DE19952472C5

DE19952472C5 - Kugelgelenk

Info

Publication number: DE19952472C5
Application number: DE19952472A
Authority: DE
Inventors: Dirk Lamla
Original assignee: ZF Lemfoerder GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-11-03
Filing date: 1999-11-03
Publication date: 2010-07-08
Anticipated expiration: 2019-11-04
Also published as: DE19952472A1; DE19952472B4

Abstract

Kugelgelenk, mit einem Kugelzapfen, bestehend aus Kugel (2) und Zapfen (3), einer Kugelschale (4) mit mindestens einer offenen Seite, wobei die Kugelschale (4) die Kugel (2) des Kugelzapfens teilweise umschließt, und mindestens einem Abstreifer (7) im Bereich der mindestens einen offenen Seite der Kugelschale (4), wobei die Kugelschale (4) eine umlaufende Nut (6) aufweist, in welcher sich der mindestens eine Abstreifer (7) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Abstreifer (7) aus Gummi ist, daß die Kugelschale (4, 5) mehrteilig ausgebildet ist, daß die Kugelschale eine Innenschale (4) und eine Außenschale (5) aufweist, daß die Innenschale (4) aus Kunststoff und die Außenschale (5) aus Metall besteht, und dass sich im Bereich der offenen Seite der Innenschale (4) die umlaufende Nut (6) befindet, deren Mittellinie (10) radial zum Mittelpunkt (M) der Kugelschale (4) steht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk, mit einem Kugelzapfen, bestehend aus Kugel und Zapfen, und einer Kugelschale mit mindestens einer offenen Seite, wobei die Kugelschale die Kugel des Kugelzapfens teilweise umschließt und mindestens einen Abstreifer im Bereich der mindestens einen offenen Seite der Kugelschale aufweist.
Ein solches Kugelgelenk findet beispielsweise Einsatz an einer Spurstange eines Kraftfahrzeuges, wobei das Kugelgelenk selbst eine drehbewegliche Verbindung zwischen der Spurstange und dem Radträger des Fahrzeuges darstellt. Eine solche Verbindung soll über die gesamte Lebensdauer des Kraftfahrzeuges möglichst kraftschlüssig und ohne unnötiges Spiel erhalten bleiben, damit die Fahreigenschaften des Kraftfahrzeuges sich im Laufe der Zeit nicht verschlechtern.
Naturgemäß ist dieses Kugelgelenk im Betrieb des Kraftfahrzeuges sehr extremen Umweltbedingungen mit hohen Temperaturdifferenzen, korrosiven Fluiden, wie versalztem Spritzwasser, und starken mechanischen Belastungen ausgesetzt. Es wird daher in der Regel zur Sauberhaltung des Kugelgelenkes eine flexible Manschette verwendet, um die Umwelteinflüsse vom Kugelgelenk fernzuhalten.
Stand der Technik
Ein solches Kugelgelenk mit einer Schutzmanschette ist beispielsweise aus DE 197 50 830 A1 bekannt. Der Nachteil einer solchen Ausführung eines Kugelgelenkes liegt darin, daß die Anbringung der Manschette einen relativ hohen Montageaufwand erfordert und außerdem aufgrund des Alterungsprozesses der flexiblen Manschette, die zumeist aus Gummi besteht, die Manschette brüchig wird, wodurch die Schutzwirkung der Manschette gegen die Umwelteinflüsse wirkungslos wird.
Es ist weiterhin aus der Offenlegungsschrift DE 197 05 061 A1 ein Kugelgelenk für eine Scheibenwischervorrichtung bekannt, welche zusätzlich zur Balgabdichtung einen Lippendichtring als Abstreifer zur zusätzlichen Abdichtung des Kugelgelenkes aufweist. Der Nachteil eines solchen Kugelgelenkes besteht darin, daß für das dort dargestellte Kugelgelenk, welches im wesentlichen rotatorische Bewegungen des Kugelzapfens um die Längsachse des Kugelzapfens aufnehmen muß, auch hier ein erhöhter Montageaufwand durch die zusätzlich angebrachte Balgabdichtung notwendig ist.
Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist, daß die Schwenk- und Drehbeweglichkeit des Kugelgelenkes durch die Balgabdichtung eingeschränkt ist. Würde allerdings eine derartige Ausgestaltung des Kugelgelenkes ohne Balgabdichtung als Verbindung zwischen Spurstange und Federbein in einem Fahrzeug eingesetzt werden, so würde der außenliegende Abstreifer einer hohen Verletzungsgefahr, beispielsweise durch Steinschlag, ausgesetzt sein und damit nur kurze Lebensdauer aufweisen. Weiterhin ist die Stabilität eines solchen Abstreifers ungenügend, da er nur einseitig gestützt ist.
Aus der DE-PS 670 444 ist ein Kugelgelenk bekannt, welches einen aus einer Kugel und einem Zapfen bestehenden Kugelzapfen, eine die Kugel des Kugelzapfens teilweise umschließende Kugelschale mit einer offenen Seite und einen Ring aus bildsamem Stoff von etwa Bleieigenschaften im Bereich der offenen Seite der Kugelschale aufweist, wobei die Kugelschale mit einer umlaufenden Nut versehen ist, in welcher sich der Ring befindet.
Aufgabenstellung
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Kugelgelenk, insbesondere an einer Spurstange eines Fahrzeuges, dahingehend weiterzuentwickeln, daß auf die Balgabdichtung verzichtet und das Kugelgelenk einfacher hergestellt werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Demgemäß wird vorgeschlagen, ein Kugelgelenk, insbesondere an einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges, mit einem Kugelzapfen, bestehend aus Kugel und Zapfen, und einer Kugelschale, welche die Kugel des Kugelzapfens teilweise umschließt, mit mindestens einer offenen Seite, und mindestens einem Abstreifer im Bereich der mindestens einen offenen Seite der Kugelschale, dahingehend weiterzuentwickeln, daß die Kugelschale eine umlaufende Nut aufweist, in welcher sich der mindestens eine Abstreifer befindet. Dabei besteht der mindestens eine Abstreifer des Kugelgelenkes aus Gummi.
Vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Kugelgelenk für Radführungsgelenke, Stabilisatorstreben und Spurstangen verwendet werden, da diese einer besonders hohen Belastung unter ungünstigsten Umweltbedingungen ausgesetzt sind.
Eine besondere Ausgestaltung dieser Erfindung sieht vor, daß die Kugelschale zweiseitig offen ist und beidseitig Abstreifer im Bereich der offenen Seite vorgesehen sind.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der Innenradius der Kugelschale und der Außenradius der Kugel in einem Teilbereich übereinstimmen und die mindestens eine Nut in diesem Bereich angeordnet ist. Hierdurch wird erreicht, daß die Abdichtung durch den Abstreifer optimal ausgeführt ist und keine Schmutzpartikel in den Zwischenbereich zwischen Kugel schale und Kugel gelangen. Für eine vereinfachte Montage kann es vorteilhaft sein, die Nut, in welcher sich der Abstreifer befindet, keilförmig auszubilden, wobei die Mittellinie der Nut radial zum Mittelpunkt der Kugelschale verläuft.
Ebenfalls ist es vorteilhaft, wenn die Form des Abstreifers derart ausgestaltet ist, daß im Bereich des Abstreifers Hohlräume vermieden werden, in denen sich sonst Schmutzpartikel oder Flüssigkeit sammeln könnte.
Entsprechend den an sich bekannten Ausführungen von Kugelgelenken kann die Kugelschale mehrteilig ausgebildet sein, wobei die Kugelschale dann vorzugsweise eine Innenschale und eine Außenschale aufweist und die Innenschale – zur besseren Beweglichkeit des Kugelgelenkes – aus Kunststoff und die Außenschale aus Metall besteht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Kugelgelenkes kann die Kugelschale gegenüber der offenen Seite eine Verschlußkappe aufweisen.
Für eine besonders gute Abdichtung ist es vorteilhaft, daß der mindestens eine Abstreifer eine Kontur aufweist, die flächig an der Kugel anliegt, so daß eine optimale Abdichtung zwischen Abstreifer und Kugel stattfindet.
Eine besondere Ausgestaltung des Abstreifers kann darin bestehen, daß dieser die Kontur eines konischen Ringes aufweist, dessen gedachter Schnittpunkt der Mittellinien mit dem Mittelpunkt der Kugelschale zusammenfällt. Dies entspricht der Form eines Hohlkegelstumpfes, wobei die Spitze des Kegelstumpfes mit dem Mittelpunkt der Kugelschale identisch ist.
Weiterhin kann das Kugelgelenk derart ausgestaltet sein, daß die Kugelschale, insbesondere deren mindestens eine Öffnung, und der Kugelzapfen so ausgestattet sind, daß sich der Kugelzapfen in einem Raumwinkel ω mit einem Öffnungswinkel α von mindestens 10°, vorzugsweise mindestens 20° bis 30°, bewegen kann.
Ausführungsbeispiel
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Im einzelnen zeigen die Figuren:
1: Kugelgelenk mit erfindungsgemäßem Abstreifer und schrägstehendem Gelenkzapfen;
2: Kugelgelenk mit erfindungsgemäßem Abstreifer in schmaler Ausführung;
3: Kugelgelenk mit mehrteiliger Kugelschale.
Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk mit einer inneren Kugelschale (Innenschale) 4 und einem in der Kugelschale 4 beweglich angeordneten Kugelzapfen, bestehend aus der Kugel 2 und dem damit fest verbundenen Zapfen 3. Die innere Kugelschale 4 wird durch eine Außenschale 5 teilweise umschlossen, wobei die Außenschale 5 schon Bauteil eines zu lagernden Gegenstandes sein oder dieser Gegenstand an der Außenschale direkt befestigt sein kann.
Im Bereich der offenen Seite der Kugelschale 4 befindet sich eine umlaufende Nut 6, deren Mittellinie 10 radial zum Mittelpunkt M der Kugelschale 4 steht. In der Nut 6 befindet sich ein Abstreifer 7, der so ausgestaltet ist, daß er die Nut 6 vollständig ausfüllt und Hohlräume in diesem Bereich vermeidet. Der Abstreifer 7 liegt bündig an der Kugel 2 des Kugelzapfens an und verhindert bei einer Schwenkbewegung oder Drehbewegung des Kugelzapfens 2, 3 das Eindringen von Schmutz zwischen Kugelschale 4 und Kugelzapfen.
Durch diese Ausgestaltung ist es nun nicht mehr notwendig, eine Balgabdichtung – zur Abdichtung des Kugelgelenks 1 – aufzubringen, wodurch einige Montageschritte bei der Montage des Kugelzapfens eingespart werden können. Weiterhin wird durch den Verzicht auf die Balgabdichtung eine leichtere Beweglichkeit des Kugelzapfens erreicht, da die bisherigen Reibflächen zwischen Balgabdichtung und Kugelzapfen vermieden werden.
Eine ähnliche Ausführung des erfindungsgemäßen Kugelgelenks ist in der 2 dargestellt. Auch diese besteht aus dem Kugelzapfen mit der Kugel 2, die in einer Kugelschale 4 liegt, wobei die Kugelschale 4 von einer Außenschale 5 umgeben ist, an der eine Befestigung des Kugelgelenkes möglich ist. Im Unterschied zur 1 weist der Abstreifer 7, der sich in der umlaufenden Nut 6 im Bereich der Öffnung der Kugelschale 4 befindet, eine wesentlich flachere Form auf. Die gedachte Mittellinie 10 der umlaufenden Nut 6 weist hier nicht auf den Mittelpunkt des Kugelzapfens hin, sondern schneidet sich im Schnittpunkt S, unterhalb des Mittelpunktes M des Kugelzapfens und der Krümmung der Kugelschale.
Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Kugelgelenkes ist in der 3 dargestellt. In dieser Figur ist in einer aus Metall aufgebauten Außenschale 5, eine aus Kunststoff bestehende Kugelschale 4 eingesetzt, die aufgrund ihres günstigen Reibwertes zur innensitzenden Kugel 2 des Kugelzapfens verbesserte Langzeit-Schmiereigenschaften aufweist. Die obere, offene Seite der Kugelschale 4 ist durch eine Verschlußkappe 9 gegen das Eindringen von Schmutz und Fluiden geschützt, während im Bereich der unteren, offenen Seite der Kugelschale 4 wiederum eine umlaufende Nut 6 angebracht ist, in der sich ein Abstreifer 7 befindet, der aus Gummi besteht. Der Abstreifer 7 liegt bündig an der Kugeloberfläche der Kugel 2 an und verhindert so das Eindringen von Schmutz in den Zwischenraum zwischen Kugel 2 und Kugelschale 4, An der aus Metall bestehenden Außenschale 5 ist ein Zapfen 8 befestigt, über den eine feste Verbindung zur Kugelschale des Kugelgelenks 1 hergestellt werden kann.
Insgesamt wird durch die Erfindung erreicht, daß auf die Balgabdichtung verzichtet werden kann und gleichzeitig eine einfachere und kostengünstigere Herstellung des Kugelgelenkes möglich ist. Gleichzeitig wird auch erreicht, daß sich die freie Beweglichkeit des Gelenkes erhöht.

1: Kugelgelenk
2: Kugel des Kugelzapfens
3: Zapfen des Kugelzapfens
4: Kugelschale/Innenschale
5: Außenschale
6: Nut
7: Abstreifer
8: Zapfen
9: Verschlußkappe
10: Mittellinie
M: Mittelpunkt
S: Schnittpunkt

Claims

Kugelgelenk, mit einem Kugelzapfen, bestehend aus Kugel (2) und Zapfen (3), einer Kugelschale (4) mit mindestens einer offenen Seite, wobei die Kugelschale (4) die Kugel (2) des Kugelzapfens teilweise umschließt, und mindestens einem Abstreifer (7) im Bereich der mindestens einen offenen Seite der Kugelschale (4), wobei die Kugelschale (4) eine umlaufende Nut (6) aufweist, in welcher sich der mindestens eine Abstreifer (7) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Abstreifer (7) aus Gummi ist, daß die Kugelschale (4, 5) mehrteilig ausgebildet ist, daß die Kugelschale eine Innenschale (4) und eine Außenschale (5) aufweist, daß die Innenschale (4) aus Kunststoff und die Außenschale (5) aus Metall besteht, und dass sich im Bereich der offenen Seite der Innenschale (4) die umlaufende Nut (6) befindet, deren Mittellinie (10) radial zum Mittelpunkt (M) der Kugelschale (4) steht.
Kugelgelenk gemäß dem voranstehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelschale (4) zweiseitig offen ist und beidseitig Abstreifer (7) aufweist.
Kugelgelenk gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenradius der Kugelschale (4) und der Außenradius der Kugel (2) in einem Teilbereich übereinstimmen und die mindestens eine Nut (6) in diesem Bereich angeordnet ist.
Kugelgelenk gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (6) keilförmig ausgebildet ist.
Kugelgelenk gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Abstreifers (7) derart ausgestaltet ist, daß im Bereich des Abstreifers (7) Hohlräume vermieden werden.
Kugelgelenk gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelschale (4) gegenüber der offenen Seite eine Verschlußkappe (9) aufweist.
Kugelgelenk gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Abstreifer (7) eine Kontur aufweist, die flächig an der Kugel (2) anliegt.
Kugelgelenk gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Abstreifer (7) die Kontur eines konischen Ringes aufweist, dessen gedachter Schnittpunkt (S) der Mittellinien (10) mit dem Mittelpunkt (M) der Kugelschale (4) zusammenfällt (Hohlkegelstumpf).
Kugelgelenk gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelschale (4), insbesondere deren mindestens eine Öffnung, und der Kugelzapfen (2, 3) derart ausgebildet sind, daß sich der Kugelzapfen (2, 3) in einem Raumwinkel ω mit einem Öffnungswinkel α von mindestens 10°, vorzugsweise mindestens 20°, vorzugsweise mindestens 30°, bewegen kann.