WO2016156490A1 - Lager für kugelzapfen eines kugelgelenks - Google Patents

Lager für kugelzapfen eines kugelgelenks Download PDF

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    • F16C11/04—Pivotal connections
    • F16C11/12—Pivotal connections incorporating flexible connections, e.g. leaf springs

Definitions

  • the invention relates to a bearing for a ball stud of a ball joint, in which the ball can be resiliently clamped and held to form the ball joint.
  • a joint In mechanics, a joint is referred to as a ball joint, in which the joint head is partly spherical in shape and is accommodated with this part in a bearing, also called a socket, which has the shape of a hollow sphere.
  • Wheel suspension and cardan shafts in mechanical engineering on axles, shafts and rods that perform spatial movements, for example push rods on crank drives, on photo tripods and lights. Basically, these are
  • the bearing is composed of two parts during manufacture, wherein the ball inserted before assembly and the bearing through the Assembly is closed.
  • the edge of the bearing can be plastically deformed and contracted so that the ball can not be removed, see, for example, DE 10 2005 054 699 A1.
  • a plastic cage is built into the bearing.
  • the ball joints are usually made with threaded pins or flanges on ball and bearing and bolted during installation with the components to be joined. For this usually must be made in both components threaded.
  • plug-in ball socket made of plastic for a ball joint, which is fastened latching without screw connection.
  • the invention has as its object to provide a bearing for a ball joint, the use of which allows a significant simplification of the manufacturing process for the ball joint as a whole. On the other hand should also the
  • the subject of the invention is a bearing for a ball stud of a ball joint, comprising a cylindrical sleeve with an insertion end and a counter end, wherein the sleeve by axially from the insertion end and from the opposite end
  • first tongues extending slots whose length is smaller than the length of the sleeve, is divided into first tongues, second tongues and sleeve parts alternately.
  • first tongues at the insertion end and the second tongues end free at the opposite end and the first and the second tongues are at their ends in each case with an outwardly facing latching projection, in particular a substantially radially outward
  • first and second tongue are provided pointing catch projection. Further, the first and second tongue are formed inside so that they inserted into the sleeve from the insertion ago ball of a
  • the assembly of the joint is also greatly simplified with the bearing according to the invention.
  • the ball can be guided through the insertion end. After passing the ball, the first tongues go back to their original position and it turns the
  • the second tongues are pressed by their locking projections elastically inward and the sleeve can be pushed through the hole until the locking projections emerge from the bore and the second tongues in their
  • the bearing is now held axially by the locking projections on both sides of the component and radially by the inner walls of the through hole.
  • the bearing thus forms the joint or ball socket for the ball joint.
  • the assembly of the ball joint is very simplified and can be done on the part to be connected to the ball. A separate production of the ball joint is no longer necessary.
  • Spring hook provided. These can hold one of the balls of a ball stud inserted end to end. This allows the wall thickness of the tongues independently of
  • the bearing according to the invention can be made of any material, if it is possible to give the parts the required elastic properties.
  • the bearing is made of a plastic, more preferably of a thermoplastic material that can be processed by conventional methods such as injection molding or compression molding. It can
  • the spring hooks are made of metal and integrated by insert injection into the sleeve.
  • Further preferred according to the invention is a plastic
  • Plastics with a sliding property are for example a polyamide (PA), polyethylene (PE), polyoxymethylene (POM) or mixtures or copolymers of these.
  • PA polyamide
  • PE polyethylene
  • POM polyoxymethylene
  • the sliding property of the plastic compared to steel is characterized in that the friction coefficient between the two materials is less than or equal to 0.5 and preferably less than or equal to 0.3, especially
  • delimiting remaining sleeve parts is preferably 50-90% of the total length of the sleeve. The length depends on the allowable elongation of the material of the bearing and is greater with stiffer material.
  • a total of two first and second tongues and sleeve parts are alternately present in the sleeve. Also preferred an embodiment in which each three first and second
  • Tongues and sleeve parts are present.
  • the invention also relates to a spherical bearing with a sleeve-shaped bearing as described above and a pivotally mounted therein and rotatably mounted ball pivot.
  • the latter is, unlike the bearing itself, preferably made of metal.
  • the invention is not based on a protection
  • Figure 1 shows a component with inserted ball joint having a bearing according to the invention
  • the component may be, for example, a steering knuckle of a vehicle, via the ball joint with a
  • Tie rod can be connected. To produce such a connection, the threaded portion 14 of the
  • Ball pin The ball portion 13 of the ball stud
  • This bearing 12 is already in the camp 12. This bearing 12 is installed in a through hole 15 in the component 10 and is axially fixed via the locking projections 27.
  • the structure of the bearing and the mounting of the ball joint can be seen better in Figure 2.
  • the generally cylindrical sleeve 12 has in its lateral surface slots 11, which in this case over about 75% of the total length
  • slots 11 define along the circumference of the lateral surface alternating first tongues 23, second tongues 24 and
  • Sleeve parts delimited tongues 23, 24 can be radial be bent elastically inwards or outwards.
  • spring hooks 26 parallel to the first tongue 23 extending spring hooks 26 are present, which have recesses 29 which can receive the ball of the ball stud, whose outline is indicated by the dashed line 30. If no spring hooks are present, alternatively, corresponding recesses in the first tongues
  • Locking projections 27, 28 are provided.
  • the distance d between the latching projections at both ends of the sleeve corresponds to the thickness d of the component. It is also advantageous if the outer diameter of the sleeve 12 corresponds to the inner diameter of the through hole 10.
  • the assembly of the ball joint is carried out as follows: First, the ball portion 13 of the ball stud is inserted into the insertion end 21 of the sleeve 12.
  • the first tongues 23 are elastically bent radially in the direction of the arrows P so that the ball 30 can enter the sleeve 12. After the largest diameter of the ball 30 has entered the sleeve and detected in the recesses 29, the tongues 23 can be returned to their original position
  • Ball section 13 can slide on the inside of the tongues or sleeve parts, possibly also the spring hooks.
  • the disassembly of the ball joint is also easily possible if you remove the locking projections of the sleeve on one side of the component. Then the sleeve with the
  • a worn sleeve can be replaced by a new one.

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Abstract

Lager für einen Kugelzapfen eines Kugelgelenks und ein entsprechendes Kugelgelenk. Das Lager hat eine zylindrische Hülse (12) mit einem Einführende (21) und einem Gegenende (22), wobei die Hülse (12) durch axial vom Einführende (21) und vom Gegenende (22) verlaufende Schlitze abwechselnd in erste Zungen (23), zweite Zungen (24) und Hülsenteile (25) eingeteilt ist. Die ersten Zungen (23) und die zweiten Zungen (24) enden jeweils frei am Einführende (21) bzw. am Gegenende (22) und haben einen radial nach außen weisenden Rastvorsprung (27, 28). Die Zungen (23, 24) sind innen so geformt, dass sie im montierten Zustand eine Kugel (30) eines Kugelzapfens (13, 14) bzw. Gelenkkopfs halten.

Description

Lager für Kugelzapfen eines Kugelgelenks Die Erfindung betrifft ein Lager für einen Kugelzapfen eines Kugelgelenks, in dem die Kugel zur Bildung des Kugelgelenks federnd eingeklemmt und gehalten werden kann.
In der Mechanik wird als Kugelgelenk ein Gelenk bezeichnet, bei dem der Gelenkkopf zum Teil Kugelform hat und mit diesem Teil in einem Lager, auch Pfanne genannt, aufgenommen ist, welche die Gestalt einer Hohlkugel hat. Dadurch sind
Drehbewegungen in beliebiger Richtung möglich, die in ihrem Ausmaß nur durch die Gestalt der anschließenden Bauteile begrenzt sind. Die Anwendungsgebiete von Kugelgelenken sind vielseitig, beispielsweise im Fahrzeugbau für Lenkung,
Radaufhängung und Gelenkwellen, im Maschinenbau bei Achsen, Wellen und Stangen, die räumliche Bewegungen ausführen, zum Beispiel Schubstangen bei Kurbeltrieben, bei Fotostativen und Leuchten. Grundsätzlich handelt es sich dabei um
Gleitlager. Im Allgemeinen wird der Raum zwischen den
Gleitflächen mit einem Schmiermittel ausgefüllt, um die Reibung zu vermindern. Bei geeigneter Auswahl der
Materialien und/oder geringer Belastung der Lagerflächen kann auf Schmiermittel verzichtet werden (Trockenlager) . Solche Lager können wartungsfrei sein.
Wenn die Kugel eines solchen Gelenks im Lager beweglich fixiert sein soll, wird bei der Herstellung beispielsweise das Lager aus zwei Teilen zusammengesetzt, wobei die Kugel vor dem Zusammensetzen eingeführt und das Lager durch das Zusammensetzen geschlossen wird. Solche Lager werden
beispielsweise vom Anmelder unter der Bezeichnung igubal® angeboten. Alternativ kann auch nach dem Einführen der Kugel in das Lager der Rand des Lagers derart plastisch verformt und zusammengezogen werden, dass die Kugel nicht mehr herausgenommen werden kann, siehe zum Beispiel DE 10 2005 054 699 AI. In dem dort offenbarten Gelenk ist ein Käfig aus Kunststoff in das Lager eingebaut.
Die Kugelgelenke werden gewöhnlich mit Gewindezapfen oder Flanschen an Kugel und Lager hergestellt und beim Einbau mit den zu verbindenden Bauteilen verschraubt. Hierzu müssen gewöhnlich in beiden Bauteilen Gewinde hergestellt werden.
Das Patent US 6,837,716 Bl offenbart hingegen eine
einsteckbare Kugelpfanne aus Kunststoff für ein Kugelgelenk, welche ohne Schraubverbindung rastend befestigt wird.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Lager für ein Kugelgelenk anzugeben, dessen Verwendung eine deutliche Vereinfachung des Herstellungsprozesses für das Kugelgelenk insgesamt ermöglicht. Andererseits soll dabei auch die
Herstellung des Lages selbst möglichst einfach möglich sein.
Diese Aufgabe wird durch ein Lager mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.
Demnach ist Gegenstand der Erfindung ein Lager für einen Kugelzapfen eines Kugelgelenks, umfassend eine zylindrische Hülse mit einem Einführende und einem Gegenende, wobei die Hülse durch axial vom Einführende und vom Gegenende
verlaufende Schlitze, deren Länge kleiner als die Länge der Hülse ist, abwechselnd in erste Zungen, zweite Zungen und Hülsenteile eingeteilt ist. Hierbei enden die ersten Zungen am Einführende und die zweiten Zungen am Gegenende frei und die ersten und die zweiten Zungen sind an ihren Enden jeweils mit einem nach außen weisenden Rastvorsprung, insbesondere einem im Wesentlichen radial nach außen
weisenden Rastvorsprung versehen sind. Ferner sind die erste und zweite Zunge innen so geformt sind, dass sie eine in die Hülse vom Einführende her eingeführte Kugel eines
Kugelzapfens halten können, insbesondere wenn die Hülse bestimmungsgemäß montiert ist.
In dem Bauteil das ein solches Lager aufnimmt braucht nun kein Gewinde mehr vorbereitet zu werden. Vielmehr genügt eine einfache Durchgangsbohrung. Dies bedeutet eine
erhebliche Vereinfachung bei der Herstellung des
Kugelgelenks .
Die Montage des Gelenks ist mit dem erfindungsgemäßen Lager ebenfalls stark vereinfacht. Man braucht nur zunächst das Lager mit dem Einführende auf den Kugelzapfen bzw. den
Gelenkkopf aufzustecken. Durch die elastische Verformung der ersten Zungen kann die Kugel durch das Einführende geführt werden. Nach Durchtritt der Kugel gehen die ersten Zungen in ihre Ausgangsstellung zurück und es stellt sich der
ursprüngliche Außendurchmesser der Hülse wieder ein. Die Hülse ist nun auf der Kugel drehbar festgelegt. Im zweiten Schritt wird die Hülse mit der Kugel in die
Durchgangsbohrung des zu verbindenden Bauteils geführt.
Dabei werden die zweiten Zungen durch ihre Rastvorsprünge elastisch nach innen gedrückt und die Hülse kann durch die Bohrung geschoben werden, bis die Rastvorsprünge aus der Bohrung austreten und die zweiten Zungen in ihre
Ausgangslage zurückkehren. Das Lager wird nun axial durch die Rastvorsprünge auf beiden Seiten des Bauteils und radial durch die Innenwände der Durchgangsbohrung gehalten. Das Lager bildet somit die Gelenk- bzw. Kugelpfanne für das Kugelgelenk .
Die Montage des Kugelgelenks ist sehr vereinfacht und kann an dem mit der Kugel zu verbindenden Bauteil geschehen. Eine getrennte Herstellung des Kugelgelenks ist nicht mehr erforderlich .
Bevorzugt sind in der Hülse vom Einführende her axial und parallel zu den ersten oder zweiten Zungen verlaufende
Federhaken vorgesehen. Diese können eine vom ein für Ende eingeführte Kugel eines Kugelzapfens halten. Dadurch wird ermöglicht, die Wandstärke der Zungen unabhängig vom
Durchmesser der Kugel und der Hülse auszuwählen.
Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Lager aus einem beliebigen Werkstoff hergestellt werden, wenn es möglich ist, den Teilen die erforderlichen elastischen Eigenschaften zu verleihen. Bevorzugt wird das Lager aus einem Kunststoff hergestellt, besonders bevorzugt aus einem thermoplastischen Kunststoff, der sich mit üblichen Verfahren wie Spritzgießen oder Formpressen bearbeiten lässt. Dabei können
beispielsweise auch die Federhaken aus Metall bestehen und durch Einsatzspritzgießen in die Hülse integriert werden. Weiter bevorzugt wird erfindungsgemäß ein Kunststoff
gewählt, der eine ausreichende Gleiteigenschaft,
insbesondere gegenüber dem Material der Kugel,
beispielsweise Stahl, hat. Kunststoffe mit Gleiteigenschaft sind beispielsweise ein Polyamid (PA) , Polyethylen (PE) , Polyoxymethylen (POM) oder Gemische oder Copolymere aus diesen. Die Gleiteigenschaft des Kunststoffs gegenüber Stahl ist dadurch charakterisiert, dass der Reibungskoeffizient zwischen beiden Materialien kleiner oder gleich 0,5 und vorzugsweise kleiner oder gleich 0,3 ist, besonders
bevorzugt kleiner oder gleich 0,25, gemessen mit einem
Stift-Scheibe-Tribometer .
Die Länge der Schlitze, welche die Zungen gegen die
restlichen Hülsenteile abgrenzen, ist bevorzugt 50-90 % der Gesamtlänge der Hülse. Die Länge hängt von der zulässigen Dehnung des Materials des Lagers ab und ist bei steiferem Material grösser.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in der Hülse abwechselnd insgesamt je zwei erste und zweite Zungen sowie Hülsenteile vorhanden. Ebenfalls bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der je drei erste und zweite
Zungen sowie Hülsenteile vorhanden sind.
Die Erfindung betrifft auch ein Gelenklager mit einem hülsenförmigen Lager wie vorstehend beschrieben und einem darin schwenk- und drehbeweglich gelagerten Kugelzapfen.
Letzterer ist, anders als das Lager selbst, vorzugsweise aus Metall hergestellt.
Die Erfindung wird anhand eines den Schutz nicht
beschränkenden Ausführungsbeispiels und der beigegebenen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 ein Bauteil mit eingesetztem Kugelgelenk, das ein erfindungsgemäßes Lager aufweist; und
Figur 2 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Lager .
In Figur 1 ist ein Ausschnitt aus einem Bauteil 10 gezeigt, in welches das erfindungsgemäße Kugelgelenk eingegliedert ist. Das Bauteil kann beispielsweise ein Achsschenkel eines Fahrzeugs sein, der über das Kugelgelenk mit einer
Spurstange verbunden werden kann. Zur Herstellung einer solchen Verbindung dient der Gewindeabschnitt 14 des
Kugelzapfens. Der Kugelabschnitt 13 des Kugelzapfens
befindet sich bereits im Lager 12. Dieses Lager 12 ist in eine Durchgangsbohrung 15 im Bauteil 10 eingebaut und wird über die Rastvorsprünge 27 axial fixiert.
Den Aufbau des Lagers und die Montage des Kugelgelenks kann man besser in Figur 2 erkennen. Die allgemein zylindrische Hülse 12 weist in ihrer Mantelfläche Schlitze 11 auf, die sich in diesem Fall über etwa 75 % der Gesamtlänge
erstrecken. Diese Schlitze gehen einmal vom Einführende 21 und, wie in Figur 2 zu sehen, auch vom Gegenende 22 aus. Die Schlitze 11 definieren längs des Umfangs der Mantelfläche abwechselnde erste Zungen 23, zweite Zungen 24 und
Hülsenteile 25. Die durch die Schlitze 11 gegen die
Hülsenteile abgegrenzten Zungen 23, 24 können radial elastisch nach innen oder außen gebogen werden. In diesem Fall sind auch noch parallel zur ersten Zunge 23 verlaufende Federhaken 26 vorhanden, die Ausnehmungen 29 aufweisen, welche die Kugel des Kugelzapfens aufnehmen können, deren Umriss durch die strichpunktierte Linie 30 angedeutet ist. Falls keine Federhaken vorhanden sind, können alternativ auch entsprechende Ausnehmungen in den ersten Zungen
ausgebildet sein. An den Enden der Zungen 23, 24 sind
Rastvorsprünge 27, 28 vorgesehen. Vorteilhaft entspricht der Abstand d zwischen den Rastvorsprüngen an beiden Enden der Hülse der Dicke d des Bauteils. Ebenso ist es vorteilhaft, wenn der Außendurchmesser der Hülse 12 dem Innendurchmesser der Durchgangsbohrung 10 entspricht.
Die Montage des Kugelgelenks wird wie folgt durchgeführt: Zunächst wird der Kugelabschnitt 13 des Kugelzapfens in das Einführende 21 der Hülse 12 eingeführt. Dabei werden die ersten Zungen 23 radial in Richtung der Pfeile P elastisch aufgebogen, so dass die Kugel 30 in die Hülse 12 eintreten kann. Nachdem der größte Durchmesser der Kugel 30 in die Hülse eingetreten und in den Ausnehmungen 29 erfasst ist, können die Zungen 23 wieder in ihre Ausgangslage
zurückkehren. Die Kugel des Kugelzapfens wird nun durch die Federhaken 26 bzw. die ersten Zungen-23 elastisch im Lager festgehalten. Nun wird die Hülse 12 mit dem Gegenende 22 in die Durchgangsbohrung 15 eingeführt. Dabei werden die zweiten Zungen 24 durch die an die Innenwand der Bohrung 15 anstoßenden Rastvorsprünge 28 elastisch nach innen gebogen, bis die Rastvorsprünge am Gegenende wieder aus der
Durchgangsbohrung austreten. Dort kehren die zweiten Zungen 24 wieder in ihre Ausgangslage zurück und das Bauteil 10 befindet sich nun zwischen den von beiden Seiten anliegenden Rastvorsprüngen 27, 28, wodurch die Hülse 12 axial fixiert ist. Damit ist das Kugelgelenk montiert und der
Kugelabschnitt 13 kann auf der Innenseite der Zungen bzw. Hülsenteile, gegebenenfalls auch der Federhaken gleiten. Die Demontage des Kugelgelenks ist ebenfalls leicht möglich, wenn man die Rastvorsprünge der Hülse auf einer Seite des Bauteils entfernt. Dann lässt sich die Hülse mit dem
Kugelabschnitt aus der Durchgangsbohrung herausziehen.
Gegebenenfalls kann dann eine verschlissene Hülse durch eine neue ersetzt werden.
Bezugszeichenliste
Bauteil
Schlitz
Lager/Hülse
Kugelabschnitt des Kugelzapfens Gewindeabschnitt des Kugelzapfens Durchgangsbohrung
Einführende
Gegenende
erste Zunge
zweite Zunge
Hülsenteil
Federhaken
Rastvorsprung der ersten Zunge Rastvorsprung der zweiten Zunge Ausnehmung der Federhaken
Umriss der Kugel

Claims

ANSPRÜCHE
1. Lager für einen Kugelzapfen eines Kugelgelenks,
umfassend
eine zylindrische Hülse (12) mit einem Einführende (21) und einem Gegenende (22),
wobei die Hülse (12) durch axial vom Einführende (21) und vom Gegenende (22) verlaufende Schlitze, deren Länge kleiner als die Länge der Hülse ist, abwechselnd in erste Zungen (23), zweite Zungen (24) und
Hülsenteile (25) eingeteilt ist,
wobei die ersten Zungen (23) am Einführende (21) und die zweiten Zungen (24) am Gegenende (22) frei enden, wobei die ersten und die zweiten Zungen (23, 24) an ihren Enden jeweils mit einem radial nach außen
weisenden Rastvorsprung (27, 28) versehen sind,
und wobei erste und zweite Zungen (23, 24) innen so geformt sind, dass sie eine in die Hülse vom
Einführende her eingeführte Kugel (30) eines
Kugelzapfens (13, 14) halten können.
2. Lager nach Anspruch 1, wobei in der Hülse (12) parallel zu den ersten und/oder zweiten Zungen (23, 24) am
Einführende (21) befestigte und axial verlaufende
Federhaken (26) angebracht sind, welche eine in die Hülse vom Einführende (21) her eingeführte Kugel (13) eines Kugelzapfens halten können.
3. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Kunststoff gefertigt ist.
4. Lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff einen Reibungskoeffizienten gegenüber Stahl von kleiner oder gleich 0,5, vorzugsweise kleiner oder gleich 0 , 3 hat .
5. Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein POM, Polyamid, PE oder ein Gemisch oder Copolymer aus diesen ist.
6. Lager nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, dass das Lager durch ein Spritzgieß- Verfahren hergestellt ist.
7. Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Schlitze (11) 50-90% der Länge der Hülse (12) beträgt.
8. Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei erste und zweite Zungen (23, 24) sowie Hülsenteile (25) vorgesehen sind.
9. Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils drei erste und zweite Zungen (23, 24) sowie Hülsenteile (25) vorgesehen sind.
10. Kugelgelenklager umfassend ein Lager nach einem der
Ansprüche 1 bis 9 und einen Kugelzapfen mit einem
Kugelabschnitt und einem Schaftabschnitt, insbesondere einem Gewindeabschnitt.
11. Kugelgelenklager nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, dass das Lager aus einem Kunststoff und der Kugelzapfen aus Metall gefertigt ist.
12. Verwendung eines Lagers nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung eines Kugelgelenks.
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