-
Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk mit einem Gelenkzapfen, dessen
erweiterter Kopf mittels Lagerglieder aus reibungsarmem, deformierbarem Kunststoff
drehbar in einem Gehäuse gelagert ist, welches auf der dem Zapfen gegenüberliegenden
Seite durch einen eingebördelten Gehäusedeckel verschlossen ist, der in der Verschlußlage
die Lagerschale verformt.
-
Aus der USA.-Patentschrift 3 249 375 ist ein derartiges Kugelgelenk
bekannt und dieses Kugelgelenk weist bekannten Kugelgelenken gegenüber den Vorteil
auf, daß die Lagerschale gut um den Kopf herum gedrückt wird.
-
Ein derartiges Kugelgelenk soll in Massenproduktion mit billigsten
Mitteln hergestellt werden und soll ferner die Eigenschaften haben, daß dieses Kugelgelenk
leicht um die Zapfenachse gedreht werden kann und daß dieses Kugelgelenk gegen Verschwenkungen
gegenüber dem Gehäuse verhältnismäßig steif ist.
-
Aus der deutschen Auslegeschrift 1229 790 ist ganz allgemein bekannt,
einen Kunststoffring in ein. Kugelgelenk derart einzusetzen, daß beim Einwalzen
des Deckels Toleranzen aufgeholt werden. Eine derartige Maßnahme läßt sich aber
nicht ohne weiteres bei Kugelgelenken vorsehen, die eine Lagerschale aus reibungsarmem,
deformierbarem Kunststoff haben.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kugelgelenk
mit einer Lagerschale aus reibungsarmem, deformierbarem Kunststoff derart auszubilden,
daß die im vorstehenden aufgeführten Bedingungen erfüllt werden können.
-
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in an sich bekannter
Weise der Kopf auf der dem Zapfen gegenüberliegenden Seite eine Ausneh mung aufweist,
in die ein Stopfen aus einem elastomeren Material derart mit übermaß eingesetzt
ist, daß der Stopfen sowie die Lagerschale beim Einbördeln des Lagerdeckels unter
Freilassung eines Schmierfettraumes zwischen Deckel und Kopf deformiert sind.
-
In vorteilhafter Weise wird durch- den Stopfen einmal eine gute Vorspannung
des Kopfes erzielt, die Auslenkbewegungen einen erheblichen Widerstand entgegensetzt,
und weiterhin- werden Schmierfetträume gebildet, so daß die gegeneinander drehenden
Teile sehr gut geschmiert werden können, so daß sich das Gelenk leicht drehen läßt.
-
Durch die britische- Patentschrift 334 090 ist zwar bereits ein Kugelgelenk
bekannt, bei welchem ein Kugelgelenk in ein metallisches Gehäuse eingesetzt ist,
ohne daß zwischen Gehäuse und Kugelgelenk eine Lagerschale eingeschaltet ist. Dieses
Kugelgelenk ist dadurch festgelegt, daß von unten in das Gehäuse -eine metallische
Schraube eingeschraubt wird. Zwischen dieser Schraube und dem Kugelkopf kann ein
elastisches Material, wie beispielsweise Gummi eingesetzt werden, wobei dieses Material
einen hohen Reibungskoeffizienten haben soll. Durch ein festes Zusammenschrauben
des Kugelgelenkes soll hierbei eine freie Bewegung der Kugel verhindert werden.
Mit diesen Mitteln können die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben
nicht gelöst werden.
-
Die Erfindung soll unter Bezugnahme auf die i Figuren der Zeichnung
erläutert werden. Es zeigt F i g. 1 eine perspektivische Teilansicht eines Lenkgestänges,
F i g. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-11 in "F i: g.1, F i g. 3 einen
Schnitt durch die zur Vorbelastung in dem Gehäuse zusammengesetzten Gelenkteile,
F i g. 4 einen vertikalen Schnitt durch die Kunststofflagerschale und F i g. 5 eine
schematische Darstellung eines Zapfengelenkes und eine graphische Darstellung der
Last und der Ablenkung.
-
In F i g. 1 sind die Zapfengelenke 10 so dargestellt, daß sie
die Enden eines Querlenkers 11 eines Kraftfahrzeug-Parallelogramm-Lenkgestänges
tragen. Ein Gelenk 10 verbindet schwenkbar ein Ende des Querlenkers 11 mit
einem Kurbelarm 12. Ein zweites Gelenk verbindet schwenkbar das andere Ende des
Querlenkers 11 mit einem Leerlaufarm 13. Der Kurbelarm 12 wird bei 14 schwenkbar
an dem Lenkgetriebe des Fahrzeuges (nicht gezeigt) getragen, während der Leerlaufarm
13 bei 15 schwenkbar von einem Bügel B getragen wird, der an dem Rahmen des Fahrzeuges
befestigt ist. Eine Schwenkung des Kurbelarmes 12 um sein Lager 14 wird den Querlenker
11 hin- und herbewegen. Zugstangen 16 sind an dem Querlenker innerhalb von dessen
Enden mittels herkömmlicher Kugelgelenke 17 angebracht. Die Hin- und Herbewegung
des Querlenkers 11 wird auf diese Zugstangen durch Kugelgelenke übertragen, während
gleichzeitig die Gelenke Aufwärts- und Abwärtsbewegungen der Zugstangen aufnehmen,
die durch die Räder des Fahrzeuges auf sie übertragen werden. Wie es gezeigt ist,
sind die Zugstangen mit den Lenkarmen 18 des Fahrzeugrades 19 mittels eines Kugelgelenkes
20 verbunden. Eine Längsbewegung der Zugstangen 16 zieht und schiebt die
Lenkarme 18, um die Räder 19 um ihre Aufhängeachse zu schwenken und dadurch das
Fahrzeug zu lenken.
-
An den Rädern 19 wirkende Kräfte leiten durch die Zugstangen 16 Teilkräfte
auf den Querlenker 11 und verursachen, daß er vorwärts und rückwärts rollt und dadurch
eine unerwünschte Vorspur in die: Radausrichtung einleitet. Die Gelenke 10 verhindern
dieses Rollen des Querlenkers, da sie stabile Gelenke sind, die die Enden des Querlenkers
stützen, und da sie eine relativ konstante Drehkraft zur Längsverschiebung des Querlenkers
in Abhängigkeit von den Lenkimpulsen ausüben.
-
Gemäß F i g. 2 weisen die Gelenke 10 ein Gehäuse 21 am Ende des Querlenkers
11, das entweder mit dem Lenker aus einem Stück geformt oder an ihm befestigt ist,
und einen Zapfen 22 auf, der von dem Gehäuse hervorsteht. Der Leerlaufarm 13 und
der Kurbelarm 12 haben Augen 23, an denen der Zapfen mittels einer Klemmutter 24
fest verkeilt wird. Eine Staubkappe 25 ist zwischen dem Auge 23 und dem Gehäuse
21 angeordnet.
-
Das Gehäuse 21 hat eine kegelige Bohrung 26, die vom weiten Bodenende
27 zu einem radial nach innen gewölbten engeren oberen Ende 28 mit einer Öffnung
29 zusammenläuft.
-
Der Zapfen 22 hat einen im Gehäuse 21 angeordneten Kopf 30 und einen
im wesentlichen zylindrischen Schaft 31, der sich vom Kopf aus durch die Öffnung
29 hindurcherstreckt. Der zylindrische Schaft 31 hat einen kegehgen Abschnitt 32,
der in die kegelige Bohrung des Auges 23 eingepreßt wird, um einen Gewindeendabschnitt
33, auf den die Klebemutter 24 aufgeschraubt ist.
Der Kopf 30 des
Zapfens 22 hat einen Kugelabschnitt 34, der vom zylindrischen Schaft 31 aus einem
länglichen, zylindrischen Abschnitt 35 auseinanderläuft.
-
Eine zylindrische Aussparung 36 ist im Kopf 30 vorgesehen und erstreckt
sich vom flachen unteren Ende des Kopfes bis zu einer Tiefe innerhalb des zylindrischen
Abschnittes 35 des Kopfes und endet somit kurz vor dem Kugelabschnitt 34. Der Boden
der Aussparung 36 ist vorzugsweise konkav, wie es bei 37 dargestellt ist.
-
Das Randende des Kopfes 30, das die Aussparung 36 umgibt, ist doppelt
abgeschrägt mit einer nach außen auseinanderlaufenden Öffnung 38 und mit einem nach
innen gewölbten Umfang 39. Eine Kunst stofflagerschale 40, die so geformt ist, daß
es die in F i g. 4 gezeigte Form aufweist und vorzugsweise aus hochdichtem linearem
Äthylen-Kopolymer besteht, hat einen mittleren Hohlraum 41 mit offenem Ende, der
den Kopf 30 des Zapfens aufnimmt, und eine konische Seitenwand 42, die in die Bohrung
26 des Gehäuses eingepreßt wird. Die Lagerschale hat im freien Zustand einen Bodenrand
43 und eine flache obere Endwand 44. Der Hohlraum 41 weist eine gerade
zylindrische Bohrung 45 auf, die sich vom flachen Endrand 43 nach oben bis zu einem
Teilkugelabschnitt 46 erstreckt, der etwa in der Mitte zwischen dem oberen und unteren
Ende des Lagers beginnt. Der Kugelabschnitt 46 läuft zu einer zylindrischen Öffnung
47 im engen Ende 44 des Lagers zusammen.
-
Die Lagerschale 40 ist am unteren Ende 43 am dicksten
und in der Mitte des kugeligen Hohlraumes 46 am dünnsten.
-
Ein Kunststoffblock 48, aus demselben Material wie die Lagerschale
40, wird in die Aussparung 36 des Kopfes 30 eingesetzt. Wie es in F i g. 3 gezeigt
ist, ist der Block 48 in seinem freien Zustand zylindrisch und hat einen geringfügig
kleineren Durchmesser als die Aussparung 36, aber eine größere Länge als die Tiefe
der Aussparung, so daß, wenn dieser gegen die Wand 37 der Aussparung angepreßt wird,
sich dieser über den Bolzenkopf 30 ausdehnt. Das ausgedehnte Ende 48 des Blockes
ist gewölbt oder abgerundet, wie es bei 49 gezeigt ist.
-
Das Gehäuse 21 wird durch eine Verschlußscheibe 50 verschlossen, die,
wie es in F i g. 3 gezeigt ist, einen runden äußeren Umfang 51 von geringerem Durchmesser
hat als das weite Ende der Bohrung 26, so daß sie frei in das weite Ende 27 des
Gehäuses hineinpaßt. Die Scheibe 50 hat einen mittleren teilkugelförmigen Abschnitt
52, der eine konkave Aussparung bildet, die dem Stopfen 48 gegenüberliegt und die
von einem radialen Rand 53 umgeben wird.
-
Wie in F i g. 3 gezeigt, ist die Höhe der zusammengesetzten Gelenkteile
im Gehäuse 21 in freiem Zustand beträchtlich größer als die Höhe in zusammengebautem
Zustand, wie sie in F i g. 2 gezeigt ist.
-
Beim Zusammenbau wird Schmiermittel G in die Aussparung 46 der Lagerschale
40 und in den Boden der Aussparung 36 eingegeben. Der Zapfen wird dann in die Lagerschale
eingepreßt, wobei der zylindrische Schaft 31 sich frei durch die Lageröffnung 47
hindurcherstreckt, und der Kugelabschnitt 34 wird in den Lagerhohlraum 46 eingesetzt,
wobei zwischen dem Zapfen und der Lagerschale in diesem Hohlraum ein Schmierfilm
eingeschlossen wird. Der zylindrische Kopfabschnitt 35 wird in die zylindrische
Bohrung 45 des Lagers eingesetzt. Der Zapfen und die Lagerschale werden dann in
das weite Ende 27 des Gehäuses 21 eingefügt, wobei sich der Schaft frei durch die
Öffnung 29 des gegenüberliegenden Endes 28 hindurcherstreckt. Die Neigung 42 der
Lagerschale 40 stimmt mit der Kegelbohrung 26 des Gehäuses überein,
um einen Keilpreßsitz zu schaffen, und die Endwand 44 der Lagerschale schließt mit
der Endwand 28 des Gehäuses ab. Wenn die Lagerschale in das Gehäuse eingesetzt ist,
werden das Randende des Kopfes und das Randende 43 der Lagerschale im wesentlichen
auf gleicher Höhe liegen, vorzugsweise miteinander eben sein und sich innerhalb
des unteren Endes des Gehäuses befinden, wie es in F i g. 3 dargestellt ist. Der
Block 48 wird dann in die Aussparung 36 eingesetzt, wobei das Schmiermittel im Boden
der Aussparung eingeschlossen wird, und die Verschlußscheibe 50 wird über den Block
aufgesetzt, wie es in F i g. 3 gezeigt ist. Die Scheibe 50 wird dann in das Lager
unter einer vorbestimmten Belastung eingepreßt, die den Block aus seinem freien
Zustand gemäß F i g. 3 in die Form gemäß F i g. 2 verformt und gleichzeitig verursacht,
daß der Rand 53 der Scheibe das Ende 43 des Lagers gemäß F i g. 2 verformt. Wenn
die gewünschte Last auf die Scheibe 50 aufgebracht worden ist, wird das Ende 27
des Gehäuses über den Rand 53 der Scheibe umgewalzt, wie es bei 54 in F i g. 2 gezeigt
ist, um eine Halteschulter zu schaffen, die die Scheibe in dem Gehäuse festhält.
-
Der Block 48 wird unter der axialen Belastung durch die Verschlußscheibe
50 entsprechend der zylindrischen Aussparung 36 und der kugelförmigen Aussparung
verformt, die durch den mittleren Abschnitt 52 der Verschlußscheibe gebildet wird.
Dadurch wird das Schmiermittel im Boden der Aussparung 36 eingeschlossen und eine
nach außen gerichtete Wulst 55 gebildet, die in ihrer Form mit der abgeschrägten
Öffnung 38 der Aussparung 36 übereinstimmt, um einen erweiterten, am unteren Ende
kugelförmigen Kopf 56 zwischen der Scheibe 50 und dem Randende des Kopfes zu bilden.
Gleichzeitig wird das Ende 43 der Lagerschale durch den Umfang 53 der Scheibe 50
in übereinstimmung mit dem abgeschrägten Rand 39 des Kopfes verformt und bildet
dadurch eine nach innen gewölbte Lippe 57 zwischen der Verschlußscheibe und dem
Kopf. Diese Lippe 57 ist wirksam, um Schmiermittel im Hohlraum der Lagerschale abzudichten,
während die Wulst 55 ebenfalls wirksam ist, um Schmiermittel in der Aussparung 36
des Kopfes abzudichten.
-
Aus F i g. 3 ist zu erkennen, daß die Scheibe 50 sich in die Bohrung
26 des Gehäuses über einen beträchtlichen Abstand ausdehnen kann, bevor sie die
Gehäusewand berührt. Somit kann selbst, wenn die nicht zusammengepreßte Höhe der
Gelenkteile beträchtlich variiert, dieselbe Axiallast durch die Verschlußscheibe
50 aufgebracht werden, um die Teile in demselben Ausmaß zu belasten, selbst wenn
die Toleranzen der Teile beträchtlich abweichen. Eine vorbestimmte Axiallast wird
dann auf alle Gelenke aufgebracht und führt somit zur gleichen Drehkraft für die
Gelenke, unabhängig von Abweichungen in den Größen der Einzelteile.
-
Wie in F i g. 5 gezeigt, haben die Gelenke einen sehr großen Widerstand
gegen Winkelablenkung, obwohl der Zapfen in dem Gehäuse schwenken kann, um Ausrichtungsfehler
aufzunehmen, wie sie beispielsweise
in dem Lenkgestänge gemäß F
i g. 1. auftreten können. Wenn somit der Zapfen 22 in Winkelrichtung innerhalb des
in F i g. 5 gezeigten Bereiches abgelenkt wird, muß er um die Mitte C im Gehäuse
21 schwenken, und der Hebelarm ist mit M bezeichnet, wenn die Last bei L aufgebracht
wird. Die graphische Darstellung zeigt dann das Moment in kg/cm (Last X Abstand),
das erforderlich ist, um die Winkelablenkung zustande zu bringen. Es ist ersichtlich,
daß eine Winkelablenkung von 2° ein Moment von fast 400 kg/cm erfordert. Das schafft
eine höchst erwünschte Widerstandsfähigkeit für den Querlenker 11 und schaltet die
Probleme aus, die bisher durch das Vorwärts- und Rückwärtsrollen des Querlenkers
auftraten.
-
Der axial belastete Block und die Lagerschale in den Gelenken halten
Druckspannungen aufrecht, die freigegeben werden, wenn sich während des Betriebes
des Gelenkes ein Verschleiß einstellt, so daß die Drehkraft während einer langen
Lebensdauer konstant bleibt. Beim praktischen Einbau in Kraftfahrzeuglenkgestängen
sind Drehmomente von zwischen 20 und 60 kg/cm zufriedenstellend, aber es
ist bezeichnender, daß ein konstantes zulässiges Drehmoment während der Benutzungsdauer
eines Gestänges aufrechterhalten wird. Es sei bemerkt, daß der zusammenpreßbare
belastete Block und die Lagerschale den Zapfen zur Drehung um eine feste Mitte festhalten
und daß selbst dann, wenn eine Ablenkung auftritt, wie sie in F i g. 5 dargestellt
ist, der Drehpunkt konstant bleibt. Die Zapfen 22 für die Gelenke werden zweckmäßigerweise
durch Kaltanstauchen von Stahlstangen hergestellt, wobei die hohlen zylindrischen
Enden der Köpfe durch rückwärts gerichtetes Pressen während dieses Kaltstauchverfahrens
geformt werden. Die abgeschrägten Randenden der Bolzenköpfe können das Ergebnis
des freien Flusses bei dem rückwärts gerichteten Preßvorgang sein, aber es wird
vorgezogen, daß das abgeschrägte Ende 39 um den Außendurchmesser des Randes auf
einen bestimmten Radius gebracht wird, so daß die Lippe 57 des Lagers eine festgelegte
Größe und Form aufweist, um das Lagergehäuse zu stabilisieren.