DE19647022A1 - Kugelgelenk zur Verbindung einer Gelenkstange mit einem Gelenkglied - Google Patents
Kugelgelenk zur Verbindung einer Gelenkstange mit einem GelenkgliedInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kugelgelenk zur Verbin
dung einer Gelenkstange mit einem Gelenkglied für in Fahr
zeugen verwendete Antriebe, insbesondere Scheibenwischervor
richtungen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1.
Kugelgelenke dieser Art werden zumeist in wechselnden Rich
tungen stark belastet und haben, insbesondere bei Scheiben
wischervorrichtungen, einen großen Einfluß auf die Qualität
und deren Funktion. Bei nicht sachgerechter Auslegung des
Kugelgelenkes kann es zu unzulässig hohem Verschleiß bzw.
unzulässigem Spiel zwischen der Gelenkkugel und der Kugel
schale mit entsprechenden Funktionsungenauigkeiten und einer
unerwünscht starken Geräuschentwicklung kommen. Es wurden
schon viele Versuche unternommen, diesen Nachteilen entge
genzuwirken, jedoch scheint bisher keine vollkommen zufrie
denstellende Lösung gefunden worden zu sein.
In der DE 39 20 243 A1 wurde beispielsweise vorgeschlagen,
das Spiel durch eine bewußt herbeigeführte Exzentrizität
zwischen der Gelenkkugel und der Kugelschale andauernd zu
beseitigen. Jedoch hat sich gezeigt, daß die Herstellung
einer geeigneten Exzentrizität fertigungstechnisch schwer zu
bewältigen ist, da diese Exzentrizität auch nicht zu groß
ausfallen darf. Im letzteren Fall würde in bestimmten Berei
chen zwischen den Gelenkpartnern eine zu große Vorspannung
bzw. Flächenpressung auftreten, mit der Folge frühzeitiger
Materialermüdung oder erhöhten Verschleißes.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kugelgelenk der eingangs
beschriebenen Art zu verbessern, insbesondere über eine
längere Betriebs zeit als bei bekannten Kugelgelenken einen
spielfreien, verschleißarmen und runden Lauf des Kugelgelen
kes zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Kugelgelenk mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung nutzt dabei die Erkenntnis, daß bei derartigen
Kugelgelenken die Ausgestaltung der Verbindung zwischen der
Gelenkstange und der in einen Durchbruch der Gelenkstange
eingespritzten Kugelschale aus Kunststoffmaterial eine grö
ßere Rolle spielt als bisher angenommen. Beispielsweise kön
nen bisher bekannte Ausführungen der Durchbrüche in den Ge
lenkstangen mit einer 6- bzw. mehrkantigen Vorlochung oder
mit verschiedenartigen Durchzügen oder unterschiedliche Wan
dungen der Kugelschale zu einer Unform der Gleitfläche der
Kugelschale führen, wodurch der Rundlauf des Kugelgelenkes
beeinträchtigt wird oder uneinheitliche Abzugskräfte der
Kugelschale von der Gelenkkugel entstehen.
Die Erfindung geht daher von einer Gelenkstange mit einem
flachen, ebenen Abschnitt aus, welcher eine kreisrunde
Durchgangsöffnung aufweist, in die eine Kugelschale aus
Kunststoffmaterial eingespritzt ist. Nunmehr ist vorgesehen,
daß die Gelenkstange in dem bewußten Abschnitt ein in bezug
auf die Mittelachse der Durchgangsöffnung symmetrisches, in
radialer Richtung wirkendes Rückhaltesystem für die einge
spritzte Kugelschale aufweist, an welchem die Kugelschale
verankert ist. Durch dieses symmetrische Rückhaltesystem in
Kombination mit der kreisrunden Durchgangsöffnung in der
Gelenkstange ist unter allen Betriebsbedingungen eine besse
re Abstützung der Kugelschale gegenüber der Gelenkstange
gewährleistet, so daß die schädlichen Unformen der Gleit
fläche der Kugelschale nicht entstehen können und über lange
Zeit ein spielfreier und verschleißarmer Rundlauf des Kugel
gelenkes gewährleistet ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung gemäß Anspruch 2 sieht vor,
daß das Rückhaltesystem von axialen Vertiefungen gebildet
ist, die in einem Abstand von der Durchgangsöffnung in die
gegenüberliegenden flachen Seiten des die Durchgangsöffnung
aufweisenden Abschnittes der Gelenkstange eingebracht sind.
Dabei sind diese Vertiefungen nicht nur in bezug auf die
Mittelachse der Durchgangsöffnung, sondern auch in bezug auf
eine senkrecht zu dieser Mittelachse verlaufenden Mittel
ebene des Abschnitts der Gelenkstange symmetrisch. Diese
spezielle Ausbildung des Rückhaltesystems verspricht eine
noch weiter verbesserte Abstützung der Kugelschale bei allen
Betriebsbedingungen. Außerdem ist eine Gelenkstange mit ei
nem derartigen Rückhaltesystem für die Kugelschale in einer
Stanz- und Prägepresse einfach herstellbar.
Gelenkstangen werden in Antrieben hauptsächlich in ihrer
Längsrichtung auf Zug oder Druck beansprucht. Deshalb werden
bei einem Kugelgelenk gemäß einer Weiterbildung nach An
spruch 3, wonach das Rückhaltesystem von kreisbogenförmig um
die Durchgangsöffnung umlaufenden Nuten gebildet ist, in den
kraftneutralen Bereichen der Gelenkstange unterbrochen, um
einen Verdrehschutz der Kugelschale gegenüber der Gelenk
stange zu bilden. Die kraftneutralen Bereiche des Kugelge
lenkes befinden sich dabei an den hinsichtlich der Mittel
achse der Durchgangsöffnung gegenüberliegenden Längsseiten
der Gelenkstange.
Bevorzugt wird eine Weiterbildung der Erfindung nach An
spruch 4, weil dieses Rückhaltesystem einfach herstellbar
ist und andererseits optimal an die Geometrie des Kugelge
lenkes, d. h. der Gelenkkugel und der Kugelschale, angepaßt
ist.
Für den Fall, daß eine besonders stabile Verankerung der
Kugelschale an dem Abschnitt der Gelenkstange erforderlich
ist, d. h. das Rückhaltesystem besonders starke Kräfte ab
fangen muß, wird eine Weiterbildung gemäß Anspruch 5 empfoh
len. Der wesentliche Vorteil besteht darin, daß das Material
der Kugelschale beim Einspritzen die das Rückhaltesystem
bildenden Löcher durchdringen kann. Somit sind die auf den
gegenüberliegenden flachen Seiten des Abschnittes der Ge
lenkstange befindlichen Teile der Kugelschale durch die Lö
cher hindurch stoffschlüssig miteinander verbunden.
Um eine noch bessere Abstützung der Kugelschale auf der Ge
lenkkugel des Kugelzapfens zu erreichen und außerdem ein
ungewolltes Abspringen der Kugelschale von dem Kugelzapfen
zu verhindern, ist eine Weiterbildung der Erfindung gemäß
Anspruch 6 vorgesehen.
Eine Weiterbildung gemäß Anspruch 7, welche vorsieht, daß
der Kugelzapfen zumindest im Bereich seiner Gleitfläche eine
nitrogascarburierte Oberfläche besitzt, ist darauf gerich
tet, die Abriebfestigkeit des Kugelzapfens zu erhöhen und
damit den Verschleiß zu verringern.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zei
gen:
Fig. 1 in teilweise geschnittener Darstellung ein Kugelge
lenk,
Fig. 2 in gegenüber Fig. 1 verkleinerter Darstellung die
Draufsicht eines Endes einer Gelenkstange ohne Ku
gelschale,
Fig. 3 in Schnittdarstellung und vergrößerter Seitenansicht
einen Ausschnitt III von Fig. 2 und
Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel analog Fig. 2.
In Fig. 1 ist ein Kugelzapfen 1 zu erkennen, der einen als
Gelenkkugel 2 bezeichneten Abschnitt und einen Sockel 3 so
wie auf der gegenüberliegenden Seite einen zylindrischen
Anschlag 4 aufweist. Dieser Kugelzapfen 1 ist mit einer Kur
bel 5 einer Scheibenwischervorrichtung vernietet. Der Aufbau
ist an sich bekannt, so daß sich weitere Erläuterungen hier
zu erübrigen.
Zu dem Kugelgelenk gehört außerdem eine Kugelschale 6 aus
Kunststoffmaterial, die in eine kreisrunde Durchgangsöffnung
7 einer Gelenkstange 8 eingespritzt ist. Die Durchgangsöff
nung 7 befindet sich dabei in einem flachen, ebenen Ab
schnitt 9, der sich an einem Ende der Gelenkstange 8 befin
det. Die Kugelschale 6 ist hutartig ausgebildet, wobei durch
den kappenartigen Abschnitt 10 das Kugelgelenk zur einen
Seite hin dicht abgedeckt ist. Mit ihrer offenen Seite ist
die Kugelschale 6 in Richtung des Pfeiles R, welcher auch
als Aufknöpfrichtung bezeichnet wird, auf die Gelenkkugel 2
des Kugelzapfens 1 aufgeknöpft. Außerdem ist ein Dichtele
ment 11 zu erkennen, welches das Kugelgelenk an der offenen
Seite der Kugelschale 6 abdichtet. Auch dieser Aufbau ist
prinzipiell bekannt, so daß sich weitere Ausführungen hierzu
erübrigen.
Für die vorliegende Erfindung wesentlich ist nun die in be
zug auf die Mittelachse 12 der Durchgangsöffnung 7 symme
trische Ausbildung des Rückhaltesystems für die in die
Durchgangsöffnung 7 eingespritzte Kugelschale 6. In Fig. 1
sind die Vertiefungen 13 zu erkennen, die in der Nähe des
Randes der Durchgangsöffnung 7 in die beiden gegenüberlie
genden flachen Seiten des Abschnittes 7 der Gelenkstange 8
eingebracht sind. Diese Vertiefungen 13 sind symmetrisch in
bezug auf die Mittelachse 12 ausgebildet und sind dabei
außerdem symmetrisch in bezug auf die Mittelebene 14 des
flachen Abschnittes 7, welche rechtwinklig zur Mittelachse
12 verläuft. Kunststoffmaterial der Kugelschale 6 ist in die
Vertiefungen 13 eingedrungen, so daß dadurch die Kugelschale
6 zusätzlich verankert ist. Insgesamt ist damit ein Kugelge
lenk mit einem symmetrischen Rückhaltesystem der Kugelschale
6 an der Gelenkstange 8 geschaffen, welches für eine wesent
liche Verbesserung des Kugelgelenkes sorgt.
In Fig. 1 sind an der offenen Seite der Kugelschale 6 noch
im wesentlichen axial verlaufende Verlängerungen zu erken
nen, welche zusätzliche Stützsegmente 15 schaffen, die sich
mit Vorspannung auf der Gleitfläche des Kugelzapfens 1 ab
stützen. Die Stützsegmente 15 sind durch axial verlaufende
Schlitze, die in Fig. 1 nicht zu erkennen sind, voneinander
getrennt. Außerdem sorgt eine stirnseitige Nut 16 in Verbin
dung mit den erwähnten Trennschlitzen dafür, daß die Stütz
segmente 15 beim Auf- oder Abknöpfen der Kugelschale 6 auf
den bzw. von dem Kugelzapfen 1 vorübergehend radial auswei
chen kann. Das dargestellte Kräfteparallelogramm 17 deutet
an, daß die entgegen der Aufknöpfrichtung R wirkende Kraft
komponente der Stützkraft um einen Anteil entsprechend der
Höhe H der Segmente 15 vergrößert worden ist. Diese zusätz
liche Kraftkomponente verringert also die Gefahr des unge
wollten Abspringens der Kugelschale 6 von dem Kugelzapfen 1.
Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Rückhaltesystems
für die Kugelschale 6 sind in den Fig. 2 bis 4 dargestellt.
Die in Fig. 2 gezeigte Gelenkstange 8 ist aus Blech herge
stellt und weist aus Stabilitätsgründen über den größten
Teil ihrer Länge einen U-artigen Querschnitt auf. An den
gegenüberliegenden Enden der Gelenkstange 8 sind jeweils
flache ebene Abschnitte 9 vorgesehen, von denen in Fig. 2
einer dargestellt ist. In diesen Abschnitt 9 ist die kreis
runde Durchgangsöffnung 7 mit der Mittelachse 12 einge
bracht, um eine Kugelschale 6 in diese Durchgangsöffnung 7
einspritzen zu können. Als Vertiefungen 13 sind hier die
beiden Teilabschnitte der koaxial um die Durchgangsöffnung 7
umlaufenden Nut 18 zu erkennen, die in den gegenüberliegen
den kraftneutralen Bereichen 19 unterbrochen ist, um somit
einen Verdrehschutz der Kugelschale 6 gegenüber der Gelenk
stange 8 zu erreichen. Die Nut 18 verläuft dabei auf einem
zu der Mittelachse 12 koaxialen Mittelkreis 20. Das in den
Fig. 2 und 4 erkennbare Fangloch 24 dient in bekannter
Weise der genauen Positionierung der Gelenkstange 8 im
Spritzgießwerkzeug, um ein zentrische Einspritzung der Ku
gelschale 6 zu erreichen.
Aus Fig. 3 sind weitere geometrische Einzelheiten der die
Vertiefungen 13 bildenden Nuten 18 ersichtlich. Es ist zu
erkennen, daß diese Nuten 18 in einem Abstand A von der
Durchgangsöffnung 7 angeordnet sind, der etwa der halben
Dicke D des Abschnittes 9 der Gelenkstange 8 entspricht.
Weiterhin ist zu sehen, daß die Nuten 18 die Querschnitts
form eines ungleichwinkligen Trapezes aufweisen, wobei die
der Durchgangsöffnung 7 naheliegende Flanke 21 in einem
spitzen Winkel α zur Mittelachse 12 hin geneigt ist. Dem
gegenüber ist die weiter von der Durchgangsöffnung 7 ent
fernte Flanke 22 um einen größeren spitzen Winkel β von der
Mittelachse 12 hinweg geneigt angeordnet. Die Tiefe T jeder
der Nuten 18 beträgt dabei etwa 1/6 der Dicke D des Ab
schnittes 9.
Bei Antrieben für Scheibenwischervorrichtungen ist ein
Durchmesser von 16 mm für die Gelenkkugel 2 des Kugelzapfens
1 ein gebräuchliches Maß, wobei ein derartiger Kugelzapfen 1
an einer Gelenkstange 8 befestigt ist, die eine Materialdicke
und damit eine Dicke D des Abschnittes 9 von 2 mm auf
weist. Die Kugelschale 6 muß also mit einer Gelenkkugel 2
von 16 mm Durchmesser zusammenwirken. Dementsprechend wird
für die Durchgangsöffnung 7 in dem Abschnitt 9 ein Durch
messer von 20 mm empfohlen. Ein aus derzeitiger Sicht opti
males Rückhaltesystem für die in die Durchgangsöffnung 7
eingespritzte Kugelschale 6 ist dann gegeben, wenn der Win
kel α ca. 15 Grad und der Winkel β ca. 30 Grad beträgt.
Ein anderes Ausführungsbeispiel für ein Rückhaltesystem ist
in Fig. 4 dargestellt. Der wesentliche Unterschied dieses
Ausführungsbeispieles gegenüber dem Ausführungsbeispiel von
Fig. 2 besteht darin, daß die Vertiefungen 13 nunmehr die
Form von durchgehenden Löchern 23 besitzen, die gleichmäßig
verteilt auf dem Mittelkreis 20 angeordnet sind. Diese Lö
cher 23 erlauben eine zusätzliche materialschlüssige Verbin
dung zwischen den auf den gegenüberliegenden flachen Seiten
des Abschnittes 9 der Gelenkstange 8 vorgesehenen Bereichen
der in die Durchgangsöffnung 7 eingespritzten Kugelschale 6.
Da es sich außerdem um eine Vielzahl solcher Löcher 23 han
delt, ist auch eine gleichmäßige Kräfteverteilung über den
Umfang der Kugelschale 6 gewährleistet. Ein solches Ausfüh
rungsbeispiel ist speziell für besonders hohe kräftemäßige
Beanspruchungen des Kugelgelenkes bestimmt.
1
Kugelzapfen
2
Gelenkkugel
3
Sockel
4
Anschlag
5
Kurbel
6
Kugelschale
7
Durchgangsöffnung
8
Gelenkstange
9
Abschnitt
10
Abschnitt
11
Dichtelement
12
Mittelachse
13
Vertiefung
14
Mittelebene
15
Stützsegment
16
Nut
17
Kräfteparallelogramm
18
Nut
19
Kraftneutraler Bereich
20
Mittelkreis
21
Flanke
22
Flanke
23
Loch
24
Fangloch
A Abstand
D Dicke
H Höhe
R Pfeil/Aufknöpfrichtung
T Tiefe
α Winkel
β Winkel
A Abstand
D Dicke
H Höhe
R Pfeil/Aufknöpfrichtung
T Tiefe
α Winkel
β Winkel
Claims (7)
1. Kugelgelenk zur Verbindung einer Gelenkstange mit einem
Gelenkglied für in Fahrzeugen verwendete Antriebe, ins
besondere Scheibenwischervorrichtungen, wobei die Ge
lenkstange (8) zumindest einen flachen, ebenen Abschnitt
(9) mit einer kreisrunden Durchgangsöffnung (7) auf
weist, in die eine Kugelschale (6) aus Kunststoffmateri
al eingespritzt ist, welche auf einen an dem Gelenkglied
befestigten Kugelzapfen (1) aufgeknöpft ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gelenkstange (8) ein in bezug
auf die Mittelachse (12) der Durchgangsöffnung (7) sym
metrisches Rückhaltesystem aufweist, an welchem die Ku
gelschale (6) verankert ist.
2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Rückhaltesystem von axialen und dabei in bezug auf
die rechtwinklig zur Mittelachse (12) verlaufende Mit
telebene (14) des Abschnittes (9) symmetrischen Vertie
fungen (13) in dem Abschnitt (9) der Gelenkstange (8)
gebildet ist, in die Material der Kugelschale (6) ein
gedrungen ist, wobei die Vertiefungen (13) in einem Ab
stand (A) von der Durchgangsöffnung (7) auf einem ge
meinsamen, koaxial zu der Mittelachse (12) verlaufenden
Mittelkreis (20) angeordnet sind.
3. Kugelgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Vertiefungen (13) kreisbogenförmig verlaufende Nuten
(18) sind, vorzugsweise um die Durchgangsöffnung (7) um
laufende Nuten (18), welche jeweils an den in bezug auf
die Mittelachse (12) gegenüberliegenden kraftneutralen
Bereichen (19) der Gelenkstange (8) bzw. des Kugelgelen
kes zur Bildung eines Verdrehschutzes unterbrochen sind.
4. Kugelgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Nuten (18) im Querschnitt die Form eines ungleich
winkligen Trapezes aufweisen, wobei die der Durchgangs
öffnung (7) nähere Flanke (21) der Nut (18) in einem
spitzen Winkel (α) von vorzugsweise 8 bis 20 Grad zur
Mittelachse (12) hin und die von der Durchgangsöffnung
(7) weiter entfernte Flanke (22) in einem größeren spit
zen Winkel (β) von vorzugsweise 20 bis 40 Grad von der
Mittelachse (12) hinweg geneigt sind.
5. Kugelgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Vertiefungen (13) eine Vielzahl parallel zur Mittel
achse (12) verlaufende Löcher (23) sind, die auf dem
Mittelkreis (20) angeordnet sind.
6. Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelschale (6) an ihrer
in die Aufknöpfrichtung (R) weisenden Seite zusätzliche
Stützsegmente (15) in Form von im wesentlichen axial
verlaufenden Verlängerungen der Kugelschale (6) auf
weist, welche sich mit Vorspannung auf der Gleitfläche
der Gelenkkugel (2) abstützen.
7. Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelzapfen (1) zumin
dest im Bereich seiner Gleitfläche eine nitrogascarbu
rierte Oberfläche besitzt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19647022A DE19647022A1 (de) | 1996-11-14 | 1996-11-14 | Kugelgelenk zur Verbindung einer Gelenkstange mit einem Gelenkglied |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19647022A DE19647022A1 (de) | 1996-11-14 | 1996-11-14 | Kugelgelenk zur Verbindung einer Gelenkstange mit einem Gelenkglied |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19647022A1 true DE19647022A1 (de) | 1998-05-20 |
Family
ID=7811621
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19647022A Ceased DE19647022A1 (de) | 1996-11-14 | 1996-11-14 | Kugelgelenk zur Verbindung einer Gelenkstange mit einem Gelenkglied |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19647022A1 (de) |
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