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Die
Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für das Lagerspiel an einem im
Fahrwerk eines Fahrzeugs verbauten Kugelgelenk, das wie üblich aus
einem Kugelzapfen, dessen freies Ende zugänglich ist, sowie einem zumindest
die den Kugelzapfen tragende Gelenk-Kugel sowie eine Lagerschale
für diese aufnehmenden
Gelenkgehäuse
besteht. Dabei kann das Gelenkgehäuse auf der dem Kugelzapfen
gegenüberliegenden
Seite der Gelenk-Kugel einen Verschlussdeckel oder dgl. aufweisen.
Zum technischen Umfeld wird beispielshalber auf die
DE 195 46 084 C1 verwiesen.
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Beispielsweise
im Rahmen der technischen Überwachungsuntersuchung
von im öffentlichen Straßenverkehr
eingesetzten Kraftfahrzeugen werden auch an Fahrwerksteilen verbaute
Kugelgelenke auf Verschleißerscheinungen
untersucht. Dabei kann zwar durch Ziehen oder Drücken eines Fzg. Rades und gleichzeitiges
Abtasten des zugehörigen
Kugelgelenks ein Spiel in diesem Gelenk festgestellt werden, jedoch
ist diese Prüfmethode
relativ ungenau. Eine mit elektrischen Überschlägen von an das Kugelgelenken
angelegten elektrischen Spannungen arbeitende Prüfmethode ist in der o. g. Schrift
beschrieben, jedoch hat sich diese Methode bislang noch nicht durchgesetzt.
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Hiermit
soll nun eine Messvorrichtung für
das Lagerspiel eines Kugelgelenks aufgezeigt werden, die auf relativ
einfache Weise zuverlässig
objektiv nachvollziehbare Ergebnisse liefern kann (= Aufgabe der
vorliegenden Erfindung).
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch einen Messbügel, der
am freien Ende des Kugelzapfens fixierbar ist und der ein direkt
oder indirekt mit einem sog. außenseitigen
Abschnitt des Gelenkgehäuses,
der sich bezüglich
der Gelenk-Kugel auf der dem Kugelzapfen im wesentlichen gegenüberliegenden
Seite des Gelenkgehäuses
befindet, zusammenwirkendes Messinstrument trägt, das bei direktem oder indirektem
Einwirken einer geeigneten Kraft auf das Kugelgelenk oder ein mit
diesem verbundenes Fahrwerksteil die Strecke einer Relativ-Bewegung
zwischen dem Kugelzapfen und dem Gelenk-Gehäuse misst. Dabei kann der besagte
außenseitige
Abschnitt des Gelenkgehäuses,
der sich bezüglich
der Gelenk-Kugel auf der dem Kugelzapfen im wesentlichen gegenüberliegenden
Seite des Gelenkgehäuses
befindet, durch einen Verschlussdeckel gebildet sein, was eine übliche Kugelgelenkbauart
darstellt, jedoch ist eine solche Gestaltung für die Umsetzung der vorliegenden
Erfindung nicht unbedingt erforderlich. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen
der vorliegenden Erfindung sind Inhalt der Unteransprüche.
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Es
wird vorgeschlagen, auf geeignete Weise eine bestimmte Kraft an
das Kugelgelenk anzulegen, die dann bei vorhandenem Lagerspiel eine
messbare Relativbewegung zwischen dem Kugelzapfen des Kugelgelenks
und dessen den Kugelzapfen lagernden Gehäuse hervorruft. Genau diese
Relativbewegung bzw. deren entsprechende Strecke soll nun möglichst
genau gemessen werden, wozu die erfindungsgemäße Messvorrichtung bestens
geeignet ist.
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Dabei
hält ein
sog. Messbügel
ein geeignetes Messinstrument in einer definierten Lage, wobei sich
dieses Messinstrument letztlich am Gehäuse des Kugelgelenks orientiert,
während
der Messbügel am
freien Ende des Kugelzapfens fixiert ist. Grundsätzlich ist selbstverständlich auch
die umgekehrte Anordnung möglich,
d. h. dass sich das Messinstrument am freien Ende des Kugelzapfens
orientiert, während
der Messbügel
am Gehäuse
des Kugelgelenks fixiert ist, jedoch eine solche Ausführung konstruktiv
zumeist aufwändiger.
Eine Fixierung am freien Ende des Kugelzapfens ist nämlich dadurch
relativ einfach und dennoch genau, dass der Messbügel auf
dieses freie Ende quasi aufgesteckt werden kann. Üblicherweise
ist dieses freie Ende des Kugelzapfens mit einem Außengewinde
versehen, was es dann sogar ermöglicht,
den Messbügel
mittels einer Mutter, die in einer bevorzugten Ausführungsform drehbar
am Messbügel
befestigt ist, am freien Ende des Kugelzapfens festzuschrauben.
Alternativ kann der Messbügel
jedoch auch magnetisch gehalten werden.
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Das
Messinstrument sollte sich möglichst
an einem klar definierten Bezugspunkt des Gelenkgehäuses orientieren,
wozu ein sog. außenseitiger
Abschnitt desselben vorgeschlagen wird, der sich bezüglich der
Gelenk-Kugel auf
der dem Kugelzapfen im wesentlichen gegenüberliegenden Seite des Gelenkgehäuses befindet.
Wie bereits erwähnt
wurde, kann es sich bei diesem sog. Abschnitt um einen Verschlussdeckel
handeln, mit Hilfe dessen das in diesem Bereich zu Montagezwecken
ursprünglich
offene Gelenkgehäuse
abgeschlossen wird. Dabei sei darauf hingewiesen, dass der Begriff „Verschlussdeckel" weit gefasst zu
verstehen ist, wobei auch das Gelenk-Gehäuse
selbst diesen Verschlussdeckel bilden kann. Bei gängigen Kugelgelenk-Bauarten
jedoch ist oft ein separater, in das Gelenk-Gehäuse eingesetzter Verschlussdeckel
auf der dem Kugelzapfen gegenüberliegenden
Seite der Gelenk-Kugel vorgesehen.
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Unabhängig von
der jeweiligen Bauart des Kugelgelenks liegt jedoch mit den sog.
Verschlussdeckel oder allgemein dem sog außenseitigen Abschnitt des Gelenkgehäuses, der
sich bezüglich
der Gelenk-Kugel auf der dem Kugelzapfen im wesentlichen gegenüberliegenden
Seite des Gelenkgehäuses
befindet, ein klar definierter Messpunkt vor, an dem sich das Messinstrument
orientieren kann. Dabei liegt dieser Messpunkt vorteilhafterweise
dem freien Ende des Kugelzapfens im wesentlichen diametral gegenüber, so
dass ein Lagerspiel in Axialrichtung des Kugelgelenks – diese
ist durch die Achse des im wesentlichen zentral, d. h. nicht oder
nur wenig geneigt stehenden Kugelzapfens definiert – hochgenau
gemessen werden kann.
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Noch
weiter gesteigert werden kann die Genauigkeit des Messverfahrens,
wenn sich das genannte Messinstrument nicht direkt am (zumeist ebenen)
Verschlussdeckel oder allgemein dem sog außenseitigen Abschnitt des Gelenkgehäuses orientiert,
sondern an einer jedoch durch diesen Abschnitt oder Verschlussdeckel
bestimmten kugelförmigen Fläche, deren
Kugelmittelpunkt mit dem Mittelpunkt der Gelenk-Kugel im wesentlichen
zusammenfällt. Dann
kann auch im Falle eines nicht exakt zentral im Gelenk-Gehäuse stehenden
Kugelzapfens das Lagerspiel praktisch exakt in dessen Axialrichtung
gemessen werden. Zur Umsetzung dieses Gedankens wird ein auf den
Verschlussdeckel oder den besagten Gehäuse-Abschnitt aufsetzbares
Hilfskugelsegment vorgeschlagen, dessen Kugeloberfläche dann – nämlich im
aufgesetzten Zustand – im
wesentlichen den Mittelpunkt der Gelenk-Kugel als Kugel-Mittelpunkt
hat, und wobei das Messinstrument direkt oder indirekt mit der Kugeloberfläche des
Hilfskugelsegmentes zusammenwirkt.
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Ein
solches sog. Hilfskugelsegment ermöglicht es im übrigen,
ein Lagerspiel im Kugelgelenk auch im wesentlichen in Radialrichtung
des Gelenk-Gehäuses – (diese
steht senkrecht auf der Axialrichtung des im wesentlich nicht geneigten
Kugelzapfens) – zu
messen. Hierfür
muss sich die Kugeloberfläche
des Hilfskugelsegmentes lediglich über eine entsprechend große Oberfläche erstrecken,
so dass das Messinstrument an diese Kugeloberfläche im wesentlichen in Höhe des Mittelpunkts der
Gelenk-Kugel sozusagen von seitlich her angesetzt werden kann.
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Um
eine Vergleichbarkeit der Messergebnisse an verschieden Kugelgelenken
gleicher Bauart bzw. gleichen Typs sicher zu stellen, sollte auch
bei Verwendung eines vorgeschlagenen Hilfskugelsegmentes stets eine
möglichst
genau definierte Messstelle vorliegen, d. h. ein bzw. das vom Messbügel getragene
Messinstrument sollte sich an einer möglichst genau definierten Stelle
des Gelenk-Gehäuses orientieren.
Nachdem bspw. der genannte Verschlussdeckel oder dgl. diese Anforderung
erfüllt, wird
vorgeschlagen, dass bei Verwendung eines Hilfskugelsegmentes dieses
geeignet am Verschlussdeckel (oder dgl.) befestigt wird; selbstverständlich nur
wenn eine Lagerspiel-Messung durchgeführt wird. Relativ einfach ist
dabei eine magnetische Halterung, wozu im Hilfskugelsegment an geeigneter
Stelle ein Permanentmagnet integriert sein kann. Alternativ ist
auch eine sonstige lösbare
Haftverbindung, bspw. durch geeignetes Kleben, möglich, wobei ausdrücklich darauf
hingewiesen sei, dass diese Verbindungstechniken auch am allgemeinen
sog. außenseitigen
Abschnitt des Gelenkgehäuses,
der sich bezüglich
der Gelenk-Kugel auf der dem Kugelzapfen im wesentlichen gegenüberliegenden Seite
des Gelenkgehäuses
befindet, anwendbar sind. Grundsätzlich
kann dabei zur exakten Positionierung ein geeigneter, ggf. ohnehin
bereits vorhandener Vorsprung oder dgl. am Gelenk-Gehäuse benutzt
werden, durch den die Position des Hilfskugelsegments bestimmt wird.
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Grundsätzlich bestehen
verschiedene Möglichkeiten
für die
Ausgestaltung des vom Messbügel getragenen
Messinstruments, d. h. es sind durchaus unterschiedliche Messprinzipien
anwendbar. Beispielsweise kann eine handelsübliche Messuhr zum Einsatz
kommen, deren Mess-Taster an die Mess-Oberfläche, nämlich bspw. an den Verschlussdeckel
oder an das daran befestigte Hilfskugelsegment angelegt wird. Dabei
kann ein derartiger mechanischer Messtaster aber auch mit einem
anderen geeigneten Messinstrument, mit dem ein Verschiebeweg dieses
Messtasters bestimmt werden kann, verbunden sein. Alternativ kommen
berührungslose Messmethoden
in Frage, so bspw. unter Zuhilfenahme optischer oder elektromagnetischer
Wellen. So kann das vom Messbügel
getragene Messinstrument eine Lageveränderung gegenüber dem
Verschlussdeckel oder dem sog außenseitigen Abschnitt des Gelenkgehäuses oder
dem darauf befindlichen Hilfskugelsegment auch auf induktivem Wege
registrieren.
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Zur
Vereinfachung der Auswertung eines Messvorgangs kann eine elektronische
Auswerteeinheit vorgesehen sein, welche die festgestellte Verschiebe-Strecke der durch
Einwirken einer geeigneten Kraft hervorgerufenen Relativ-Bewegung mit einem
vorgegebenen Grenzwert vergleicht und das Resultat dieses Vergleichs
anzeigt. Dies stellt insbesondere dann eine enorme Erleichterung
dar, wenn die besagte Kraft zum Ermitteln eines evtl. vorhandenen
Lagerspiels im Kugelgelenk nacheinander in zwei entgegengesetzten
Richtungen in das Kugelgelenk eingeleitet werden soll, was zur Durchführung einer
möglichst
exakten Messung empfehlenswert ist. In einer vorgeschlagenen elektronischen
Auswerteeinheit können
dann die beiden sich aus den einander entgegengerichteten Krafteinleitungen
ergebenden Verschiebe-Strecken des Kugelzapfens gegenüber dem
Gehäuse
aufsummiert werden. Dann kann sofort ein Vergleich mit einem zulässigen Grenzwert für das Lagerspiel
des bestimmten, untersuchten Kugelgelenk-Typs durchgeführt werden
und eine entsprechende, leicht interpretierbare Anzeige des Messergebnisses
erfolgen. Bspw. kann eine grüne
Lampe aufleuchten, falls das gemessene Lagerspiel unterhalb des
zulässigen
Grenzwerts liegt und andernfalls eine rote Lampe.
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Zum
Umfang der Messvorrichtung kann weiterhin ein geeignetes Werkzeug
gehören,
mit Hilfe dessen die besagte Kraft zum Bestimmen des Lagerspiels entweder
direkt oder über
ein am Kugelgelenk befestigtes Fahrwerksteil indirekt in das zu
prüfende Kugelgelenk
eingeleitet wird. Besonders vorteilhaft ist hierfür ein mit
einem gängigen
Drehmomentschlüssel
kombinierbares sog. Angreif-Werkzeug, das an einer geeigneten Stelle
bevorzugt an einem Fahrwerksteil solchermaßen eingehängt werden kann, dass mit einem
Auslenken des Drehmomentschlüssels
in einer definierten Richtung unter Aufbringung eines definierten
Drehmoments eben diese gewünschte
Prüf-Kraft
an das Kugelgelenk angelegt wird.
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Ehe
die soeben erläuterte
Kraft-Einleitung erfolgen kann, muss jedoch zunächst die erfindungsgemäße Messvorrichtung
angesetzt bzw. montiert werden. Um dies so einfach als möglich zu
gestalten, kann der Messbügel,
der einerseits am freien Ende des Kugelzapfens fixiert wird und
der andererseits ein geeignetes Messinstrument trägt, zumindest
einen längenverstellbaren
oder unterschiedlich positionierbaren Schenkel aufweisen, insbesondere
um das Messinstrument geeignet platzieren zu können.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
weiter erläutert,
das in der beigefügten
einzigen Figur zusammen mit einem halb geschnitten dargestellten
Kugelgelenk spezieller, nämlich
elastischer Bauart vereinfacht dargestellt ist.
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Mit
der Bezugsziffer 1 ist ein Kugelgelenk in seiner Gesamtheit
bezeichnet, das dann, wenn eine Messung des Lagerspiels dieses Kugelgelenks 1 durchgeführt wird,
im Fahrwerk eines Fahrzeugs, bspw. PKW's, verbaut ist. Dabei ist der sog. Kugelzapfen 2 des
Kugelgelenks 1 mit einem ersten Fahrwerksteil 21 verschraubt,
und zwar über
einen (hier) konischen Abschnitt 2a dieses Kugelzapfens 2, der
in eine entsprechende Aufnahme im ersten Fahrwerksteil 21 eingesteckt
ist, sowie über
eine auf das freie Endes 2b des Kugelzapfens 2,
das mit einem Außengewinde
versehen ist, aufgeschraubte Mutter 4, die sich am ersten
Fahrwerksteil 21 abstützt.
Ein sog. Außengehäuse 3 des
Kugelgelenks 1 ist im verbauten Zustand des Kugelgelenks 1 in
einer geeigneten Aufnahme eines zweiten Fahrwerksteils 22 eingepresst.
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Das
sog. Außengehäuse 3 des
hier beispielhaft gezeigten Kugelgelenks 1 umgibt unter
Zwischenlage eines elastomeren Federelements 8 ein sog.
inneres Gehäuse 5 des
Kugelgelenks 1, das unter Zwischenlage einer Kunststoff-Lagerschale 6 die den
Kugelzapfen 2 tragende Gelenk-Kugel 7 aufnimmt.
Beim sog. inneren Gehäuse 5 handelt
es sich somit um das eigentliche (und landläufig als solches bezeichnete)
Gehäuse
des Kugelgelenks 1, da in diesem inneren Gehäuse 5 die
Gelenk-Kugel 7 gelagert ist. Aus diesem Grunde wird im
weiteren das sog. innere Gehäuse 5 nur
noch als Gehäuse 5 bezeichnet; ebenso
ist dieses Gehäuse 5 gemeint,
wenn weiter oben vor der Erläuterung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
vom Gehäuse
des Kugelgelenks gesprochen wurde.
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Mit
einer Messvorrichtung, die Inhalt der vorliegenden Patentanmeldung
ist, soll also das Lagerspiel zwischen der Gelenk-Kugel 7 bzw.
dem sich daran anschließenden
Kugelzapfen 2 des Kugelgelenks 1 und dem Gehäuse 5 desselben
ermittelt werden, das sich – unvermeidbar – aufgrund
von Verschleiß der
zwischen der Gelenk-Kugel 7 und dem Gehäuse 5 vorgesehenen
Lagerschale 6 einstellt. Wie weiter oben erläutert wurde,
wird zur Messung dieses Lagerspiels eine geeignete Kraft an das
Kugelgelenk 1 angelegt bzw. in dieses eingeleitet, bspw. durch
eine geringfügige
Kippbewegung des zweiten Fahrwerksteils 22, die mittels
eines geeignet angreifenden Drehmomentschlüssels mit einem gewissen Drehmoment
initiiert wird. Zur Bestimmung des Lagerspiels im Kugelgelenk 1 soll
dann die Strecke bzw. der Verschiebeweg gemessen werden, um den
aufgrund dieser Krafteinleitung der Kugelzapfen 2 gegenüber den
Gehäuse 5 des
Kugelgelenks 1 verschoben wird.
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In
diesem Zusammenhang sei auf einen bei der hier gezeigten Kugelgelenk-Bauart vorhandenen Verschlussdeckel 5a des
Gelenk-Gehäuses 5 hingewiesen,
der dieses – zu
Montagezwecken zunächst offene – Gehäuse 5 des
Kugelgelenks 1 auf der dem Kugelzapfen 2 gegenüberliegenden
Seite der Gelenk-Kugel 7 verschließt und somit ein Bestandteil des
Gehäuses 5 ist.
Anstelle des Verschlussdeckels 5a kann bei einer anderen
Kugelgelenk-Bauart
in diesem Bereich ein bspw. besonders ausgebildeter, bspw. abgeflachter
Abschnitt des Gelenk-Gehäuses 5 vorgesehen
sein, für
den ebenfalls die Bezugsziffer 5a verwendet wird, und bei
dem es sich um den vor der Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels
erläuterten
sog. außenseitigen
Abschnitt 5a des Gelenkgehäuses 5 handelt, der
sich bezüglich
der Gelenk-Kugel 7 auf der dem Kugelzapfen 2 im
wesentlichen gegenüberliegenden
Seite des Gelenkgehäuses 5 befindet.
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Eine
erfindungsgemäße Messvorrichtung zur
Bestimmung des Lagerspiels bzw. des soeben genannten Verschiebewegs,
d. h. der Strecke einer Relativ-Verschiebung
zwischen dem Kugelzapfen 2 und dem Gelenk-Gehäuse 5 besteht
aus einem im wesentlichen U-förmigen
Messbügel 11,
der mit seinem hier oberen Schenkel 11a auf das freie Ende 2b des
Kugelzapfens 2 aufgesetzt und auf diesem mittels einer
Mutter 12, die drehbar am Schenkel 11a angebracht
ist, fixiert werden kann. (Alternativ ist jedoch auch eine magnetische
Halterung oder ähnliches möglich).
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Der
andere freie Schenkel 11c des Messbügels 11 trägt ein Messinstrument 13,
das – hier
indirekt – mit
dem Verschlussdeckel 5a des Gelenk-Gehäuses 5 zusammenwirkt.
Dabei ist auf diesen Verschlussdeckel 5a ein sog. Hilfskugelsegment 14 aufgesetzt,
dessen Funktion weiter oben vor der Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels
ausführlich erläutert wurde.
Am Verschlussdeckel 5a gehalten wird dieses Hilfskugelsegment 14 dabei
mittels eines Permanentmagneten 15, während die exakte Positionierung bzw.
seitliche Führung über eine
sog. Rollkante 5b des Gelenkgehäuses 5 erfolgt. Mit
dieser sog. Rollkante 5b wird im übrigen auch der Verschlussdeckel 5a am
Gehäuse 5 fixiert.
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Beim
Messinstrument 13 handelt es sich um einen im wesentlichen üblichen
induktiven Wegaufnehmer, der mit dem Hilfskugelsegment 14 bzw.
dessen dem Messinstrument 13 zugewandter Oberfläche zusammenwirkt.
Konkret wird, da der das Messinstrument 13 tragende Messbügel 11 fest
am freien Ende 2b des Kugelzapfes 2 fixiert ist,
eine durch die erläuterte
Kraft-Einwirkung
auf das Kugelgelenk 1 hervorgerufene Relativ-Bewegung zwischen
dem Kugelzapfen 2 und dem Gehäuse-Verschlussdeckel 5a (bzw.
allgemein einem sog außenseitigen
Abschnitt 5a des Gelenkgehäuses 5, der sich bezüglich der
Gelenk-Kugel 7 auf der dem Kugelzapfen 2 im wesentlichen
gegenüberliegenden
Seite des Gelenkgehäuses 5 befindet)
in Form einer Relativ-Bewegung zwischen dem Hilfskugelsegment 14 und
dem Messinstrument 13 von letztgenanntem registriert.
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An
einem Kugelgelenk 1 der dargestellten elastischen Bauart
mit einem eigentlichen die Gelenk-Kugel 7 aufnehmenden
Gehäuse 5 sowie
einem weiteren Außengehäuse 3,
in welchem das Gelenk-Gehäuse 5 unter
Zwischenlage einer Gummifeder, d. h. eines elastomeren Federelements 8 gelagert
ist, ist die erfindungsgemäße Messvorrichtung besonders
vorteilhaft anwendbar, da auf die beschriebene Weise das tatsächliche
Lagerspiel des eigentlichen Kugelgelenks 1, hervorgerufen
durch einen Verschleiß der
Kunststoff-Lagerschale 6, gemessen werden kann, ohne eine
Verfälschung
durch die Elastizität
im elastomeren Federelement 8 zu erhalten. Dabei sei ausdrücklich erwähnt, dass
die erfindungsgemäße Messvorrichtung
unter Anwendung des beschriebenen Messprinzips in ebenso vorteilhafter
Weise auch an einfachen, üblichen
Kugelgelenken eingesetzt werden kann, bei den das die Gelenk-Kugel 7 aufnehmende
Gehäuse 5 gleichzeitig das äußere Gehäuse des
Kugelgelenks ist.
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Zurückkommend
auf den Messbügel 11 erkennt
man, dass der zwischen den beiden bereits erwähnten Schenkeln 11a und 11c liegende
Schenkel 11b längenverstellbar
ist, indem dieser Schenkel 11b aus zwei gegeneinander in
Längsrichtung
verschiebbaren und auf geeignete Weise relativ zueinander fixierbaren
Einzelstäben 11b', 11b'' zusammengesetzt ist, insbesondere
um das Messinstrument 13 nach Montage des Messbügels 11 am
freien Ende 2b des Kugelzapfens 2 geeignet positionieren
bzw. justieren zu können,
jedoch kann dies sowie eine Vielzahl weiterer Details durchaus abweichend
vom gezeigten Ausführungsbeispiel
gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.
Insbesondere ist das genante Hilfskugelsegment 14 nicht zwingend
erforderlich, da unter Inkaufnahme eines geringen Messfehlers auch
direkt auf den Verschlussdeckel 5a oder allgemein auf den
sog außenseitigen
Abschnitt 5a des Gelenkgehäuses, der sich bezüglich der
Gelenk-Kugel 7 auf der dem Kugelzapfen 2 im wesentlichen
gegenüberliegenden
Seite des Gelenkgehäuses 5 befindet,
gemessen werden kann. Im übrigen
kann dieser besagte außenseitige Abschnitt 5a oder
der Verschlussdeckel 5a selbst eine entsprechende kugelförmige Oberfläche aufweisen.