DE970805C

DE970805C - Kugelgelenk fuer Lenkgestaenge von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE970805C
Application number: DES32497A
Authority: DE
Inventors: Alfred Sell
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1953-03-07
Filing date: 1953-03-07
Publication date: 1958-10-30

Description

Kugelgelenk für Lenkgestänge von Kraftfahrzeugen Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk für Lenkgestänge von Kraftfahrzeugen, bei dem der Kugelbolzenkopf in einem am Lenkgestänge befestigten Gehäuse dreh- und schwenkbar gelagert ist.
Ein solches Kugelgelenk, ein ganz besonders lebenswichtiger Bauteil des Kraftfahrzeuges, ist bekanntlich außerordentlich hohen Beanspruchungen, insbesondere Stoßbelastungen ausgesetzt und soll dabei sich zum Teil widersprechenden Anforderungen gerec@t werden. Es soll nämlich nach Möglichkeit in seiner Lagerung trotz der beim Betrieb des Kraftfahrzeuges von der Straße ausgeübten starken Stöße auch bei längerer Betriebsdauer keine wesentliche Abnutzung der Lagerung des Bolzenkopfes eintreten, da sonst die sichere Führung des Kraftfahrzeuges durch die Lenkung und damit die Verkehrssicherheit des Fahrzeuges gefährdet ist. Andererseits gehört es zu den allen Anforderungen entsprechenden Eigenschaften eines solchen Gelenkes, daß die Aufnahme der Stöße innerhalb des Gelenkes möglichst unter einer gewissen Nachgiebigkeit bzw. Dämpfung erfolgen sollte, um die anderen Teile des Lenkgestänges vor den auftretenden übermäßigen. Beanspruchungen zu schützen und dadurch mögliche Gefahrenquellen für die Verkehrssicherheit auszuschließen.
Da diese Kugelgelenke am Fahrzeug an Stellen angeordnet sein müssen, die in der Regel schlecht zugänglich sind, werden diese erfahrungsgemäß nicht oder nur unzulänglich gewartet, obwohl sie ständig dem Schmutz und Staub ausgesetzt sind, weshalb daneben schon seit langem das Bestreben ist, ebenso wie alle anderen beweglichen Bauteile des Kraftfahrzeuges, vor allem diese Gelenke völlig wartungsfrei zu gestalten.
Alle bisher bekannten Lagerungsarten des Kugelbolzenkopfes solcher Gelenke waren nicht imstande, diesen alle die genannten erstrebenswerten Eigenschaften zu -verleihen.
Die bekannte Lagerung des Kugelbolzenkopfes in hochwertigsten Stahllagerschalen, um dem alsbaldigen Auftreten von sich im Laufe des Betriebes vergrößernden Lagerspiel entgegenzuwirken, bot zunächst keine bzw. eine nur unzulängliche Möglichkeit für die wünschenswerte nachgiebige und damit dämpfende Aufnahme der auf das Gelenk ausgeübten Stöße, die demnach in diesem Fall in fast ungeminderter Größe auf die übrigen Lenkungsteile übertragen wurden und damit eine gefahrbringende Beanspruchung dieser Teile, von deren störungsfreiem Arbeiten die Vermeidung folgenschwerer Unfälle abhängt, darstellten.
Trotz der hohen Flächenbelastbarkeit solcher Stahllagerauskleidungen leisten diese darüber hinaus bekanntlich nur begrenzten Widerstand, da die auftretenden Spitzendrücke die Festigkeitsgrenze der Stahlschalen überschreiten, und es tritt, wenn auch in der Regel wegen der Kürze der Stoßspitzen ein Bruch dieser Lagerschalen vermieden werden konnte, ein verhältnismäßig rascher Verschleiß ein, der ein bleibende , übermäßiges Spiel in dem Kugelgelenk zur Folge hat, mit den hierdurch bedingten und außerordentlich nachteiligen Auswirkungen für die Lenk- und damit Fahrsicherheit des Fahrzeuges.
Der Weg, der vorgeschlagen wurde, um demgegenüber einen selbsttätigen Ausgleich des schädlichen Lagerspieles herbeizuführen und damit das Auftreten eines bleibendes Spieles in dem Gelenk zu vermeiden, eine Aufteilung der Lagerschale aus Stahl oder auch beispielsweise aus Kunstharz in viele Kalotten vorzusehen, mit einer Unterlage' aus Gummi, um damit eine Nachgiebigkeit der Lagerung und die angestrebte Spielfreiheit zu erzielen, führte offensichtlich wegen der Unterlegenheit einer solchen Lagerung hinsichtlich der Tragfähigkeit gegenüber Stahlauskleidungen - abgesehen davon, daß ein solches Lager nicht auf Schmierung und damit auf Wartung verzichten kann - ebenfalls nicht zu einem befriedigenden Ergebnis.
Ähnliches gilt in bezug auf die wünschenswerte Wartungsfreiheit solcher Gelenke. Auch in dieser Hinsicht sind bereits verschiedene Lösungswege bekanntgeworden. Keiner dieser Vorschläge führte jedoch bisher zu einer wirklich wartungsfreien Lagerung. So wurde beispielsweise die Lagerung des Kugelbolzenkopfes zu diesem Zwecke in Pfannen mit selbstschmierenden Lagerflächen, und zwar im besonderen aus ölschwitzendem Werkstoff, vorgeschlagen. Auf längere Betriebsdauer bot jedoch auch eine solche Lagerung nicht die Gewähr für wartungsfreien Lauf, ungeachtet dessen, daß eine solche Lagerung ebenfalls die für die auftretenden Belastungen unerläßliche hohe Tragfähigkeit vermissen ließ.
Die Erfindung schlägt demgegenüber die Verwendung eines oder mehrerer in das nahezu geschlossene Gelenkgehäuse eingesetzte Lagerkörper aus Superpolyamid-Kunststoff für die Lagerung des Bolzenkopfes vor.
Dieser bekannte Werkstoff, der sich bekanntlich unter anderen durch seine Elastizität, Abriebfestigkeit und Anspruchslosigkeit im Hinblick auf Schmierung auszeichnet, wurde gerade wegen dieser Eigenschaften bereits vielfach auf seine Verwendbarkeit als Werkstoff für Gleitlager untersucht. Diese Untersuchungen führten zu dem Ergebnis, daß dieser Werkstoff für solche Zwecke nur in sehr beschränktem Umfange verwendbar ist, da sich seine Belastbarkeit nur in Grenzen von 4o bis 5o kg/cm2 bewegt, wobei für ungeschmierte Lager zum Teil sogar von der Fachliteratur als höchste Belastbarkeit nur 5 kg/cm2 angegeben wird und seine Festigkeit mit Zunahme der Gleitgeschwindigkeit außerordentlich stark abnimmt. Bei Gleitlagern mit größerer ruhender Last hat sich gezeigt, daß dieses Material über seine Elastizitätsgrenze hinaus beansprucht wird und deshalb plastische Eigenschaften annimmt, aus diesem Grunde ausweicht und dadurch nach kurzer Zeit ein wesentlich größeres Lagerspiel eintritt, weshalb bei Verwendung dieses Materials für Gleitlager vorgeschlagen wurde, die Lagerschalen an ihren Enden mit Stahlarmierung zu versehen, um dieses Ausweichen des Materials zu verhindern.
Aus allen diesen in Fachkreisen gewonnenen Erkenntnissen über die Eigenschaften dieses Materials bot sich dieses für die Verwendung als Lagerwerkstoff für Kugelgelenke von Lenkgestängen von Kraftfahrzeugen, bei denen bekanntlich Stoßbelastungen mit Spitzenwerten bis zu 6 to/cm2 und darüber hinaus auftreten, also Belastungen in Größenordnungen, die um das I 50- bis Zoofache über der bekannten Belastbarkeit des fraglichen Materials liegen, keineswegs an, sondern ließ dieses Material vielmehr für diesen Zweck als völlig unbrauchbar erscheinen.
Die von der Erfindung im Gegensatz zu diesen Feststellungen vorgeschlagene Verwendung von Polyamid-Kunststoff für die Lagerung des Kugelbolzenkopfes solcher Gelenke führte jedoch völlig unerwarteterweise zu einem überraschenden und ungewöhnlichen Erfolg.
Kugelgelenke, die mit einer solchen Lagerung des Kugelbolzerkopfes ausgerüstet werden, halten, wie ausgedehnte ;'ersuche und der bereits erfolgte umfangreiche Eiii.,atz solcher Gelenke in der Praxis einwandfrei erwiesen haben, den auftretenden Stoßbelastungen, die ein Vielfaches der für möglich gehaltenen Flächenbelastung erreichen, ohne daß feststellbare Dauerverformungen oder ein erhöhtes Lagerspiel auftreten, stand.
Prüfstandversuche mit 15 ooo ooo Lastwechsel mit Höchstbelastung ergaben keine feststellbare Abnutzung der Lagerung. Mit doppelter Belastung beanspruchte, in Kraftfahrzeuge eingebaute Gelenke wiesen nach einer über einige Io ooo km zurückgelegte Fahrstrecke keinerlei feststellbare Abnutzung auf. Damit ergab sich für Gelenke mit der erfindungsgemäßen Lagerung des Bolzenkopfes eine Erhöhung der Dauerleistung von Ioo und mehr Prozent gegenüber den mit hochwertigsten Stahllagerschalen ausgerüsteten Gelenken bekannter Art und deren Überlegenheit gegenüber den Gelenklagerausbildungen aller bisher bekannten Ausgestalturtgsarten solcher Gelenke.
Damit ist erwiesenermaßen für solche Kugelgelenke von Lenkgestängen für Kraftfahrzeuge ein erheblicher Fortschritt erzielt, da diese Art der Lagerung nunmehr alle an sie zu stellenden geschilderten Forderungen erfüllt.
Sie gewährleistet nämlich in dem der Erfindung zugrunde liegenden Anwendungsfall über eine erheblich längere als bisher erzielbare Betriebsdauer eine spielfreie und sichere Führung des Kugelbolzenkopfes, wofür die bisher unbekannte, von der Erfindung ausgenutzte Eigenschaft dieses Materials verantwortlich ist, nämlich, daß sich die bei den hohen auftretenden Überbelastungen an sich verursachten Verformungen des Materials im Ruhezustand stets zurückbilden.
Dazu kommt die elastische und damit dämpfende Aufnahme der eingeleiteten Stöße durch die erfindungsgemäße Lagerung, und endlich entsteht durch diese ein wirklich wartungsfreies Gelenk infolge der Abriebfestigkeit des Materials und vor allem wegen der Tatsache, daß dieses Material Schmutz und Staub, dem das Gelenk im Betrieb ausgesetzt ist, absorbiert und damit für die Lagerung unschädlich macht.
In der Zeichnung ist eine Ausführungsform eines Kugelgelenkes nach der Erfindung dargestellt.
Das Kugelgelenk besteht danach in der Grundausführung aus vier Teilen, dem Kugelgelenkgehäuse 5 mit dem Anschlußzapfen I, einem Formstück aus Superpolyamid-Kunststoff 2, dem Kugelbolzen 3 und dem Verschlußdeckel 4, der durch Umbördeln oder Einwalzen des oberen Gehäuserandes oder auch durch einen Federring gesichert werden kann.
Bei einstückiger Ausbildung des Lagerkörpers 2 ist dieser zweckmäßig an der oberen Seite geschlitzt, wodurch er über den Kugelkopf 6 des Kugelbolzens 3 gestreift werden kann und danach infolge seiner Elastizität seine ursprüngliche Form wieder annehmend den Kopf des Kugelkopfes eng umschließt. Die Schlitze 7 in dem Lagerformstück können dabei als Aufnahmeräume für Graphit oder ein sonstiges Gleitmittel Verwendung finden, mit dessen Hilfe die Gleitfläche des Lagerformstückes und des Kugelbolzenkopfes nach kurzer Betriebsdauer eine spiegelblanke Oberfläche erhalten, eine wesentliche Voraussetzung für die Dauerhaltbarkeit der Lagerung. Das Lagerformstück kann selbstverständlich auch aus mehreren Teilen bestehen.
Die Anwendung der von der Erfindung vorgeschlagenen Lagerung des Kugelbolzenkopfes führt zu einem Kugelgelenk einfachster Aufbauform. Für seine Herstellung ist keine besondere Präzision erforderlich, weshalb ein Kugelgelenk dieser Ausbildungsart nur niedrige Gestehungskosten bedingt.

Claims

PATENTANSPRUCH: Kugelgelenk für Lenkgestänge von Kraftfahrzeugen mit Kunststofflagerung des Kugelbolzenkopfes innerhalb des Gelenkgehäuses, gekennzeichnet durch Verwendung eines Superpolyamid-Kunststoffes für die Lagerung des Bolzenkopfes. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 537 666, 575 296, 582421, 694160, 720912, 722155, 739059, 820 228; französische Patentschrift Nr. 770 94; britische Patentschriften Nr. 505 307, 547 876, 536 13o, 6oo 923; USA.-Patentschrift Nr. 2 246 o86; Deutsches Jahrbuch für die Industrie der plastischen Massen, 195I/52, S.134, 135 Hans Jürgen Saechtling und Willi Zebrows k i, Kunststoff-Taschenbuch, 9. Auflage, München 1952, S. 228,229; »Wissenschaftlich-techn. Fortschrittsberichte auf dem Gebiet der nicht härtbaren Kunststoffe 1942-1945«, Ausgabe 1950, S.376; Kolloidzeitsehrift, 195o, Bd. 117, S. 179;9 Textil-World, Oktober 1950, S. 1o3.