AT207264B - Kugelzapfenlager mit Winkelbeweglichkeit für hängende oder stehende Anordnungen, insbesondere für das Lenkgestänge von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

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   Kugelzapfenlager mit Winkelbeweglichkeit für hängende oder stehende Anordnungen, insbesondere für das Lenkgestänge von
Kraftfahrzeugen 
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kugelzapfenlager mit Winkelbeweglichkeit für hängende oder stehende Anordnungen, insbesondere für das Lenkgestänge von Kraftfahrzeugen, bei welchen der Gelenk- zapfen sich drehbar an einem in einer Hohlkugelfläche eines Gehäuses ruhenden Kugelabschnitt über einen Bund in Richtung seiner Achse abstützt und die Abstützung über mehrere Paare von aufeinander gleitenden Flächen vorgenommen ist. 



   Die Lager oder Gelenke dieser Ausführungsform besitzen den Vorteil, dass die Winkelausschlagbewe- gungen und die Drehbewegungen des Zapfens voneinander getrennt sind, indem sich der Zapfen in dem
Kugelabschnitt drehen kann, während für die Winkelbewegungen ein Verschwenken des Kugelabschnittes stattfindet. 



   Durch die Erfindung wird eine weitere Verbesserung solcher Lager und Gelenke erreicht, indem einerseits der Bewegungswiderstand des Lagers und des Gelenks verringert wird und anderseits dem Lager oder dem Gelenk sogenannte Notlaufeigenschaften erteilt werden, wodurch die Betriebssicherheit des Lagers eine Erhöhung erfährt. 



   Nach der Erfindung sind für die Stützlagerung des Gelenkzapfens mehrere voneinander unabhängige und unabhängig voneinander die Drehbarkeit des Gelenkzapfens gegenüber dem Kugelabschnitt gewährleistende Lauf- oder Lagerflächen am Kugelabschnitt selbst vorgesehen. Eine dieser Lauf- oder Lagerflä-   chen   bildet die Hauptlauffläche, wenn das Gelenk normal wirkt, während eine andere Lauffläche bei grösseren Gelenkbelastungen oder bei einem Versagen der Hauptlauffläche zur Wirkung kommt, so dass die Betriebssicherheit des Lagers oder des Gelenks für jeden Fall gesichert ist. 



   Die Bildung der Mehrheit von Lauf- oder Gleitflächen kann in verschiedener Weise vorgenommen sein ; so kann beispielsweise in einer Ausnehmung in der dem Zapfenbund zugewandten Seite des Kugelabschnitts, zweckmässig am Durchlass im Kugelabschnitt für den Zapfen, ein elastisch verformbarer Gleitring zwischen dem Kugelabschnitt und der Schulterfläche des Bundes zur Bildung des einen Gleitflächenpaares vorgesehen sein, während das andere Gleitflächenpaar durch die Schulterfläche und den Rand der Ausnehmung gebildet ist. Der elastisch verformbare Gleitring ist bestrebt, den Bund vom Kugelabschnitt abzuheben und entlastet so die benachbarte Oberfläche des Kugelabschnittes, so dass das Gleiten im wesentlichen auf dem Gleitring erfolgt, der aus einem Werkstoff, wie Kunststoff mit besonders guten Gleiteigenschaften und von grosser Abriebfestigkeit, bestehen kann. 



   Eine andere Ausführungsform besteht darin, dass zur Bildung des einen Gleitflächenpaares in der Ausnehmung des Kugelabschnittes Kugeln mit elastischer Abstützung vorgesehen sind, während das andere Gleitflächenpaar durch   die Flachfläche   des Zapfenbundes und den die Ausnehmung begrenzenden Rand des Kugelabschnittes gebildet ist. Hiebei kann der Kugelabschnitt durch eine die Kugein und die elastische Abstützung für diese enthaltende Schale gebildet sein, wobei auf der dem Zapfenbund zugewandten Seite in die Schale ein Ring aus elastischem Werkstoff eingesetzt ist, der den Schalenrand übergreift und an der dem Schalenrand zugewandten Fläche des Zapfenbundes anliegt. 



   Zusätzlich zu den in einer Ausnehmung des Kugelabschnittes auf der dem Zapfenbund zugewandten Seite vorgesehenen Kugeln lassen sich auch zwischen der der Ausnehmung benachbarten Randfläche des Kugelabschnittes und der Flachfläche des Zapfenbundes Laufkugeln anordnen. 

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   Eine vorteilhafte Ausführungsform lässt sich dadurch bilden, dass der Kugelabschnitt in einer die Achse des Lagerzapfens querenden Richtung geteilt ist und in der sich hiedurch ergebenden Trennfuge Kugeln vorgesehen sind. Bei einem Unwirksamwerden oder Versagen der Kugellagerung wirkt die an der Zapfenschulter anliegende Fläche des Kugelabschnittes als   Gleitfläche.   



   Bei letztgenannter Ausführungsform kann der dem Zapfenbund zugewandte Teil des Kugelabschnittes einen Spalt gegenüber der Lagerfläche für den Kugelabschnitt im Gehäuse belassen und im Trennspalt zwischen beiden Teilen des Kugelabschnittes neben den Kugeln eine Ringscheibe aus elastischem Werkstoff angeordnet sein, welche durch die Anbringung von die Kugeln aufnehmenden Lochungen in ihr einen Kugelkäfig bildet. Hier ergibt sich auch eine Verringerung des Bewegungswiderstandes gegen Winkelausschläge, ohne dass die Tragfähigkeit des Gelenks merklich verringert ist ; denn bekanntlich ist die Grösse der tragenden Fläche des Kugelabschnittes durch die Projektion seines gelagerten Teiles auf eine die Achse des Zapfens kreuzende Ebene bestimmt.

   Die sich ergebende Projektion wird nach der durch den Krümmungsmittelpunkt des Kugelabschnittes gelegten Senkrechtebene zu immer geringer und dementsprechend auch die Belastungsaufnahme durch den Umfang des Kugelabschnittes. Die elastische Kugelkäfigscheibe entlastet die Kugeln und gleicht Ungenauigkeiten aus. 



      Das'erfindungsgemässe   Lager lässt sich auch so ausführen, dass der aus einem elastischen Werkstoff oder Kunststoff bestehende Kugelabschnitt zwischen Kugeln angeordnet ist, indem auf der dem Bund des Gelenkzapfens zugewandten Seite und auf der dem Austritt des Zapfens aus dem Gehäuse zugewandten Seite Kugeln angeordnet sind. 



   Bei einem stehenden Traggelenk mit mit dem Zapfen einstückigem Kugelabschnitt sind nach der Erfindung zwischen dem im pfannenartige Gegenlager auf der Gehäuseverschlussseite ruhenden Halbkugelkörper und dem Kugelabschnitt zwei Paare von durch Kugeln gebildete Gleitflächen vorgesehen, von denen die eine in einer mittleren Ausnehmung des Halbkugelkörpers sich über ein Federelement an der Flachfläche des Kugelabschnittes abstützt und die andere zwischen der dem Kugelabschnitt zugewandten Randfläche des Halbkugelkörpers und der Flachfläche des Kugelabschnittes angeordnet ist. 



   Die Zeichnung veranschaulicht verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung. Fig.   1 - 4   zeigen im Senkrechtschnitt Zapfenlager mit in Querrichtung zur Gelenkzapfenachse nebeneinander liegenden Gleitflächen ; Fig.   5 - 9   und Fig. 11 lassen im Senkrechtschnitt Zapfenlager mit quer zur Achse des Lagerzapfens geteiltem Kugelabschnitt erkennen ; Fig. 10 gibt den Kugelkäfigring des Zapfenlagers nach Fig. 9 herausgezeichnet wieder ; Fig. 12 verdeutlicht ein Zapfenlager mit zwischen Kugeln angeordnetem Kugelabschnitt im Senkrechtschnitt ; Fig. 13 ist ein Senkrechtschnitt durch ein stehendes Zapfenlager und Fig. 14 ein Senkrechtschnitt durch einen mit elastischem Werkstoff umhüllten Kugelabschnitt, in dessen dem Zapfenbund zugewandter Fläche Kugeln angeordnet sind. 



   Bei den Ausführungsbeispielen ist das Gelenkgehäuse mit   1,   der Gelenkzapfen mit 2 und der den Bund bildende Zapfenkopf mit 3 bezeichnet, während die durch den Bund gebildete Aufsetzschulter mit dem Bezugszeichen 4 versehen ist. 



   In Fig. 1 weist der Kugelabschnitt 5 auf der dem Bund 3 zugewandten Seite eine Ausnehmung 6 am Durchlass für den Gelenkzapfen 2 auf. In die Ausnehmung ist ein elastisch verformbarer Gleitring 7 eingelegt. Infolge seiner Elastizität und der damit verbundenen Druckausübung nimmt der Gleitring die Hauptbelastung auf und entlastet die Kugelabschnittsfläche 8. Die Folge hievon ist, dass der Bund im wesentlichen nur den Gleitring belastet. Der Gleitring kann auch aussen liegen. 



   Gemäss Fig. 2 ist im Kugelabschnitt gleichfalls am   Durchlass   für den Gelenkzapfen 2 eine Ausnehmung 6 vorgesehen. In der Ausnehmung ist ein Kugeldrucklager angeordnet, welches aus den Kugeln 9, dem Laufring 10 für die Kugeln und dem Ring 11 aus elastischem Werkstoff besteht. Die Kugeln liegen an der Schulterfläche 4 des Bundes 3 an. Unter dem Einfluss des elastischen Ringes wird der Bund 3 von der Flachfläche 8 des Kugelabschnittes 5 abgehoben. Nur bei übermässigen Belastungen oder Stössen kommt die Flachfläche 8 zur Anlage   an die Schulterfläche   4. Besitzt der den Ring 11 bildende elastische Werkstoff gute Gleiteigenschaften, so kann über ihn eine Drehung des Gelenkzapfens erfolgen, wenn sich aus irgendeinem Grunde, so z. B. infolge Eindringens von Schmutz, die Kugeln festgesetzt haben. 



   Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem das Druckkugellager 12 auf der Seite des Austritts des Zapfens 2 aus dem Gehäuse angeordnet ist und die Kugeln sich gegen die Metallschale 13 abstützen. Zwischen dem Laufring 10 für die Kugeln und dem Bund 3 ist eine Schraubenfeder 14 angeordnet, über welche die am Zapfen 2 angreifende Last auf die Kugeln übertragen wird. In die Schale 13 ist auf der dem Bund 3 zugewandten Seite ein Ring 15 aus elastischem Werkstoff, wie Kunststoff mit guten Gleiteigenschaften und von grosser Abriebfestigkeit, eingesetzt. Der Ring 15 übergreift den Schalenrand 16 und liegt zwischen dem Schalenrand 16 und der   Schulterfläche     4 ;   seine Anlagefläche an der Schulterfläche dient als Notlauffläche. 

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   Aus Fig. 4 geht ein Ausführungsbeispiel hervor, welches dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ähn- lich ist. Der Kugelabschnitt 17 enthält gleichfalls in einer Ausnehmung am Durchlass für den Zapfen 2 mehrere, ein Druckkugellager bildende Kugeln. Auf das Druckkugellager stützt sich die Schulterfläche 4 des Bundes 3 über die Schraubenfeder 14 ab. Zwischen der Flachfläche 8 des Kugelabschnittes und der
Schulterfläche 4 sind gleichfalls Kugeln angeordnet, so dass beide Laufflächen durch Kugeln gebildet sind, wobei die äussere Lauffläche durch das Druckelement an der inneren Lauffläche entlastet ist. 



   Wie Fig. 5 und 6 erkennen lassen, ist der Kugelabschnitt in einen auf der Seite des Austritts des
Zapfens 2 aus dem Gehäuse und einen auf der Seite des Zapfenbundes 3 liegenden Teil 20,21 geteilt. 



   Die Teilstelle besitzt Kegelform mit nach dem Bund 3 gerichteter Spitze. In der Trennfuge sind in ge- eigneten Ausnehmungen der Trennflächen die Kugeln 9 angeordnet. Neben den Ausnehmungen weist der
Trennspalt eine nur geringe Grösse auf ; sie beträgt etwa 0,   l-l,   2 mm. 



   In Fig. 6 ist zusätzlich zu Fig. 5 noch eine Vorkehrung zum Ausgleichen von Ungenauigkeiten der
Schulterfläche 4 gegenüber der Flachfläche 8 des Kugelabschnittes getroffen, welche aus der Scheibe 18 aus elastischem Werkstoff bzw. Kunststoff und der reibungsmindernden Zwischenringscheibe 19 besteht. 



   Der auf der Bundseite liegende Teil 21 des Kugelabschnittes hat keine Anlage an der Lagerfläche des Ge- häuses für den Kugelabschnitt. 



   Das in Fig. 7 wiedergegebene Ausführungsbeispiel besitzt gleichfalls einen geteilten Kugelabschnitt, der jedoch aus elastischem Werkstoff bzw. Kunststoff besteht und bei welchem die Teilebene senkrecht zur Achse des Zapfens 2 ist. Zwischen beiden Teilen des Kugelabschnitts sind auf geeigneten Laufrin- gen 23 aus Metall die Kugeln 9 angeordnet. Der Spalt 22 ist von nur geringer Grösse. 



   Auch in Fig. 8 ist der Kugelabschnitt geteilt ; jedoch besteht nur der dem Bund, 3 zugewandte Teil 24 aus elastischem Werkstoff bzw. Kunststoff. Zwischen beiden Teilen sind die Kugeln 9 angeordnet, wobei zwischen dem elastischen Teil 24 des Kugelabschnitts und den Kugeln ein Laufring 25 aus Metall für die
Kugeln angeordnet ist. 



   Fig. 9 zeigt ein Gelenk, dessen Kugelabschnitt in einer Ebene senkrecht zur Achse des Zapfens 2 geteilt ist. Zwischen den beiden Teilen ist eine Scheibe 26 aus geeignetem elastischem Werkstoff oder
Kunststoff vorgesehen. Die Scheibe weist Lochungen in regelmässigem Abstand voneinander auf, in wel- che die Kugeln 9 eingesetzt sind, so dass die Scheibe gleichzeitig den Käfig für die Kugeln bildet. 



   Fig. 10. gibt eine Draufsicht auf die Scheibe wieder. Die Scheibe kann auch Vorspannung haben. 



   In Fig. 11 ist die Anordnung der als Käfig für die Kugeln 9 dienenden Ringscheibe 26 aus elastischem
Werkstoff bei einer Fig. 5 entsprechenden Gelenkausbildung gezeigt. Die Ringscheibe ist zusammenge- drückt. 



   Eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung gibt Fig. 12 wieder. Bei diesem Ausführungbeispiel liegt der Kugelabschnitt, der aus geeignetem elastischem Werkstoff oder Kunststoff bestehen kann, zwischen Kugeln, indem auf der dem Bund des Zapfens 2 zugewandten Seite Kugeln 9 und auf der dem Austritt des Zapfens 2 aus dem Gehäuse zugewandten Seite gleichfalls Kugeln 9 angeordnet sind ; letztere stützen sich am Schalenkörper 27 aus Metall ab, der auf den Kugelabschnitt aufgeschoben ist. 



   Am elastischen Teil des Kugelabschnitts sind für die Kugeln die Laufring 28 und 29 aus Metall vorgesehen. 



   Ein nach der Erfindung ausgebildetes stehendes Traggelenk gibt Fig. 13 wieder. Hier ist der Kugelabschnitt 30 einstückig mit dem Zapfen 2. Auf der Gehäuseverschlussseite ist ein pfannenartiges Gegenlager 31 vorgesehen, gegen welches sich der Kugelabschnitt 30 über den   Halbkugelkörper   32 abstützt. Den Halbkugelkörper 32 durchgreift der Kugelabschnitt mit dem Zapfenansatz 33, so dass der Halbkugelkörper den Winkelausschlägen des Zapfens S folgen muss. Zwischen dem Halbkugelkörper und dem Kugelabschnitt liegen die Kugeln 9, von denen die einen im Grund der Ausnehmung 34 liegen. Zwischen dem Laufring 10 dieser Kugeln und der Flachfläche 8 des Kugelabschnitts ist eine Schraubenfeder 35 vorgesehen.

   Naturgemäss sind bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 13 noch verschiedene Abwandlungen möglich, die den andern Ausführungsbeispielen entnommen sein   können.   



   Das Gelenk nach Fig. 14 besitzt einen mit Kunststoff umspritzten starren Kern 36, der die so gebildete Umhüllung mit Rippen 37 durchgreift, die mit der   Umhüllungsoberfläche   fluchten oder annähernd fluchten. In der Umhüllung ist auf der dem Bund 3 zugewandten Seite eine Nut eingestochen, in welcher die Kugeln 9 angeordnet sind. 



   Die Kugelabschnitte und die schalenartigen Einsätze im Gehäuse bestehen wahlweise aus Stahl oder aus einem geeigneten nichtmetallischen Werkstoff, z. B. verschleissfestem Kunststoff oder Phenol-, Harzund Pressstoff. Ausser Stahl kommen auch geeignete Nichteisenwerkstoffe, wie Bronze, Sintereisen usw. sowohl für die Kugelabschnitte als auch für die Schaleneinsätze in Frage, wobei der Kugelabschnitt aus dem einen und der Schaleneinsatz aus dem andern Werkstoff bestehen können.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Kugelzapfenlager mit Winkelbeweglichkeit für hängende oder stehende Anordnungen, insbeson- dere für das Lenkgestänge von Kraftfahrzeugen, bei welchem der Zapfen sich drehbar an einem in einer Hohlkugelfläche eines Gehäuses ruhenden Kugelabschnitt über einen Bund in Richtung seiner Achse ab- stützt und die Abstützung über mehrere Paare von aufeinander gleitenden Flächen vorgenommen ist, da- durch gekennzeichnet, dass für die Stützlagerung des Gelenkzapfens (2) mehrere voneinander unabhängi- ge und unabhängig voneinander in Drehbarkeit des Gelenkzapfens (2) gegenüber dem Kugelabschnitt (5 ; 17 ; 20 ; 32 ; 36) gewährleistende Lauf- oder Lagerflächen (5, 17 ; 8, 10 ; 12, 15 ; 8, 9) am Kugelabschnitt selbst vorgesehen sind.

   2. Lager nach Anspruch 1, mit einer Ausnehmung in dem als Lagerkörper für den Gelenkzapfen die- nenden Kugelabschnitt auf der dem Bund des Gelenkzapfens zugewandten Seite, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausnehmung (6) ein elastisch verformbarer Gleitring (7) zwischen dem Kugelabschnitt (5) und der Schulterfläche (4) des Bundes (3) zur Bildung des einen Gleitflächenpaares vorgesehen ist, während das andere Gleitflächenpaar durch die Schulterfläche (4) und den Rand (8) der Ausnehmung gebildet ist (Fig. 1).

   3. Lager nach Anspruch l, mit einer Ausnehmung in dem als Lagerkörper für den Gelenkzapfen die- nenden Kugelabschnitt auf der dem Bund des Gelenkzapfens zugewandten Seite, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung des einen Gleitflächenpaares in der Ausnehmung (6) Kugeln (9) mit elastischer Abstüt- zung vorgesehen sind, während das andere Gleitflächenpaar durch die Flachfläche (4) des Zapfenbundes und den die Ausnehmung begrenzenden Rand des Kugelabschnittes gebildet ist (Fig. 2).

   4. Lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelabschnitt durch eine die Kugeln (12) und die'elastische Abstützung für diese enthaltende Schale (13) gebildet ist und dass aut der dem Zapfenbund zugewandten Seite in die Schale (13) ein Ring (15) aus elastischem Werkstoff eingesetzt ist, der den Schalenrand (16) übergreift und an der dem Schalenrand (16) zugewandten Fläche (4) des Zapfenbundes (3) anliegt (Fig. 3).

   5. Lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den in einer Ausnehmung des Kugelabschnittes (17) auf der dem Zapfenbund (3) zugewandten Seite vorgesehenen Kugeln (12) zwischen der der Ausnehmung benachbarten Randfläche (8) des Kugelabschnittes (17) und der Flachfläche (4) des Zapfenbundes (3) Laufkugeln angeordnet sind (Fig. 4).

   6. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelabschnitt (20,21) in einer die Achse des Lagerzapfens querenden Richtung geteilt ist und in der sich hiedurch ergebenden Trennfuge Kugeln (9) vorgesehen sind (Fig. 5).

   7. Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Zapfenbund (3) zugewandte Teil (21) des Kugelabschnittes einen Spalt gegenüber der Lagerfläche. für den Kugelabschnitt im Gehäuse belässt und im Trennspalt zwischen beiden Teilen (20,21) des Kugelabschnittes neben den Kugeln (9) eine Ringscheibe (26) aus elastischem Werkstoff angeordnet ist, welche durch die Anbringung von die Kugeln (9) aufnehmenden Lochungen in ihr einen Kugelkäfig bildet (Fig. 9).

   8. Lager nach Anspruch 1, mit einem mit Kunststoff od. dgl. umhüllten Kern als Kugelabschnitt, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Zapfenbund (3) zugewandten Seite die Umhüllung nutartig in Ringform weggenommen ist und in die Nut Kugeln (9) eingelegt sind (Fig. 14).

   9. Lager nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass der aus einem elastischen Werkstoff oder Kunststoff bestehende Kugelabschnitt zwischen Kugeln (9) angeordnet ist, indem auf der dem Bund (3) des Gelenkzapfens zugewandten Seite und auf der dem Austritt des Zapfens aus dem Gehäuse zugewandten Seite Kugeln (9) angeordnet sind (Fig. 12).

   . 10. Lager nach Anspruch 1, in Form eines Traggelenks, bei welchem der Kugelabschnitt einstückig mit dem Zapfen ist. dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem im pfannenartigen Gegenlager (31) auf der Gehäuseverschlussseite ruhenden Halbkugelkörper (22) und dem Kugelabschnitt (30) zwei Paare von durch Kugeln (9) gebildeten Gleitflächen vorgesehen sind, von denen die eine in einer mittleren Ausneh- mung (34) des Halbkugelkörpers (32) sich über ein Federelement (35) an der Flachfläche (8) des Kugelabschnittes (30) abstützt und die andere zwischen der dem Kugelabschnitt (30) zugewandten Randfläche des Halbkugelkörpers (32) und der Flachfläche (8) des Kugelabschnittes (30) angeordnet ist (Fig. 13).