DE10002757A1

DE10002757A1 - Kugelgelenk

Info

Publication number: DE10002757A1
Application number: DE2000102757
Authority: DE
Inventors: Eberhard Spalthoff; Rainer Buesching
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2000-01-22
Filing date: 2000-01-22
Publication date: 2001-07-26
Anticipated expiration: 2020-01-23
Also published as: WO2001053710A1; DE10002757B4; AU2001223687A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein sich selbst nachstellendes Kugelgelenk mit einem einen Bolzen (1) tragenden Kugelelement (2), das schwenkbar in einer zugeordneten Kalotte aufgenommen ist, wobei die Kalotte aus einem ersten (3) und einem zweiten Kalottenelement (4) zusammengesetzt ist, die zum Verschleißausgleich über eine mit einer Kraft beaufschlagten Nachstelleinrichtung gegeneinander verschiebbar sind. DOLLAR A Erfindungsgemäß sind die beiden Kalottenelemente (3, 4) über einen Gewindeverbund formschlüssig, jedoch in rotativer und damit axialer Richtung beweglich verbunden, wobei auf den Gewindeverbund ein dauerhaft wirkendes Drehmoment aufgebracht ist.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein sich selbst nachstellendes Kugelgelenk mit einem einen Bolzen tragenden Kugelelement, das schwenkbar in einer zugeordneten Kalotte aufgenommen ist, wobei die Kalotte aus einem ersten und einem zwei ten Kalottenelement zusammengesetzt ist, die zum Verschleißausgleich über eine mit einer Kraft beaufschlagten Nachstelleinrichtung gegeneinander ver schiebbar sind.

Hintergrund der Erfindung

Ein derartiges als Lenkungslager im Kraftfahrzeugbau eingesetztes Kugelge lenk ist aus der US 3,250,555 vorbekannt. Ein einen Bolzen tragendes Kuge lelement ist in einem Gehäuse aufgenommen. Dieses Gehäuse enthält zwei sphärisch ausgebildete übereinander angeordnete Kalottenelemente, die als Gleitpartner dienen, wobei das untere Kalottenelement gegen das obere bei eintretendem Verschleiß verschoben werden kann, d. h. die Kalottenelemente nähern sich einander an. Dies erfolgt derart, dass das untere Kalottenelement von einer Nachstellschraube beaufschlagt ist. Diese Schraube ist über ihr Au ßengewinde von einem Innengewinde einer Aufnahmeöffnung eines zusätzli chen Bauteiles aufgenommen, das ebenfalls im Gehäuse untergebracht ist. Am vom unteren Kalottenelement abgewandten Ende ist die Nachstellschraube mit einem Federelement verbunden, das ein auf diese wirkendes Drehmoment erzeugt. Tritt nun bei einem oder beiden Gleitpartnern Materialabtrag durch Verschleiß ein, so bewegt sich die in der Aufnahmeöffnung des zusätzlichen Bauteils untergebrachte Verstellschraube durch das auf sie einwirkende Drehmoment nach oben und verschiebt dabei das untere Kalottenelement ge gen das obere, so dass Spielfreiheit zwischen den beteiligten Partnern der Gelenkverbindung hergestellt ist.

Nachteilig dabei ist, dass die Kraftaufnahme einer solchen Gelenkverbindung einerseits durch die Gewindetragfähigkeit der Verstellschraube und anderer seits durch die Tragfähigkeit der Kontaktfläche zwischen der Stirnfläche der Verstellschraube und dem unteren Kalottenelement begrenzt ist. Es ist auch von Nachteil, dass das die Verstellschraube aufnehmende Bauteil zusätzlich zu fertigen und zu handhaben ist. Schließlich ist weiter von Nachteil, dass ein solches Kugelgelenk aufgrund seiner Bauweise in unterschiedlichen Richtun gen unterschiedliche Steifigkeiten aufweist. Insbesondere bei Auftreten von relativ großen Kräften in Richtung Verstellschraube scheint eine solche Ge lenkverbindung nicht allen Anforderungen gewachsen zu sein.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Gelenkverbindung der gattungsge mäßen Art unter Vermeidung der bisherigen Nachteile so zu verbessern, dass sie einfacher aufgebaut ist und in allen Belastungsrichtungen die gleiche Stei figkeit aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Kalottenelemente über einen Gewinde verbund formschlüssig, jedoch in rotativer und damit axialer Richtung beweg lich verbunden sind, wobei auf den Gewindeverbund ein dauerhaft wirkendes Drehmoment aufgebracht ist.

Auf diese Weise sind die Gleitpartner selbst, d. h. die Kalottenelemente, direkt mit der Verstellfunktion zum Verschleißausgleich ausgestattet. Durch den im Vergleich zur Verstellschraube im Umfang wesentlich größeren Gewindever bund der Kalottenelemente ist auch ein Vielfaches an Kraft übertragbar, ohne dass die beteiligten Partner in Mitleidenschaft gezogen werden. Dadurch be dingt ergibt sich in allen räumlichen Belastungsrichtungen ein steifes System, dessen Kraftübertragung nicht vom Nachstellmechanismus negativ beeinfluss bar ist.

Der Lagerspielausgleichsmechanismus ist vom Kraftlauf der Betriebskräfte abgekoppelt. Dadurch ist man in der Lage, die Lagervorspannkräfte unabhän gig von der Höhe der Betriebskräfte anwendungstechnisch sinnvoll zu dimen sionieren. Vorspannungen, die sonst aus Sicherheitsgründen notwendig waren, und die daraus resultierenden Wirkungsgradverluste entfallen somit.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 beschrieben.

So ist nach Anspruch 2 vorgesehen, dass das Drehmoment durch Federkraft, Gas oder Flüssigkeitsdruck erzeugt ist. Aus Anspruch 3 geht hervor, dass das erste Kalottenelement ein Außengewinde aufweist, mit dem es in ein Innenge winde des zweiten Kalottenelementes eingreift. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 4 sollen die beiden Kalottenelemente über eine Spiralfeder miteinander verbunden sein. Nach einem weiteren zusätzlichen Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 5 soll das erste Kalottenelement L-förmig ausgebildet sein, wobei ein erster Schenkel eine Ausnehmung auf weist, in der die Spiralfeder angeordnet ist und ein zweiter Schenkel das Au ßengewinde trägt, auf dessen abgewandter Seite die kalottenförmige Ausneh mung angeordnet ist. Aus Anspruch 6 geht hervor, dass das zweite Kalot tenelement L-förmig ausgebildet ist, wobei ein erster Schenkel das Innenge winde trägt und ein zweiter Schenkel die kalottenförmige Ausnehmung bildet. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 7 ist vorgesehen, dass die Spiralfeder mit dem zweiten Kalottenelement über ein Zwi schenteil verbunden ist, das einen Mittelteil aufweist, dessen an beiden Enden in entgegengesetzter Richtung abgewinkelte Flansche den ersten Schenkel des ersten Kalottenelements und den zweiten Schenkel des Kalottenelements überdecken. In diesem Fall ist nach Anspruch 8 vorgesehen, daß Zwischenteil und zweites Kalottenelement über Befestigungsschrauben oder andere Verbin dungselemente miteinander verbunden sind. Aus Anspruch 9 geht hervor, dass beide Kalottenelemente mit einem die Reibung vermindernden Gleitbelag ver sehen sein sollen. Schließlich ist nach einem letzten Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 10 vorgesehen, dass das Kugelgelenk in Werkzeugmaschi nen des HEXAPOD-Systems eingesetzt ist. Diese Werkzeugmaschinen einer neueren Generation bewegen im Gegensatz zu konventionellen Werkzeugma schinen geringere Massen. Dies hat zu Folge, dass höhere Stellgeschwindig keiten gefahren werden können wobei insbesondere die Steifigkeit zwischen Rahmen und Werkzeugaufnahme sehr hoch sein muss. Eine solche Werk zeugmaschine kann aus mehreren Armen bestehen, die einerseits an einem Rahmen und andererseits an einer Werkzeugaufnahme gelenkig befestigt sind. Dabei kann das erfindungsgemäße Kugelgelenk in vorteilhafter Weise einge setzt werden. Gegenüber in diesem Zusammenhang auch eingesetzten wälz gelagerten Gelenken ist von Vorteil, dass bei Kugelgelenken auf Gleitlagerba sis bei gleicher Funktionalität geringere Kosten verursacht werden. Außerdem haben in derartigen Anlenkungspunkten eingesetzte Gelenke auf Wälzlager basis den Nachteil, dass sich Vibrationen und pulsierende Belastungen im Be triebszustand der Werkzeugmaschine eher negativ auf Wälzlager als auf Gleitlager auswirken.

Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Fig. 1 einen perspektivischen Halbschnitt eines erfindungsgemäßen Kugelgelenks und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine nach dem HEXAPOD-System.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die Gelenkverbindung gemäß Fig. 1 besteht aus dem den Bolzen 1 tragen den Kugelelement 2, das um die Achsen X, Y, Z schwenkbar in einer nicht be zeichneten Kalotte aufgenommen ist. Diese Kalotte wird aus dem ersten Ka lottenelement 3 und dem zweiten Kalottenelement 4 gebildet, wobei beide zur Reibungsverminderung mit je einem sphärisch ausgebildeten Gleitbelag 5 ver sehen sind. Das erste Kalottenelement 3 ist im Schnitt längs zur Achse Z L-förmig gestaltet und weist den ersten Schenkel 6 und den zweiten Schenkel 7 auf. Der zweite Schenkel 7 ist an seiner Mantelfläche mit dem Außengewinde 8 versehen, das mit dem Innengewinde 9 des zweiten Kalottenelements 4 ei nen Gewindeverbund bildet. Das zweite Kalottenelement 4 ist ebenfalls L-förmig ausgebildet, wobei der erste Schenkel 10 das Innengewinde 9 und der zweite Schenkel 11 den Gleitbelag 5 trägt. Der erste Schenkel 6 des Kalot tenelements 3 ist mit der umlaufenden Ausnehmung 12 versehen, in der die Spiralfeder 13 untergebracht ist. Diese ist an einem Ende über den Stift 14 mit dem ersten Kalottenelement 3 und am anderen Ende mit dem zweiten Kalot tenelement 4 verbunden. Diese Verbindung der Spiralfeder 13 mit dem zweiten Kalottenelement 4 erfolgt über das Zwischenteil 16, dessen Mittelteil 17 am oberen und unteren Ende in zwei in entgegengesetzter Richtung abgewinkelte Flansche 18 und 19 endet. Der untere Flansch 18 ist über den Stift 15 mit dem zweiten Ende der Spiralfeder 13 verbunden, so dass deren Drehmoment über das Zwischenteil 16 und die Befestigungsschrauben 20 auf das zweite Kalot tenelement 4 übertragen werden kann. Um eine sichere radiale Führung der beiden rotationssymmetrisch ausgebildeten Kalottenelemente 3 und 4 ineinan der zu gewährleisten, weisen der erste Schenkel 6 des Kalottenelements 3 und der Flansch 18 des Zwischenteiles 16 je einen Vorspruch 22 und 21 auf, wobei der Vorsprung 21 den Vorsprung 22 in radialer Richtung umgreift.

Bei durch Verschleiß der Gleitbeläge 5 auftretendem Lagerspiel wird das zweite Kalottenelement 4 im Uhrzeigersinn gegenüber dem ersten Kalot tenelement 3 relativ verdreht, bis der werkstoffliche Kontakt der beiden Gleit beläge mit der der Spiralfeder 13 entsprechenden Vorspannung wiederherge stellt ist. Dieser Vorgang läuft automatisch ab und wird immer dann ausgelöst, wenn bei eintretendem Verschleiß ein Lastwechsel eintritt, d. h. der Gewinde verbund ohne Last ist. Die Spiralfeder 13 ist dabei so ausgelegt, dass Nach stellwege erreicht werden, die dem gesamten Lebensdauerverschleiß der La geranordnung entsprechen. Der erfindungsgemäß ausgebildete Verstellme chanismus arbeitet selbsthemmend und überträgt auf diese Weise in jeder be liebigen Nachstellung mit großer Steifigkeit die Betriebskräfte auch in Zugrich tung (Z-Achse), ohne dass der Arbeitsspeicher (Spiralfeder 13) für die Nach stellung davon kräftemäßig berührt ist.

Die in Fig. 2 abgebildete Werkzeugmaschine 23 der neuen HEXAPOD- Generation ist mit mehreren, aus ineinandergesteckten Rohren 24, 25 gebil deten Teleskoparmen 26 versehen. Diese Teleskoparme 26 sind einerseits am Rahmen 27 und andererseits an der Werkzeugaufnahme 28 gelenkig befestigt. Die Werkzeugaufnahme 28 ist mit einem nicht dargestellten Werkzeug verse hen, das vom Motor 29 angetrieben wird. Durch Ein- bzw. Ausfahren eines oder mehrere Teleskoparme 26 lässt sich die Werkzeugaufnahme 28 in jeder gewünschten Position im Raum bewegen. Die erfindungsgemäß ausgebildeten Gelenke können bei der abgebildeten Werkzeugmaschine 23 sowohl am Rah men 27 als auch an der Werkzeugaufnahme 28 in vorteilhafter Weise einge setzt werden.

Bezugszeichen

1

Bolzen

2

Kugelelement

3

erstes Kalottenelement

4

zweites Kalottenelement

5

Gleitbelag

6

erster Sehenkel

7

zweiter Schenkel

8

Außengewinde

9

Innengewinde

10

erster Schenkel

11

zweiter Schenkel

12

Ausnehmung

13

Spiralfeder

14

Stift

15

Stift

16

Zwischenteil

17

Mittelteil

18

Flansch

19

Flansch

20

Befestigungsschraube

21

Vorsprung

22

Vorsprung

23

Werkzeugmaschine

24

Rohr

25

Rohr

26

Teleskoparm

27

Rahmen

28

Werkzeugaufnahme

29

Motor

Claims

1. Sich selbst nachstellendes Kugelgelenk mit einem einen Bolzen (1) tra genden Kugelelement (2), das schwenkbar in einer zugeordneten Ka lotte aufgenommen ist, wobei die Kalotte aus einem ersten (3) und ei nem zweiten Kalottenelement (4) zusammengesetzt ist, die zum Ver schleißausgleich über eine mit einer Kraft beaufschlagten Nachstellein richtung gegeneinander verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalottenelemente (3, 4) über einen Gewindeverbund form schlüssig, jedoch in rotativer und damit axialer Richtung beweglich ver bunden sind, wobei auf den Gewindeverbund ein dauerhaft wirkendes Drehmoment aufgebracht ist.

2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment durch Federkraft, Gas- oder Flüssigkeitsdruck erzeugt ist.

3. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kalottenelement (3) ein Außengewinde (8) aufweist, mit dem es in ein Innengewinde (9) des zweiten Kalottenelementes (4) eingreift.

4. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Kalottenelemente (3, 4) über eine Spiralfeder (13) miteinander verbun den sind.

5. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kalottenelement (3) L-förmig ausgebildet ist, wobei ein erster Schenkel (6) eine Ausnehmung (12) aufweist, in der die Spiralfeder (13) angeordnet ist und ein zweiter Schenkel (7) das Außengewinde (8) trägt, auf dessen abgewandter Seite die kalottenförmige Ausnehmung ange ordnet ist.

6. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kalottenelement (4) L-förmig ausgebildet ist, wobei ein erster Schenkel (10) das Innengewinde (9) trägt und ein zweiter Schenkel (11) die kalottenförmige Ausnehmung bildet.

7. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spi ralfeder (13) mit dem zweiten Kalottenelement (4) über ein Zwischenteil (16) verbunden ist, das einen Mittelteil (17) aufweist, dessen an beiden Enden in entgegengesetzter Richtung abgewinkelte Flansche (18, 19) den ersten Schenkel (6) des ersten Kalottenelements (3) und den zwei ten Schenkel (11) des zweiten Kalottenelements (4) überdecken.

8. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Zwi schenteil (16) und zweites Kalottenelement (4) über Befestigungs schrauben (20) oder andere Verbindungselemente miteinander verbun den sind.

9. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Kalottenelemente (3, 4) mit einem Gleitbelag (5) versehen sind.

10. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es in Werkzeugmaschinen (23) vom Typ des HEXAPOD-Systems eingesetzt ist.