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. Kugelgelenk Die Erfindung bezieht sich auf Kugelgelenke,
wie sie insbesondere für die Radaufhängung von Kraftfahrzeugen verwendet werden.
Insbesondere bei dem die Last des Fahrzeugs auf den Achsschenkel übertragenden Kugelgelenk
ist es erwünscht, die Drehbewegung des Kugelzapfens um seine Längsachse nach Möglichkeit
zu erleichtern.
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Bei einem bekannten Kugelgelenk dieser Art ist zwischen einem unteren
und einem oberen Teil der Lagerkugel oder zwischen einer auf der Kugel abgestützten
Pfanne und einer Verschlußkappe eine Zwischenlage von Kugeln eingefügt. Dieses Kugelgelenk
kann ausschließlich Druckkräfte übertragen, da die Lagerpfanne am Umfang gegenüber
dem Gehäuse bzw. dessen Verschlußkappe Spiel hat. Die Kugel ist nur in ihrer unteren
Hälfte im Gehäuse geführt.
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Bei einem anderen bekannten Kugegelenk ist zwischen der Stirnfläche
einer ringförinigen Lagerpfanne und dem Boden der zylindrischen Ausnehmung des Lagergehäuses
ein Druckrollenlager eingefügt. Auch dieses Gelenk kann größere Kräfte nur in axialer
Richtung übertragen. Ferner verlangt diese Konstruktion eine Vergrößerung des Kugegelenks
in Achsrichtung um die Stärke des Drucklagers.
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Insbesondere bei den die Last des Fahrzeugs auf den Achsschenkel
. übertragenden Kugelgelenken einer Radaufhängung treten aber außer großen
axialen Kräften auch erhebliche Kräfte in radialer Richtung auf. Andererseits ist
der für das Kugelgelenk bei dieser Anordnung bei dem Vorderachsschenkel zur Verfügung
stehende Raum nur beschränkt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein insbesondere für
die Radaufhängung von Kraftfahrzeugen geeignetes Kugelgelenk zu schaffen, das sowohl
in axialer als auch in radialer Richtung größere Kräfte aufnehmen kann, dennoch
aber nicht größer ist als ein normales Kugelgelenk.
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Bei dem axial und radial belastbaren Kugelgelenk nach der Erfindung
sind die Kugeln ' in axial gerichteten Laufrillen von zwei Laufringen angeordnet,
von denen der innere mit einer Kugelabschnittsfläche auf dem Kugelkopf und der äußere
in axialer und radialer Richtung im Gehäuse abgestützt ist, wobei die Kugelbahn
im Durchmesser größer als der Kugelkopf ist und axial im wesentlichen
* innerhalb des äußeren Endes des Kopfes liegt, und ferner ist zwischen der
Gelenkkugel und dem mit ihr zusammenwirkenden Laufring ein Zwischenteil aus selbstschmierendem
und die im wesentlichen punktförmige Last der Kugeln gleichmäßiger verteilenden
Material vorgesehen. Das in dieser Weise zwischen Gehäuse und Kugelkopf eingebaute
Kugellager überträgt nicht nur die axiale Belastung, sondern auch radiale Belastungen.
Durch die Anordnung der Laufkugeln auf einem gegenüber dem Kugelkopf größeren Durchmesser
kann das Gelenk dennoch genau so niedrig gehalten werden, wie ein solches ohne Kugellager.
Die gedrängte Bauart läßt aber nur eine geringe Wandstärke der Laufringe zu. Da
der innere Laufring mit einer Kugelabschnittsfläche in einem Bereich auf dem Kugelkopf
abgestützt ist, der unter einem Winkel von etwa 45' und mehr von der Längsachse
des Gelenks liegt, drücken die Laufkugeln mit einer Kraft auf den verhältnismäßig
dünnwandigen Laufring, der erheblich größer ist als die aus der axialen Belastung
des Kugelgelenks herrührende axiale Teilbelastung jeder Kugel. Die von den Kugeln
im wesentlichen senkrecht zu der Kugeloberfläche des Gelenkkopfes auf den Laufring
drückenden Kräfte sind im wesentlichen punktförinige Lasten, die sich durch den
verhältnismäßig dünnwandigen Laufring durchdrücken. Damit zwischen innerem Laufring
und Gelenkkopf nicht zu hohe örtliche Flächendrücke mit den nachteiligen Folgen
eines Zerquetschens des Schmierfilms und damit Freßerscheinungen an den zusammenwirkenden
Flächen entstehen, ist zwischen dem Gelenkkopf und dem auf ihm abgestützten
Laufring
ein Zwischenteil aus selbstschmierendem Material vorgesehen, der die im wesentlichen
punktförmige Last der Kugeln gleichmäßig verteilt.
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Die einzelnen Merkmale der Erfindung wirken also alle zur Lösung der
gleichen Aufgabe zusammen. Es wird Schutz auch nur für diese Kombination von Merkmalen
begehrt.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird der Zwischenteil von
einem Lagerring aus pulverisiertem Eisen mit einsatzgehärteter und mit einem Schmiermittel
imprägnierter Oberfläche gebildet, der auf einem zylindrischen Zapfenfortsatz des
Kopfes sitzt. Ein solcher aus pulverisiertem Eisen gesinterter Lagerring ist bei
Kugelgelenken ohne Kugellagerabstützung des Kopfes bekannt.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
der Zwischenteil von einer Zwischenlage aus selbstschmierendem Kunststoff gebildet.
Auch die Verwendung von selbstschmierendem Kunststoff zur Lagerung des Kugelkopfes
ist bei Kugelgelenken an sich bekannt.
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Die Verteilung der Last auf den Kugelkopf wird noch verbessert, wenn,
gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung, der innere Laufring des Kugellagers
die Gestalt einer Kugelkappe erhält.
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Sind die auf das Kugelgelenk wirkenden Radialkräfte besonders groß,
so kann der innere Laufring mit einer zylindrischen Außenfläche versehen sein, mit
der größere radiale Kräfte unmittelbar auf eine entsprechend zylindrische Lagerfläche
im Gehäuse abgesetzt werden.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an drei Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig. 1 ist eine Ansicht einer unabhängigen Radauffiängung bei
einem Fahrzeug, bei der ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk verwendet ist; F i
g. 2 ist ein Schnitt längs der Linie 11-11 in Fig. 1 und zeigt
die innere Konstruktion einer ersten Ausführungsforrn des erfindungsgemäßen Kugelgelenks;
F i g. 3 ist ein der F i g. 2 entsprechender Schnitt einer zweiten
Ausführungsfonn des Kugelgelenks nach der Erfindung, und F i g. 4 ist ein
Schnitt durch eine dritte Ausführungsforin des erfindungsgemäßen Kugelgelenks. Bei
der Radaufhängung nach F i g. 1 ist der vordere Teil des Fahrzeugrahmens
10 über einen oberen Dreieckslenker 12 und einen unteren Dreieckslenker
13 auf dem einen Vorderachsschenkel 11 abgestützt. Der obere Lenker
ist mit seinem inneren Ende bei 14 an dem Rahmen 10 angelenkt und an seinem
äußeren Ende mit dem oberen Ende des Achsschenkels 11
durch ein Universal-Kugelgelenk
15 verbunden. Ent- j
sprechend ist der untere Lenker 13 bei
16 an dem Rahmen 10 schwenkbar gelagert und mit dem Achsschenkel
11 durch das die Last aufnehmende Universal-Kugelgelenk 20 verbunden. Das
Gewicht des Fahrzeugs wird von dem unteren Lenker 13 aufgenommen, wie man
aus der Anordnung der Feder 17
zwischen dem Lenker 13 und der Stützfläche
10 a des Rahmens 10 erkennt. Zwischen dem Rahmen und dem Lenker
13 kann außerdem ein Stoßdämpfer 18
angeordnet sein.
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Die auf den Achsschenkel 11 mit dem Achsstumnie] 21 für das
nicht gezeigte Fahrzeugrad aufgebrachte Last wird von dem Kugelgelenk 20 über den
Kugelzapfen22 auf den Fortsatz23 des Achsschenkels 11 übertragen. Diese Anordnung
hat zur Folge, daß die an dem Gelenk 20 angreifende Last das Gelenkgehäuse 24 (Fig.
2) axial gegen den Bolzen 22 drückt. Es handelt sich hier also um ein axial auf
Druck beanspruchtes Gelenk, wobei die Reaktionskraft in Richtung des Pfeiles
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wirkt.
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Wie man am besten aus der vergrößerten Darstellung in F i
g. 2 erkennt, ist für das Gelenk 20 ein Blechgehäuse 24 vorgesehen, das ein
oberes becherförmiges Gehäuseteil 24a und ein unteres becherförmiges Gehäuseteil
24 b umfaßt. Diese becherförmigen Bauteile 24 a und 24 b sind aneinander
sowie an dem unteren Lenker 13 mittels Kopfschrauben 26 befestigt.
Man erkennt, daß die Höhe des ganzen Gehäuses 24 im wesentlichen ebenso groß ist
wie der Durchmesser des Kugelkopfes 27 des Kugelzapfens 22. Dies ist gemäß
der Erfindung durch die besondere Anordnung eines insgesamt bei 28 dargestellten
Kugellagers erreicht. Der äußere Lagerlaufring 29
dieses Kugellagers sitzt
in dem oberen Gehäuseteil 24a und liegt im wesentlichen außerhalb einer den Kugelkopf
27 tangierenden Zylinderfläche. Der Laufring-29 arbeitet mit Kugeln
30 und einem inneren Laufring 31 zusammen, der auf seiner lrinenseite
eine kugelsegmentförmige Fläche32 besitzt, die mit der kugelsegmentförinigen Außenfläche
eines Lagerrings 33 in Berührung steht, der selbst auf einen zylindrischen
Lagerzapfenfortsatz 34 des Kugelzapfens 22 gelagert ist.
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Der Durchmesser der Lagerkugeln 30 ist von der Größe des Kugelkopfes
27 des Gelenkzapfens verhältnismäßig unabhängig. Der Grund hierfür besteht
darin, daß sich die Lagerkugeln nicht innerhalb der den Kugelkopf tangierenden Zylinderfläche
zu befinden brauchen. Man kann daher die Lagerkugeln 30 leicht so ausbilden,
daß sie die volle durch das Fahrzeug aufgebrachte Drucklast im wesentlichen unabhängig
vom Durchmesser und der spezifischen Belastung des Zapfens 22 selbst aufnehmen können.
Da die Lagerkugeln 30 ferner auf einem Durchmesser liegen, der größer ist
als der Durchmesser des Gelenkzapfenkopfes 27, wird die zwischen Zapfen 22
und Gehäuse 24 wirkende Last durch eine größere Anzahl von Kugeln aufgenommen, als
es möglich wäre, wenn die Kugeln innerhalb der allgemeinen Abmessungen des Kugelkopfes
27 angeordnet sein müßten. Diese Konstruktion ermöglicht es somit, die Belastungen
der einzelnen Kugeln des Kugellagers 28 niedriger zu halten, wodurch sich
die Lebensdauer des Lagers erheblich verlängert. Bei dem Ausführungsbeispiel nach
F i g. 2 wird das Kugellager 28 durch ein dünnes Blechgehäuse
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zusammengehalten, das gegenüber dem inneren Laufring 31 Spiel hat.
Die Zuführung von Fett zu dem Kugellager 28 erfolgt von einem Vorratsraum
36 aus, dem das Fett durch einen Fettpreßnippel 37 zugeführt wird.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 besteht der Lagerring
33 aus gesintertem Eisenpulver; die Oberfläche des Lagerrings ist einsatzgehärtet
und mit einem Schmierinittel imprägniert. Ein solcher Lagerring arbeitet einwandfrei
und erfordert nur ein Mindestmaß an regelmäßiger Schmierung. Die Oberfläche eines
gesinterten Lagerrings hat eine größere Nachgiebigkeit als die Oberfläche eines
aus Stahl bestehenden Kugelkopfes. Sie läßt daher eine gleichmäßigere
Verteilung
der von den Laufkugeln punktförinig auf den Laufring 31 übertragenen Lasten
zu. Der Lagerring 33 ist über die Schulter 27 a auf dem Kugelkopf
27 abgestützt. Die Lastübertragung zwischen innerem Lagerring31 und Lagerzapfen22
ist unabhängig von dem durch die öffnung 24 c des Gehäuses 24 begrenzten
Kippwinkel des Lagerzapfens gegenüber der Ebene der Kugellagerringe. Das Kugellager28
ermöglicht eine leichte Drehbewegung des Lagerzapfens 22. Notfalls ist sie immer
noch durch die Lagerwirkung des Lagerringes 33 gegeben, so daß dann der Lagerring
33 die Aufgabe der Lagerkugeln 30 übernimmt, wobei die Außenfläche
des Lagerrings 33 in gleitende Berührung mit dem Kugellagerinnenring
31 tritt, während die zylindrische Bohrung des Lagerrings 33 mit dem
Fortsatz 34 des Kugelzapfens zusammenarbeitet, um eine Drehbewegung des Gelenkzapfens
zu ermöglichen. Zwar ist eine solche Betriebsweise für den Normalfall natürlich
nicht vorgesehen, denn die Lagerung durch die Kugeln 30 ist leichtgängiger.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 steht der Kugelkopf
270 des Gelenkbolzens 220 in unmittelbarer lastübertragender Berührung mit
einer Zwischenlage 271 aus selbstschmierendem Kunststoff, die zwischen dem
Kugelkopf 270 und dem inneren Laufring 310 des Kugellagers
280 liegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel bildet der innere Lagerlaufring
310 eine im wesentlichen halbkugelförmige Kappe, die im Vergleich zu dem
Laufring 31 nach F i g. 2 eine erheblich größere Gesamtlagerfläche
zwischen dem Kugelkopf 270 und dem Laufring 310 darbietet. Die Ausbildung
des äußeren Laufringes 29 und der Kugeln 30 ist im wesentlichen die
gleiche wie bei dem Kugelgelenk nach F i g. 2. Auch das Gehäuse 420 ist im
wesentlichen ebenso ausgebildet wie das Gehäuse 24 in F i g. 2, abgesehen
davon, daß der Gehäuseabschnitt 420 a eine etwas größere Höhe besitzt, damit die
halbkugelförmige Lagerkappe 310
untergebracht werden kann.
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Zwischen dem Gelenkzapfen 220 und dem Unterteil 420 b des Gehäuses
420 ist ein Lagerring 330
aus einem selbstschmierenden Kunststoff, z. B. einem
Polyäthylen oder einem der Polyamide hohen Molekulargewichts, angeordnet. Wenn das
Gelenk Druckkräfte aufzunehmen hat, braucht der Lagerring 330 keine eigentlichen
Lagerkräfte aufzunehmen. Wenn das Gelenk jedoch auf Zug beansprucht wird, wie es
der Fall ist, wenn das Fahrzeugrad nach dem Verlassen eines Buckels in der
Straßenoberfläche wieder in seine normale Lage zurückkehrt, arbeitet der Ring
330 als Lager, das eine Drehbewegung des Bolzens 220 ermöglicht. Zusätzlich
liefert der Ring 330 aus Kunststoff eine sehr zweckmäßige Dichtung fÜr die
Öffnung 420c. Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 wird dem Gehäuse
durch einen Fettpreßnippel 37 Fett zugeführt Wegen der im wesentlichen halbkugelförmigen
Gestalt des Lagerlaufrings 310 ist in diesem eine kleine öffnung
310 a
vorgesehen, damit das unter Druck stehende Schmiermittel zu der
Zwischenlage 271 aus Kunststoff gelangen kann, um diese von Anfang an zu
schmieren.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 ist die gleiche Grundkonstruktion
verwendet wie bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3. Die Gehäuseteile
420 d und 420 e umschließen hier einen Bolzen 220 mit einem Kopf
270, der in einem Lagerring 333 aus Kunststoff drehbar gelagert ist.
Auch hier ist eine Zwischenlage 271 aus Kunststoff zwischen dem Bolzenkopf
270 und einem Lagerlaufring 331 eingefügt, wobei der letztere aber
etwas anders ausgebildet ist. Der Laufring 331 ähnelt dem Laufring
310 von F i g. 3, außer, daß seine Umfangsfläche nach Art eines Lagers
mit der zylindrischen Innenfläche des becherfönnigen Gehäuseteils 420d zusammenarbeitet.
Durch diese Ausbildung können größere radiale Belastungen von dem Lagerlaufring
331 auf das Gehäuse übertragen werden, die von auf den Achsschenkel
11 aufgebrachten Bremslasten oder anderen während des Fahrens auftretenden
seitlichen Belastungen herrühren. Das Kugellager nimmt hier also in der Hauptsache
nur axiale Kräfte auf. Bei außergewöhnlich hohen, Beanspruchungen, z. B. bei Lastkraftwagen,
bei denen hohe Bremslasten auftreten, führt die Entlastung des Kugellagers von diesen
übermäßigen radialen Kräften zur Vermeidung eines übermäßigen Verschleißes des Kugellagers
sowie zu einer Verminderung des Spiels in dem ganzen Gelenk auf ein Kleinstmaß.
Im übrigen ist die in F i g. 4 gezeigte Konstruktion im wesentlichen die
gleiche wie die Konstruktion nach F i g. 3.
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Durch die Ausbildung des Kugelgelenks nach der Erfindung ist ein außergewöhnlich
raumsparendes Kugelgelenk mit leichter Drehbarkeit geschaffen, so daß es besonders
auch als Stützlager für den Vorderachsschenkel geeignet ist, ohne das Arbeiten des
normalerweise unmittelbar oberhalb des unteren Kugelgelenks angeordneten Lenkarms
19 zu stören.