DE720912C

DE720912C - Kugelgelenk aus Gehaeuse, Kugelbolzen und vielfach unterteilter Kugelschale

Info

Publication number: DE720912C
Application number: DEF86836D
Authority: DE
Inventors: Hermann Rachinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1939-05-23
Filing date: 1939-05-23
Publication date: 1942-05-19

Description

Kugelgelenk aus Gehäuse,, Kugelbolzen und vielfach unterteilter Kugelschale Die zur Übertragung hihi und her gehender, ebener oder räumlicher Bewegungen bekanntgewordenen Gelenke zeigen zwei grundlegende Bauarten Solche mit ineinandergleitenden Bauteilen, neben Kreuzzapfen- und Gleitsteingelenken vor ,allem Kugelgelenke, und solche mit Kraft-und Bewegungsübertragung durch dabei verformte Teile, z. B. Federn, besonders .aber Gummi.
Beide Bauarten haben ihre Vor- und Nachteile.
Gleitende Teile müssen zwecks leichten, aber spielfreien Laufes bei langer Lebensdauer sehr genau aus bestem Werkstoff hergestellt werden und dauernd gut geschmiert sein. Letzteres kann durch sog. selbstschmierende Werkstoffe erzielt werden, wobei aber wegen dieses weicheren Werkstoffes die Belastharkeit sinkt. Nach geringere Belastharkeit haben Gelenke mit ziemlich weichem, selbstschmierendem Lagerwerkstoff, welcher beim Einbau schwammartig zusammengepreßt wurde und sich später zum Ausgleich von Abnutzungenwieäer ausdehnen soll.
Die meistverbreiteten Kugelgelenk mit Kugelbolzen und -schalen aus gehärtetem Stahl besitzen demgegenüber sehr hohe Tragfähigkeit; sie haben wie alle Kugelgelenke keine Reaktionskräfte und gestatten, das Gelenkgehäuse beliebig um die Achse des Kugelbolzens zu drehen.
Die wesentlichen Probleme ,aller Gelenke mit ineinandergleitenden Teilen sind: Ausgleich schädlichen Spiels, Sicherung ausreichender Schmierung und Schutz gegen Schmutz und Wasser.
Die Verwendung elastischer Bauteile, besonders paus Gummi, zur Kraftübertragung verspricht den Vorteil, @daß alle Reibungen entfallen, da die elastischen Teile -mit dem Gelenkgehäuse und :dem entsprechend gestalteten Gelenkbolzen fest verbunden sein können. Diese Bauarten haben .aber erhebliehe Nachteile. Zwecks genügender Tragfähigkeit muß der Gummi ziemlich hart sein; das ergibt bei größeren Wirkelausschlägen erhebliche Reaktionen, bei höheren Frequenzen starke Erwärmung. Außerdem haben alle elastischen Gelenke eine bestimmte Mittellage, von der aus nur begrenzte Winkelausschläge zulässig sind. Vorteilhaft ist die dämpfende Wirkung und das Entfallen jeglicher Nachstellung.
Es liegt nahe, zu versuchen, die Vorteile beider Bauarten zu vereinigen, ohne ihre Nachteile hereinzunchmen. So wurde z. B. vorgeschlagen, den Kugelkopf unmittelbar in Gummi laufen zu lassen; diese Bauart ergibt jedoch, da Gummi keinerlei Laufeigenschaften hat, zu starke Reibung und übermäßige Ab- nutzung des Gummis.
Auf dieser Linie liegen ferner eine ganze Reihe vor ,allem amerikanischer Vorschläge, die sich aber alle darauf beschränken, den kugelförmigen Gelenkbolzenkopf mit einer dünnen Lagerschale zu umgeben, die in einer den übrigen Gehäusehohlraum ausfüllenden Gummimasse eingebettet ist. Zum Aufbringen ist die dünne Kugelschale entweder zweiteilig, oder sie hat einige Schlitze, so daß sie unter vorübergehender Aufweitung .auf den Kugelkopf aufgebracht werden kann. Für die Schmierung sind teils im Kugelkopf, teils in der Schale Kammern vorgesehen, oder es werden Schalen aus selbstschmierendem Werkstoff verwendet.
Die die Schalen umschließende Gummimasse wird in Form .eines sich zwischen Gehäuseöffnung und Gelenkbolzenhals erstreckenden Kragens zur Abdichtung gegen Wasser- und Schmutzeintritt verwendet.
Bei den im vorstehenden Abschnitt beschriebenen Bauarten sind folgende Vorteile erreicht: Höhe Belastbarkeit bei guten Laufeigenschaften, ausreichende Schmierung und Abdichtung, Dämpfung von Stößen durch den Gummi, Freiheit von Reaktionen, freie Drehb.arkeit des Gehäuses.
Dem steht ,als Nachteil gegenüber, daß keine Gewähr für einwandfreie Anlage der Schalen am Kugelkopf und keine Möglichkeit einer Nachstellung zum Ausgleich von Herstellungsfehlern oder Abnutzung besteht.
Eine satte Anlage zwischen einem Kugelkopf und einer starren Kugelschale ist nur möglich, wenn beide Kugelflächen genau den gleichen Halbmesser haben. Dabei wird die Flächenpressung, von einem Höchstwert in der Kraftrichtung ausgehend, absinken auf, Null an dem zur Kraftachse senkrecht stehenden Kugeläquator. Die Zone in der Kraftachse nützt sich daher stärker ab als de übrigen Oberflächenteile, so daß das Gelenk in der Mittellage Spiel bekommt: bei Winkellagen dagegen kommen weniger oder gar nicht .abgenutzte Stellen von Kugel und Seilale einander gegenüber zu liegen, so daß beim ößten Ausschlag das Spiel verschwunden ist. I "m diesen Zustand zu beseitigen, wurden die verschiedensten Nachstellverfahren versucht. Meist wird dabei die Kugelschale in zwei Hälften geteilt, um durch Annähern dieser Halbschalen an den dazwischenliegenden Kugelkopf das Spiel zu beseitigen.
Dieses Verfahren ist jedoch unzulässig. weil bei größeren Winkelstellungen dann wieder weniger oder gar nicht abgenutzte Gelenkteile aufeinandertreffen und dann klemmen. trotzdem das Gelenk in der -'#littellzigc no-h Spiel hat.

ungefähr ,bleich, so daß eine ziemlich genaue Kugelform erhalten bleibt, wenn auch von etwas vermindertem Durchmesser: dagegen wird bei nur zwei durch Federn angepreßten Schalen der Kugelkopf in rasch zunehmendem Maße elliptisch. Auch eine Aufteilung in drei, vier oder sechs Teile ist noch völlig unzureichend, um die gewollte Wirkung zu erzielen.
Die Konstruktion mit vielfach unterteilter Schale wird noch besser, wenn ein Kräfteausgleich zwischen den theoretisch zu denkenden einzelnen Andrückfederchen geschaffen wird. Praktisch wird man statt dessen eine inkompressible, plastisch-elastische Masse verwenden, die, ringsum eingeschlossen und unter Druck gesetzt, die eingeleitete. Kraft wie eine Flüssigkeit nach allen Richtungen weitergibt, z. B. weichen Gummi.
Die einzelnen Schalenelemente haben körnige oder platte Gestalt und bestehen aus an sich bekannten Baustoffen, z. B. aus Metall, Kunstharz o. dgl.
Die druckverteilende, elastisch wirkende Masse wird von außen her unter Druck gesetzt, z. B. durch Aufschrauben oder Einbördeln eines Deckels, und überträgt den. Drisch gleichmäßig ,auf die -einzelnen Schalenelemente, wodurch gleichmäßige Anlage und -Nachstellung derselben erzielt wird.
Die Abbildungen zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Abb i : Schnitt durch das Kugelgelenk, Abb. 2: Körper aus druckverteilender Masse mit eingebetteten Schalenelementen, Abb.3: Gelenk mit Nachstellung durch beim Einbau elastisch verformten Körper aus druckverteilender Masse, Abb.4: Gelenk, bei dem die Nachstellkraft durch z. B. im Gehäusedeckel untergebrachtes komprimiertes 'Mittel aufgebracht wird, Abb. 5: Gelenk mit Schmiermittelvorrat zwischen dem komprimierten Nachstellmittel und dem Kugelkopf.
In Abb. i liegen zwischen dem Gehäuse i und -dem Kugelkopf 2 des Gelenkbolzens 3 die vielen einzeln beweglichen Schalenelemente .l. angepreßt durch die den Druck verteilende, elastisch wirkende Masse 5. Diese besteht aus leicht verformbarem Werkstoff, der den Druck, der beim Zusammenbau des Lagers z. B. durch das Einbringen der Kappe 6 erzeugt wird, gleichmäßig ,auf die einzelnen Schalenelem'elite4 überträgt. Um ein Herausquellen der Masse 5 an der Öffnung zwischen Gelenk-und Kugelbolzen zu verhindern, ist dort ein Abschlußring ; vorgesehen, der zweckmrifiig n mehrfach unterteilt ist, um den ganzen Körper (Abb.2) unter vorübergehender elastische:- Aufweitung über den Kugelkopf aufbringen zu können. Um das Einführen des Körpers , Abb. 2) in das Gehäuse i zu erleichtern, kann der Ring,- mit einem hochgebogenen Rand 2o (Abb. 4 - versehen sein: ferner kann der Körper Abb. 21 in eine dünne Hülse a i (Abb. 5 " deren unterer Rand evtl. axiale Schlitze hat, gefaßt sein. Irin die Beweglichkeit des Körpers i Abb. 21 aus elastischer Masse nicht aufzuheben. darf der untere Rand der Hülse 2 1 nicht auf den Boden des Gehäuses i bzw. den Rand 2o des Abschlußringes 7 aufstoßen.
Die Schalenelemente können unmittelbar oder über ein zweckmäßig gewebeartiges Zwischenmittel S (Abb. 2) mit der elastischen Masse 5 verbunden sein. Sie können selbst gewebeartig miteinander verbunden oder einzeln,an der Hasse 5 befestigt sein. zweckmäßig mittels Fortsätzen prismatischer oder (hohl-) zylindrischer Form, als -Nägel a, Klammern i o, Voll- oder Hohlnieten t i. Der durchgehende Kanal 12 ergibt bei Einbettung in Gummi verbesserten Halt durch eindringenden Gummi 13; die 'Mündung 1.1. in die Lauffäche kann Schmiermittel aufnehmen und hierzu erweitert sein.
Abb.3. welche .als Weitwinkelgelenk gezeichnet ist, zeigt, wie durch beine Einbau verformte Masse 15 eine Nachstellkraft zum Ausgleich von Abnutzungen der Schale lelemcnte erzielt wird.
Zur Erzielung- größerer Nachstellkräfte wird (Abb. _l.) im Hohlraum i o des Deckels 17 ein elastisch gespanntes Mittei, .#. B. verdichtete Luft oder eine Feder, ein, elagert, so daß bei Abnutzung der Schalenelemente die .elastische Masse dauernd nachfließt. t m die verdichtete Luft mit Sicherheit am Entweichen zu verhindern, wird sie i Abb. ; zweckmäßigerweise in einer Blase 1 8 untergebracht. Um lange, wartungslose Betriebsdauer zu erreichen. wird zwischen der Gasblase i 5 und dein Kugelkopf ein Schmiermittelvorrat I9 eingebracht und von dort zwischen die Gelenkteile gepreßt.
Zur Verbesserung des Abschlusses kann ferner unten am Rand der elastischen 'lasse eine Ringkammer 22 angeordnet werden, die ein unter Vorspannung stehendes, insbesondere müssiges Füllmittel 2-, enthält, das eine erhöhte Anpressung des unteren Randes an den Kugelkopf bewirkt, wodurch sowohl das Austreten von Schmiermittel als auch das Eintreten von Schmutz oder Wasser verhütet wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Aus Kugelbolzen und Gelenkgehäuse bestehende: liugelgele?i'.@ mit einer zwischen Gclenkgcli:iti#e und Kugelbolzenkopf unter Druck angcordnt@ #_i elastisch wirkendeti 'fasse, wie .#.. B. Gummi. zwischen der und dem Kugelbolzen sich zur Verminderung der Reibung Kugelschalen befinden, die durch die elastische Masse federnd an den Kugelbolzenkopf angedrückt werden, dadurch gekennzeichnet. daß die Kugelschalen in eine Vielzahl von einzelnen, in Richtung des Kugelhalbmessers beweglichen, untereinander nicht zusammenhängenden Elementen aufgeteilt sind. , 2. Kugelgelenk nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalenelemente aus körnigen oder platten z. B. Metall- :oder Kunstharzteilen bestehen. 3. Kugelgelenk nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalenelemente zu Schnüren, Ketten, Bändern u. dgl. zusammengefaßt sind. 4. Kugelgelenk nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalenelemente gewebeartig miteinander verbunden oder in -ein Gewebe eingebettet sind. 5. Kugelgelenk nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalenelamente zur Befestigung dienende, z. B. prismatische, zylindrische, insbesondere hohle Fortsätze haben. 6. Kugelgelenk nach Anspruch i bis 51 -dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise die Aussparungen und/oder die zwischen den Schalenelementen verbleibenden Zwischenräume mit Schmiermittel gefüllt sind. 7. Kugelgelenk nach Anspruch i bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Masse mit Flüssigkeit oder anderen leicht verdrängbaren, nicht oder wenig kompressiblen Mitteln gefüllte Hohlräume enthält. B. Kugelgelenk nach Anspruch i bis ;. dadurch gekennzeichnet, daß in bzw. neben der elastischen Masse Räume vorgesehen sind, die ein unter Vorspannung stehendes zusätzliches Nachstellmittel enthalten. g. Kugelgelenk nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil der elastischen Masse eine mit einem unter Vorspannung stehenden Füllmittel versehene Ringkammer vorgesehen ist, um eine erhöhte Anpressung des unteren Randes -der elastischen Masse zu erreichen.