eingesetzte Federn (42) vorgespannt sind.

13. Gelenk nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager schale (18′) aus plastischem Werkstoff und/oder die Plättchen (26) und/oder das bewegliche Gelenkteil (16) mit einer Beschichtung, insbesondere einer Keramikbeschichtung (44) versehen sind.

14. Gelenk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Plättchen zu einer Segmentleiste zusammengefaßt sind.