DE7937064U1

DE7937064U1 - Kugelgelenk

Info

Publication number: DE7937064U1
Application number: DE7937064U
Authority: DE
Original assignee: Fichtel and Sachs AG
Current assignee: ZF Sachs AG
Priority date: 1978-10-23
Filing date: 1979-10-23
Publication date: 1985-06-27
Also published as: GB2038405A; FR2439901B1; IT7969059A0; ES252988U; FR2439901A1; DE2942800C2; DE2954560C2; IT1119456B; ES252988Y; DE2954424C2; DE2942800A1; GB2038405B

Description

POSTFACH 86OM(J MOHUfRAlIBiJ TSUSiON (4H)MoJJi TSUXtlittl TtLEGKAMM PATENTWtICKMANN MONdHtN

Fichtel & Sachs Industries/ Ind.

Kugelgeienkanordnung

Die Erfindung betrifft eine Kugelgelenkanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Kugelgelenkanordnung ist aus der GB-PS 667 073 bekannt.

Bei der bekannten Konstruktion liegt im montierten Zustand die C-förmige Klammer derart an der Kugelpfanne an, daß bei einer Relativbewegung zwischen Kugelkopf und Kugelpfanne die C-förmige Klammer mit der Kugelpfanne mitgenommen wird und sich gegenüber dem Kugelkopf verlagert. Dabei werden die Klauenendeii der C-förmigen Klammer gegenüber dem Kugelkopfhals ausgerückt, so daß einseitig
die üntergreifung des Kugelkopfkinns nicnt mehr gewährleistet ist und im Falle einer auftretenden Trennkraft
die Trennung zwischen Kugelkopf und Kugelpfanne erleichtert ist.

¹J III«· ·«

• : -s :·'ί' ι ι

Dei? Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde* bei Kugeigeienkverbindungen der gattungsgemäßen Art die Federklammer und die mit ihr zusammenwirkenden Bereiche der Kugelpfanne so auszubilden/ daß in allen Sehwenkstellungen des Kugeleapfens eine hohe Auszugsfestigkeit gewährleistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Ausbildung nach dem kennzeichnenden (Peil des Anspruchs 1 vorgesehen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchea*

Dank der Ausbildung nach Anspruch 2 ist auch bei Auftreten von Trennkräften naeh ein leiehtgängiges Abrollen der Kugelpfanne gegenüber der C-fÖrmigen Klammer gewährleistet, was auch unter Last zu einer Aufrechterhältung des zuverlässigen Eingriffs zwischen den Klauenenden und dem Kugelkopf führt.

Daneben sorgt die Maßnahme des Anspruchs 2 dafür, daß der Angriffsort zwischen den Klauen der Federklammer und den Schlitzbewegungöflächen nach radial außen und vom Eingang des Kugelkopfeinführungskanals weg verlagert wurde an eine Stelle, an der ein günstiger Kraftfluß durch das Material der Kugelpfanne gewährleistet ist. Es wird damit die Bruchgefahr vermindert und die Möglichkeit geschaffen. Material von geringerer Festigkeit einzusetzen, welches billiger zur Verfügung steht und leichter bearbeitet werden kann.

Durch die Maßnahmen der Ansprüche 3 und 4 ist sichergestellt, daß auch nach Lagerung und Transport die Kugelpfanne mit der Federklammer sich in einer für das unmittelbare Aufrasten auf den Kugelkopf geeigneten Einstellung dar-

bietet und damit die Voraussetzung für eine hohe Auszugs-

festigkeit in allen Sehwenkstellungen geschaffen ist.

y Dureh die Maßnahmen der Ansprüche S und 6 wird unter Er-

haltung der Ausaugsfestigkeit das Aufrasten der Kugel

pfanne auf den Kugelkopf erleichtert.

Die beiliegenden Figuren erläutern die Erfindung an« ^ hand eines Ausführungsbeispiels. Es zeigeni

j ^ig· 1 eine Seltenansicht einer Kugelpfanne/ teil-⁷

Weise geschnitten? ····*

Fig. 2 eine Oraufsieht auf die Kugelpfanne, wobei einige Tfeile aur klareren Darstellung weggebrochen sind; . · · ν

Fig. 3 eine Seitenansicht senkrecht zu derjenigen der Fig. 1j

^ Fig. 4 einen Schnitt durch" die Kugelpfanne mit eingesetzte * Federklammer,c-welcher die Achse deö Kugelkopfeinführungskanals enthält und durch die

Klauendurchtrittsschlitze hindurchgeht;

Fig. 5 einen Schnitt entsprechend demjenigen der Figur 4 nach Einsetzen des Kugelkopfs

. und

Fig. 6 einen Schnitt entsprechend dem Teilschnitt aus Fig. 2 bei eingesetzter Federklammer.

n iiri · ·

• f ·

• ■ · ·

% Die Kugelpfanne des Ausführungsbeispiels kann aus irgend- f| einem festen Material mit vernünftiger Haltbarkeit be- ;|i stehen, ist aber bevorzugt aus einem geeigneten, harten, |f formbaren Polymermaterial (Kunststoff), beispielsweise | Nylon, gegossen. Die äußere Form der Kugelpfanne ist so ü konstruiert, daß die Materialmenge möglichst klein gehalten wird, ein attraktives Aussehen, erreicht wird und die erforderliche Festigkeit erzielt wird. Der Boden 10 und die Seitenwände 12, 14 sind im wesentlichen flach und gehen in- abgerundeten Ecken Ineinander über. Die Gestalt der Seitenwand 20 ergibt sich aus den Figuren 2, 3 und 6.. Eine Rippe 16 dient der Versteifung. Eine Nut 18 dient zur Aufnahme der Federklammer. Die der Seitenwand 20 gegenüberliegende Endfläche 22 ist im wesentlichen plan. .

Eine Bohrung 24, die von der planen Endfläche 22 aus geht, dient zur Aufnahme des Endes einer Verbindungs- i stange oder einer Kolbenstange einer Gasfeder oder I eines anderen Geräteteils, an dem die Kugelpfanne angefügt werden soll. Zwei Löcher 26 durchziehen die Kugelpfanne nächst diametral einander gegenüberliegenden Bereichen der Bohrung 24 und dienen zur Aufnahme vonSpiralfederstiften, die jeweils in eine Nut an der Verbindungsstange oder Kolbenstange eingreifen, um die Kugelpfanne daran zu befestigen. ^:

Der Hohlraum 30 der Kugelpfanne setzt sich aus einem zylindrischen Kugelkopfeinführungskanal 32 und einer teilsphärischen Lagerflache 34 zusammen, wobei der Kugelkopfβinführungskanal 32 in den Soden 10 ausläuftj Dar Kugelkopf «iniührungskanal 32 lit απ β einem Eingang & bei 3S konisch angefast, um dia Einführung dar Kugal zu erleichtern und dan KippaueschlAg zu vergrößern.

Ein zweiter Bestandteil des Kugelgelenks ist eine im wesentlichen C-förmige Federklammer 40. Die Federklammer 40 ist syn<metrisch zu einer Symmetrieebene, die in den Fig. 4 und 5 die Achse des Kugelkopfeinführnngskanals 32 enthält und senkrecht zur Zeicheriebene steht. Die Federklaimier 40 weist einen Rucken 42 auf;" der in der Nut 13 der Kugel- .·· pfanne eingebettet ist; ferner weist jede Hälfte der Federklainner einen gestreckten Teil 44 und eine Klaue 46 auz. Die Klaui 46 weist mit einer konvex gekrümmten Seite auf eine plane Fläche 48 eines Klauendurchtrittsschlitzes 50 hin. Die plane Fläche 43 schneidet die Achse des Kugelkopfeintritts kanals 32 unter einem Winkel von 55 . Die planen Flächer. 48 der beiden Klauendurchtrittsschiitze 5(J schneiden sich in einer Geraden, welche die Achse des Kugelkopfeinführungskanals 32 schneidet und auf dieser senkrecht steht.

Die Klauendurchtrittsschiitze 50 sind, wie aus Figur 3 ersichtlich/ i Richtung auf die Seitenwand 20 hin fortgesetzt, so daß die Federklammer 40 von dieser Seitenwand 20 her aufgeschoben werden kann und somit bei der Montage lediglich bis zu einem MaB aufgespreizt werden muß, das annähernd dem Maß D gemäß Figur 1 entspricht. Die Federklammer kann dann von der Seitenwand 20 her verschoben werden (in Figur 3 betrachtet vertikal nach unten) , bis sie sich im Bereich der Nut befindet/ worauf dann die Klauen durch die Klauendurchtrittsschiitze hindurchtreten und in den zylindrischen Kugelkopfeinführungskanal 32 hineinragen können. Die Ausdehnung dor Schlitzprofile in Längs-

3 -iiJ:'

- 6-

richtung bis in den Bereich der Seitenwand 20 bietet außerdem eine bequeme Möglichkeit, den Gelenkzustand visuell zu überprüfen, um festzustellen, ob die Federklammer die richtige Lage hat, indem man auf die Seitenwand 20 blickt mit Blickrichtung vertikal nach unten, bezogen auf Figur 3.

Jeder Klauendurchtrittsschlitz 50 hat in Dickenrichtung der Federklammer eine Ausdehnung, die etwas grosser ist als die Dicke der Federklammer. Die Dicke und die Breite der Klammer sind auf ihrer gesamten Länge annähernd konstant. Der große Spielraum zwischen jeder Klaue 46 und dem Schlitz 50 in Dickenrichtung der Federklammer »rhöht den Bew^ungsspielraum der Federklammer, wenn die Kugeipfanne und der Kugelkopf zusammengesteckt werden und wenn die Kugelpfanne im Gebrauch gegenüber dem Kugelkopf pendeln soll. Die Breite jedes Klauendurchtrittsschlitzes 50 (das ist das Ln Fig. 2 mit W bezeichnete Maß) ist praktisch gleich der
Breite der Federklammer. Demzufolge werden die Klauen 46 der Federklammer durch die Klauendurchtrittsschlitze in der vertikalen Richtung der Figur 3 festgelegt. Die Schultern 18a und 18b (Fig. 2) zu beiden Seiten der Nut 18 sind ebenfalls praktisch gleich der Breite der Federklammer, so daß sie den außen liegenden Teil der Federklammer in der ordnungsgemäßen Stellung halten und gegen vertikale Verschiebung in Figur 3 sichern.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, weist die Kugelpfanne
spitzwinkelig konvergierende Abflachungen 52 auf, die unter den gestreckten ebenfalls spitzwinkelig konvergierenden Bereichen 44 der Federklammer 40 liegen. Die Abflachungen 52 laufen ■■'·.

V]Jb¹

fc.

spitzwinkelig in Achsrichtung des Kugelkopfeinführungskanals 32 zu dessen offenem Ende hin zusammen. Die gestreckten Bereiche 44 der Federklammer haben die-,Tendenz sich selbsttätig auf die Abflachungen 52 aufzusetzen; aufgrund der leichten Konvergenz der Abflachungen 52 nach unten (Fig. _ 4* und 5) führt der Kontakt zwischen den gestreckten Bereichen 44 und den Abflachungen 52 unter der Vorspannung der Federklammer dazu, daß die Federklammer selbsttätig in die Lage der Fig. 4 übergeht, wenn sie auf der Kugelpfanne installiert wird.

Jedes Ende SO der Federklammer 40 erfaßt den Hals eines Kugelzapfens B. Das Ende.ist so gerundet, daß es etwa der Querschnittskrümmung des Zapfens B im Halsbereich entspricht (siehe Fig. 6). Der Abstand zwischen den Enden 60 der Federklammer nach dem Einsetzen in die Kugelpfanne ist, wie Eig. 4 zeigt, etwas kleiner als der Durchmesser des Kugelzapfens B im Halsbereich, so daß nach dem Einsetzen des Kugelkopfes in die Kugelpfanne eine gewisse Spreizung der Federklammer 40 eingetreten ist. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, ist die Federklammer nach erfolgter Montage so erweitert, daß sie gegenüber der Kugelpfanne, d.h. insbesondere gegenüber den Abflachungen 52 und gegenüber den Bägrenzungsflächer der Klauendurchtrittsschlitze 50 frei beweglich ist, solange keine Kraft im Sinne einer Trennung des Kugelgelenks angelegt wird. Diese freie Beweglichkeit innerhalb eines gewissen Spielraums erlaubt es der Federklammer, der Bewegung des Kugelzapfens zu folgen und dabei mit ihren Enden 60 in Kontakt mit dem Halsbereich des Kugelzapfens zu bleiben. Unter einer Trennkraft

f"'::!..:· f Ub¹+

J ί"Γ ' · J i

drückt der Kugelkopf die Klauen 4d gege.n die schrägen planen flächen 48. Aufgrund dee Zusammenwirkens dar schrägen planen flächen 48 und der konvexen Auflenkrümfflung der Klauen 46 bleibe auoh unter höher Trennkraft der Kontakt der Klauenanden 60 mit dem Kugeiaapfen S Ia Maleberelch erhalten, wobei aueh jetat die Federklammer 40 der Bewegung dee Kugelzapfens S- folgt. Damit ist es ausgeschlossen, daß sich die Federklammer unter einer Trennkraft spreizt, den Kontakt mit dem Kugelzapfen verliert und den Kugelkopf freigibt.

um das Kugelgelenk 2U montieren, braucht lediglich die Pfanne mit einer Kraft/ dj# etwa in Richtung der Achse des Kugelkopfeinführungskanals verläuft/ auf den Kugelkopf aufgedruckt zu werden. Wenn der Kugelköpf auf dia Enden 60 der Federklammer trifft/ steuert die sphärische Oberfläche des Kugelkopfs die Federklammer nach außen und drückt die Klauen 46 aus dem Hohlraum der Kugelpfanne zurück in die KlauendurchtrittsschÜtze, bis der Kugelkopf an den Klaueneftden vorbeigehen und sieh vollständig in dem Hohlraum der Kugelpfanne einbetten kann. Die schräge Ausrichtung der Schlitze 50 in der Kugelpfanne und-die allgemeine Orientierung der Klauen 46 der Federklammer; schräg 2ur Achse des Kugelkopfeinführungskanals liefern eine günstige resultierende Widerstandskraft, so daß das Zurückschieben der Klauen der Federklammer aus dem Hohlraum der Kugelpfanne in die KlauendurchtrittsschÜtze erleichtert wird.

14 4

I » · I

I 4 · · I I I

I · I

«< I

• ι tin

ti I I· III

Wenn auf das Kugelgelenk eine Trennkraft ausgeübt wird« die den Kugelkopf aus deir Kugelpfanna herausziehen will/ kommt dia ringförmige Abflachung an der Unterseite des Jüigelkopfea mit den Endteilen der Federklammer in Kontakt. Diese Abflachung an dem Kugelkopf ist allerdings fakultativ; der Kugelkopf kann auch alt einer sphärischen fläche an den Halsbereich des Kugelaapfens angeschlossen sein« Oa die Federklammer in Breitenrichtung eben ist, während die Teile des Kugelkopf S/ die mit der Federklammer in Kontakt kommen, kreisbogenförmig gekrümmt sind/ findet die Berührung awischen den Enden der Klauen und dem Kugelkopf im mittleren Bereich der Federklammer ein kurzes Stüek einwärts von der Zyiinderfläche des Kugeiköpfeinführungskanals statt. Durch eine Trennkraft, weiche den Kugelköpf aus der Kugelpfanne herausziehen will/ werden die Feder·* klammerklauen 46 entlang den Planflädhen 48 deformiert und abgelenkt und praktisch in Längsrichtung etwas abgeflacht* Durch eine mehr oder weniger rollende Bewegung der Klauen 46 entlang der Plänflächen 48 der Klauertdurchtrittsschlitze 50 kommt eine Kontaktzonc zustande. Die Streckung und Rollbewegung der Klauen 46 an den Planflächen 48 sorgt für eine gute Verteilung der Last und setzt lokalisierte Spannungsspitzen auf ein Minimum herab.

Die Schnittlinie zwischen der Planfläche 48 jedes Klauen· durchtrittsschlitzes 50 und der zylindrischen Wand des Kugelkopfeinführungskanals bildet eine gebogene Kante, die in einer zur Achse des Kugelkopfeinführungskanals schiefen Ebene liegt. Wenn das Xlauenende so weit ab-

t ·· » ο «at «»«4«»

4< 4 t * t <<·

t t I ♦ < » .« «<l

geflacht wird, daft es den unteren Rand der Planflache 48 berührt/ so überspannt ein feil der Klaue unmittelbar neben dem Schlitzende der Sreite nach die finden dieses Randes'(siehe Pig'. 6U Bedenkt man nun, da'ß der kugelkopf an einer Stelle nahe der Mitte der Federklammer und nahe dem Schutzrand mit der Federklammer Kontakt hat, so wird klar« daß der Kugelkopf eine Becher form der Federklammer in Querrichtung erzeugen will« eine Form also« die von Natur aus höhere Biegefestigkeit hat als eine flache Feder. Die Verformung der Klauen liefert also eine verhältnismäßig hohe Biegesteifigkeit und erhöht somit den Ausziehwiderstand/ der einer Trennung des Kugelkopfs und der Kugeipfanne unterhalb der Bruehgrenze entgegenwirkt.

Zu einer Zerstörung des Kugelgelenkes kommt es durch einen Bruch der Querschnittsbereiche der Kugelpfanne zwischen dem Boden 10 und den Planflächen 48 der Schiit: ' Die diesem Brechen entgegenwirkenden Quersehnittsf läehei der Kugeipfanne sind verhältnismäßig groß, so daß der Bruch erst bei sehr hoher Trennkraft eintritt.

Ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung ist, daß einerseits mit einer verhältnismäßig kleinen Aufschubkraft der Kugelkopf in die Kugelpfanne eingeschoben werden kann und andererseits das Kugelgelenk doch gegen hohe Trennkräfte widerstandsfähig ist. Die Herabsetzung der zum Zusammenbau notwendigen Aufschiebekraft kommt zustande durch das Zurücktreten der Klauenenden 60 voneinander, wenn der Kugelkopf auf diese Klauenenden einwirkt. Das Zurücktreten der Klauenenden voneinander

-11-

ist zurückzuführen auf die Wechselwirkung der Abflaehungen 52 mit den gestreäkten Beziehen 44 und gegebenenfalls de* konkaven Klaueninnenseiten mit den
in Fig. 4 oberen SehlitäbegrenaungsflMehen S0< D&r erhöhte Widerstand gegen ein Trennen des Kugelgelenks kommt zustande durch das Zusammenwirken der Klauen 46 mit den Planfläehen 48 und gegebenenfalls die beeherartige Verformung der Klauen 46.

Die Zuverlässigkeit beim Zusammenbau des Kugelgelenks ist erhöht, weil die Gefahr einer Beschädigung der Federklammer beim Ausüben der zusammendrückenden Montagekraft ausgeschaltet ist* Das zusammengebaute Kugel-* gelenk läßt sich leicht visuell überprüfen. Ein Auseinandernehmen des Gelenks zur gegebenen Zeit ist
wesentlich erleichtert. Infolge der günstigen Spannungsverteilung lassen sich billige Werkstoffe* insbesondere Kunststoffe» für die Herstellung deü Kugelgelenks, insbesondere für die Herstellung der Kugelpfanne, verwenden.

Die erfindungsgemaßen Kugelgelenke sind insbesondere geeignet, um pneumatische Federn zwischen Wagenkarosserien und zugehörigen Heckklappen, Kofferraumdeckeln und Motorhauben einzubauen.

Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. H, WeickmIn V", ^^^

Dipl.-Ing. F. A,Weickm*ann, DCipl.-Chem.'B'. Hüber Dr.-Ing. H. LisKA, D1PL.-PHYS. Dr. J. Prechtel

' ^T< "PM

8000 MÖNCHEN 86

POSTFACH 860 820

MOHLSTRASSE22

TELEFON (019] 9103 52

TELEX 522621

TELEGRAMM PATENTWEIOiMANN MÖNCHEN

Clir

Fichtel & Sachs Industries, Inc.

SCHÜTZANSPRÜCHE

1^Kugelgelenk^ insbesondere zur Anlenkung von Gasfedern an zughörige Geräteteile, umfassend einen Kugelkopf, welcher in einen Kugelzapfen übergeht, eine Kugelpfanne, insbesondere aus Kunststoff- mit einer teilsphärischen Lagerfläche 'ind einem an diese anschließenden, annähernd zylindrischen Kugelkopfeinführungskanal und eine auf der Kugelpfanne vor der Einführung des Kugelkopfes vormontierte C-förmige, mit ihrem Rücken auf der Außenseite der Kugelpfanne über den Scheitelbereich der tsilspärischen Lagerfläche hinweglaufende, bügelartige Federklammer, welche mit ihren Klauen durch kanalartig geschlossene Klauendurchtrittsschlitze der Kugelpfanne hindurch in den Kugelkopfeinführungskanal hineinragend den Kugelkopf untergreift, wobei die Klauendurchtrittsschlitze in Richtung auf den Ausgang des Kugelkopfeinführungskanals aufeinander zulaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die C-förmige Federklammer (40) beim Untergreifen des Kugelkopfes derart gespreizt ist, daß die Kugelpfanne sieh gegenüber der Federklammer (40) Im wesentlichen frei bewegen kann.

Ill I Il III} It'J I· ,·· J

VM. Ί Γ i Η"ι^:·1"

ι ti Ii ι ι· Il ι

ff *· ' it ■ · ■ im ι · · t

S; 2. Kugelgelenkanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

zeichnet, daß die Klauen der C-förmigen Federklammer

(40) im Bereich ihres Durchtritts durch die Klauen-

h durchtrittsschlitze nach außen, d. h. vom Zentrum der

% Federklammer (40) weg konvex gekrümmt sind und einer

im wesentlichen planen schlitzbegrenzenden Fläche (48)

ί des jeweiligen Klauendurchtrittsschlitzes derart gegen

überstehen, daß bei Auftreten einer Trennkraft zwischen dem Kugelkopf und der Kugelpfanne die konvexe Krümmung der Klauen an der zugehörigen schlitzbegrenzenden Fläche (48) in Abstand von der Einmündung der Klauendurchtrittsschlitze in den Kugelkopfeinführungskanal (32) zur Anlage kommen.

3. Kugelgelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federklammer (40) bei nicht eingerastetem Kugelkopf unter Federvorspannuncj an der Außenseite der Kugelpfanne (10) elastisch anliegt, so daß die Federklammer (40) gegenüber der Kugelpfanne (10) in einer Transport- und Kugelkopfeinführungsstellung festlegbar ist.

4. Kugelgelenkanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federklammer (40) mit im wesentlichen gestreckten Teilen (44) zwischen dem Rücken (42) und den Klauen (46) an im wesentlichen planen Abflachungen (52) der Kugelpfanne (10) anliegt.

5. Kugelgelenkanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflachungen (52) der Kugelpfanne (10) und die ihnen gegenüberliegenden Teile (44) der Federklammer (40) derart geformt sind, daß sie bei Ausübung eines Einführungsdrucks mit dem Kugelkopf auf die Klauenenden der C-£8rmigen. Federklammer (40? eine

' 'S ' i ί ι

j' '"S. 's ; i J ί ι "[' >

I ItItI till I

Sprelaung der e-£örmigen Federklammer (40) im Sinne einer Erleichterung der einführung des Kugelkopfes bewirken« >■

6« Kugeigelenkanordnung naöh einem der Aneprüehe 4 und S, ]< dadurch gekennzeichnet/ daß die Abflaehungen (52) im \

wesentlichen symmetriseh in Bezug auf die Aehse des ■■

Kugelkopfeinführungskanale (32) angeordnet sind und in ;, Richtung von der teiisphärisohen Lagerfläohe weg aufein-

anderzu konvergieren derart, daß sich die Oförmige ;

Federklammer (40) selbsttätig in Richtung auf ihre <

Ruhestellung gegenüber der Kugelpfanne (10) einstellt. \

1* Kugelgelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelpfanne (10) aus Kunststoff hergestellt ist.