-
Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk und insbesondere
-
eine Lageanordnung für ein Kugel-, Ereuz- oder Kardangelenk mit; verbesserten
Lastübertragungseingenschaften im Vergleich zu bekannten Anordnungen.
-
Kugelgelenke werden üblicherweise in Lenkgestängen von Kraftfahrzeugen,
in Mitnehmeverbindungen, Drehmomentstangen und ähnlichen Bauteilen verwendet, bei
denen eine Kraft von einem Glied zu einem anderen übertragen werden muß, während
das eine Glied relativ zu dem anderen verschwenkbar ist.
-
Derartige Kugelgelenke mit einer Halbkugel und einem Sockel umfassen
im allgemeinen einen Stumpf mit einem sich anschließenden tugelabschrli.-tt, der
innerhalb des Sockels angeordnet ist, wobei ein Schwenk- und Verscniebugseingriff
mit einem entsprechenden konkaven kugelförmigen Segment des Sockels möglich ist.
Die eingreifenden Laberoberflächen der Halokugel und des Sockels werden oftmals
gegeneinander vorgespannt, so daß eine vergleichsweise feste Anordnuni ireschaffen
wird, bei der kein Spiel vorhanden und Klapperfreiheit gegeben ist und automatiscji
der Verschleiß der Lageroberflächen kompensiert wird.
-
Bekannte Kugelgelenke besitzen viele Nachteile. InsSesondere ist die
Lastübertragun: bei den Gelenken auf den vergleichsweise kleinen Bereich der Umfangsoberfläche
der Halbkugel begrenzt, der mit der entsprechenden Oberflache des Sockels in Eingriff
steht. Es wirt ein komplexer Aufbau benötigt, um eine Vorspannung, der Lagerflächen
in Anordnungen zu erzielen, aie spiel- und klapperfrei sein sollen und eine Unterbrechung
(Ausfall) sowie einen Verschleiß im Betrieb automatisch kompensieren sollen. Die
Grölle der Abwinklung zwischen den durch das Gelenk- miteinander verbunuenen Teilen
sowie die Größe der Lastübertragung in der Anordnung sind begrenzt.
-
Die Erfindung überwindet die Nachteile bekannter Anordnungen durch
Schaffung eines Kugel, Kreuz- oder Kardangelenks, das bekannten VollLugel-Sockel-Gelenken
mechanisch äquivalent ist, jedoch geringeres Gewicht aufweist und demzufolge weniger
Material benötigt. Das erfindungsgemäße Kugelgelenk besitzt ferner weniger Einzelteile
als bekannte Gelenke, die für hohe Beanspruchung ausgelegt sind, wie z.B. bei Lkw-
oder Traktor-Verbindungsstangen, Nitnehmerverbindungen, Drehinomentstangen und dergleichen.
-
Darüber hinaus schaft die Erfindung ein Kugelgelenk, bei dem die miteinander
verbundenen Einzelteile in einem großen Winkel zueinander beweglich sind, wobei
ein ester Sitz zwischen den gegenseitig eingreifenden Lagerflächen bei Spiel- und
Klapperfreiheit gegeben ist und eine Unterbrechung bzw. ein Ausfall sowie ein Verschleiß
im Betrieb automatisch ausgeglichen wird.
-
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch Schaffung eines
Kugelgelenks gelöst, das einen Stumpf aufweist, der in einem integrierten hohlen
halbkugelförmigen Kopfglied endigt, dessen kugelförmige Umfansoberfläche in einem
Eingriff mit einer entsprechenden konkaven kugelförmigen Oberfläche des zugehörigen
Sockels steht, wobei die Halbkugel einen im wesentlichen halbkugelförmigen konkaven
Hohlraum besitzt, in den ein halbkugelförmiges konvexes Lagerhalteglied eingreift,
welches die Umfangsoberfläche der Halbkugel bezüglich der kugelförmigen Lageroberfläche
des Sockels in einem verschwenkbaren Verschiebungseingriff hält. Die Vorspannung
der eingreifenden Lageroberflächen wird durch einen elastischen Ring erzielt, der
das Lagerhalteglied zum halbkugelförmigen Hohlraum in der Halbkugel drängt oder
in alternativer Weise ein Segment der kugelförmigen Oberfläche des Sockels in einen
Eingriff mit der kugelförmigen Umfangsoberfläche der Halbkugel vorspannt.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt: Fig. 1 eine teilweise geschnittene
Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kugelgelenks, Fig.
2 die Anordnung nach Fig. 7 in auseinandergezogener Darstellung vor einem Zusammenbau
der Einzelteile, Fig. 3 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht einer anderen Ausführungsform
eines Kugelgelenks, Fig. 4, 5 und 6 der Fig. 1 ähnliche Ansichten weiterer erfindungsgemäßer
Ausgestaltungen, und Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Anordnung, die dem
Aufbau nach Fib. 0 entspricht, wobei die durch das Gelenk verbundenen Elemente unter
einem deutlichen Winkel bezüglich zueinander anangeordnet sind.
-
Gemäß Zeichnung und insbesondere gemäß den Fig. 1 und 2 besteht ein
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kugelgelenks 10 aus einem Stumpf 12,
der an dem einen Ende mit einer einstückigen kaltangeköpften Halbkugel 14 versehen
ist, welche eine konvexe kugelige Umfangsoberfläche 16 und einen Hohlraum oder eine
Aussparung 18 aufweist, der bzw. die eine konkave halbkugelige Oberfläche 20 besitzt.
Im zusammengebauten Zustand liegt die Halbkugel 14 des Stumpfs bzw. die einstückige
Halbkugeleinheit in einem buckel 22, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, wobei ein schaft
24 vorgesehen ist, der mit dem Umfang des Sockels auf beliebige Weise verbunden
ist, beispielsweise durch Reibungsverschweil'ung. Der
Sockel 22
hat eine Bohrung 26, aus dem der Stumpf 12 hervorsteht. Die konvexe kugelige Umfangsoberfläche
16 der Halbkugel 14 steht in einem Gleiteingriff mit einem inneren konkaven kugeligen
Oberflächenbereich 28 des Sockels 22 und kann bezüglich zu diesem geschwenkt werden.
Ein becherförmiges Lagerhalteglied 30 ist mit einer im wesentlichen halbkugeligen
Umfangsoberfläche 32 versehen, die dimensionsmäßig der konkaven halbkugeligen Oberfläche
20 der Aussparung 18 in der Halbkugel 14 entspricht. Das Lagerhalteglied 30 ist
innerhalb der Aussparung 18 derart angeordnet, daß die einander entsprechenden halbkugeligen
Oberflächen 20 und 32 in einem verschwenkbaren verschieblichen Eingriff bezüglich
ueinander stehen. Die halbkugelige Umfangsoberfläche 32 des bescherförmigen Lagerhalteglieds
30 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer Vielzahl von Schmierungsnuten
34 versehen, die längs der Meridiane der halD-kugeligen Umfangsoberfläche 32 ausgebildet
und mit einer zentral angeordneten Axialöffnung 36 verbunden sind, wie dies in Fig.
1 gezeigt ist, wobei eine Fettkupplung 38 eingspaßt ist. Infolge der Becherform
des Lagherhaltoglieds 30 ist die Fettpassung 38 im gezeigten Ausführungsbeispiel
auf den Boden eines Hohlraums 40 angeordnet und somit vor Stößen durch diesel, steine
und dergleichen geschützt, wenn das erfindungsgemäße Kugelge leni: IG im Steuer-
oder Antriebsmechanismus eines Kraft fahrzeugs großer Leistung, eines in der Bandwirtschaft
verwendeten Traktors oder dergleichen eingebaut ist.
-
sofern dies gewünscht ist, kann eine entiernöare Staubkappe auf dem
offenene Ende des Hohlraums 40 befestigt sein, um die Fettkupplung 38 zu schützen.
I)ie 'ettkupplung kann auch in abgedichteten selbstschmierenden Lagerverbindungskonstruktionen
oder alternativ in honstrui:-tionen wegglassen sein, die Lagereinsätze aus vorgeschmiertem
porösen Metall, Stoff oder Kunststoff verwenden oder Kunststoff oder andere Lagereinsätze
benützen, die keine Schmierung erfordern.
-
Der becherförmige einsatz oder das Lagerhalteglied 30 besitzt einen
ringförmigen Flansch 42, der radial nach außen um das offene Ende der Aussparung
40 vorsteht, wobei der Umfangsrand des ringförmigen Flansches 42 eine zylindrische
Fläche 44 bestimmt, die in den zylindrischen Abschnitt der Bohrung 26 im Sockel
22 paßt.
-
Der becherförmige Einsatz oder das Lagerhalteglied 30 wird im halbkugeligen
Hohlraum 18 in der Halbkugel 14 mit Hilfe einer wulst- oder ringförmigen Dichtung
46 gehalten, die aus einem geeigneten elastomeren Material gefertigt ist, wobei
die Dichtung 46 in zusammengedrückter Weise gegen die ringförmige Endfläche 48 des
Flansches 42 des becherförmigen Einsatzes oder des Halteglieds 30 gehalten wird,
wenn nach Anordnung, der Einzelteile gemäß Fig. 1 die Elemente in zusammengesetzter
Position gehalten werden, und zwar durch Einschnüren bzw. Umschlagen des Rands 50
(Fig. 2) des Sockels 22 in radialer Richtung (im Schmiedegesenk), wie dies bei 52
in Fig. 1 gezeigt ist.
-
Sämtliche kugeligen Oberflächen des das Kugelgelenk 1G gemäß der Erfindung
bildenden elements sind lconzentrissh, d.h. die kugelförmige Segmentoberfläche 28
des Sockels, die Umfangsoberfläche 16 der Halbkugel, die innere ilalbkugelige Oberfläche
20 der Halbkugel sowie die kugelförmige Umfangsoberfläche 32 des Einsatzes oder
des Halteglieds sind bezüglich zueinander konzentrisch.
-
Die innere halbkugelförmige Oberfläche 2w der Halbkugel ist an ihrem
Rand mit einer kurzen Schrägkante 54 versehen, um genügend Freiraum für extreme
Abwinkelungen zwischen dem schaft 24 und dem Stumpf 12 zu schaffen. Die zulässige
Abwinklung der Halbkugel 14 in bezug auf eine diametrale Ebene des Sockels 22 wird
im allgemeinen dadurch begrenzt, daß ein Abschnitt der Umfangsoberfläche des Stumpfes
in nächster Nahe zur Halbkugel 14 an einem abgeschrägten Rand 56 (Fig.1) des Sockels
22 anschlägt und/oder die ringförmige Endfläche 58 der Halbkugel 14 mit einer ringförmigen
fläche 60
eingreift, die unter dem Flansch 42 des Einsatzes bzw.
-
des jialteglieds 30 ausgebildet ist. in in Fig. 1 dargestellter flexibler
Balg 62 schirmt den Umfangsabschnitt des Stumpfes 12 vor ochmutz ab, welcher der
Halbkugel 14 benachbart ist, sowie den freiliegenden Abschnitt der kugelförmigen
Umfangsoberfläche 16 der Halbkugel, während sich der Stumpf 12 bezüglich des Schaftes
24 in der Ruhestellung oder in einer Winkelstellung befindet. Wenn am Ende eines
Zusammenbaus der verschiedenen bauteile des Gelenks 10 der Rand 50 (Fig. 2) des
Sockels 2C über die ring- oder wulstförmige elastomere Dichtung 46 umgeschlagen
wird, wird die Dichtung 46 zusammengedrückt und nach auen ausgedehnt, so daß eine
wirkungsvolle Abdichtung ausgebildet; wird, die ein Eindringen von schmutz durch
das offene Ende der Sockelbohrung 26 verhindert.
-
Gleichzeitig wirkt die zusammengedrückte elastische Dichtunf, 46 als
eine Vorspanneinrichtung, die eine Kraft auf die ringförmige Endoberfläche 48 des
Einsatzes bzw. des Halteglieds 30 ausübt, wobei diese Vorspannkraft sorgfältig zugeschnitten
bzw. ausgewählt wird als Funktion der Größe der auf den Soclcelrand 50 während eines
Umschlagens ausgeübten Krümmung, des Krümmungsradius, der Größe, der Form sowie
der elastomeren Eigenschaften des Materials, das zur Herstellung der wulst- oder
ringförmigen Dichtung 46 verwendet wird. Die durch die zusammengedrückte wulst-
oder ringförmige elastomere Dichtung 46 ausgeübte Vorspannkraft drängt die konzentrischen
kugelförmigen Oberflächen der verschiedenen Einzelteile in eine Berührung zueinander,
wodurch ein Klappern, Lockern oder ein Spiel zwischen den bauteilen verhindert und
automatisch eine Störung bzw. ein Ausfall sowie ein Verschleiß im Betrieb kompensiert
wird.
-
ie bereits erwähnt, sind der Stumpf 12 sowie die Halbkugel 14 kalt
angköpft, und es ist - wenn überhaupt -eine nur sehr geringe maschinelle bearbeitung,
der kugel förmigen Umfangsoberfläche 16 der Halbkugel oder der kon-
kaven
halbkugelförmigen inneren Oberfläche 18 der Halbkugel erforderlich. Der Sockel 22
ist vorzugsweise ein kaltgehämmertes Teil und erfordert lediglich an seinem inneren
Oberflächenabschnitt eine maschinelle Bearbeitung, welcher mit einer konkaven kugeligen
Oberfläche 20 versehen ist. Das becherförmige Lagerhalteglied 30 kann aus einem
kaltgehämmerten oder einem massiven gestanzten oder geprägten Teil bestehen. Es
wird leichtgewichtiger Stahl verwendet, da sämtliche Einzelteile einschließlich
der Halbkugel 14 hohl sind und möglichst dünne Wände aufweisen können entsprechend
der zulässigen durch das Gelenk zu übertragenden Last.
-
In Fig. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Kugelgelenks 11 dargestellt, das einen Stumpf 12 umfaßt, welcher mit einer hohlen
Halbkugel 14 versehen ist, wobei beide Teile in Form und Aufbau im wesentlichen
den entsprechenden eilen des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen. Der Sockel
22 weist einen einstückigen mittig angeordneten Abschnitt 64 in Form einer umgekehrten
Kuppel mit einer halbkugelförmigen Umfangsoberfläche 32 auf, die in einem Eingriff
mit der konkaven halbkugelförmigen Oberfläche 18 der Halbkugel 14 steht. Ein kugelförmiger
ringartiger Segmenteinsatz 66 wird in der Bohrung 26 des Sockels 22 gehalten und
besitzt eine konkave kugelförmige Oberfläche 28, welche in einem verschieblichen
Eingriff mit der kugelförmigen Umfangsoberfläche 16 der Halbkugel 14 steht. Der
kugelförmige Segmenteinsatz 66 hat ferner eine ringförmige abgeschrägte Oberfläche
68, die in einem Eingriff mit einer zusammengedrückten elastomeren ring- oder wulstförmigen
Dichtung 46 steht, welche gegen die ringförmige abgeschrägte Oberfläche 68 durch
den umgeschlagenen Rand 52 der Sockelbohrung 26 zusammengedrückt gehalten wird.
Die Bohrung 26 des Sockels 22 umfaßt bevorzugt eine ringförmige Schulter 70, die
zwischen der einen größeren Durchmesser aufweisenden Bohrung 26 und einem
Bohrungsabschnitt
72 ausgebildet ist, welcher einen kleineren Durchmesser aufweist. Die ringförmige
Schulter 70 trägt zur Begrenzung der zulässigen Bewegung des kugelförmigen Segmenteinsatzes
66 bei. Der Bohrungsabschnitt 72 mit dem verringerten Durchmesser kann etwas hinterarbeitet
sein, so daß darin die ringförmige Endfläche 58 der Halbkugel 14 ohne Beeinträchtigung
während einer extremen Abwinklung des Kugelstumpfes 12 bezüglich des Sockelschafts
24 vorstehen kann, oder es kann der Abschnitt allgemein konvex sphärisch geformt
sein, wie dies dargestellt ist. Vorteilhafter-, nicht jedoch notwendigerweise ist
der umgekehrte Kuppelabschnitt 64 des Sockels 22 mit einem Hohlraum 40' für ein
geringeres Gewicht und ein leichteres Hämmern versehen, wobei eine Fettpassung 38
(Nippel) zweckmäßigerweise auf dem Boden des Hohlraums 40' für einen geeigneten
Schutz in Konstruktionen angeordnet ist, bei denen es erwünscht ist, eine gelegentliche
Schmierung des Gelenks vorzunehmen.
-
Bei einem Kugelgelenk 11 gemäß Fig. 3 drängt die durch Zusammendrückung
der wulst- oder ringförmigen Dich g 46 ausgeübte Vorspannung sämtliche konzentrischen
kugelförmigen Oberflächen in einen Eingriff bezüglich zueinander, was eine im wesentlichen
feste Anordnung schafft, die einen Verschleiß der Ob«rflächen bei einem verschwenkten
Verschiebungseingriff automatisch kompensiert.
-
Es können andere Mittel als das elastomere ring- oder wulstförmige
Glied verwendet werden, um die sphärischen Oberflächen in einen Eingriff bezüglich
zueinander vofzuspannen. In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kugelgelenks
10 gemäß der Erfindung gezeigt, das im Aufbau dem Ausführungsbeispiel nach Fig.
1 idenw tisch ist, mit Ausnahme der elastomeren ring- oder wulstförmigen Dichtung,
die durch mehrere übereinanderliegen-
de Federscheiben 74 oder
(Teller-) Federn (Belleville-Federn) ersetzt ist, wobei die Scheiben 74 zwischen
der ringförmigen Endfläche 48 des halbkugelförmigen Halteglieds 30 und eines Halterings
76 in zusammengedrückter Weise angeordnet sind, welcher in seiner Stellung am offenen
Ende der Sockel bohrung 26 durch Umschlagen wie bei 52 gezeigt oder durch andere
Mittel wie Preßeinpaszung, Verschraubung oder dergleichen gehalten wird. Da der
Haltering 76 sowie die Feder 74 entsprechende ausgerichtete zentrale üifnungen 78
und 80 besitzen, wird an Zugang zur Fettpassung 38 in Konstruktionen geschaffen,
bei denen eine Schmierung des Kugelgelenks vorgesehen ist. Eine (nicht dargestellte)
Staubkappe kann für eine hermetische Abschließung der Öffnung 78 im Haltering 76
vorgesehen sein.
-
In Fig. 5 ist eine weitere erfingsgemäße Ausgestaltung gezeigt, in
der das elastomere ring- oder wulstförmige Glied 46 der Fig. 1 oder die Federn 74
der Fig. 4 durch eine Schraubenfeder 82 ersetzt ist bzw. sind, welche im Hohlraum
40 im halbkugelförmigen Lagerhalteglied 30 angeordnet ist, wobei die Schraubenfeder
82 mit Hilfe einer Verschlußkappe 84 in zusammengedrücktem Zustand gehalten wird,
die in ein Gewinde 86 geschraubt ist, welches in der Sockelbohrung 26 am Bohrungsende
ausgebildet ist.
-
Das Kugelgelenk 10 gemäß Fig. 5 kann derart aufgebaut sein, daß es
sich fortwährend selbsttätig schmiert oder eine Vorschmierung besitzt. Ist die Schaffung
einer Einheit gewünscht, die nicht auseinandergenomnen werden kann, kann die Haltekappe
84 durch Preßsitz oder durch Umschlagen über das offene Ende des Sockels 22 in Stellung
gehalten werden.
-
In Fig. 6 ist ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemaßen
Kugelgelenks 10 dargestellt, bei dem das halbkugelförmige Lagerhalteglied 30 in
orm eines relativ dünnen Bechers 90 ausgebildet ist, der einen
einstückigen
nach außen sich erstreckenden kegelstumpfförmigen oder scheibenartigen Flansch 92
besitzt. Der Becher 90 einschließlich des einstückigen Flansches 92 ist bevorzugt
ein Stanz- oder Prägeteil, das aus Blech gezogen worden ist, und besitzt eine halbkugelförmige
Oberfläche 32, die mit der konkaven halbkugelförmigen Oberfläche 20 der Halbkugel
14 in Eingriff steht. Während eines Zusammenbaus des Gelenkes 10 ist der Becher
90 in der auf der rechten eite der Fig. 6 gezeigten Stellun angeordnet, wobei sich
der scheibenartige Flansch 92 in einen erweiterten Bereich 94 der Sockelbohrung
26 erstreckt. Zwischen Bohrung 26 und erweitertem Bereich 94 der Bohrung befindet
sich eine ringförmige Stufe 96. Nach einem Umschlagen des Rands 50 des Sockels 22
wie bei 52 auf der linken Seite der Fig.6 gezeigt, gelangt die untere Oberfläche
98 des Flansches 92 in der Nähe seines Rands in einen Eingriff mit der ringförmigen
Oberfläche 96, wodurch der scheibenartige Flansch 92 im wesentlichen ebenflächig
wie bei 100 gezeigt abgeflacht wird und dadurch die halbkugelförmige Oberflache
32 des Bechers 90 in einen festen Eingriff mit der entsprechenden konkaven halbkugelförmigen
Oberfläche 20 der Kugelaussparung 18 gelangt. Die Größe der Vorspannung der konzentrischen
sphärischen in einen Eingriff miteinander stehenden Oberflächen ist eine i'unktion
der Federcharakteristik des lsiateriais, aus dem der Becher 90 gezogen wird, der
Wanddicke des Bechers 90 und des Flansches 92 sowie der Größe der Ab biegung des
scheibenartigen Flansches ty2, wenn dieser in seinen im wesentlichen gleichflächigen
Zustand wie bei 100 gezeigt während eines Umsenlagens des Sockelrandes 50 in den
Zustand gemäß 52 sogeflacht wird.
-
Das erfindungsgemäße Kugel;elenk besitzt gegenüber bekannten Halbkugel-Sockel-Verbindungen
den Vorteil, dab eine sehr große Kraft vorn Stumpf auf den Schaft und umgekehrt
übertragen werden kann, selbst ei großer Win-
kelstellung zwischen
den beiden Gliedern, wie dies beispielsweise in Fig. 7 gezeigt ist. Bei extremer
Winkelstellung, selbst bei Ausübung einer Kraft längs der Achse des Schaftes 24
wie beispielsweise durch den Pfeil F gezeigt und selbst bei einem Nichteingreifen
des Bereichs A der Sockel-Kugeloberiläche 26 mit der Kugelumfangsoberfläche 16 der
Halbkugel 14, wird die Kraft zur Umfangsoberfläche 44 des Flansches 42 des Lagerhalteglieds
30 übertragen, wo ein Eingriff mit der Oberfläche der Bohrung 26 in Sockel 22 stattfindet,
wie dies beispielsweise durch den Pfeil B gezeigt ist. Die Kraft wird ferner von
der halbkugelförmigen Urafangsoberfläche 32 des Lagerhalteglieds 30 zur inneren
konkaven halbkugelförmigen Oberfläche 18 der Halbkugel 14 übertragen, wie dies beispielsweise
durch die Steile C und D veranschaulicht ist.
-
Ersichtlich weist das Kugelgelenk 11 nach Fig. 3 ebenfalls die Eigenschaft
auf, daß beträchtliche Kräfte bei extremen Winkelstellungen übertragen werden können,
wenn die auf den Schaft 24 ausgeübte Last direkt aui das einstückige umgekehrte
kuppelförmige Glied 64 übertragen wird.
-
Leerseite