DE10157934A1 - Buchse zur Einschränkung einer Bewegung eines Kugelgelenks - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Buchse (7) für eine Einschränkung einer Winkelbewegung eines Kugelgelenks zur Verwendung bei Verbindungen von Bauteilen, die eine eingeschränkte Winkelbewegung in einer vorbestimmten Richtung und eine freie Drehbewegung erfordern und die insbesondere in Kraftfahrzeugen, hauptsächlich bei Steuer- oder Verbindungsstangen, eingesetzt wird, die eine gekrümmte Form haben können, von der ein Gewicht ausgeht, das sie nach unten zieht, was zur Folge hat, daß sie aus der Ausrichtung gegenüber anderen Komponenten des Systems geraten und den Kugelstift des Kugelgelenks drängen, außerhalb seiner konstruierten geometrischen Achse zu arbeiten. Somit schafft das erfindungsgemäße Kugelgelenk die Konstruktion einer Buchse (7), die an dem Körper des Kugelstifts (1) montiert wird, und sieht auch vor, daß diese aus Elastomer herstellt ist, wobei zwei gegenüberliegende Quadranten ihrer äußeren Oberfläche mit Ausnehmungen (8) und zwei andere gegenüberliegende Quadranten mit einer glatten äußeren Oberfläche versehen sind, wobei eine der Stirnflächen der Buchse (7) mit einer umgreifenden Ringscheibe versehen ist, die deren Verformung im montierten Zustand und im Betrieb verhindert und die auf der anderen Seite zur richtigen Montage und zum perfekten Betrieb des Systems mit einer Positionierungsbohrung (10) versehen ist, die in verschiedener Art und Weise ausgeformt sein kann, die, umfangen und in Richtung der langlochartigen Öffnung des Gehäuses des Kugelgelenks ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Buchse zur Einschränkung einer Winkelbewegung eines Kugelgelenks zur Anwendung bei Verbindungen, die eine Winkel- und Drehbewegung zweier Teile zueinander erfordern, wobei die Winkelbewegung in einer bestimmten Richtung eingeschränkt sein muß, um einen gewünschten technischen Effekt zu erreichen. Diese Erfindung betrifft insbesondere eine Buchse für ein Kugelgelenk zur Verwendung in Kraft­ fahrzeugen.

Die übliche Technik für die Konstruktion von Kugelgelenken basiert auf einer Konstruktion, die aus einem Gehäuse oder einer Aufnahme besteht, in denen ein einzelnes Lager oder ein geteiltes Lager untergebracht ist, das wiederum eine Kugel beherbergt, die als integraler Teil eines Endes eines Stiftes, des sog. Kugelstiftes angeordnet ist. Diese Anordnung hat, ordent­ lich montiert, ein Befestigungssystem am äußeren Teil des Gehäuses oder der Aufnahme, welches an dem der Kugel gegenüberliegenden Ende des sog. Kugelstifts in der Weise angebracht ist, daß es, wenn das Gehäuse an einem beweglichen Bauteil befestigt ist, und der Körper des Kugelstifts an einem anderen Bauteil befestigt ist, beiden Bauteilen Winkel- und Drehbewegungen ermöglicht. Dies sind die üblichen Konstruktionen von Kugelgelenken, die im allgemeinen in den Steuerungs- und Aufhängungssystemen eines Fahrzeugs eingesetzt werden. Jedoch abhängig von dem Einsatzort haben diese Systeme Eigenheiten, die dazu führen, daß die Anforderungen an den Betrieb, die sich durch die einzelnen Bauteile ergeben, welche verbunden und gelenkig montiert sein müssen, erfüllt werden.

Bei dieser Erfindung muß das Kugelgelenk mit der Buchse zur Einschränkung einer Winkel­ bewegung die freie Drehbewegung des Kugelstifts ermöglichen, jedoch gleichzeitig die Winkelbewegung desselben Kugelstifts in einer bestimmten Richtung einschränken, wie dies insbesondere bei Steuer- oder Verbindungsstangen der Fall ist, bei denen die Drehbewegung relativ zu den darin befindlichen Längsachsen unerwünscht ist. Die Drehbewegung der Stange relativ zu ihrer Längsachse drängt den Kugelstift, sich winkelmäßig auf eine der Seiten des Gehäuses des Kugelgelenks zu verschieben, was den unzulänglichen Betrieb des Kugelgelenks selbst und im weiteren der Stange selbst verursacht, die so konstruiert ist, daß sie zu anderen Komponenten des Systems ausgerichtet arbeitet.

Um diese Nachteile zu überwinden, wurde im dieser Erfindung vorausgehenden Stand der Technik bis heute eine Alternative eingesetzt, um die langlochartige Öffnung des Gehäuses des Kugelgelenks zu positionieren, was bei dieser Konstruktionsart üblich ist, durch welche sich der Körper des Kugelstifts erstreckt und zwar in der Weise, daß die engste Seite der Öffnung, das ist die Seite, die eine kleinere Winkelbewegung des Kugelstifts erlaubt, zu­ sammenfällt mit der Ebene, in der die Bewegung des Kugelstifts eingeschränkt werden soll. und dies hindert die Stange daran, sich um ihre Längsachse zu drehen. Diese Technik, wie leicht zu schließen ist, löst das Problem nicht, da sie die Stange an einer Drehung um ihre Längsachse herum hindert, und dies findet nur deshalb statt, weil der Körper des Kugelstiftes des Kugelgelenks sich bis zu seiner äußersten Grenze der Winkelbewegung auf die Seite bewegt hat und an der langlochartigen Öffnung des Gehäuses des Kugelgelenks anstößt. Auf diese Weise wird, während diese Variante das Problem der Drehung der Stange teilweise löst, ein anderes Problem verursacht, nämlich der ungleichmäßige Betrieb des Kugelgelenks, dessen Kugelstift gegen die Öffnung des Gehäuses angelehnt, und damit aufgrund seiner Konstruktion außerhalb seiner geometrischen Achse arbeitet. Dieser unzulängliche Betrieb des Kugelgelenks verursacht Bewegungsfehler, vorzeitigen Verschleiß, Geräusche und andere unerwünschte Nachteile.

Um diese Nachteile des zulänglichen Betriebs des Kugelgelenks zu vermeiden, entwickelte der Stand der Technik, auch zeitlich vor der vorliegenden Entwicklung einige Systeme, die darin bestanden, die Schutzkappe des Kugelgelenks durch eine Art Gummibuchse zu ersetzen, welche, wenn die Montage des Kugelgelenks an der Stange durchgeführt wurde, dieselbe zusammendrückte, was einen federartigen Effekt bewirkte, der in Zusammenarbeit mit dem engsten Teil der langlochartigen Öffnung des Gehäuses des Kugelgelenks den Zweck hat, die Drehung zu verhindern, wobei dasselbe daran gehindert wurde, sich selbst um seine Längs­ achse zu verschieben, zur selben Zeit, zu der es dazu tendierte, den Kugelstift des Kugelge­ lenks in der geometrischen Achse, in der er konstruiert war, zu halten, wenn die Spannung nicht groß ist. Bis heute hat aber auch diese Technik die gewünschten Erfolge nicht gebracht, da, wenn man den Schutzdeckel durch die Gummibuchse ersetzt, die letztere so konstruiert werden muß, daß sie dem Kugelgelenk den gleichen Dichtungseffekt bieten muß, der durch die Schutzkappe geboten wurde, und, um dieses Ziel zu erreichen, wurden zusätzliche Bearbeitungsverfahren für das Kugelgelenk und ein spezielles Konstruktionssystem für die Gummibuchse erforderlich, um zu ermöglichen, daß diese beiden Funktionen erfüllt werden, nämlich die Abdichtung der Öffnung des Kugelgelenks und die Schaffung des federartigen Effekts auf den Kugelstift des Kugelgelenks, um diesen in seiner konstruierten geometrischen Achse zu halten. Dieses System ist neben dem Umstand, daß es das Endprodukt verteuert, wenig anwendbar, da sein Einsatz auf Stangen beschränkt ist, die wenige Bewegungen durchführen und folglich keine große Belastung auf den Kugelstift ausüben. Und als Folge der konstanten Belastung auf die Gummibuchse tendiert diese Lösung dazu, die Betriebs­ lebensdauer des Kugelgelenks vorzeitig zu verkürzen, was das Dichtungssystem beeinträchtigt, und als Folge hiervon wird das Kugelgelenk mit diesem ungünstigen Betrieb durch Ver­ unreinigungen wie Staub, Sand und Wasser verschmutzt, was zu seinem vorzeitigen Ver­ schleiß führt.

Neben der oben diskutierten Technik wurden andere Systeme mit demselben Ziel entwickelt, die Winkelbewegung eines Kugelgelenks in einer bestimmten Richtung einzuschränken, da diese Systeme jedoch bei Stangen mit geringer oder großer Verschiebung, ganz allgemeiner Verwendung, unabhängig von der Bewegung der Stange eingesetzt werden, sind sie komplexe und teure Systeme, da sie die Konstruktion eines Fortsatzes im Bereich der Kugel des Kugelstifts erfordern und hierzu passend die Konstruktion eines speziellen Deckels für das Gehäuse des Kugelgelenks erfordern, durch das der Körper des Kugelstifts vorragt, und der die Funktion hat, den Fortsatz des Kugelabschnitts des Kugelstifts zu beherbergen, um in Kooperation mit der langlochartigen Öffnung des Gehäuses die Winkelbewegung des Kugel­ stifts in einer bestimmten Richtung einzuschränken. Diese Systeme sind wirkungsvoll, jedoch ziemlich teuer, was man aus der vorgehenden Beschreibung schließen kann, und wenn das Kugelgelenk für Stangen mit geringer Bewegung eingesetzt werden soll, rechtfertigen die hohen Kosten dieser Systeme den Einsatz dieser spezifischen und begrenzten Verwendungs­ möglichkeit ökonomisch nicht.

Demnach beschränkt gemäß der Erfindung eine Buchse - die die Winkelbewegung für ein Kugelgelenk einschränkt, wobei sie auf diese Weise die im Stand der Technik vorliegenden Nachteile vermeidet, mit niedrigen Kosten, hoher Lebensdauer und in der Hauptsache mit einem wirkungsvollen Dichtungssystem, das nebenbei die Schutzkappe des Kugelgelenks ersetzt - deren Winkelbewegung in einer bestimmten Richtung, erzeugt den federartigen Effekt, der den Kugelstift immer in seiner konstruierten geometrischen Achse hält und hat hohe Haltbarkeit, da das Material der Buchse, die aus einem Elastomer gefertigt ist, nicht außerordentlichen Belastungen unterworfen wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen kurz beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Kugelgelenk in einem Teillängsschnitt, um Einzelheiten der Kon­ struktion darzustellen.

Fig. 2 zeigt in einer Grundrißansicht den Schnitt des Kugelgelenks von Fig. 1 entlang der Schnittlinie X-X.

Fig. 1 zeigt ein Kugelgelenk, das aus einem Kugelstift 1, der in einem oberen Gehäuse 2 und einem unteren Gehäuse 3 eingebettet ist, besteht, wobei die Anordnung im Inneren eines Gehäuses 4 montiert ist, in dessen Öffnung, durch welche die Anordnung eingeführt wurde, eine Feder 5 eingesetzt ist und danach die Öffnung durch einen Deckel 6 geschlossen ist, wobei der Körper des Kugelstifts 1 durch das gegenüberliegende Ende des Gehäuses 4 vorragt, der an einem Bauteil fixiert werden muß, und der äußere Teil des Gehäuses 4 muß an einem anderen Bauteil befestigt werden, so daß die durch den Kugelstift 1 relativ zu dem Gehäuse 4 erzeugten eingeschränkten Winkel - und freien Drehbewegungen an diese Bauteile übertragen werden können, wobei die von diesen geforderten Bewegungsanforderungen erfüllt werden.

An dem Körper des Kugelstiftes 1 ist eine Buchse 7, Gegenstand dieser Erfindung, vor­ gesehen, die in ihrer zylindrischen Form aus einem Elastomer hergestellt ist, die in dem mittleren Bereich ihres äußeren Umfangs zwei gegenüberliegende Ausnehmungen 8 aufweist, die sich selbst verbiegen, wenn der Kugelstift 1 eine Winkelbewegung in diese Richtung ausführt. Diese Ausnehmungen 8 bewirken nämlich eine Entlastung in dem Elastomer, wenn dieses in dieser Richtung bewegt wird, wodurch ein "Harmonika"-Effekt ausgelöst wird, wobei die Bewegung und die Wirkung eines Schutzdeckels in der Regel für die Dichtung von Kugelgelenken verwendet wird. Auf der unteren Oberfläche der Buchse 7 ist eine umgreifen­ de Lochscheibe 9 vorgesehen, die die Funktion hat, die Verformung der Buchse 7 zu vermei­ den, wein sie montiert und in Betrieb ist, und im oberen Teil dichtet die Buchse 7 die langlochartige Öffnung des Gehäuses 4, durch welches der Körper des Kugelstifts 1 vorragt ab, und in dieser Fläche hat die Buchse 7 eine Positionierungsbohrung 10, die in verschiede­ nen Formen ausgeführt werden kann und die in einen Vorsprung 11 paßt, der in der Wand der langlochförmigen Öffnung des Gehäuses 4 vorgesehen ist, welche ebenfalls in ver­ schiedenen Ausführungsformen ausgebildet sein kann. Die Bohrung 10 und der Vorsprung 11 haben während der Montage des Kugelgelenks die wichtige Funktion der Positionierung der Buchse 7. Der glatte Umfang 12 der Buchse 7 fällt dort, wo keine Ausnehmungen 8 vor­ gesehen sind, mit der länglichen Öffnung des Gehäuses 4, durch welche der Körper des Kugelstifts 1 ragt, zusammen. Durch dieses System wird ein wichtiger technischer Effekt erreicht, wenn nämlich die glatte Fläche 12 des äußeren Umfangs der Buchse 7 mit der langlochartigen Öffnung des Gehäuses 4, durch welche der Körper des Kugelstifts 1 ragt, zusammenfällt, hat die Winkelbewegung des Kugelstifts 1 relativ zu dem Gehäuse 4 des Kugelgelenks die erforderliche Einschränkung im engsten Sinn der langlochartigen Öffnung des Gehäuses 4, um den Kugelstift 1 zu zwingen, in seiner vorragenden geometrischen Achse zu bleiben und die Verbindungsstange perfekt mit den anderen Komponenten des Systems ausgerichtet zu halten. Der Effekt der Einschränkung der Winkelbewegung des Kugelstifts 1 relativ zu dem Gehäuse 4 des Kugelgelenks in der gewünschten Richtung ist dadurch mit allen Vorteilen, die durch das gesamte Konstruktionssystem der Buchse 4 und ihrer An­ ordnung in dem Kugelgelenk entstehen, erreicht, wenn die glatte Fläche 12 des äußeren Umfangs der Buchse 4, nämlich die Quadranten gegenüber den Ausnehmungen 8 die Funk­ tion einer Feder ausüben, wenn die Winkelbewegung des Kugelstifts 1 in diese Richtung ausgeführt wird. Mit dieser Konstruktion fügt die Buchse 4, die die Winkelbewegung des Kugelgelenks einschränkt, als geeignete Einschränkungsfunktion, wenn sie die Federfunktion durch die glatte Fläche 12 ihres äußeren Umfangs übernimmt, die Dichtungsfunktion hinzu, die in den Kugelgelenken üblicherweise verwendete Schutzkappen ausüben, wenn sie die Funktion einer Harmonika übernimmt und zwar durch die Ausnehmungen 8, die auch in ihrem äußeren Umfang vorgesehen sind, und im Hinblick auf die zwischen diesen beiden Funktionen ablaufende Kooperation muß die Buchse 4 keine besonderen Belastungen tragen, was ihr eine lange Lebensdauer ermöglicht.

Claims (5)

1. Buchse zur Einschränkung einer Winkelbewegung für ein Kugelgelenk bestehend aus einem Kugelstift (1), der in einem oberen Gehäuse (2) und in einem unteren Gehäuse (3) untergebracht ist, wobei die Anordnung im Inneren eines Gehäuses (4) montiert ist, das eine Feder (5) enthält und durch einen Deckel (6) verschlossen ist, wobei das Ende des Gehäuses (4), das gegenüber dem Deckel (6) liegt, von dem Körper des Kugelstifts (1) durchdrungen wird, der an einem Bauteil befestigt ist und wobei das Gehäuse (4) an einem anderen Bauteil befestigt ist, wobei die Buchse den Bauteilen eine in einer vorbestimmten Richtung eingeschränkte Winkelbewegung und eine freie Drehbewegung ermöglicht, die aus der Bewegung abgeleitet werden, die durch den Kugelstift (1) und das Gehäuse (4) erzeugt werden, wobei sich der Kugelstift (1) mit dem der Kugel gegenüberliegenden Ende, nämlich dem Körper des Kugelstifts (1), der durch eine langlochartige Öffnung des Kugelgelenks vorragt, durch eine Buchse (7) erstreckt, die aus einem Elastomer hergestellt ist, die in ihrer äußeren Umfangsfläche (12) zwei sich gegenüberliegende Quadranten aufweist, die mit Ausnehmungen versehen sind und zwei sich ebenfalls gegenüberliegende andere Quadranten aufweist, die eine glatte Oberfläche haben.

2. Buchse nach Anspruch 1, bei der in ihrer Kontaktfläche mit der langlochartigen Öff­ nung des Kugelgelenks, durch die der Körper des Kugelstifts (1) vorragt, eine Positio­ nierungsbohrung (10) vorgesehen ist, die in verschiedener Art und Weise ausgebildet sein kann, jedoch die Aufgabe hat, die Buchse während der Montage des Kugelgelenks zu positionieren, und zwar zusammenfallend mit der glatten Oberfläche ihres äußeren Umfangs, d. h. in derselben Richtung der langlochartigen Öffnung des Gehäuses (4), in der auch ein Vorsprung (11) vorgesehen ist, der ebenfalls in verschiedenen Ausfüh­ rungsformen ausgebildet sein kann, zur Plazierung in der Positionierungsbohrung (10) der Buchse (7).

3. Buchse nach Anspruch 1 oder 2, bei der durch die Konstruktion die erforderliche Einschränkung der Winkelbewegung des Kugelstifts in der vorbestimmten Richtung in ihrer konstruierten geometrischen Achse erreicht wird und die Verbindungsstange mit den anderen Komponenten des Systems perfekt ausgerichtet gehalten wird.

4. Buchse nach Anspruch 1, 2 oder 3, die auf ihrer unteren Oberfläche von einer um­ greifenden Ringscheibe überdeckt ist, die die Funktion hat, die Verformung der Buchse (7) im Montagezustand und im Betrieb zu vermeiden.

5. Buchse nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei der durch die Ausnehmungen (8), die in gegenüberliegenden Quadranten ihres äußeren Umfangs (12) angeordnet sind, ein korrespondierender Effekt erreicht wird, der die perfekte Abdichtung des Kugelgelenks ermöglicht und durch die glatten Oberflächen, die ebenfalls in gegenüberliegenden Quadranten ihres äußeren Umfangs (12) vorgesehen sind, einen Federeffekt ermöglicht, der den Kugelstift (1) stets in seiner geometrischen Achse hält.