DE1907215A1

DE1907215A1 - Kugelgelenk

Info

Publication number: DE1907215A1
Application number: DE19691907215
Authority: DE
Inventors: Snidar Edward Anthony; Smith Frederic Redmond
Original assignee: O & S Bearting & Manufacturing Co; O&S Bearing and Manufacturing Co
Current assignee: O & S Bearting & Manufacturing Co; O&S Bearing and Manufacturing Co
Priority date: 1968-02-15
Filing date: 1969-02-13
Publication date: 1969-11-06
Also published as: BE727616A; DE1907215B2; US3451701A; FR2001928A1; GB1206575A

Description

O & S Bearing & MFG. CO.
Whitmore Lake, Michigan, V. St. A.

Kug elgelenk

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen einer Kugelgelenkkonstruktion und' insbesondere auf Verbesserungen einer Kugelgelenkkonstruktion wie sie allgemein bei Lenkungsgestängen von Kraftfahrzeugen Anwendung findet.

Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art, wie sie in den USA-Patenten 2 921 809 und 3 216 754 offenbart sind, ist es seit langem ein Problem, eine Kugelgelenkkonstruktion verfügbar zu machen, die zufriedenstellende Drehmoment- oder Reibungscharakteristiken für eine lange Benutzungsdauer aufweist. Gewöhnlich wird der Schlupf zwischen der Kugel und dem Kugelhülsenhalter lose oder flatterig aufgrund der Abnutzung der Flächen die in enger Berührung miteinander sind. Typi- f

scherweise wurden die Drehmoment- oder ReibungsCharakteristiken für die bekannten Vorrichtungen nach 50 000 bis 100 000 Testzyklen unter maximalen Belastungsuiiiständen unbefriedigend.

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Bei der hier offenbarten Kugelgelenkkonstruktion ist ein Halterring von verhältnismäßig dichtem Material zwischen der Kugel des Kugelzapfens und der Hülse des Gelenkkörperteils um den Äquatorbereich der Kugel angeordnet. Ein Ölimprägniertes faseriges Material wird in den Hohlraum zwischen der Kugelhülse und dem Halterring auf jeder Seite des Rings verdichtet oder zusammengedrückt. Dieses faserige Material mit zusammendrück-aus dehn baren Eigenschaften macht eine selbstschmierende Kugelgelenkkonstruktiob verfügbar und legt außerdem den Haltering fest, wobei es die Neigung hat, den Ring in Berührung mit der Kugel zu drücken. Durch Veränderung der Kraft, mit der die Innenfläche des Halterings gegen die Fläche der Kugel zum Aufliegen kommt, können die Drehmoment- oder Reibungseigenschaften des Kugellagers verändert werden.

In der normalen Betriebs stellung werden die Querkräfte oder Spannungen des Kugelzapfens durch den Halterring zu dem Gelenkkörper übertragen anstatt durch das faserartige Material. In dem die volle Spannung oder Last, die die Kugel überträgt, von dem faserigen Material abgeschirmt wird, zusammen mit der Verfügbarmachung eines federnden, selbstschmierenden Materials verbessert der kompakte Haltering

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beträchtlich die nutzbare Lebensdauer der Kugelgelenkkonstruktion. Das faserige Material befindet sich vorzugsweise in Berührung mit der Kugel an den Kanten des Halterings, um als Dichtung gegen Wasser, Staub und Schmutz zu dienen undum ebenfalls eine Schmiermittels chicht direkt der Kugel zu erteilen, die in den Lagerflächen arbeitet. Der Haltering empfängt den Hauptanteil der Last und verhindert, daß

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der volle Druck pro cm zu dem Gespinst übertragen wird, wobei bewirkt wird, daß das Gespinst einen Teil seiner kompensierenden Federkraft einbüßt.

Ein Hauptziel der Erfindung besteht in der Verfügbarmachung einer Kugelgelenkkonstruktion, die zufriedenstellende Dreheigenschaften für eine beträchtlich erhöhte Lebensdauer aufweist.

Ein anderes Ziel der Erfindung besteht in der Verfügbarmachung eines Kugelgelenks, das selbstschmierend ist und das seine Drehkrafteigenschaften über eine lange Benutzungsdauer aufrechterhält.

Andere Ziele und Merkmale der Erfindung sollen sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand von Ausführungsbeispie-

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len unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ergeben. In diesen zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt einer

Ausführungsform des erfindungsgemäßen

Kugelgelenks;
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform

eines Halteringes;

Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 in Fig. 2; Fig. 4 eine Schnittansicht einer zweiten Ausfühtungs-

form des erfindungsgemäßen Kugelgelenks; Fig. 5 eine seitliche Schnittansicht einer zweiten

Ausführungsform eines Halterringes; und Fig. 6 eine seitliche Schnittansicht einer dritten Aus-

führungsform des Halteringes.

Fig. 1 zeigt einen Kugelzapfen 10 mit einer Kugel 12, die in einem. Gehäuse oder Gelenkkörper 14 durch einen geschlitzten Haltering 16 festgelegt ist, und von eriem mit Schmiermittel impregnierten faserigen Material 18, beispielsweise Baumwolle, umgeben wird. Ein geeignetes Schmiermittel zur Imprägnierung des faserigen Materials ist eine Fettsäureverbindung, wie sie in dem USA-Patent 2 379 478 offenbart ist.

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Der in den Fig. 2 und 3 dargestellte Haltering 16 ist als geschlitzter Ring ausgebildet, um den Zusammenbau zu erleichtern und vorzugsweise aus einem hochverdichteten Kunststoff material, wie Nylon, das gute Lagereigens chaften hat. Die Außen- und Innendurchmesser und damit die Dicke des Mittelteils des Haltefinges 16 ist so gestattet, daß der Haltering 16 bündig zwischen der Kugel 12 und dem Gelenkkörper 14 um einen verhältnismäßig breiten Äquatorialbereich der Kugel sitzt. Durch Veränderung des Gesamtflächen- ™ bereichs des Halterings 16, der mit der Kugel 12 in Berührung ist und des Drucks, mit dem der Haltering 16 die Kugel 12 stützt, können die Drehmoment- oder Reibungseigenschaften der Kugelgelenkkomstruktion verändert werden.

Das mit einem Schmiermittel imprägnierte faserige Material 18 wird zwischen einem Teil der Wand 20 des Gelenkkörpers 14 und dem Haltering 16 gedrückt. Die durch das ([ zusammengedrückte faserige Material 18 erzeugte Kraft, die auf die abgeschrägten Außenflächen 22 wirkt, welche mit einen Neigungswinkel zu den Hauptachsen des Halterings 16 verlaufen, hat das Bestreben, die Innenfläche 24 des Halterings in Berührung mit der Kugel zu halten. Die abgeschrägte Fläche 22 bildet ein Teil einer verringerten Dicke

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zu den Kanten des Ringes 16. Diese Kraft hat die Neigung, die Abnutzung auf der Kugel oder der Innenfläche 24 auszugleichen, wodurch ein gleichmäßiges und konstantes Drehmoment sichergestellt wird. Durch Änderung des Ausmaßes, mit dem das faserige Material zusammengedrückt wird und des schrägverlaufenden Winkels der abgekanteten Außenflächen 22 kann die gesamte, der Kugel 12 durch den Haltering 16 zugeführte Kraft ,verändert werden.

Normalerweise wirkt ein Stoß und ein Schub des Kugelzapfens 10 in seitliche Richtung und wird durch den Haltering 16 zu dem Gelenkkörper 14 übertragen. Wenn jedoch irgendein axialer Schub auftritt, wird er teilweise durch das faserige Material zu dem Gelenkkörper weitergeleitet. Es ist anzunehmen, daß die Tatsache, daß der Haltering 16 die seitlichen Schubkräfte des Kugelzapfens 10 zum Gelenkkörper überträgt und daß er auch den Bereich der Berührung zwischen dem faserigen Material 16 und der Kugel 12 verringert den beträchtlichen Anstieg an nutzbarer Lebensdauer der Kugelgelenkkonstruktion erklärt«

Während der hochverdichtete Kunststoff inherent gute Lagereigenschaften besitzt, wird er nichtsdestoweniger durch zu-

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sätzliche Schmiermittel verbessert. Das wird erreicht durch ein mit Schmiermitteln imprägniertes Baumwollmaterial, dem eine Federkraft inherent ist und das als ein zusammendrückbar-ausdehnbares Material charakterisiert werden kann. *

Die Fig. 4 und 5 zeigen einen abgewandelten Kugelhalter 26. Bei dieser Konstruktion befindet sich ein größerer Halterflächenbereich 28 in Berührung mit der Kugel 10 als bei dem Halter 22, der in Fig. 3 dargestellt ist. Die radial im Abstand voneinander angeordneten Öffnungen 30 in dem Kugelhalter 26 erlauben dem faserigen Material 18 mit der Kugel 12 in Berührung zu kommen, so daß die Kugel in geeigneter Weise geschmiert wird, während eine Übertragung des größten Teils der Kraft aufgrund der Zusammendrückung des faserigen Materials zum Halter 26 übertragen wird anstatt unmittelbar durch die Lagerung auf der Kugel 12. Diese f Anordnung führt den Flächenbereich an faserigem Material 18, der direkt an der Kugel 12 anliegt, auf ein Minimum zurück und verringert auch die Kraft, mit der das faserige Material durch die Öffnungen 30 die Kugel 12 stützt. Diese Anordnung hat weiter die Neigung, das Ausmaß des Verschleißes des fa_r serigen Materials zu verringern, in dem der Bereich der

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Berührung mit der Kugel auf ein Minimum zurückgeführt wird und die Kraft, mit der es an der Kugel anliegt, verringert wird, wodurch ein weiterer Anstieg der nutzbaren Lebensdauer der Kugelgelenkkonstruktion sich ergibt.

Fig. 6 zeigt einen zweiten abgewandelten Kugelhalfcer 26 der auch einen Abschnitt verminderter Dicke an den Kanten aufweist. Bei der bevorzugten Konstruktion dieses Halteringes sind sechs radial und wechselweise axial im Abstand voneinander angeordnete Öffnungen 32 vorgesehen. Jede Öffnung 32 besitzt eine knollenartige Gestalt 'mit einem Schlitz 34, der von jeder Öffnung axial in der gleichen Richtung verläuft. Der Schlitz 34 macht den Halter 26 flexibler und damit spricht er besser auf die Kräfte an, die durch das Zusammengedrückte Material 18 dem Halter zugeführt werden. Der Halter wird in dem Gelenkkörper 18 so angeordnet, daß die Schlitze 34 zur Kappe oder dem geschlossenen Ende des Gelenkkörpers zeigen, um eine Eintrittsbahn für Schmutz zu der Kugel 12 zu ver« meiden, wenn dieser vorbei an der Außendichtung des Gelenks gelangt. Die Schlitze machen es auch leichter, die Kugel 12 in den Halter 26 einzusetzen.

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Prüfteste der beschriebenen Kugelgelenkkonstruktion mit wiederholten Perioden voller Lastbeanspruchungen habe gezeigt, daß das Drehmoment oder die Festigkeit, mit der die Kugel 10 im Gelenkkörper sitzt, augenblicklich ansteigt, wenn das Kugelgelenk langen Perioden eines fortlaufenden Arbeitstaktes ausgesetzt wird. Wenn jedoch diesem Kugelgelenk erlaubt wird, für einige Stunden inaktiv oder in Ruhe zu bleiben, kehrt das Drehmoment oder die Festigkeit, mit der die Kugel 10 in dem Gelenkkörper 14 sitzt, auf den Normalwert zurück. Dieses letztere Testverfahren der Arbeitsbewegung mit dem Kugelgelenk für eine Zeitdauer und dann des belass ens in einem Ruhezustand für eine kurze Zeitdauer, um die ursprünglichen Drehmomenteigenschaften wiederzugewinnen, stellt den typischen Turnus bzw. die Art und Weise des Betriebs der Lenkungsgestänge der meisten Autos oder anderer Motorfahrzeuge dar.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Kugelgelenk bei dem die Kugel eines Kugelzapfens in

einem Gehäuse oder Gelenkkörperteil sitzt, wobei der Raum zwischen der Kugel und dem Gelenkkörper mit einer Lagerungseinrichtung ausgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen relativ festen Haltering aus einem hochverdichteten Kunststofflagermaterial umfaßt, daß die Kugel mit einem verhältnismäßig großen Äquatorialbereich um eine Achse umgibt, die mit der Achse des Kugelzapfens zusammenfällt, daß der Ring in seinem Mittelabschnitt genügend dick ist, um den Raum zwischen der Kugel und dem Gehäuse auszufüllen, wobei die Randteile eine von dem Mittelabschnitt zu den Kanten allmählich sich verringernde Dicke aufweisen und in einer dünnen Umhüllung auslaufen, deren Innenumfang komplementär zur Kugel ist, und daß ein Ringkörper von leichtdeformierbaren, aus dehn- zusammendrückbar em Material in Berührung mit der Kugel an den Enden einer jeden Hülle gedrückt ist, wobei er teilweise zwischen die Außenseite des Ringteiles mit verringertem Querschnitt und der Innenseite des Gelenkkörpers festgedriickt ist wie um die freien Enden der Ringummantelung, um axiale und radiale Kräfte auf den Ring aufzubringen.

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2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile des Ringes, die unter dem Ausdehn-zusammendrückbaren Material vorgesehen sind, mit umfänglich im Abstand voneinander angeordneten Perforationen versehen sind und das ausdehn-zusammendrückbare Material mit einem Schmiermittel imprägniert ist.

3. Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das ausdehn-zusammendrückbare Material über den Ring hinaus erstreckt und teilweise in ringförmigen Kontakt mit der Kugel kommt, um als ringförmiger Abdichtungsbereich an dem Kugelzapfen zu dienen.

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4. Kugelgelenk nach einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch

gekennzeichnet, daß in dem Ring Perforationen vorgesehen sind, die von einem finde des Ringes aus verlaufen, um die

Flexibilität des Ringes zu verbessern und ihn empfindlicher in ^

Bezug auf die Ausdehnungseigenschaften des Materials zu machen.

5. Kugelgelenkkonstruktion nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelgelenkkörper gegenüber der Kugelzapfenöffnung ein geschlossenes Ende aufweist und daß die Schlitze des Ringes sich zu dem'geschlossenen Ende hin erstrecken. 90984b/1392

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