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Kugelgelenk Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk zur beweglichen
Verbindung zweier Maschinenteile, von denen der eine mit einer kugelförmigen Büchse
und der andere mit einem in dieser gelagerten kugelförmigen Kopf versehen ist. Bei
bekannten Kugelgelenken dieser Art ist in der im allgemeinen aus Metall o. dgl.
bestehenden Büchse eine Kugel aus angepaßtem Stoff ohne Spielraum eingebaut, die
sich demzufolge in der Büchse nur mit Reibung bewegen läßt. In einer solchen Vorrichtung
sind die beiden Teile dem Verschleiß unterworfen, und außerdem besitzt diese Vorrichtung
keine Elastizität. Die Mittelpunkte des Gehäuses und der Kugel sind unbeweglich
vereinigt, und jede Kraft, die dahin wirkt, sie zu trennen, muß unnachgiebig durch
das Gehäuse und die Kugel aufgefangen werden, ohne daß die Möglichkeit einer Dämpfung
besteht.
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Zur Vermeidung dieser Mängel wird erfindungsgemäß der in der Büchse
gelagerte kugelförmige Kopf mit einem gewissen Abstand von deren Wandungen derart
eingebaut, daß in dem hierbei entstehenden freien Raum ein pfannenförmiges elastisches
Element aus Kautschuk einsetzbar ist, dessen Wandstärke vor dem Einsetzen des Kopfes
wesentlich größer ist, als die Breite des genannten Raumes zwischen dem Kopf und
der kugelförmigen Büchse beträgt, und dessen Innenfläche vor dem Einsetzen einen
wesentlich geringeren Hohlraum bildet als der mit dem genannten Element im fertigen
Gelenk überzogene kugelförmige Kopf, so daß das elastische Element nach dem Einsetzen
eine wesentlich verringerte Wandstärke besitzt und hierbei auf dem kugelförmigen
Kopf eine Fläche überdeckt, die wesentlich größer ist, als die Innenfläche des Hohlraumes
des Elements im unbelasteten Zustand betrug.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist dabei die Wandstärke des
eingesetzten, pfannenförmigen
Elements im unbelasteten Zustand
am Rande größer als am Boden der Pfanne. Vorteilhaft kann man auch den den kugelförmigen
Kopf tragenden Maschinenteil nach dem Zusammenbau bis in die Büchse hineinragen
lassen, wobei die Außenwände der Büchse derart verformt sind, daß der kugelförmige
Kopf, dessen Oberfläche mehr als zur Hälfte von dem elastischen Element bedeckt
ist, am Heraustreten aus der Büchse gehindert wird, ohne daß deren Ränder im Normalzustand
das Gestänge berühren.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsformen der Erfindung zu entnehmen, die in den Fig. i bis 6.der Zeichnung
beispielsweise dargestellt sind.
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Fig. i ist ein Aufriß mit Teilschnitt des Gelenkes nach der Erfindung.
Die Elemente des Gelenkes sind dargestellt vor ihrem Zusammenbau; Fig. 2 ist eine
ähnliche Ansicht wie Fig. i, auf der die Teile sich im Laufe des Zusammenbaus befinden;
Fig. 3 ist eine ähnliche Ansicht, auf welcher der Zusammenbau der Teile beendet
ist; Fig. 4 ist eine ähnliche Ansicht, wie Fig. i, jedoch von einer anderen Ausführungsform
der Erfindung; F ig. 5 ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3, auf der das Gelenk
nach Fig. 4 seine endgültige Form angenommen hat; Fig. ` ist eine ähnliche Ansicht
wie Fig. i, jedoch nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
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Nach dem Ausführungsbeispiel, das auf den Fig. i bis 3 dargestellt
ist, enthält das dargestellte Gelenk ein Gestänge io, das in einem kugelförmigen
Kopf 12 endet, der mit ihm ein einziges Stück bildet. Ein anderes Gestänge 14, das
mit dem Gestänge io einen gewissen Winkel bildet, weist an seinem einen Ende eine
Pfanne oder kugelförmige Büchse 16 auf, die entweder mit ihm ein einziges Stück
bildet, oder anderweitig mit ihm verbunden ist. In ihrer Ausgangsform besteht diese
Büchse aus einem halbkugelförmigen Teil 18 (Fig. i), das in einen ringförmigen,
im wesentlichen geradlinigen Teil 20 übergeht, in dem eine Öffnung 22 gebildet ist.
In der dargestellten Ausführungsform ist das Gestänge io im wesentlichen senkrecht
zum Gestänge 14, wobei die Achse der Büchse ungefähr in der Verlängerung der Achse
des Gestänges io und im wesentlichen senkrecht zur Achse des Gestänges 14 liegt.
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Die Stellung des Gestänges io soll gegenüber der des Gestänges 14
so bestimmt sein, daß die Kugel 12 sich in der Büchse 16 in einem gewissen Abstande
von den Wänden der letzteren befindet. Ein diesbezügliches biegsames Teil 24 aus
Kautschuk o. dgl. ist in diesem Zwischenraum angeordnet. In natürlichem Zustand
besitzt das Teil 24 die Form einer Pfanne und hat vorzugsweise eine äußere Oberfläche
26, die im allgemeinen halbkugelförmig ist und in der Nähe seines Randes in einem
im wesentlichen geradlinigen Teil 28 endet, derart, daß diese Pfanne eine im allgemeinen
der Büchse entsprechende Form hat. Der Boden der Büchse ist mit einem Loch 30 versehen,
und die Außenfläche des Teiles 24 weist einen Vorsprung 32 von entsprechender Form
auf. Dieser Vorsprung 32 wird in das Loch 30 eingesetzt, um das Teil zu zentrieren
und seine Stellung gegenüber der Büchse angenähert zu bestimmen. Auf Wunsch kann
der innere Rand des Loches 3o etwas konisch sein, ebenso der äußere Rand des Vorsprunges
32, um das Einsetzen des Teiles 24 zu erleichtern.
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Die Wandstärke des Teiles 24 in radialer Richtung in natürlichem Zustand
ist gegenüber dem Zwischenraum, der zwischen der Kugel und der Büchse sich befindet,
so bestimmt, daß diese Wandstärke in der Nähe des Randes und auf den Seiten des
Teiles größer ist als am Boden und größer als die Masse in radialer Richtung des
Zwischenraumes zwischen den zusammenzubauenden Teilen 12 und 16. Man verbindet die
Elemente dadurch, dal, man das Teil 24 in die Büchse einführt, wie es Fig. i zeigt.
Die Oberflächen des Teiles, die mit der Kugel und der Büchse in Berührung stehen,
werden vorzugsweise mit einem solchen Stoff, wie Seifenwasser oder Vaseline, der
nach einiger Zeit von den sich berührenden Oberflächen verschwindet, geschmiert.
Dann setzt man die Kugel 12 mit Gewalt in die Höhlung 34 des Einsatzstückes unter
Bildung einer Pfanne ein, in einer Stellung angenähert der Fig. z. Bei dieser Operation
muß die Verbindung schnell erfolgen, damit die Kugel mit großer Geschwindigkeit
eindringt, um das Fließen des Kautschuks zwischen den Teilen zu erleichtern. Die
angewandte Kraft soll vorzugsweise eine Stoßkraft sein. Wenn man so die Kugel 12
mit Gewalt in die Höhlung hineindrückt, kann das Zentrum der Kugel leicht über die
normale Achse 36 der Büchse hinaus oder wenigstens bis zu dieser Achse getrieben
sein. Das Stück 24, das mit Kraft in den Zwischenraum zwischen der Kugel 12 und
der Büchse hineingedrückt wird, erleidet eine radiale Kompression, derart, daß es
um die Oberfläche der Kugel herum gegen das Ansatzstück der Kugel und gegen die
Öffnung 22 sich ausdehnt oder verlängert.
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Man stellt dann das Gelenk dadurch fertig, daß man den ringförmigen
Teil 2o der Büchse, der aus der Form der Fig. 2 in die Form der Fig. 3 übergeht,
staucht. Um so den ringförmigen Teil zusammenzustauchen, wird vorzugsweise die Druckkraft
fortschreitend gegen die Öffnung angesetzt, ausgehend von einer Stellung, die sich
im wesentlichen auf der Achse 36 befindet. Unter diesen Bedingungen verlängert sich
das Teil 24 unter der Einwirkung des radialen Druckes derart, daß er mehr und mehr
über die Oberfläche der Kugel gegen ihr Ansatzstück und gegen die Öffnung 22 vorrückt.
Vorzugsweise sollen die Dimensionen dieses Einsatzteiles 24 in freiem Zustande solche
sein, daß sein Rand 38 sich nach der Dehnung so nahe wie möglich an der Öffnung
22 befindet, und die Berührungsfläche zwischen der inneren Oberfläche dieses Teiles
24 und der äußeren Oberfläche der Kugel, ebenso das Anhaften dieser beiden Flächen
aneinander, so groß wie möglich sind.
Die Dehnung des eingeführten
Teiles 24 um die Kugel herum erreicht ihren Höhepunkt in der Nähe seines Randes
38 und vermindert sich dann gegen den Ansatz dieses Stückes. Zum Beispiel kann die
Dehnung in der Nähe des Randes 120°/o sein, während sie an der Basis der Pfanne
oder der Büchse nicht mehr als 5 0/o beträgt. Hierdurch wird erreicht, daß wenn
die Gestänge 1o und 14 eine Winkelverschiebung gegeneinander erleiden, die innere
Oberfläche des Teiles 24 eine Verschiebung gegenüber ihrer Außenfläche in den Grenzen
der Biegsamkeit der elastischen Substanz aufnehmen kann, ohne daß ein Gleiten zwischen
der Kugel 12 und dem Stück 24 oder zwischen diesem Teil und der Büchse 16 erfolgt.
Wenn das Gestänge 1o eine Drehbewegung um seine Längsachse macht, derart, daß die
Oberfläche der Kugel sich in Richtung der Pfeile 40 verschiebt, nimmt das Teil 24
die relativen Bewegungen zwischen der Kugel und der Büchse ohne Gleiten zwischen
den Berührungsflächen dieses Teiles zwischen ihnen auf. Das gleiche ist der Fall,
wenn die Längsachse des Gestänges 1o sich gegenüber der Achse des Gestänges 14 neigt,
die Oberfläche der Kugel folgt dann einer Bewegung, die angezeigt ist durch die
Teile 42.
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Die öffnung 22 kann jede gewünschte Form erhalten entsprechend den
Relativbewegungen zwischen den Gestängen 1o und 14, resultierend aus der besonderen
Anwendung der Erfindung, wobei diese Öffnung so klein wie möglich gewählt wird.
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Wohlverstanden kann das Teil 24 auch zunächst mit Gewalt über die
Kugel 12 gezogen sein und erst dann das Teil 24 mit der Kugel mit Gewalt in die
Büchse eingestzt sein.
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Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung, nach der
die Büchse nur einen halbkugelförmigen Teil enthält. Sein ringförmiger Rand enthält
einen versetzten Flansch 50, der ein inneres ringförmiges Schulterlager 44 bildet,
auf dem der ringförmige Rand eines Teiles in Form einer Pfanne 46 aufgesetzt ist.
Dieses Teil 46 weist eine Öffnung 48 auf und ist zu Beginn in der Stellung der Fig.
4 Dann befestigt man es, indem man den Flansch 5o um den äußeren ringförmigen Rand
des Teiles 46 herumstaucht.
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Man setzt dann die Kugel in die Aussparung 54 ein; diese Kugel passiert
von der in vollen Strichen dargestellten Stellung zu der strichpunktiert angegebenen
Stellung auf Fig. ,4. Man bringt sie dann radial durch Stauchen oder auf andere
Weise bis in die Stellung der I'-ig. 5 zurück, derart,daß das Teil 24 fortfährt,
einen radialen Druck zu erleiden, und sich in Richtung der Achse um die Oberfläche
der Kugel ausdehnt. Das Zentrum der Kugel 12 geht dabei rückwärts, derart, daß es
im wesentlichen mit der Ebene der Achse 36 zusammenfällt wie in der oben beschriebenen
Ausführungsform. Das Gelenk arbeitet in der oben beschriebenen Art.
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Fig. 6 stellt eine Ausführungsform dar, in der der Boden des Teiles
24 eine stärkere Wandstärke hat, in radialer Richtung als in dem Beispiel nach Fig.
1. Infolgedessen ist, wenn die Teile zusammengebaut sind, der radiale Druck des
Teiles 24 in der Region seines Bodens stärker, derart, daß die Ausdehnung oder Verlängerung
um das Ende der Kugel herum in gleicher Weise größer ist. Die Biegsamkeit des Teiles
24 in der Region des Bodens ist also größer als in der Ausführungsform der Fig.
i.
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In den oben beschriebenen Beispielen ist die äußere Form des Teiles
24 halbkugelförmig. Wenn man jedoch eine Bewegung von einer größeren Reichweite
in der einen Richtung sicherzustellen wünscht als in einer anderen Richtung, kann
es vorteilhaft sein, dem Teil 24 andere Formen, z. B. eine elliptische, bei einem
Transversalschnitt zu geben.
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Die beschriebenen Kugelgelenke können im Rahmen der im Patentanspruch
gekennzeichneten Erfindung jede beliebige Anwendung finden, insbesondere in der
Automobilindustrie.