DE4041939A1 - Kugelgelenk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk.

Kugelgelenke werden für verschiedene Zwecke verwendet. Unter Bezugnahme auf die Fig. 6 der beigefügten Zeichnung wird zu­ nächst der Stand der Technik bei Kugelgelenken beschrieben, von dem die Erfindung ausgeht.

Das Kugelgelenk besteht z. B. aus einem Sockel a, einem darin angeordneten Lagerelement b, einer Kugel c, die in dem La­ gerelement b aufgenommen ist, und einem Verschlußteil d, welches die Entfernung der Kugel c verhindert. Dieses Ver­ schlußteil d ist in eine Stufe e eingesetzt, die an der obe­ ren Innenseite des Sockels a gebildet ist. Das obere Ende des Sockels a ist bei f auf den Verschlußteil d verstemmt. Das Verschlußteil d ist zwischen dem verstemmten Bereich f und dem Lagerelement b eingeschlossen.

Die Fig. 7 zeigt eine Anordnung, bei welcher das Verschluß­ teil d von Fig. 6 entfällt. Das Lagerelement b ist in den Sockel a eingesetzt. Die Kugel c ist in dem Lagerelement b aufgenommen. Nach dem Zusammenfügen der Teile wird der obere Bereich des Sockels a kugelförmig einwärts verformt, um das Lagerelement fest einzuschließen (JP-OS 25 657/1976) .

Die bekannte Ausbildung des Kugelgelenks ist aber noch mit zahlreichen Mängeln behaftet. Das Verschlußteil d ist für ein Kugelgelenk der in Fig. 6 gezeigten Art unentbehrlich; es hat eine Zunahme der Anzahl von benötigten Bauteilen und Montageschritten zur Folge. Ferner muß das Verschlußteil d mit einer gegebenen Genauigkeit bearbeitet werden. Es erge­ ben sich insgesamt recht hohe Herstellungskosten.

Bei der Bauform nach Fig. 7 treten zwischen dem Sockel und dem Lagerteil erhebliche Streuungen auf. Entweder wird das Lagerteil gegen die Kugeloberfläche zu stark angedrückt, oder das Verformungsmaß ist unzureichend. In den meisten Fällen tritt ein unstabiler Druckkontakt zwischen der Kugel­ oberfläche und dem Lagerteil auf. Es können daher keine gleichmäßigen Funktionseigenschaften des Kugelgelenks er­ zielt werden. Bei der Verformung des Gehäuses bzw. Sockels ist der verformte Bereich unterschiedlich groß. Infolgedes­ sen ergibt sich auch eine unstabile Verformung des Lager­ teils. Das Lagerteil ist daher nicht imstande, die Kugel gleichmäßig abzustützen, so daß viele Kugelgelenke schadhaft werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kugelgelenk zur Verfügung zu stellen, das von den oben beschriebenen Mängeln frei ist.

Das erfindungsgemäße Kugelgelenk umfaßt ein Gehäuse; ein entlang der Innenoberfläche des Gehäuses angeordnetes Lager­ teil; eine von dem Lagerteil umgebene Kugel; es ist dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse in seinem oberen Bereich einen gestuften Teil und einen ansteigenden Teil aufweist, der vom Außenumfang des gestuften Teils ausgehend einstückig angeschlossen ist und ansteigt, und daß das Lagerteil in seinem oberen Bereich einen Flanschteil aufweist, welcher die Kugel hält, und daß die Kugel in dem Gehäuse dadurch ge­ sichert ist, daß der gestufte Teil dieses Gehäuses ausgehend von dem ansteigenden Gehäuseteil von oben und von außen her in einander kreuzenden Richtungen verstemmt ist.

Zur Vermeidung der Schwierigkeiten, die bei einem Kugelge­ lenk nach Fig. 6 auftreten, wird zunächst bei dem erfindungs­ gemäßen Kugelgelenk kein Verschlußteil verwendet, ähnlich wie bei der Ausführung nach Fig. 7. Infolgedessen wird die Anzahl von benötigten Bauteilen und Montageschritten vermin­ dert. Um nun auch die bei der Ausführung nach Fig. 7 auftre­ tenden Schwierigkeiten zu beheben, ist der Flanschteil an der Außenseite des Lagerteils auf der verstemmten Seite ge­ bildet. Das Gehäuse ist mit dem gestuften Teil ausgestattet, um den Flanschteil aufzunehmen. Nur der Flanschteil des La­ gerteils wird durch den verstemmten Gehäuseteil gehalten. Es findet keine Deformierung an derjenigen Fläche des Lagertei­ les statt, auf welcher sich die Kugel abstützt. Die Kugel­ fläche wird daher sicher und dauerhaft unter der vorbestimm­ ten Vorspannung gehalten, die das Lager aufweisen soll.

Bei dem erfindungsgemäßen Kugelgelenk ist das Gehäuse mit dem gestuften Teil und dem ansteigenden Teil ausgebildet, der einteilig angesetzt ist und vom Außenumfang des gestuf­ ten Teils an dessen oberem Rand ausgeht. Das Lagerteil ist in seinem oberen Bereich mit dem Flanschteil versehen, der einen vergrößerten Durchmesser aufweist. Dieser Flanschteil hält die Kugel, nachdem das Gehäuse über dem gestuften Be­ reich in seinem ansteigenden Teil von außen und von oben her verstemmt wurde. Nach Durchführung des Verstemmens kann die Kugel aus dem Lagerteil nicht mehr entfernt werden. Die Lücken zur Aufnahme der Vertikalen und der dazu über Kreuz gerichteten Deformierung sind zwischen dem Lagerteil, wel­ ches die zur Mitte der Kugel hin gerichteten Vorspannkräfte ausübt, und dem Gehäuse gebildet, welches den Außenumfang des Lagerteils hält.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Kugelge­ lenks;

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht des Kugelgelenks;

Fig. 3 einen Teilschnitt eines Lagerteils;

Fig. 4 eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Be­ ziehung zwischen Lagerteil und Gehäuse bei dem er­ findungsgemäßen Kugelgelenk;

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform des Lagerteils; und

Fig. 6 und 7 die bereits erwähnten bekannten Kugelgelenke.

Das in Fig. 1 gezeigte Kugelgelenk 10 umfaßt ein Gehäuse 12, ein Lagerteil 14 an der Innenseite des Gehäuses 12 und eine Kugel 16, die in dem Lagerteil 14 aufgenommen ist.

Das Gehäuse 12 ist üblicherweise aus Metall hergestellt. An der oberen inneren Wandungsfläche des Gehäuses 12 ist ein gestufter Teil 18 ausgebildet, dessen Durchmesser (in Radial­ richtung) vergrößert ist. Ein dünnerer ansteigender Teil 20, der in Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist, erstreckt sich von dem oberen Bereich des gestuften Teils 18 ausgehend und ist einstückig angeschlossen. Ein zweiter gestufter Teil 22 erstreckt sich von dem gestuften Teil 18 ausgehend nach un­ ten an der Innenseite des Gehäuses 12. Ein Zwischenteil 26 erstreckt sich von dem zweiten gestuften Teil 22 bis zum Boden 24 und weist eine gekrümmte Oberfläche von im wesent­ lichen konstantem Radius auf.

Das Lagerteil 14 ist, wie z. B. aus Fig. 3 ersichtlich, mit einem oberen Flanschteil 28 mit vergrößertem Durchmesser, einem unteren, dünneren Teil 30 und einem Zwischenteil 32 versehen. Der untere, dünne Teil 30 ist an den Zwischenteil 26 des Gehäuses 12 angepaßt. Die Innenseite des Zwischen­ teils 26 weist eine gekrümmte Oberfläche entsprechend einem Durchmesser D auf, der durch den Mittelpunkt C der Kugel verläuft, die in dem Gehäuse 12 aufgenommen ist. Der Außen­ durchmesser L des oberen Flanschteils 28 ist größer als 1,15 D. Die Dicke T des Flanschteils 28 beträgt annähernd (0,10-0,15)×D. Das obere äußere Ende 34 des Flanschteils 30 ist abgeschrägt.

Das Lagerteil 14, dessen sphärische Fläche bei dem erfin­ dungsgemäßen Kugelgelenk die Kugel im Gehäuse sichert, wird aus synthetischem Harz gefertigt. Es wird vorzugsweise in solcher Weise ausgebildet, daß es die in Fig. 4 mit Pfeilen p bezeichneten Vorspannungen in Richtung des Mittelpunktes des Lagerteils ausübt.

Es wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen. Während bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform die Außenoberfläche des dünnen Teils 30 eine sphärische Gestalt aufweist, ist bei dieser Ausführungsform nach Fig. 5 der entsprechende dünne Teil 30, welcher etwa von der Linie H in Fig. 3 ausgeht, die sich durch den Mittelpunkt C erstreckt und senkrecht zu einer Linie V ist, die senkrecht durch den Mittelpunkt C der Kugel 16 in dem Lagerteil 14 verläuft, kegelförmig ausgebil­ det. Diese Ausführungsform ist dann geeignet, wenn der Zwi­ schenteil 26 des Gehäuses 12 konisch ausgebildet wird. Die Gestaltung der Außenoberfläche des dünnen Lagerteils ent­ spricht also der Form des Zwischenteils des Gehäuses, so daß gleichförmige Vorspannungen p (Fig. 4) erzeugt werden.

Das Lagerteil 14 greift an der Kugelfläche der Kugel 16 an. Die Gestaltung der anderen Bereiche der Kugel 16 und des Ku­ gelschaftes entsprechen dem Stand der Techik.

Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Kugelgelenks 10 wird zunächst die Kugel 16 in das Lagerteil 14 eingesetzt, wodurch eine Untergruppe zustande kommt. Diese Untergruppe wird dann in das Gehäuse 12 eingesetzt. Dann wird eine Flä­ che am Außenumfang des Zwischenteils 32 des Lagerteils 14 an einen mittleren Flächenbereich 19 angesetzt, welcher den ge­ stuften Teil 18 mit dem zweiten gestuften Teil 22 des Gehäu­ ses verbindet, dessen Durchmesser kleiner als der dieser äußeren Umfangsfläche ist. Das Einsetzen erfolgt in solcher Weise, daß die Unterseite des Flanschteils 28 des Lagerteils 14 auf den gestuften Teil 18 des Gehäuses 12 zur Auflage kommt. Wenn der Flanschteil 28 des Lagerteils 14 auf dem ge­ stuften Teil 18 des Gehäuses 12 aufsitzt, ist unmittelbar angrenzend in Einwärtsrichtung eine Lücke in Radialrichtung zwischen dem Außenumfang des Flanschteils 28 und der Fläche des Gehäuses 12 gebildet. Die gestufte Fläche unter dem Zwi­ schenteil 32 des Lagerteils 14 liegt in geringem Abstand über dem zweiten gestuften Teil 22 des Gehäuses 12.

Anschließend wird der ansteigende Teil 20 des Gehäuses 12 mittels eines an sich bekannten Werkzeugs verstemmt, so daß er ausgehend von der in Fig. 2 gestrichelt gezeigten Stel­ lung in die in Fig. 2 mit durchgezogenen Linien gezeigte La­ ge verformt wird.

Der Flanschteil 28 des Lagerteils 14 nimmt zunächst die in Fig. 2 gestrichelt gezeigte Lage ein. Während der ansteigen­ de Teil 20 des Gehäuses 12 in Einwärtsrichtung verstemmt wird, wird dieser ansteigende Teil 20 entlang dem abgeschräg­ ten äußeren Ende 34 des Lagerteils 14 umgebogen. Der obere Bereich des Flanschteils 28 wird daher in Einwärtsrichtung verdrängt, so daß er die Oberseite der Kugel 16 umfaßt und ihre Entfernung unmöglich macht. Die anfangs vorhandene Lücke zwischen dem Außenumfang des Flanschteils 28 und der Innen­ fläche des Gehäuses 12 ermöglicht eine Materialaufnahme bei der in gekreuzten Richtungen stattfindenden Deformierung des Flanschteils 28 des Lagerteils 14, welches bei dem Vorgang des Verstemmens durch Druckeinwirkung verformt wird. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist eine Lücke 38 zwischen dem zweiten ge­ stuften Teil 22 des Gehäuses 12 und der Unterseite des Zwi­ schenteils 32 des Lagerteils 14 gebildet. Diese Lücke 38 soll eventuelle Verformungen in Vertikalrichtung aufnehmen, wenn ein Zentrierungsfehler in der Richtung auftritt, in welcher die Kugel 16 unter Druck eingesetzt wird.

Nur der Flanschteil des Lagerteils wird durch Druckeinwir­ kung verformt und in dem Gehäuse festgehalten. Die übrigen Bereiche des Lagerteils werden lediglich mit Paßsitz unter Druck eingesetzt. Die von dem Lagerteil ausgeübten Vorspann­ kräfte dienen dazu, den Halt der Kugel zu verbessern und die Standfestigkeit des Kugelgelenks zu steigern.

Das erfindungsgemäße Kugelgelenk zeichnet sich durch mehrere Vorteile aus. Die bei dem Verstemmen auftretende Stauchung des Lagerteils ist auf dessen Flanschteil beschränkt. Die Funktionseigenschaften und Standfestigkeit des Kugelgelenks werden durch den Vorgang des Verstemmens daher nicht beein­ trächtigt. Wegen seines einfachen Aufbaus kann das Kugelge­ lenk wirtschaftlich gefertigt werden.

Die beim Verstemmen auftretenden Belastungen haben keinerlei negativen Einfluß auf die Leistungsfähigkeit des Kugelge­ lenks, so daß auch eine Großserienfertigung möglich ist. Da beim Verstemmen hohe Kräfte ausgeübt werden können, läßt sich auch eine große Standfestigkeit erzielen.

Da das erfindungsgemäße Kugelgelenk nur wenige Bauteile und wenige Bearbeitungsschritte erfordert, ist es besonders ko­ stengünstig.

Da eine gleichmäßige Vorspannung auf die Kugel ausgeübt wer­ den kann, besitzt das Kugelgelenk eine hohe Langzeitkonstanz seiner Funktionseigenschaften und eine große Standfestigkeit.

Ein solches Kugelgelenk ist allgemein in Industriemaschinen, Kraftfahrzeugen, Stabilisatoren, Steuergestängen und der­ gleichen verwendbar.

Claims (3)

1. Kugelgelenk mit einem Gehäuse, einem entlang der Innen­ seite des Gehäuses angeordneten Lagerteil und einem von dem Lagerteil umgebenen Kugelteil, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse in seinem oberen Bereich einen gestuften Teil und einen ansteigenden Teil aufweist, der vom Außenumfang des gestuften Teils ausgehend einstückig angeschlossen ist, daß das Lagerteil in seinem oberen Bereich mit einem Flansch­ teil versehen ist und daß der gestufte Teil mit dem anstei­ genden Teil des Gehäuses von oben und von außen her in ein­ ander kreuzenden Richtungen verstemmt ist, so daß der Flanschteil den Kugelteil einspannt und dessen Entfernung aus dem Gehäuse verhindert.

2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuse und dem Lagerteil Lücken zur Mate­ rialaufnahme bei Verformung in senkrechter Richtung und in gekreuzten Richtungen vorgesehen sind.

3. Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Lagerteil in solcher Weise gestaltet ist, daß es Vorspannungen in Richtung auf den Mittelpunkt des Kugel­ teils auf diesen ausübt.