DE4212346B4

DE4212346B4 - Kugelgelenk

Info

Publication number: DE4212346B4
Application number: DE4212346A
Authority: DE
Inventors: Izuru Kasugai Mori
Original assignee: TRW Steering and Industrial Products Co Ltd
Current assignee: TRW Steering and Industrial Products Co Ltd
Priority date: 1991-04-12
Filing date: 1992-04-13
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2012-04-14
Also published as: JPH0552212A; DE4212346A1; US5188476A

Abstract

Kugelgelenk mit einem Kugelsitz (1), der eine Aufnahmeöffnung (1a) aufweist, einem Kugelschaft (3), der an einem Ende einen Kugelabschnitt (3a) aufweist, wobei der Kugelabschnitt (3a) über eine Lagerschale (2) in der Aufnahmeöffnung (1a) aufgenommen ist, und mehreren an der äußeren Oberfläche der Lagerschale (2) ausgebildeten Vorsprüngen (2a, 2b), dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeöffnung (1a) durch eine im wesentlichen halbkugelförmige Wand gebildet ist und die Lagerschale (2) eine im wesentlichen halbkugelförmige äußere Oberfläche aufweist, die in der halbkugelförmigen Wand der Aufnahmeöffnung (1a) aufgenommen ist, und dass die Vorsprünge (2a, 2b) an der halbkugelförmigen äußeren Oberfläche der Lagerschale geformt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kugelgelenk nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Kugelgelenk, das bei einem Fahrzeug in einem Lenkgestänge, einer Aufhängung oder ähnlichem eingesetzt wird, weist grundsätzlich einen Kugelsitz und einen Kugelschaft auf. Die Aufnahmeöffnung beinhaltet einen Kugelabschnitt, der in einer Aufnahmeöffnung des Kugelsitzes aufgenommen ist, um mittels einer sich zwischen dem Kugelabschnitt und der Aufnahmeöffnung befindenden Lagerschale Schwenkbewegungen auszuführen.
Eine solche Lagerschale ist aus synthetischem Harz geformt, das eine hohe Verschleißfestigkeit und eine geringe Elastizität zeigt. Die äußere Lagerschalenform ist identisch der inneren Kugelaufnahmeform nachgebildet, so daß die Lagerschale in die Aufnahmeöffnung ohne großes Spiel zwischen beiden aufgenommen wird. Folglich kann die Lagerschale eine bedeutende Variationsbreite in repulsiver Elastizitätskraft auch dann aufweisen, wenn die Abmessungstoleranzen der Bauteile des Kugelgelenkes klein sind.
Wenn also die Maßgenauigkeit jedes Bauteiles gering ist und die eingebaute Lagerschale eine beträchtlich variierende repulsive Elastizitätskraft zeigt, kann kein konstantes Arbeitsdrehmoment für den Kugelschaft erzielt werden. Wenn die Kugelschale stark abgenutzt ist, entsteht erhebliches Spiel zwischen dem Kugelabschnitt des Kugelschaftes und der Lagerschale, so daß das angestrebte Arbeitsdrehmoment für den Kugelschaft nicht beibehalten werden kann, was die Funktionsfähigkeit des Kugelgelenkes nachteilig beeinflußt.

Beispielsweise sind in der JP 64-39922 U und der JP 63-1785 U Kugelgelenke offenbart, mit denen versucht wird, die oben erwähnten Schwierigkeiten im Stand der Technik zu überwinden.

Aus der US 3 909 084 ist ein Kugelgelenk bekannt, mit einem Kugelsitz, der eine zylindrische innere Wand aufweist und einer im wesentlichen aus zwei Ringen bestehenden Lagerschale, welche eine äußere zylindrische, mit Vorsprüngen versehene sowie eine innere kugelförmige Oberfläche aufweist und die so in dem Kugelsitz angeordnet ist, daß die zylindrische äußere Oberfläche der Lagerschale von der zylindrischen inneren Oberfläche des Kugelsitzes aufgenommen wird.

Das Kugelgelenk, das in der JP 64-39922 U offenbart ist, beinhaltet eine Lagerschale, wobei auf deren äußerer Oberfläche Vorsprünge und hierzu benachbarte Aussparungen ausgebildet sind. Wenn die Lagerschale in eine Aufnahmeöffnung eingebaut ist, sind die Vorsprünge gegen die die Kugelpfanne abgrenzende Wandung gedrückt und in die Aussparungen verschoben, um die Schwankungen in der repulsiven Elastizitätskraft der Lagerschale zu reduzieren. Dieses Kugelgelenk sorgt jedoch nicht für eine ausreichende abstoßende Elas tizitätskraft infolge des großen Deformationsmaßes der Vorsprünge. Ferner zeigt sich, daß die Funktionsstabilität eines solchen Kugelgelenkes unzureichend ist, da die abstoßende Elastizitätskraft infolge Materialfließens der Vorsprünge verringert wird. Darüber hinaus erzeugt ein solches Kugelgelenk eine bedeutende Schwankung der repulsiven Elastizitätskräfte aufgrund der Schwankungen in der Deformation der Vorsprünge.

Das Kugelgelenk, das in der JP 6317855 Y2 offenbart ist, beinhaltet eine Kugelpfanne, die Aussparungen in ihrer Wandung an der geneigten Oberfläche zwischen der zylindrischen Oberfläche und dem Boden aufweist. Dieses Kugelgelenk ist so ausgebildet, daß es ein stabiles Arbeitsdrehmoment für den Kugelschaft ermöglicht aufgrund der schrägen Lagerschalenoberfläche, die über den eine Biege-Rückstoßkraft erzeugenden Aussparungen plaziert ist. Dieses Kugelgelenk jedoch erfordert einen komplizierten Herstellungsprozeß, um die Aussparungen in der schrägen Oberfläche der Kugelpfanne auszubilden. Darüber hinaus kostet es viel Zeit, die Aussparungen maschinell auszubilden. Wenn es beabsichtigt ist, die Aussparungen durch eine Druckplatte während des Preßvorgangs auszuformen, wird die Lebensdauer der Druckplatte verkürzt, da eine solche Druckplatte Kantenabschnitte aufweist. In jedem Falle würde die Ausbildung der Aussparungen in der schrägen Oberfläche der Kugelpfanne die Herstellungskoten bedeutend erhöhen.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kugelgelenk zur Verfügung zu stellen, das für eine zuverlässige Funktion ungeachtet von Maßtoleranzen, mit denen die Bauteile des Kugelgelenkes behaftet sind, bei niedrigen Herstellungskosten für das Kugelgelenk sorgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung haben die Vorsprünge Bandform.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung haben die Vorsprünge Punktform.

Bei dem erfindungsgemäßen Kugelgelenk sind die auf der äußeren Umfangsfläche der Lagerschale gebildeten Vorsprünge während des Einbaus der Lagerschale in die Aufnahmeöffnung verformt. So können Schwankungen in der Größe der Bauteile infolge der Maßtoleranz und/oder Schwankungen in der Montagebelastung ausgeglichen werden.

Ferner werden vergrößerte repulsive Elastizitätskräfte durch die Verformung der Vorsprünge erzeugt, da die Vorsprünge Bandform oder Punktform haben. Auf diese Weise kann das angestrebte Arbeitsdrehmoment am Kugelschaft auftreten.

Darüber hinaus sorgt die Lagerschale für einen verringerten Abrieb oder Verschleiß und eine verlängerte Lebensdauer. Die Lagerschale des erfindungsgemäßen Kugelgelenkes kann mittels eines Formwerkzeugs hergestellt werden, das im wesentlichen gleich dem zur Herstellung einer konventionellen Lagerschale aus Harz ist.

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:
1 einen Längsschnitt eines Kugelgelenkes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 einen vergrößerten Seitenriß einer Lagerschale aus 1;
3 einen vergrößerten Seitenriß einer Lagerschale nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
4 einen vergrößerten Teilschnitt der Lagerschale aus 2 oder 3, der die verformten Vorsprünge der Lagerschale zeigt beim Druck gegen die innere Oberfläche einer Kugelpfanne;
5 einen vergrößerten Teilschnitt ähnlich 4; und
6 einen vergrößerten Teilschnitt ähnlich 4.
Ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk, wie es in 1 gezeigt ist, umfaßt einen Kugelsitz 1, der eine darin ausgebildete Aufnahmeöffnung 1a aufweist, und einen Kugelschaft 3, der an einem Ende einen Kugelschaft 3a aufweist. Der Kugelabschnitt 3a ist in der Aufnahmeöffnung 1a aufgenommen, um Schwenkbewegungen mittels einer zwischen den Kugelabschnitt 3a und der Wandung der Aufnahmeöffnung 1a angebrachten Lagerschale 2 auszuführen.
Die Lagerschale 2 ist aus einem verschleißfesten, synthetischen Harz im wesentlichen halbkugelförmig ausgebildet. Wie in 2 gezeigt, sind in der äußeren Umfangsfläche des Lagerringes 2, mit Ausnahme der oberen und unteren Teile der Oberfläche, mehrere bandförmige Vorsprünge 2a mit halbrundem Querschnitt ausgebildet. Die Vorsprünge erstrecken sich über den Umfang der Lagerschale und sind längs der Lagerschalen-Hauptachse parallel mit Zwischenraum voneinander angeordnet. Statt band- oder ringförmiger Vorsprünge, wie in 2 gezeigt, kann die äußere Umfangsfläche der Lagerschale 2, außer an ihrem oberen und unteren Teil, auch mit punktförmigen Vorsprüngen 2b ausgestattet werden, wie in 3 gezeigt.
Die Vorsprünge 2a und 2b sind gegen die die Aufnahmeöffnung 1a abgrenzende Wandung gedrückt, um durch die während des Einbaus der Lagerschale 2 in die Aufnahmeöffnung 1a angewendete Montagelast verformt zu werden. Die Vorsprünge 2a und 2b sind ferner durch die Last verformt, die vom Kugelabschnitt 3a ausgeht, wenn der Kugelschaft 3 benutzt wird. Dementspre chend müssen die Vorsprünge 2a und 2b eine ausreichend große Fläche aufweisen, die in Eingriff mit der Wandung der Aufnahmeöffnung 1a ist, um den beiden oben genannten Lasten widerstehen zu können. Darüber hinaus sollte die Größe der Vorsprünge 2a und 2b so gewählt werden, daß, wenn die Vorsprünge aus dem in 5 gezeigten Zustand, in welchem sie durch die Montagelast verformt sind, in den in 6 gezeigten Zustand weiter verformt sind, in welchem sie durch die vom Kugelabschnitt 3a ausgehenden Last verformt sind, sich der Deformationsbetrag innerhalb des elastischen Deformationsbereiches bewegt.
Wie hieraus hervorgeht, und gemäß einem Kugelgelenk nach der Ausführungsform, wird während des Einbaus der Lagerschale in die Aufnahmeöffnung 1a eine Montagelast auf die Kugelschale angewendet, die größer ist als die Last, die vom Kugelschaft 3 während des Betriebs des Kugelgelenkes ausgeht. Durch die Montagelast sind die Vorsprünge 2a und 2b gegen die Wandung der Aufnahmeöffnung 1a gedrückt und dadurch verformt, wie in 4 und 5 gezeigt. Die sich daraus ergebende, große Elastizitätskraft wird auf den Kugelsitz 1 und den Kugelabschnitt 3a angewendet. Dementsprechend kann das geeignete Antriebsdrehmoment auf den Kugelschaft 3 ausgeübt werden.
Wie sich aus dem vorstehenden ergibt, können Schwankungen in der Größe der Kugelsitze, der Lagerschalen oder ähnlichen Kugelgelenkbauteilen, die sich infolge der Maßtoleranz und/oder Schwankungen in der Montagelast ergeben, die z. B. während des Einbaus der Lagerschale in die Aufnahmeöffnung auftreten können, durch eine von den Vorsprüngen 2a oder 2b ausgehenden Elastizitätskraft ausgeglichen werden. Das heißt, solche Schwankungen können durch elastische Deformation der Vorsprünge 2a oder 2b ausgeglichen werden. Dadurch wird die Schwankung im Arbeitsdrehmoment des Kugelschaftes 3 minimiert und für eine stabile Funktion des Kugelgelenkes gesorgt.
Beim Betrieb geht vom Kugelabschnitt 3a eine Last auf die Lagerschale 3 aus. Diese Last wird durch die elastische De formation der Vorsprünge 2a oder 2b ausgeglichen. Dementsprechend wird die Reibung zwischen dem Kugelabschnitt 3a und der Kugelschale 2 minimiert und so verhindert, daß das Spiel zwischen dem Kugelabschnitt 3a und der Lagerschale 2 größer wird. Dadurch ermöglicht der Lagerring, daß das passende Arbeitsdrehmoment des Kugelschafts 3 beibehalten wird. Dies bewirkt eine längere Lebensdauer des Kugelgelenkes.
Die Vorsprünge 2a oder 2b können durch ein Formwerkzeug zum Gießen von Harz ausgebildet werden. Eine solche Form hat denselben Preßvorgang und dieselbe Preßzeit wie eine Form zum Ausbilden eines konventionellen Lagerringes aus Harz. Dies verhindert einen Anstieg der Herstellungskosten.
Die bandförmigen Vorsprünge 2a haben, wie gezeigt, einen halbrunden Querschnitt. Sie können jedoch auch andere Querschnittsformen aufweisen, wie z. B. einen trapezförmigen oder einen rechteckigen Querschnitt.
Wie oben dargestellt, sorgt ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk für eine stabile und zuverlässige Funktion ungeachtet möglicher Größenfehler seiner Bauteile sowie für niedrige Herstellungskosten.

Claims

Kugelgelenk mit einem Kugelsitz (1), der eine Aufnahmeöffnung (1a) aufweist, einem Kugelschaft (3), der an einem Ende einen Kugelabschnitt (3a) aufweist, wobei der Kugelabschnitt (3a) über eine Lagerschale (2) in der Aufnahmeöffnung (1a) aufgenommen ist, und mehreren an der äußeren Oberfläche der Lagerschale (2) ausgebildeten Vorsprüngen (2a, 2b), dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeöffnung (1a) durch eine im wesentlichen halbkugelförmige Wand gebildet ist und die Lagerschale (2) eine im wesentlichen halbkugelförmige äußere Oberfläche aufweist, die in der halbkugelförmigen Wand der Aufnahmeöffnung (1a) aufgenommen ist, und dass die Vorsprünge (2a, 2b) an der halbkugelförmigen äußeren Oberfläche der Lagerschale geformt sind.
Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vorsprünge (2a) um die halbkugelförmige äußere Oberfläche der Lagerschale herum erstrecken.
Kugelgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (2a) in Axialrichtung der Lagerschale (2) zueinander beabstandet sind.
Kugelgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (2a) sich parallel zueinander erstrecken.
Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge im wesentlichen halbkugelförmig sind.
Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (2a, 2b) verformbar sind, wenn der Kugelabschnitt (3a) durch die Lagerschale (2) in die Aufnahmeöffnung (1a) eingesetzt wird.