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Hintergrund
der Erfindung Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kugelgelenke und bezieht
sich insbesondere auf eine Schutzhülle zur Verwendung bei einem
Kugelgelenk.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Kugelgelenke
sehen eine Gelenkverbindung zwischen zwei relativ bewegbaren Gliedern
vor. Kugelgelenke werden allgemein in Fahrzeugaufhängungssystemen
und in Fahrzeuglenksystemen verwendet.
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Ein
typisches Kugelgelenk weist einen Kugelschaft mit einem sphärischen
Kugelende und ein Sockelglied mit einem sphärischen Sockel zum Aufnehmen
des Kugelendes auf. Das Gelenk ist gewöhnlich mit Schmierfett eingefettet,
um eine relative Bewegung des Kugelendes und des Sockelglieds mit geringer
Reibung vorzusehen. Um das Schmierfett in dem Gelenk zurückzuhalten
und das Eindringen eines Schmutzstoffes, wie beispielsweise Dreck,
der das Gelenk beschädigen
könnte,
zu verhindern, umgibt eine Schutzhülle typischerweise das Gelenk.
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FR-A-1
497 942 zeigt ein Kugelgelenk gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1 und wie oben beschrieben. Die Schutzhülle, die das Gelenk umgibt,
besitzt einen ersten Endteil zum Umschließen und abdichtenden Eingreifen
eines Teils eines Sockelglieds und einen zweiten Endteil, der eine Öffnung definiert,
durch die sich der Kugelschaft erstreckt.
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Bei
bestimmten Anwendungen ist es wünschenswert
die Bewegung eines Kugelgelenks zu steuern. Zum Beispiel kann es
wünschenswert
sein, eine oder mehr Richtungen der Schwenkbewegung eines Kugelgelenks
an einer Zug verbindung bzw. Lenkzwischenstange, die mit einem Fahrzeuglenksystem
assoziiert ist, zu beschränken.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist eine Vorrichtung, die Folgendes aufweist:
einen Kugelschaft mit einem Kugelende, einen Sockel zum Aufnehmen
des Kugelendes, um ein Kugelgelenk zu bilden, und eine Schutzhülle, die
einen ersten Endteil zum Umschließen und abdichtenden Eingriff
mit einem Teil des Sockels besitzt. Die Schutzhülle besitzt einen zweiten Endteil,
der eine Öffnung
definiert, durch die sich der Kugelschaft erstreckt. Der zweite
Endteil der Schutzhülle
besitzt erste Mittel zum Zulassen relativer Winkelbewegung des Kugelschafts
und des Sockels in einer ersten Richtung und zweite Mittel zum Blockieren
der relativen Winkelbewegung des Kugelschafts und des Sockels in
einer ersten Richtung und zweite Mittel zum Blockieren relativer
Winkelbewegung des Kugelschafts und des Sockels in einer zweiten
Richtung.
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Die
Schutzhülle
umfasst einen ringförmigen Einsatz,
der in der Öffnung
in dem zweiten Endteil der Schutzhülle angeordnet ist. Der Einsatz
besitzt eine Oberfläche,
die eine Bohrung definiert und die mit dem Kugelschaft abdichtend
in Eingriff. Der Einsatz ist fest an der Schutzhülle befestigt und ist für Bewegung
mit dem Kugelschaft befestigt.
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Der
Einsatz umfasst einen Hauptkörperteil, der
erste und zweite axiale Endteile besitzt. Der zweite axiale Endteil
besitzt eine planare Endoberfläche. Der
erste axiale Endteil umfasst eine erste Anschlagoberfläche, die
in einer ersten Ebene liegt, welche sich unter einem Winkel zu der
planaren Endoberfläche
erstreckt, und eine zweite Anschlagoberfläche, die in einer zweiten Ebenen
liegt, welche sich unter einem Winkel zu der planaren Endoberfläche erstreckt.
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Der
Hauptkörper
des Einsatzes umfasst erste und zweite Lageroberflächen, die
ko-planar sind. Die erste Anschlagoberfläche schneidet die zweite Anschlagoberfläche an den
ersten und zweiten Lageroberflächen.
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Die
ersten Mittel weisen die ersten und zweiten Anschlagoberflächen an
einem starren Teil des Einsatzes auf. Die ersten und zweiten Anschlagoberflächen lassen
eine vorbestimmte Menge relativer Winkelbewegung des Kugelschafts
und des Sockels in der ersten Richtung zu. Die zweiten Mittel weisen die
ersten und zweiten Lageroberflächen
an dem starren Teil des Einsatzes auf. Die ersten und zweiten Lageroberflächen sind
mit Oberflächenteilen
des Sockels in Eingriff bringbar, um die relative Winkelbewegung
des Kugelschafts und des Sockels in der zweiten Richtung zu blockieren.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Weitere
Merkmale der vorliegenden Erfindung werden den Fachleutenn des Gebiets,
auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, beim Lesen der folgenden
Beschreibung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlich
werden, in denen zeigt:
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1 eine
Explosionsseitenansicht, teilweise geschnitten, von Komponenten
eines Kugelgelenks, das gemäß der vorliegenden
Erfindung konstruiert ist;
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2 eine
perspektivische Ansicht einer Komponente des Kugelgelenks der 1;
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3 eine
Ansicht entlang Linie 3-3 in 2;
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4 eine
Ansicht des Kugelgelenks der 1, und zwar
gezeigt in einem zusammengebauten Zustand;
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5 eine
Ansicht entlang Linie 5-5 in 4; und
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6 eine
Ansicht ähnlich 4,
die Teile in unterschiedlichen Positionen zeigt.
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Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kugelgelenke und bezieht
sich insbesondere auf eine Schutzhülle zur Verwendung mit einem
Kugelgelenk. Die vorliegende Erfindung ist auf verschiedene Kugelgelenkkonstruktionen
anwendbar. Repräsentativ
für die
vorliegende Erfindung stellt 1 eine Schutzhülle 10 dar,
die einen Teil eines Kugelgelenks 20 bildet. Das Kugelgelenk 20 weist
einen Metallkugelschaft 30, ein Metallsockelglied 60 und
die Schutzhülle 10 auf.
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Der
Kugelschaft 30 besitzt eine langgestreckte Konfiguration,
die auf einer Längsmittelachse 32 des
Kugelschafts zentriert ist. Die Kugelschaft 30 umfasst
eine Kugelende 34. Das Kugelende 34 besitzt eine
im Wesentlichen sphärische
Außenoberfläche 36,
und zwar zentriert auf einer Schwenkmitte 38. Die Schwenkmitte 38 ist
auf der Achse 32 gelegen.
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Der
Kugelschaft 30 umfasst einen Schaft 40, der sich
von dem Kugelende 32 erstreckt. Der Schaft 40 umfasst
einen konkaven Verbindungsabschnitt 42. Der Schaft 40 umfasst
ferner einen Kragenteil 44, der sich benachbart dem Verbindungsabschnitt 42 befindet.
Der Kragenteil 44 besitzt einen ersten Teil 46 mit
einer zylindrischen Außenoberfläche 48 und einen
zweiten Teil 50 mit einer kegelstumpfförmigen Außenoberfläche 52.
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Das
Sockelglied 60 besitzt eine auf einer Schwenkmitte 64 zentrierte
sphärische
Innenoberfläche 62.
Die Schwenkmitte 64 liegt auf einer Achse 66 auf
dem Sockelglied 60. Eine ringförmige, verjüngte Oberfläche 68 erstreckt sich
zwischen der sphärischen
Innenoberfläche 62 und
einer Außenendoberfläche 70 des
Sockelglieds 60. Die Außenendoberfläche 70 erstreckt
sich senkrecht zu der Achse 66. Die sphärische Innenoberfläche 62 und
die verjüngte Oberfläche 68 definieren
einen Sockel 72 in dem Sockelglied 60.
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Eine
kreisförmige
Kante 74 auf dem Sockelglied 60, gebildet durch
das Schneiden der verjüngten
Oberfläche 68 und
der Außenendoberfläche 70, definieren
ein Öffnung 76 in
den Sockel 72. Die Außenendoberfläche 70 des
Sockelglieds 60 erstreckt sich umfangsmäßig um die Öffnung 76. Eine ringförmige Schulteroberfläche 78 des
Sockelglieds 60 erstreckt sich umfangsmäßig um die Öffnung 76. Eine ringförmige Schulteroberfläche 78 des
Sockelglieds 60 ist von der Außenendoberfläche 70 radial
nach außen
angeordnet. Die Schulteroberfläche 78 erstreckt
sich axial von der Außenendoberfläche 70, und
zwar in einer wie in 1 gesehenen Richtung nach unten.
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Die
Schutzhülle 10 besitzt
zwei Komponenten, d.h. heißt
ein flexibles Körperglied 80 und
einen starren Einsatz 100. Das Körperglied 80 (1)
ist aus Neopren oder einem anderen geeigneten Material hergestellt.
Der Einsatz 100 ist vorzugsweise aus einem Metallmaterial
hergestellt, könnte
aber aus einem harten Kunststoffmaterial hergestellt sein. Der Einsatz 100 ist
fest an dem Körperglied 80 befestigt, vorzugsweise
durch Formen bzw. Gießen
des Einsatzes in den Körperteil.
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Das
Körperglied 80 der
Schutzhülle 10 besitzt
eine im Allgemeinen rohrförmige
Konfiguration, die auf der Achse 32 des Kugelschafts 30 zentriert ist.
Das Körperglied 80 besitzt
erste und zweite gegenüberliegende
Endteile 82 bzw. 84. Der erste Endteil 82 des
Körperglieds 80 umfasst
eine erste Innenoberfläche 88,
die eine erste Öffnung 90 in
dem Körperglied
der Schutzhülle 10 definiert.
Der zweite Endteil 84 des Körperglieds 80 besitzt
eine zweite Innenoberfläche 92,
die eine zweite Öffnung 94 in
dem Körperglied
der Schutzhülle 10 definiert.
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Der
Einsatz 100 (2 und 3) besitzt
einen Hauptkörperteil 110 und
einen Flanschteil 130. Der Hauptkörperteil 110 des Einsatzes 100 ist
als ein Teil eines hohlen Zylinders, und zwar zentriert auf der Achse 32 des
Kugelschaftes 30, definiert. Der Hauptkörperteil 110 des Einsatzes 100 besitzt
parallele, zylindrische Innen- und Außenseitenoberflächen 112 bzw. 114,
die auf der Achse 32 (2 und 3) zentriert
sind. Die Innenseitenoberfläche 112 des Einsatzes 100 definiert
eine zylindrische Bohrung 116, die sich axial durch den
Hauptkörperteil 110 des Einsatzes
erstreckt. Der Hauptkörperteil 110 des
Ein satzes 100 besitzt erste und zweite gegenüberliegende,
axiale Endteile 118 bzw. 120 (3).
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Der
Flanschteil 130 des Einsatzes 100 erstreckt sich
von dem zweiten axialen Endteil 120 des Hauptkörperteils 110 des
Einsatzes radial nach außen.
Der Flanschteil 130 des Einsatzes 100 besitzt eine
ringförmige
Abdichtungsoberfläche 132,
die sich von der zylindrischen Außenoberfläche 114 des Hauptkörperteils 110 des
Einsatzes radial nach außen
erstreckt. Der Einsatz 100 ist mit dem Körperglied 80 so
geformt bzw. gegossen, dass der Hauptkörperteil 110 des Einsatzes
zumindest teilweise in der zweiten Öffnung 94 in dem zweiten
Endteil 84 des Körperglieds
angeordnet ist. Der zweite Endteil 84 des Körperglieds 80 ist
durch andere Mittel an der Abdichtungsoberfläche 132 des Einsatzes 100 geformt
bzw. gegossen oder befestigt und steht in abdichtendem Eingriff
mit der zylindrischen Außenoberfläche 114 des
Einsatzes.
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Eine
planare Endoberfläche 134 des
Einsatzes 100 erstreckt sich entlang des Flanschteils 130 und
entlang des Hauptkörperteils 110 des
Einsatzes. Die Endoberfläche 134 steht
senkrecht zu den Innen- und Außenoberflächen 112 bzw. 114 des
Hauptkörperteils 110 des
Einsatzes 100.
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Der
erste axiale Endteil 118 des Hauptkörperteils 110 des
Einsatzes 100 besitzt erste und zweite Anschlagoberflächen 140 bzw. 150.
Die ersten und zweiten Anschlagoberflächen 140 und 150 sehen
die ersten axialen Endteile 118 des Einsatzes 100 mit
einer im Allgemeinen V-förmiger
Konfiguration, wie in 1 und 4 gesehen,
vor. Die erste Anschlagoberfläche 140 besitzt
eine semi-elliptische Konfiguration, die sich umfangsmäßig um die
Achse 32 herum zwischen den ersten und zweiten Lageroberflächen 160 bzw. 170 erstreckt.
Die ersten und zweiten Lageroberflächen 160 bzw. 170 liegen
auf einer gemeinsamen Linie, die sich durch die Achse 32 erstreckt.
Die erste Anschlagoberfläche 140 erstreckt sich
ebenfalls im Wesentlichen radial zwischen den zylindrischen Innen-
und Außenoberflächen 112 und 114 des
Hauptkörperteils 110 des
Einsatzes 100. Die erste Anschlagoberfläche 140 liegt in einer
Ebene, die sich unter einem Winkel α (1) zu der
Endoberfläche 134 des
Ein satzes 100 erstreckt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Winkel α ungefähr 18°.
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Der
Einsatz 100 ist symmetrisch um eine axiale Ebene, die sich
durch die ersten und zweiten Lageroberflächen 160 und 170 erstreckt.
Die zweite Anschlagoberfläche 150 schneidet
die erste Anschlagoberfläche 140 an
den ersten und zweiten Lageroberflächen 160 und 170.
Die zweite Anschlagoberfläche 150 ist
somit ein Spiegelbild der ersten Anschlagoberfläche 140 um die ersten
und zweiten Lageroberflächen 160 und 170.
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Die
zweite Anschlagoberfläche 150 besitzt eine
semi-elliptische Konfiguration, die sich umfangsmäßig um die
Achse 32 zwischen den ersten und zweiten Lageroberflächen 160 und 170 erstreckt.
Die zweite Anschlagoberfläche 150 erstreckt
sich im Allgemeinen radial zwischen den zylindrischen Innen- und
Außenoberflächen 112 und 114 des
Hauptkörperteils 110 des
Einsatzes 100. Die zweite Anschlagoberfläche 150 liegt
in einer Ebene, die sich unter einem Winkel β zu der Endoberfläche 134 des
Einsatzes 100 erstreckt. Der Winkel β ist gleich dem Winkel α. Somit ist
der Winkel β in
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ungefähr
18°.
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In
dem zusammengebauten Zustand des Kugelgelenks 20 erstreckt
sich der Kugelschaft 30 (4) durch
die Öffnung 76 in
dem Sockelglied 60. Das Kugelende 34 ist in dem
Sockel 72 gelegen. Die Schwenkmitte 38 des Kugelendes 34 fällt mit
der Schwenkmitte 64 des Sockelglieds 60 zusammen. Die
sphärische
Außenoberfläche 36 des
Kugelendes 34 steht in gleitendem Eingriff mit der sphärischen
Innenoberfläche 62 des
Sockelglieds 60.
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Die
Schutzhülle 10 ist
in dem Kugelgelenk 20 in einer Art und Weise angeordnet,
dass sie zwischen dem Kugelschaft 30 und dem Sockelglied 60 abdichtet.
Der erste Teil 46 des Kragenabschnitts 44 des Schafts 40 des
Kugelschafts 30 wird in der Bohrung 116 des Hauptkörperteils 110 des
Einsatzes 100 eng aufgenommen. Die Bohrung 116 in
dem Einsatz 100 sieht Drehabstützung bzw. Drehhalt des Kugelschafts 30 vor
und wirkt als eine Abdichtung gegen über dem ersten Teil 46 des
Kugelschafts. Der Schaft 40 des Kugelschafts 30 erstreckt
sich durch die zweite Öffnung 94 in
dem zweiten Endteil 84 des Körperglieds 80 der
Schutzhülle 10.
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Ein
passender bzw. Gegenteil 180 wird axial auf den zweiten
Teil 50 des Kragenteils 40 des Kugelschafts 30 gedrückt. Eine
sich radial erstreckende Endoberfläche 182 (1)
des Gegenteils 180 steht mit der Endoberfläche 134 des
Einsatzes 100 in Eingriff. Der Gegenteil 180 hilft,
die axiale Stellung der Schutzhülle 10 relativ
zu dem Kugelschaft beizubehalten.
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Der
erste Endteil 82 des Körperglieds 80 der Schutzhülle 10 umschließt die Schulteroberfläche 78 des
Sockelglieds 60 und dichtet gegen sie ab. Der erste Endteil 82 des
Körperglieds 80 wird
entweder durch Reibung oder durch eine optionale Bandklemme 190 (4)
auf dem Sockelglied 60 gehalten.
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4 stellt
die Komponenten des Kugelgelenks 20 in einem ersten oder
ausgerichteten Zustand dar. Die Achse 32 des Kugelschafts 30 fällt mit der
Achse 66 des Sockelglieds 60 zusammen. Die ersten
und zweiten Anschlagoberflächen 140 und 150 der
Schutzhülle 100 erstrecken
sich unter ihren jeweiligen vorbestimmten Winkeln α und β zu der Endoberfläche 134 des
Einsatzes 100. In dem Zustand der 4 ist die
Endoberfläche 134 des
Einsatzes 100 parallel zu der Außenendoberfläche 70 des
Sockelglieds 60. Somit erstrecken sich die ersten und zweiten
Anschlagoberflächen 140 und 150 ebenfalls
unter ihren vorbestimmten Winkeln α bzw. β zu der Außenendoberfläche 70 des
Sockelglieds 60. Die ersten und zweiten Lageroberflächen 160 und 170 des
Einsatzes 100 sind benachbart zu und liegen an der Außenendoberfläche 70 des
Sockelglieds 60. Das flexible Körperglied 80 besitzt
eine Bogenform, wie in 4 und 5 gesehen.
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Wenn äußere Kräfte, wie
zum Beispiel ein Fahrzeuglenk- oder – aufhängungssystem auf das Kugelgelenk 20 wirken,
schwenkt der Kugelschaft 30 relativ zu dem Sockelglied 60.
Wenn dies auftritt, steuert die Schutzhülle 10 inklusive des
Einsatzes 100, die Bewegung des Kugelgelenks 20.
Genau gesagt gestattet die Konfiguration des Einsatzes 100, dass
sich der Kugelschaft 30 winkelmäßig in einer durch den Pfeil
A (4) angezeigten Richtung von der in 4 gezeigten
Position zu der in 6 gezeigten Position bewegt
(oder schwenkt). Der Kugelschaft 30 ist in einer Richtung
A frei schwenkbar, und zwar um die Schwenkmitten 38 und 64,
bis die erste Anschlagoberfläche 140 des
Einsatzes 100 in Kontakt mit der Außenendoberfläche 70 des
Sockelglieds 60 kommt. Wenn die erste Anschlagoberfläche 140 an
dem Einsatz 100 mit der Außenendoberfläche 70 des
Sockelglieds 60 ( 6) in Eingriff
steht, wird weitere Schwenkbewegung des Kugelschafts 30 in der
Richtung A blockiert. Der vorbestimmte Winkel a zwischen der ersten
Anschlagoberfläche 140 auf dem
Kugelschaft 30 und der Außenendoberfläche 70 des
Sockelglieds 60 bestimmt und begrenzt die Menge der Winkelbewegung
des Kugelschaftes 30, die zugelassen ist. Der Winkel α ist daher
der resultierende Winkel zwischen der Achse 32 des Kugelschaftes 30 und
der Achse 66 des Sockelglieds 60 bei maximaler
Schwenkbewegung in der Richtung A, wie in 6 gesehen
werden kann.
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Die
symmetrische Konstruktion des Einsatzes 100 ermöglicht es
dem Kugelschaft 30, relativ zu dem Sockelglied 60 in
einer durch den Pfeil B (4) angezeigten, der Richtung
A entgegengesetzten Richtung, geschwenkt zu werden. Solche Schwenkbewegung
wird in den Zeichnungen nicht gezeigt. Der Kugelschaft 30 ist
in der Richtung B relativ zu dem Sockelglied 60 frei schwenkbar,
bis die zweite Anschlagoberfläche 150 des
Kugelschafts 30 mit der Außenendoberfläche 70 des
Sockelglieds 60 in Eingriff steht. Der vorbestimmte Winkel β zwischen
der zweiten Anschlagoberfläche 150 und
der Außenendoberfläche 70 des
Einsatzes 100 bestimmt die Größe der verfügbaren Schwenkbewegung in der Richtung
B.
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Wie
in 6 gezeigt, verformt sich während relativer Schwenkbewegung
zwischen dem Kugelschaft 30 und dem Sockelglied 30 der
flexible Körperteil 80 der
Schutzhülle 10 elastisch,
wie es notwendig ist, um solche Bewegung zuzulassen. Die Schutzhülle 10,
die das flexible Körperglied 80 umfasst,
hält eine
Abdichtung zwischen dem Kugelschaft 30 und dem Sockelglied 60 während solcher
Bewegung aufrecht.
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Wie
oben bemerkt, stehen die ersten und zweiten Lageroberflächen 160 und 170 in
Kontakt mit der Außenendoberfläche 70 des
Sockelglieds 60. Wenn äußere Kräfte, wie
zum Beispiel Kräfte
eines Fahrzeuglenk- oder – aufhängungssystems,
versuchen den Kugelschaft winkelmäßig zu bewegen (oder schwenken),
und zwar von der in 4 und 5 gezeigten
Position in einer durch den Pfeil C (5) gezeigten
Richtung, die senkrecht zu den Richtungen A und B ist, blockiert
der Eingriff der ersten und zweiten Lageroberflächen 160 und 170 des Einsatzes 100 mit
der Außenendoberfläche 70 des Sockelglieds 60 solche
Schwenkbewegung des Kugelschaftes 30 in der Richtung C.
Die symmetrische Konstruktion des Einsatzes 100 verhindert
auf gleiche Art und Weise, dass der Kugelschaft 30 in einer durch
den Pfeil D (5) angezeigten Richtung schwenkt,
die der Richtung C entgegengesetzt ist.
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Aus
der obigen Beschreibung der Erfindung werden Fachleute Verbesserungen,
Veränderungen und
Modifikationen in der Erfindung erkennen. Zum Beispiel könnten die
Lageroberflächen 160 und 170 des
Einsatzes 100 axial von der Außenoberfläche 70 des Sockelglieds 60 beabstandet
sein, um begrenzte Schwenkbewegung (z.B. 1°-2°) in den Richtungen C und/oder
D zuzulassen. Ebenso könnte
das Sockelglied 60 die Komponente des Kugelgelenks 20 sein, die
sich relativ zu dem Kugelschaft 30 schwenkt, eher als der
Kugelschaft relativ zu dem Sockelglied, wie oben beschrieben, geschwenkt
wird.