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WO1999055543A2 - Gummigelagertes kugelgelenk mit spannungsoptimierter lagergeometrie - Google Patents

Gummigelagertes kugelgelenk mit spannungsoptimierter lagergeometrie Download PDF

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WO1999055543A2
WO1999055543A2 PCT/DE1999/001200 DE9901200W WO9955543A2 WO 1999055543 A2 WO1999055543 A2 WO 1999055543A2 DE 9901200 W DE9901200 W DE 9901200W WO 9955543 A2 WO9955543 A2 WO 9955543A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bearing
ball joint
rubber
elastomer
joint according
Prior art date
Application number
PCT/DE1999/001200
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English (en)
French (fr)
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WO1999055543A3 (de
Inventor
Helmut Kammel
Axel Sichler
Original Assignee
Lemförder Metallwaren Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE1998118161 external-priority patent/DE19818161C2/de
Application filed by Lemförder Metallwaren Ag filed Critical Lemförder Metallwaren Ag
Priority to DE59902532T priority Critical patent/DE59902532D1/de
Priority to BR9906375-1A priority patent/BR9906375A/pt
Priority to US09/446,498 priority patent/US6341915B1/en
Priority to EP99927697A priority patent/EP0991534B1/de
Publication of WO1999055543A2 publication Critical patent/WO1999055543A2/de
Publication of WO1999055543A3 publication Critical patent/WO1999055543A3/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C11/00—Pivots; Pivotal connections
    • F16C11/04—Pivotal connections
    • F16C11/06—Ball-joints; Other joints having more than one degree of angular freedom, i.e. universal joints
    • F16C11/0619—Ball-joints; Other joints having more than one degree of angular freedom, i.e. universal joints the female part comprising a blind socket receiving the male part
    • F16C11/0623—Construction or details of the socket member
    • F16C11/0652—Construction or details of the socket member combined with a damper other than elastic linings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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    • F16C11/0623—Construction or details of the socket member
    • F16C11/0628—Construction or details of the socket member with linings
    • F16C11/0633—Construction or details of the socket member with linings the linings being made of plastics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60G2204/00—Indexing codes related to suspensions per se or to auxiliary parts
    • B60G2204/40—Auxiliary suspension parts; Adjustment of suspensions
    • B60G2204/416—Ball or spherical joints
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    • Y10T403/32631—Universal ball and socket
    • Y10T403/32647—Plural concave surfaces with diverse curvature
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T403/32606—Pivoted
    • Y10T403/32631—Universal ball and socket
    • Y10T403/32737—Universal ball and socket including liner, shim, or discrete seat

Definitions

  • the present invention relates to a rubber-mounted ball joint, the inner part of which is insulated from the outer part by an elastomer, and in which an articulated ball is mounted on an iron pin at its end in the inner part
  • the bearings and joints used in automotive engineering for suspension suspension are subject to particularly high loads, among other things, by shear forces, vibrations and acceleration forces.
  • it is known to dampen the vibrations caused, for example, by uneven road surfaces by using elastomers in the bearings or joint bodies, with a suitable choice of the elastomers will at the same time improve the acoustics, i.e. noise insulation against the running noise caused by the vibrations
  • a specially shaped and preloaded joint body made of an elastic material is arranged between an inner and an outer sleeve of the bearing.
  • the formation of the joint body leads to forced guidance in the case of cardanic deflection movements
  • the outer contour of the bearing inner part is flared at an angle of inclination ⁇ and the outer and inner contour of the outer part at an angle of inclination Ne with respect to the bearing axis.
  • the outer contour of the inner part is approximately starting in the area of the axis of the bearing, expanded conically in the direction of the bearing extension
  • the height of the elastomer which is favorable for the acting torques can be realized particularly advantageously by means of targeted relationships between the angle of inclination of the outer contour of the inner part and the angle of inclination of the outer part and a shape of the elastomer which is adapted to it.
  • An advantageous embodiment of the bearing according to the invention is therefore given that the angle of inclination of the conical extension of the outer contour of the inner part is less than the angle of inclination for the extension of the outer part.
  • a rubber-mounted ball joint with the technical features described above has been further developed in such a way that at least one insert with a lower Shore hardness compared to the elastomer is inserted into the elastomer at least on one side of the ball joint Compressibility that is several times greater than that of the elastomer receiving the insert, which is basically incompressible.
  • Design according to the invention improves the storage properties without structural changes, in particular the dimensions, having to be made
  • the insert or inserts can be vulcanized into the elastomer or subsequently inserted into the finished elastomer
  • the insert In order to prevent the insert from being released automatically from the elastomer, it can also be glued to the elastomer or can be fixed in the elastomer with an additional, for example wedge-shaped, securing element which is inserted between the elastomer and insert
  • a further embodiment of the invention provides for the insert to be produced from a plurality of components which are connected to one another, the connection of which can be effected by a press fit or known composite methods and of which at least one has a high roughness A frictional engagement is achieved on a contact surface, which counteracts the automatic loosening of the insert from the elastomer
  • the at least one insert with recesses at least in some areas
  • the insert is to be subsequently inserted into the finished elastomer, it is also advantageous to provide, at least in some areas, a radially directed material accumulation of the elastomer to secure the insert in the elastomer, which engages in a complementarily shaped recess in the at least one insert automatic loosening of the insert from the elastomer is prevented in a simple manner
  • the at least one insert can also be chamfered at least on its inner edge region
  • Figure 2 The sectional view of a rubber ball joint according to the prior art
  • FIG. 3 is a representation of the camp clarifying the occurring at the camp
  • Hinge pin opposite side closing lid and one
  • FIG. 1 illustrates the geometry of the bearing according to the invention on the basis of a sectional view with a cut made through the bearing axis 1.
  • a bearing according to FIG. 2 is known from the prior art, in which the pivot points 8, 9 of the bearing and of the joint are related coincide locally in the axial direction
  • a joint pin 6 is mounted in the bearing shell 4 of the inner part 2 of a rubber-metal bearing.
  • This inner part 2 simultaneously forms the housing of the ball joint between the inner and outer parts 2, 3 of the bearing Elastomer 7 arranged in a known manner.
  • the pivot pin 6 of the ball joint can swing out at an angle ⁇ in accordance with the forces acting radially on it.
  • a stop surface 10 for the bearing inner part 2 is formed on the end face of the bearing extension.
  • This stop surface and the conical design of the bearing cause axial forces in one for the Favorably accommodated in rubber
  • the bearing geometry according to the invention also results in a favorable, uniform stress distribution in the elastomer 7 in relation to the radial forces acting
  • FIG. 3 shows the forces or torques occurring on the bearing for clarification.
  • the tendency of the inner part 2 resulting from the occurring torques to twist in the outer part 3 is inventively determined by the selected bearing geometry, in which, as can be seen from FIG , conically expand both the bearing inner part 2 with regard to its outer contour and the bearing outer part 3, the geometry according to the invention, as illustrated in FIG. 3, provides a supporting effect for absorbing the attacking torques
  • the height 13 of the elastomer 7 given at a respective axial location is determined by the angle of inclination .beta. Or .theta. To be selected for the conical expansion of the inner part 2 or of the outer part 3. It is therefore particularly expedient if the angle of inclination .beta. For the conical expansion of the inner part 2 is less than that
  • FIG. 4 shows a further possible embodiment of a ball joint according to the invention with a configuration closed on the side opposite the pivot pin 6.
  • the bearing here is provided with a cover 14 on the end face. In addition to preventing the ingress of contaminants into the bearing, this also achieves that Axial forces can be absorbed in opposite directions
  • Rubber height 13 to be adapted to the forces occurring in a manner that is favorable for the application case.
  • an additional sealing bellows extension 16 which is formed directly and preferably in one piece on the sealing bellows 15.
  • the sealing bellows extension 16 abuts the outer part 3 in a sealing manner
  • FIG. 5 again illustrates the geometry of a further bearing according to the invention on the basis of a sectional illustration with a section Mit made through the bearing axis 1 the hinge ball 5 formed at its end is a hinge pin 6 mounted in the bearing shell 4 of the inner part 2 of a rubber metal bearing.
  • This inner part 2 simultaneously forms the housing of the ball joint.
  • an elastomer 7 is arranged in a known manner
  • the pivot pin 6 of the ball joint can pivot out at an angle ⁇ in accordance with the forces acting radially on it. In order to maintain the size of the pivoting angle ⁇ , an extension of the bearing on the side of the pivot pin 6 is not an option.
  • a soft-elastic insert 18 is inserted into the elastomer on the side of the pivot pin 6, which in the present case consists of an annular component.
  • This insert can have additional recesses, not shown in FIG. 5 18 1
  • a heap of material 19 in the form of a circumferential annular bead is also molded into the elastomer 7, which engages in a complementary recess 20 of the insert 18.
  • the annular insert 18 is in the in FIG. 5 shown embodiment of a bearing according to the invention bevelled axially on the inside, so that assembly is thereby facilitated.
  • the bearing geometry according to the invention results in a uniform stress distribution in the elastomer 7 in relation to the radial forces acting
  • FIG. 6 also shows a design that is largely identical to the bearing shown in FIG. 5.
  • the insert 18 in the present case consists of two components, the layer 20 having a roughness on the side interacting with the elastomer. which leads to a frictional connection between elastomer 7 and insert 18, so that the insert is secured in its receptacle against automatic loosening LIST OF REFERENCES:

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pivots And Pivotal Connections (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein gummigelagertes Kugelgelenk mit spannungsoptimierter Lagergeometrie. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die Lagergeometrie eines in bekannter Weise in einem Gummimetalllager gelagerten Kugelgelenks so zu verändern, daß ein hinreichend großer Schwenkwinkel für den Lagerzapfen gewährleistet ist und gleichzeitig die Fläche des Elastomers zur Erhöhung seiner Lebensdauer vergrößert wird. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Drehpunkt des Lagers, welches an seiner dem aus dem Lager herausragenden Gelenkzapfen gegenüberliegenden Seite über den Radius der Gelenkkugel hinaus verlängert ist und der Drehpunkt des in dem Innenteil gelagerten Gelenkzapfens in axialer Richtung gegeneinander einen Versatz aufweisen, wobei das Innen- und Außenteil des Lagers konisch erweitert sind. Ferner weist ein erfindungsgemäßes gummigelagertes Kugelgelenk wenigstens auf einer Seite des Kugelgelenkes mindestens ein Einsatz (18) mit einer verglichen mit dem Elastomer (7) geringeren Shorehärte auf, der in das Elastomer (7) eingefügt ist.

Description

Gurnmigelagertes Kugelgelenk mit spannungsoptimierter Lagergeometrie
Beschreibung:
Die vorliegende Erfindung betrifft ein gummigelagertes Kugelgelenk, dessen Innenteil gegen das Außenteil durch ein Elastomer isoliert ist und bei dem im Innenteil ein an seinem Ende eine Gelenkkugel auf eisendei Gelenkzapfen gelagert ist
Im Automobilbau für die Fahrwerksaufhangung verwendete Lager und Gelenke werden bekanntlich unter anderem durch Scherkräfte, Vibrationen und Beschleunigungskrafte besonders stark beansprucht Es ist daher bekannt, die beispielsweise durch Fahrbahnunebenheiten verursachten Schwingungen durch die Verwendung von Elastomeren in den Lagern bzw Gelenkkörpern zu dampfen Bei geeigneter Auswahl der Elastomere wird gleichzeitig eine Verbesserung der Akustik, d h. eine Gerauschisolierung gegen die durch die Schwingungen verursachten Laufgerausche erreicht
So ist beispielsweise aus der DE 28 38 391 ein Gummilager mit einer speziellen Geometrie bekannt, bei dem die Mantelflächen des inneren und äußeren Lagerteils in bezug auf die Lagerachse schräg verlaufen Nach der Lehre der Schrift wird hierdurch eine Art Gleitrampe gebildet, wodurch die in Kurvenfahrten auftretenden und axial in das Lager eingeleiteten Kräfte zu einer Radialverschiebung zwischen dem äußeren und dem inneren Lagerteil und somit zu einem Verschwenken des für ein Radfuhrungsglied eingesetzten Lagers fuhren Aus der DE 33 46 665 ist weiterhin ein elastisches Lager mit einer Zwangsführunσ bekannt
Bei dem beschriebenen Lager ist zwischen einer inneren und einer äußeren Hülse des Lagers ein speziell geformter und vorgespannter Gelenkkorper aus einem elastischen Werkstoff eingeordnet Durch die Ausbildung des Gelenkkorpers wird eine Zwangsfuhrung bei karda- nischen Auslenkbewegungen erreicht
Für Gelenkverbindungen von Teilen der Radaufhängungen bei Kraftfahrzeugen ist der Einsatz von Kugelgelenken bekannt In der Regel sind beim Einsatz der Lager sowohl das Gehäuse als auch der Gelenkzapfen des Kugelgelenks starr mit den Fahrwerksteilen verbunden, wodurch Erschütterungen bzw Schwingungen in unerwünschter Weise unmittelbar auf das Fahrwerk übertragen wurden Es ist daher beispielsweise aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 86 20 178 6 bekannt, die auftretenden Antriebs- und Abbremsschwingungen durch den Einsatz einer Gummilagerung zu dampfen Bei der beschriebenen Losung ist auf den annähernd zylindrisch gestalteten Gehausemantel des Kugelgelenkes ein Gummimetallager aufgepreßt, welches aus einer Innenhulse, einer mit dem Fahrwerk verbundenen Außenhulse und einer zwischen der Innen- und der Außenhulse eingeordneten Gummischicht besteht Aufgrund der enormen Beanspruchung des Gummis ist es wünschenswert, zur Erhöhung der Lebensdauer des Lagers möglichst große Anlageflachen für den Elastomerwerkstoff am Innen- und am Außenteil auszubilden Dem steht jedoch die begrenzte Lagergeometrie eines solchen Lagers für ein Kugelgelenk entge- gen, welche sich neben Gründen der Platzersparnis auch daraus ergibt, daß der Gelenkzapfen stets in einem hinreichend großen Winkel schwenkbar gelagert sein muß
Technische Problemstellung der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Lagergeometrie eines solchen gummigelagerten Kugelgelenks so zu verandern, daß ein hinreichend großer Schwenkwinkel für den Lagerzapfen gewährleistet ist und gleichzeitig die Anlageflachen für den Elastomerwerkstoff am Innen- und am Außenteil zur Erhöhung seiner Lebensdauer vergrößert werden
Diese technische Problemstellung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelost
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteranspruche
Durch die Verlängerung der Lagergeometrie an der dem Gelenkzapfen gegenüberliegenden Seite wird erfindungsgemäß ein Versatz zwischen der Drehachse des Lagers und der Drehachse des Gelenkes erreicht Die Verlängerung des Lagers führt zu einer Vergrößerung und damit zu einer erhöhten Lebensdauer des Elastomers Bei einer herkömmlichen Lagergeometrie wurde jedoch die Lagerverlangerung bei entsprechenden angreifenden Radialkraften zu einer unerwünschten Verdrehung des Lager-Innenteils in dem Außenteil fuhren Dem wird nach der Lehre der Erfindung durch die konische Gestaltung des Lagers auf der Seite seiner Verlängerung entgegengewirkt Der Versatz zwischen den Drehachsen und die gleichzeitige konische Gestaltung des Lagers haben im Lagerinnern eine abstutzende Wirkung in Hinblick auf radial einwirkende und damit Drehmomente verursachende Kräfte zur Folge, wodurch sich eine höhere Belastbarkeit des Lagers in bezug auf die angreifenden Drehmomente ergibt
Es ist im Sinne der Erfindung, daß dabei die Außenkontur des Lager-Innenteils in einem Neigungswinkel ß und die Außen- und Innenkontur des Außenteils in einem Neigungswinkel χ gegen die Lagerachse konisch erweitert sind Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Außenkontur des Innenteils, etwa beginnend im Bereich der Achse des Lagers, konisch in Richtung der Lagerverlangerung erweitert
Besonders vorteilhaft laßt sich die für die einwirkenden Drehmomente gunstige Hohe des Elastomers durch gezielte Verhaltnisse zwischen dem Neigungswinkel der Außenkontur des Innenteils und dem Neigungswinkel des Außenteils und eine daran angepaßte Ausformung des Elastomers realisieren Es ist daher eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfϊndungsgema- ßen Lagers dadurch gegeben, daß der Neigungswinkel der konischen Erweiterung der Außenkontur des Innenteils geringer ist als der Neigungswinkel für die Erweiterung des Außenteils Hierdurch ergibt sich im Außenbereich des Lagers eine größere Hohe des Gum- mikorpers als in der auf die Lagerlangsachse bezogenen Lagermitte Somit wird den größeren Federwegen im Lageraußenbereich bzw den hier auftretenden Kräften in besonders vorteilhafter Weise Rechnung getragen Unter Berücksichtigung der durch den jeweiligen Einsatzzweck bedingten Belastungen des Lagers ist es vorteilhaft, wenn die Neigungswinkel des Innen- und Außenteils entsprechend einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lagers bereichsweise variieren Hierdurch kann die Hohe des Elastomers in optimaler Weise an den im Lager entsprechend dem Einsatzfall tatsachlich auftretenden Kräfteverlauf angepaßt werden Auch das Vorsehen von Ausnehmungen an einzelnen Stellen des Elastomers ermöglicht eine auf die jeweilige Beanspruchung ausgerichtete optimale Festlegung der Hohe des Elastomers bzw Gummis Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Lagers weist eine Ausfallsicherung auf, die dadurch erreicht wird, daß der maximale Außendurchmesser des Lager-Innenteils großer ist als der maximale Innendurch- messer des Lageraußenteils Zur besseren Aufnahme axial wirkender Kräfte und zur
Vermeidung von die Lebensdauer herabsetzenden Zugspannungen weist eine weitere Ausgestaltung des erfmdungsgemaßen Lagers an der dem herausragenden Gelenkzapfen gegenüberliegenden Stirnseite einer Anschlagflache für das Innenteil auf Im Sinne der Erfindung ist weiterhin eine Lagergeometrie, bei der das Innen- und Außenteil sich beidseitig konisch erweiternd gestaltet sind
Ein gummigelagertes Kugelgelenk mit den zuvor beschriebenen technischen Merkmalen, wurde dahingehend weiterentwickelt, daß wenigstens auf einer Seite des Kugelgelenkes mindestens ein Einsatz mit einer verglichen mit dem Elastomer geringeren Shoreharte in das Elastomer eingefügt ist Nach der Erfindung soll demnach ein weichelastischer Einsatz vorgesehen werden, der eine mehrfach größere Kompressibilität aufweist, als das den Einsatz aufnehmende, grundsatzlich inkompressible Elastomer Dadurch können die insbesondere an den Lagerenden im Elastomer auftretenden, im Elastomer zu unerwünscht starken Verformungen führenden Spannungen vermindert werden, sodaß die Lebensdauer eines Kugelgelenkes mit einem erfmdungsgemaßen Einsatz weiter erhöht wird Durch die erfindungsgemaße Ausführung werden die Lagereigenschaften verbessert, ohne daß bauliche Änderungen, insbesondere der Abmaße, vorgenommen werden müssen
Als weitere Ausgestaltung der Erfindung können mehrere Einsätze über den Umfang des Elastomers verteilt angeordnet sein Dadurch kann nahezu jede fahrzeugspezifische Lagerungscharakteristik erreicht werden
Der Einsatz oder die Einsätze können in das Elastomer einvulkanisiert oder nachtraglich in das fertiggestellte Elastomer eingesetzt werden
Um das selbsttätige Losen des Einsatzes aus dem Elastomer zu verhindern, kann dieser ebenso mit dem Elastomer verklebt sein oder mit einem zusatzlichen, beispielsweise keilförmigen Sicherungselement in dem Elastomer festgelegt werden, das zwischen Elastomer und Einsatz eingefügt wird
Darüber hinaus sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, den Einsatz aus mehreren, miteinander verbundenen Komponenten herzustellen, deren Verbindung durch einen Pressverband oder an sich bekannte Verbundverfahren erfolgen kann und von denen wenigstens eine eine hohe Rauheit aufweist Somit wird zwischen dem Einsatz und dem Elastomer zumindest an einer Berührungsfläche ein Reibschluß erreicht, der dem selbsttätigen Losen des Einsatzes aus dem Elastomer entgegenwirkt
Zur Beeinflussung der Lagerungscharakteristik ist es ferner möglich, den wenigstens einen Einsatz zumindest bereichsweise mit Ausnehmungen auszustatten
Sofern der Einsatz nachtraglich in das fertiggestellte Elastomer eingesetzt werden soll, ist es ebenso vorteilhaft, zur Sicherung des Einsatzes in dem Elastomer zumindest bereichsweise eine radial gerichtete Materialanhaufüng des Elastomers vorzusehen, die in eine komplementär geformte Ausnehmung des wenigstens einen Einsatzes eingreift Auch durch diese erfindungsgemaße Ausgestaltung wird in einfacher Weise ein selbsttätiges Losen des Einsatzes aus dem Elastomer verhindert
Um die Montage des Einsatzes zu erleichtern, kann darüber hinaus der wenigstens eine Einsatz zumindest an seinem gelenkinnenseitigen Randbereich angephast sein
Selbstverständlich können die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendet werden, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen
Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels naher erläutert werden In der zugehörigen Zeichnung zeigen
Figur 1 Das erfindungsgemaße Lager in einer Schnittdarstellung
Figur 2 Die Schnittdarstellung eines gummigelagerten Kugelgelenks nach dem Stand der Technik
Figur 3 Eine Darstellung des Lagers unter Verdeutlichung der am Lager auftretenden
Kräfte und Drehmomente Figur 4 Eine Ausgestaltung des Lagers nach der Figur 1 mit einem das Lager auf der dem
Gelenkzapfen gegenüberliegenden Seite verschließenden Deckel und einem
Dichtungsbalg Figur 5 Ein weiteres erfindungsgemaßes Kugelgelenk in einer Schnittdarstellung und Figur 6 Ein weiteres erfindungsgemaßes Kugelgelenk ahnlich Figur 5 in einer
Schnittdarstellung
Die Figur 1 verdeutlicht die Geometrie des erfmdungsgemaßen Lagers anhand einer Schnittdarstellung mit einem durch die Lagerachse 1 geführten Schnitt Für Kugelgelenke ist bisher aus dem Stand der Technik eine Lagerung gemäß der Figur 2 bekannt, bei der die Drehpunkte 8, 9 des Lagers und des Gelenks bezogen auf die axiale Richtung örtlich zusammenfallen Mit der an seinem Ende ausgebildeten Gelenkkugel 5 ist ein Gelenkzapfen 6 in der Lagerschale 4 des Innenteils 2 eines Gummimetallagers gelagert Dieses Innenteil 2 bildet gleichzeitig das Gehäuse des Kugelgelenks Zwischen dem Innen- und Außenteil 2, 3 des Lagers ist ein Elastomer 7 in bekannter Weise eingeordnet Der Gelenkzapfen 6 des Kugelgelenks kann entsprechend der an ihm radial angreifenden Kräfte im Winkel α ausschwenken. Um die Größe des Ausschwenkwinkels zu bewahren, kommt eine Verlange- rung des Lagers auf der Seite des Gelenkzapfens 6 nicht in Betracht Das erfindungsgemäße Lager wurde daher auf der dem herausragenden Gelenkzapfen 6 gegenüberliegenden Seite verlängert Durch diese Verlängerung ergibt sich ein Versatz X zwischen dem Drehpunkt 8 des Lagers und dem Drehpunkt 9 des Kugelgelenks
Zur Vermeidung von Zugspannungen in dem Elastomer 7 bzw Gummi ist, wie aus der Figur 1 ersichtlich, an der Stirnseite der Lagerverlangerung eine Anschlagflache 10 für das Lager-Innenteil 2 ausgebildet Durch diese Anschlagflache und die konische Gestaltung des Lagers werden axiale Kräfte in einer für den Gummi gunstigen Weise aufgenommen Durch die erfindungsgemaße Lagergeometrie ergibt sich außerdem in Bezug auf einwirkende Ra- dialkrafte eine gunstige gleichmäßige Spannungsverteilung im Elastomer 7
Im Falle der Figur 2 wurde sich bei einer einseitigen Lagerverlangerung unter gleichzeitiger Beibehaltung der sonstigen Lagergeometrie bei der Einleitung größerer radialer Kräfte eine unerwünschte Verdrehung des Lager-Innenteils 2 in dem Außenteil 3 ergeben Dies rührt daher, daß das Lager in Folge des Versatzes X zwischen den Drehpunkten 8, 9 größeren Belastungen durch auftretende Drehmomente ausgesetzt ist
In der Figur 3 sind die am Lager auftretenden Kräfte bzw Drehmomente zur Verdeutlichung dargestellt Der durch die auftretenden Drehmomente resultierenden Neigung des Innenteils 2 sich in dem Außenteil 3 zu verdrehen, wird erfindungsgemaß durch die gewählte Lagergeometrie, bei der sich, wie aus der Fig 1 ersichtlich, sowohl das Lager-Innenteil 2 hinsichtlich seiner Außenkontur, als auch das Lager-Außenteil 3 konisch erweitern, entgegengewirkt Dabei ist durch die Geometrie entsprechend der Erfindung, wie in der Figur 3 verdeutlicht, eine abstützende Wirkung zur Aufnahme der angreifenden Drehmomente gegeben
Durch die für die konische Erweiterung des Innenteils 2 bzw. des Außenteils 3 jeweils zu wählenden Neigungswinkel ß bzw. χ wird die an einem jeweiligen axialen Ort gegebene Hohe 13 des Elastomers 7 bestimmt Besonders zweckmäßig ist es daher, wenn der Neigungswinkel ß für die konische Erweiterung des Innenteils 2 geringer ist als der
Neigungswinkel χ des Außenteils 3. Bei einer solchen Geometrie ist die Gummihohe 13 in dem dem Gelenkzapfen 6 gegenüberliegenden Außenbereich des Lagers erhöht, was in gunstiger Weise den hier vorhandenen großen Federwegen Rechnung tragt und die Aufnahme der wirkenden großen Kräfte begünstigt Es ist aber auch möglich, die Neigungswinkel ß, χ in einzelnen Bereichen der axialen Erstreckung des Lagers zu variieren und so gezielt die jeweilige Hohe 13 des Elastomers 7 an die Beanspruchungen des Lagers im jeweiligen speziellen Einsatzfall anzupassen
In der Figur 4 ist eine weitere mögliche Ausführung eines erfindungsgemaßen Kugelgelenkes mit einer auf der dem Gelenkzapfen 6 gegenüberliegenden Seite verschlossenen Ausbildung dargestellt Das Lager ist hier stirnseitig mit einem Deckel 14 versehen Dadurch wird neben der Verhinderung des Eindringens von Verunreinigungen in das Lager auch erreicht, daß Axialkrafte in entgegengesetzten Richtungen aufgenommen werden können
Entsprechend dem Einsatzfall ist es auch denkbar, im Bereich der Gelenkkugel 5, also auf der Seite des Gelenkzapfens, eine konische Erweiterung des Lagers vorzusehen Aus Montagegrunden ist es hier aber nicht möglich, den maximalen Außendurchmesser des Innenteils 2 großer zu wählen als den minimalen Innendurchmesser des Außenteils 3, da ansonsten eine geteilte Aufnahme für das Lager verwendet werden mußte Eine weitere Möglichkeit besteht dann, in dem Elastomer 7 bereichsweise Unterbrechungen oder Ausnehmungen 17 vorzusehen und auf diese Weise die
Gummihohe 13 in einer für den Einsatzfall gunstigen Weise an die auftretenden Kräfte anzupassen Darüber hinaus ist bei einer erfindungsgemaßen Ausführung eines gummigelagerten Kugelgelenkes entsprechend der Darstellung in der Figur 4 auf der Zapfenaustrittsseite ein Dichtungsbalg 15 vorgesehen, der einerseits an dem Gelenkzapfen 6 und andererseits in einer Nut des Innenteiles 2 anliegt und eine zusätzliche Dichtungsbalgverlangerung 16 aufweist, die unmittelbar und bevorzugt einstuckig an dem Dichtungsbalg 15 angeformt ist Die Dichtungsbalgverlangerung 16 egt endseitig dichtend an dem Außenteil 3 an
Die Figur 5 verdeutlicht nochmals die Geometrie eines weiterern erfindungsgemaßen Lagers anhand einer Schnittdarstellung mit einem durch die Lagerachse 1 geführten Schnitt Mit der an seinem Ende ausgebildeten Gelenkkugel 5 ist ein Gelenkzapfen 6 in der Lagerschale 4 des Innenteils 2 eines Gummimetallagers gelagert Dieses Innenteil 2 bildet gleichzeitig das Gehäuse des Kugelgelenks Zwischen dem Innen- und Außenteil 2, 3 des Lagers ist ein Elastomer 7 in bekannter Weise eingeordnet Der Gelenkzapfen 6 des Kugelgelenks kann entsprechend der an ihm radial angreifenden Kräfte im Winkel α ausschwenken Um die Große des Ausschwenkwinkels α zu bewahren, kommt eine Verlängerung des Lagers auf der Seite des Gelenkzapfens 6 nicht in Betracht Das erfindungsgemaße Lager wurde daher auf der dem herausragenden Gelenkzapfen 6 gegenüberliegenden Seite verlängert Bei der in Figur 5 dargestellten Ausführung eines erfindungsgemaßen Lagers ist auf der Seite des Gelenkzapfens 6 ein weichelastischer Einsatz 18 in das Elastomer eingefügt, der vorliegend aus einem ringförmigen Bauteil besteht Dieser Einsatz kann zusatzliche, in der Figur 5 nicht dargestellte Ausnehmungen 18 1 aufweisen Um ein selbsttätiges Losen des Einsatzes vornehmlich in axialer Richtung zu verhindern ist ferner eine Materialanhauf ng 19 in Form einer umlaufenden Ringwulst in das Elastomer 7 eingeformt, die in eine komplementäre Ausnehmung 20 des Einsatzes 18 eingreift Der ringförmige Einsatz 18 ist bei der in Figur 5 gezeigten Ausführung eines erfindungsgemaßen Lagers axial innen angephast, sodaß dadurch die Montage erleichtert wird Durch die erfindungsgemäße Lagergeometrie ergibt sich in Bezug auf einwirkende Radialkrafte eine gleichmäßige Spannungsverteilung im Elastomer 7
Figur 6 zeigt darüber hinaus eine mit dem in der Figur 5 dargestellten Lager überwiegend baugleiche Ausführung Im Unterschied zu der zuvor beschriebenen Variante besteht der Einsatz 18 jedoch vorliegend aus zwei Komponenten, wobei die Schicht 20 auf der mit dem Elastomer zusammenwirkenden Seite, eine Rauheit aufweist, die zu einem Reibschluß zwischen Elastomer 7 und Einsatz 18 führt, sodaß der Einsatz in seiner Aufnahme gegen selbsttätiges Losen gesichert ist B ezugszeichenliste :
1 Lagerachse
Innenteil
Außenteil
Lagerschale
Gelenkkugel
Gelenkzapfen
Elastomer
Drehpunkt
Drehpunkt
10 Anschlagfläche
11 Außendurchmesser Innenteil
12 Innendurchmesser Außenteil
13 Höhe
14 Deckel
15 Dichtungsbalg
16 Dichtungsbalgverlängerung
17 Ausnehmung
18 Einsatz
18.1 Ausnehmung
19 Materialanhäufüng
20 Schicht
Schwenkwinkel ß Neigungswinkel
X Neigungswinkel
M1-M3 Drehmoment
X Versatz

Claims

Gummigelagertes Kugelgelenk mit spannungsoptimierter Lagergeometrie
Patentansprüche:
1. Gummigelagertes Kugelgelenk mit spannungsoptimierter Lagergeometrie bestehend aus einem axialsymmetrischen Lager, dessen Innenteil gegen das Außenteil durch ein Elastomer isoliert ist und einem in dem Innenteil mit einer an seinem Ende ausgebildeten Gelenkkugel gelagerten Gelenkzapfen, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehpunkt (8) des Lagers, welches an seiner dem aus dem Lager herausragenden Gelenkzapfen (6) gegenüberliegenden Seite über den Radius der Gelenkkugel (5) hinaus verlängert ist und der Drehpunkt (9) des in dem Innenteil gelagerten Gelenkzapfens (6) in axialer Richtung gegeneinander einen Versatz X aufweisen, wobei das Innenteil (2) des Lagers hinsichtlich seiner Außenkontur mit einem Neigungswinkel ß gegen die Lagerachse (1) und das Außenteil (3) hinsichtlich seiner Außen- und Innenkontur mit einem Neigungswinkel χ gegen die Lagerachse (1) auf der Seite der Lagerverlängerung konisch erweitert sind.
2. Gummigelagertes Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Außenkontur des Innenteils (2) etwa im Bereich des Drehpunktes (8) des Lagers beginnend konisch in Richtung der Lagerverlängerung erweitert. Gummigelagertes Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel ß der konischen Erweiterung der Außenkontur des Innenteils (2) geringer ist als der Neigungswinkel χ der konischen Erweiterung des Außenteils (3)
Gummigelagertes Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel ß der konischen Erweiterung der Außenkontur des Innenteils (2) und/oder Neigungswinkel χ der konischen Erweiterung des Außenteils (3) bereichs weise variieren
Gummigelagertes Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zwischen dem Innenteil (2) und dem Außenteil (3) eingeordneten Elastomer (7) bereichsweise Ausnehmungen ausgebildet sind
Gummigelagertes Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Innenteil (2) und / oder dem Außenteil (3) zumindest abschnittsweise flache oder ebene Bereiche vorhanden sind
Gummigelagertes Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager eine Ausfallsicherung aufweist, derart, daß der maximale Außendurchmesser (11) seines Innenteils (2) großer ist, als der minimale Innendurch messer (12) des Außenteils (3) Gummigelagertes Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem herausragenden Gelenkzapfen (6) gegenüberliegenden Stirnseite des Lagers zur Aufnahme axial wirkender Kräfte eine Anschlagflache (10) für das Innenteil (2) ausgebildet ist
Gummigelagertes Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil (2) und das Außenteil (3) des Lagers beidseitig konisch erweitert sind
Gummigelagertes Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelgelenk wenigstens einseitig einen Dichtungsbalg (15) mit einer daran angeformten Dichtungsbalgverlangerung (16) aufweist, der das Kugelgelenk dichtend verschließt
Gummigelagertes Kugelgelenk mit spannungsoptimierter Lagergeometrie nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens auf einer Seite des Kugelgelenkes mindestens ein Einsatz (18) mit einer verglichen mit dem Elastomer (7) geringeren Shoreharte in das Elastomer (7) eingefügt ist
Gummigelagertes Kugelgelenk nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einsätze über den Umfang des Elastomers (7) verteilt angeordnet sind
Gummigelagertes Kugelgelenk nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Einsatz (18) in das Elastomer (7) einvulkanisiert oder eingeklebt ist
4. Gummigelagertes Kugelgelenk nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Einsatz (18) in das Elastomer (7) eingesetzt ist
5 Gummigelagertes Kugelgelenk nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (18) aus mehreren Komponenten unterschiedlicher Rauheit besteht
16 Gummigelagertes Kugelgelenk nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (18) in dem Elastomer (7) durch eine Sicherungselement gegen selbsttätiges Lösen gesichert ist.
17 Gummigelagertes Kugelgelenk nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungselement eine Keilform aufweist und zwischen Einsatz (18) und Elastomer (7) eingefügt ist
18 Gummigelagertes Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Einsatz (18) zumindest bereichsweise Ausnehmungen (18.1) aufweist
19. Gummigelagertes Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Einsatz (18) zumindest an seinem gelenkinnenseitigen Randbereich angephast ist.
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