DE2326018A1

DE2326018A1 - Kugelgelenk

Info

Publication number: DE2326018A1
Application number: DE2326018A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Uchida
Original assignee: Ishikawa Tekko KK
Current assignee: Ishikawa Tekko KK
Priority date: 1973-02-06
Filing date: 1973-05-22
Publication date: 1974-08-22
Also published as: AU6524774A; US3856423A; JPS5344620B2; JPS49101762A; DE2326018C3; DE2326018B2; IT1007548B; FR2216853A5; GB1447258A; AU475212B2; CA1007474A; BR7400814D0

Description

Kugel g el e, η k

Die Erfindung betrifft Kugelgelenke, insbesondere ein Kugelgelenk zur Verwendung für die Lenkung eines Kraftfahrzeuges. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Verbesserung eines dauerschmierenden Kugelgelenkes, bei ifelchem ein Lagerteil verwendet wird, das aus einem einzigen Teil aus Kunststoff hergestellt ist, und bei welchem keine Druckfeder benutzt wird.

•Die Erfindung ist darauf gerichtet, ein Kugelgelenk zu schaffen, .das eine verbesserte Lagerung aufweist und das in der Lage ist, ein gleichmäßiges Arbeitsmoment zu erzeugen und während seiner ganzen Lebensdauer gleichmäßig und leicht zu arbeiten, wenn es zusammengesetzt ist. Ferner ist die Erfindung darauf gerichtet, ein Kugelgelenk mit einer Puffereinrichtung zu schaffen, so daß das Kugelgelenk Stöße und Schwingungen, denen es ausgesetzt ist, aufnehmen kann.

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Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß ein Lagerteil vorgesehen ist, das einstückig aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist und eine geeignete Elastizität und Festigkeit aufweist und selbstschmierend ist, wobei die Lagerfläche aus je einem Paar kugelförmiger, oberer und unterer Flächen besteht, die aneinander angrenzen und die Äquatoralebene eines sphärischen Kopfes eines Kugelgelenkes zwischen sich aufnehmen, und daß der sphärische Kopf des Kugelgelenkes von einem Paar oberer und unterer Lagerbereiche getragen wird, die in den kugelförmigen Flächen angeordnet sind, so daß eine ringförmige, ein Schmiermittel aufnehmende Tasche in einem Bereich der inneren Fläche des Lagerteiles gebildet wird, wobei der Bereich in der Äquatoralebene des sphärischen Kopfes liegt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung kann das Lagerteil des Kugelgelenkes im oberen Teil seines zylindrischen Körpers eine nach außen divergierende Fläche aufweisen und an seiner Oberseite eine ringförmige Aussparung, so daß der sphärische Kopf des Kugelgelenkes unter einer Vorspannung gehalten wird 'ind ein ringförmiger Raum zwischen der Oberseite des Lagerteiles und dem Deckel zum Verschließen des Flansches geschaffen wird, der als Luftpolster dient, wenn das Lagerteil in den zylindrischen Innenraum des Flansches eingesetzt ist.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig.l eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kugelgelenks, wobei einzelne Teile geschnitten sind und

Fig.2 einen senkrechten Schnitt durch das Lagerteil.

In der Fig.l ist ein Kugelgelenk 1 dargestellt, das im allgemeinen bei einer Fahrzeuglenkung Verwendung findet und aus einem

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Metallflansch 2, einem Metallkugelzapfen 3, einem Lagerteil 4 aus Kunststoff und einem Deckel 5 besteht.

Der Flansch 2 weist einen ringförmigen Kopfteil *7 mit einer zylindrischen Innenfläche 6 auf sowie einen Gewindeschaft 8, der sich an den ringförmigen Kopfteil 7 anschließt und mit einer nicht dargestellten Spurstange verbunden werden kann. Die zylindrische Innenfläche 6 verläuft an ihrem unteren Ende nach innen und bildet eine Schulter 10 mit einer unteren öffnung Das ringförmige Kopfteil 7 ist an der Oberseite 11 offen und kann durch einen Deckel 5 verschlossen v/erden. Wenn der Deckel 5 auf dem ringförmigen Kopfteil 7 montiert Et, dann kann er an dem Flansch 2 dadurch befestigt v/erden, daß er gegen eine Schulter 12 zur Anlage kommt und das obere Ende des ringförmigen Kopfteiles 7 gegen den Deckel gebördelt wird.

Der metallische Kugelzapfen 3 besteht aus einem sphärischen Kopf 13 der in dem Lagerteil 4 gleitend aufgenommen wird und sich in alle Richtungen drehen kann, und aus einem zylindrischen Schaft 14, der sich an den sphärischen Kopf 13 anschließt. Der Schaft 14 v/eist einen konischen Teil 15 auf, der mit einem Gelenkhebel oder einer nicht dargestellten Verbindungsstange verkeilt werden kann, sowie einen Gewindeteil 16, der mit einer Mutter gesichert werden kann.

In der Fig.2 ist das aus dem Metallflansch 2 ausgebaute Lagerteil 4 dargestellt. Die Lagerfläche des Lagerteiles 4, die zur Lagerung des sphärischen Kopfes 13 des Kugelzapfens 3 dient, besitzt zwei kugelförmige Lagerflächen 17 und 18, die sich oberhalb und unterhalb einer Äquatorialebene E des sphärischen Kopfes 13 des Kugelzapfens 3 anschließen. Die kugelförmigen Lagerflächen 17 und 18 erhält man durch Kreisbogenabschnitte von ungefähr 90°, die durch die Krümmungsradien R₁

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bzw. R₉ lira eine Achse X-X bestimmt werden, wobei die Brennpunkte C₁ und C₂ der Krümmungsradien R. und R₉ exzentrisch angeordnet sind. Auf Kreisen, die den sphärischen Kopf 13 mit einem Durchmesser D an seinem Umfang berühren, sind ringförmige Lagerbereiche B₁ und B₉ ausgebildet, und die kugelförmigen Lagerflä™ chen 17 und 18 v/eisen die Krümmungsradien R, bzw. R₉ auf. Wenn das Kugelgelenk zusammengebaut ist, vergrößern sich die ringförmigen Lagerbereiche B, und B₉ infolge der elastischen Deformation des Lagermaterials in ihrer Breite.

Die Krümmungsradien R, und R₉ und der Durchmesser D des sphärischen Kopfes 13 verhalten sich zueinander derart, daß R. > 1/2 D und R₉ > 1/2 D sind. Die Lage der Brennpunkte C. und C₉ der Kreise mit den Radien R. bzw. R₉ und den Umfangswinkeln. 0₁ und G ₉ ist so gewählt, daß die ringförmigen Lagerbereiche B, und B₉ im wesentlichen in der Mitte der kugelförmigen Lagerflächen 17 bzw. 18 liegen. Die Lagerflächen 17 und 18 sind kugelkopfförmig ausgebildet, wobei der obere Teil durch die Anordnung einer oberen kleinen Öffnung 19 bzw. der untere Teil durch eine untere größere Öffnung 20, die sich in dem Lagerteil 4 befinden, weggelassen sind. Die Lagerflächen 17 und 18 schließen in einem Bereich aneinander an,· der in der Äquatoralebene E des sphärischen Kopfes 13 liegt, wobei die Anschlußstelle seitlich gegenüber dem Umfang des sphärischen Kopfes 13 versetzt ist und eine ringförmige Tasche 21 zur Aufnahme von Schmiermittel bildet, da der Durchmesser der Innenfläche des Lagerteiles 4 an dieser Stelle am größten ist.

Das Lagerteil 4 weist eine zylindrische Außenfläche 2 3 auf, die sich von einer unteren Stirnfläche 22 erstreckt und einen Durchmesser besitzt, der im wesentlichen gleich dem Durchmesser der zylindrischen Innenfläche 6 des Metallflansches 2 ist. Die zylindrische Außenfläche 22 besitzt in ihrem oberen Be-

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reich eine nach außen divergierende Fläche 24. An der Oberseite des Lagerteiles 4 ist eine ringförmige Aussparung 25 angeordnet, so daß die Oberfläche des Lagerteiles 4 durch die ringförmige Aussparung 25 in einen nach außen divergierenden Umfangsteil 26 und einen in der Mitte angeordneten, kuppeiförmigen Teil 27 unterteilt ist. .

Das vorbeschriebene Lagerteil 4 ist aus einem Stück aus einem hochmolekularen Material gebildet, das eine geeignete Elastizität und Festigkeit aufweist und das selbstschmierend ist. Das Material kann aus der Werkstoffgruppe ausgewählt sein, die enthält Tetrafluoräthylen Copolymer, Acetal-polymer, Polyamide, Polyester und Polyuräthan.

Das erfindungsgemäße Kugelgelenk wird folgendermaßen zusammengebaut. Bevor das Lagerteil 4 den sphärischen Kopf 13 des Kugelzapfens 3 aufnimmt, wird es mit einem Schmiermittel bedeckt, wobei insbesondere in dem Bereich Schmiermittel angeordnet wird, welcher in der A'quatoralebene des sphärischen Kopfes 13 liegt. Dann wird der sphärische Kopf 13 des Kugelzapfens 3 in das Lagerteil 4 eingesetzt. Die untere Öffnung 20 des Lagerteiles 4 weist einen kleineren Durchmesser auf als der Durchmesser des sphärischen Kopfes 13 des Kugelzapfens 3. Jedoch kann der Durchmesser der unteren Öffnung 20 vergrößert werden, wenn der sphärische Kopf 13 durch die Öffnung hindurchgedrückt wird, so daß der sphärische Kopf 13 durch die Öffnung 20 hindurch in das Innere des Lagerteiles eingebracht werden kann.

Das Lagerteil 4 wird mit dem eingepaßten sphärischen Kopf durch die obere Öffnung 11 des Flansches 2 in den Flansch eingesetzt, so daß der Schaft 14 des Kugelzapfens 3 sich durch die untere, in dem Flansch 2 angeordnete öffnung er-

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streckt, und die Außenfläche 23 des Lagerteiles 4 kommt gegen die innere Fläche 6 des ringförmigen Kopfteiles des Metallflansches 2 zur Anlage. Dann wird der Deckel 5 gegen die obere Stirnseite des Lagerteiles 4 gedrückt. Daraus ergibt sich, daß der Deckel 5 gegen eine obere Stirnseite 28 des nach außen divergierenden üinfangsteiles 26 und gegen eine obere Fläche des kuppeiförmigen Teiles 27 des Lagerteiles 4 anliegt. Dann wird der Deckel 5 in festen Eingriff mit dem oberen Ende des Flansches 2 gebracht, so daß das Lagerteil 4 in senkrechter Richtung mittels der Schulter 10 des Flansches 2 und dem Dekkel 5 vorgespannt wird.

Nachdem das Kugelgelenk zusammengesetzt ist, tragen die kugelförmigen Lagerflächen 17 und 18, deren oberen Teile entlastet sind, den sphärischen Kopf 13 des Kugelzapfens 3 mittels der ringförmigen Lagerbereiche B, bzw. B„, und die ringförmige Tasche 21 befindet sich in der Äquatoralebene E des sphärischen Kopfes 13. Die ringförmige Tasche 21 dient als Schmiermittelbehälter und liefert Schmiermittel zu den ringförmigen Lagerbereichen B, und B2· Die Breite der ringförmigen Lagerzonen B und B₂ wird durch die elastische Deformation des Lagermaterials vergrößert, wenn das Lagerteil vorgespannt wird. Der sphärische Kopf 13 berührt die Lagerflächen 17 und 18 in einem ringförmigen Bereich, und das Schmiermittel wird dauernd von der Tasche 21 geliefert. Daher kann eine gleichmäßige und leichte Funktion des Kugelgelenkes erzielt werden.

Der Außendurchmesser des nach außen divergierenden Umfangteiles 26 des Lagerteiles 4 ist größer als der Durchmesser der Innenfläche 6 des Flansches 2. Aus diesem Grunde wird das nach außen divergierende Umfangsteil 26 einer elastischen Deformation ausgesetzt und bewegt sich radial nach innen, wenn das Lagerteil 4 in den Flansch 2 hineingedrückt wird. Daher wird

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das Lagerteil 4 radial vorgespannt.

Hieraus folgt, daß das Lagerteil 4 sowohl in senkrechter als auch in radialer Richtung vorgespannt ist, so daß es den sphärischen Kopf 13 des Kugelzapfens 3 derart einspannt, daß der sphärische Kopf 13 dazu neigt, sich in die Mitte des Lagerteiles 4 zu bewegen. Dadurch wird ermöglicht, daß der sphärische Kopf des Kugelgelenkes dauernd in der mittleren Lage gehalten wird, so daß kein Verschleiß auftritt.

Gleichzeitig wird das nach außen divergierende Umfangsteil des Lagerteiles 4 gegen den oberen Teil der inneren Fläche 6 des Flansches -2gepreßt. Dadurch v/erden die Reibungskräfte zwischen dem Lagerteil 4 und dem Flansch 2 vergrößert, und es wird eine Rotation des Lagerteiles 4 relativ zum Flansch 2 verhindert, wodurch der Betrieb des Kugelgelenkes stabilisiert und die Lebensdauer verlängert wird.

Die Anordnung der ringförmigen Aussparung 25 verhindert, daß das nach außen divergierende umfangsteil 26 einen zu großen, radial gerichteten Druck erzeugt» Deshalb kann die Herstellung und der Zusammenbau von verschiedenen Teilen leicht durchgeführt werden.

Wenn der Deckel 5 an dem ringförmigen Kopfteil 7 des Flansches 2 befestigt ist, dann ergibt sich ein ringförmiger Raum 30 zwischen dem Deckel 5 und der Oberseite des Lagerteiles 4, der in Verbindung mit den ringförmigen Lagerbereichen B. und -B₂ eine pneumatische Pufferwirkung erzeugt. Die Kombination der Federungseigenschaft des Lager-materials mit der Vorspannung des Lagerteiles 4 bewirkt, daß verschiedene Schwingungen und Stöße, die sowohl axial als auch in rechten Winkeln zu den Achsen auftreten und denen der Kugelzapfen 3 ausgesetzt

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1st, aufgenommen, werden können.

Das Kugelgelenk gemäß der Erfindung kann ein gleichmäßiges ArbeitsmomenL· erzeugen und arbeitet, nachdem es zusammengesetzt ist, während seiner ganzen Lebensdauer gleichmäßig und leicht,

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Claims

P aten tansprüche

ί 1.) Kugelgelenk, insbesondere Kugelgelenk zur Verwendung für die Lenkung eines Kraftfahrzeuges, dadurch, gekennzeichnet , daß ein Lagerteil (4) vorgesehen ist, das einstückig aus einem selbstschmierenden Kunststoff hergestellt ist, und wobei das Kugelgelenk ferner einen Kugelzapfen (3) mit einem sphärischen Kopf (13) aufweist, der gleitend in dem Lagerteil (4) aufgenommen wird, wobei das Lagerteil eine Lagerfläche (17,18) aufweist, die aus je einem Paar kugelförmiger, oberer und unterer Flächen besteht, die aneinander angrenzen und die Äguatorialebene (E) des sphärischen Kopfes (13) des Kugelzapfens (3) zwischen sich aufnehmen, und daß der sphärische Kopf des Kugelzapfens von einem Paar oberer und unterer Lagerbereiche (B₁,B₂) getragen wird und eine ringförmige Tasche (21) in der Äguatorialebene zur Aufnahme eines Schmiermittelvorrates angeordnet ist.
2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sphärische Kopf (13) des Kugelgelenkes

(3) von dem Lagerteil (4), das den Kopf aufnimmt, unter einer Vorspannung gehalten wird.
3. Kugelgelenk nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der obere Teil (26) der zylindrischen Außenfläche (23) des Lagerteiles (4) nach

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außen divergiert und den sphärischen Kopf (13) des Kugelgelenkes einspannt, wenn das Lagerteil (4) in den Flansch (2) eingesetzt ist.
4. Kugelgelenk nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Mittelteil (29) und dem ümfangsteil (26) der oberen Seite des Lagerteiles (4) eine ringförmige Aussparung (25) angeordnet ist/ so daß ein ringförmiger Raum (30) zwischen dem Deckel (5) und der Oberfläche des Lagerteiles (4) gebildet wird, wenn der Dekkei (5) an dem Flansch (2) befestigt ist.
5. Kugelgelenk, insbesondere für eine Fahrzeuglenkung, dadurch gekennzeichnet , daß ein Lagerteil (4) vorgesehen ist, das einstückig aus einem selbs ts chmierenden Kunst· stoff hergestellt ist, mit einem Deckel (5) und einem Kugelzapfen (3) mit einem sphärischen Kopf(13) der gleitend in dem Lagerteil (4) aufgenommen wird, und daß der obere Teil (26) der zylindrischen Außenfläche (23) des Lagerteiles

(4) nach außen divergiert, so daß der sphärische Kopf (13) des Kugelzapfens (3) unter einer Vorspannung gehalten wird, wenn das Lagerteil (4) in dem Flansch eingesetzt ist, und daß zwischen dem Mittelteil (25) und dem Umfangsteil (26) der oberen Seite des Lagerteiles (4) eine ringförnige Aussparung (25) angeordnet ist, so daß ein ringförmiger Raum (30) zv/ischen dem Deckel und der Oberfläche des Lagerteiles (4) gebildet wird, wenn der Deckel (5) an dem Flansch (2) befestigt ist.

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