DE2114743A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenks - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. GÜNTHER KOCH DR. TINO HAIBACH

C.

8 MÜNCHEN 2, 23· März 1971

13 042 -Dr.p/H/mf

STANDARD K)RGE COMPANY, Detroit/Michigan, U.S.A.

Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenks.

Die Erfindung betrifft eine weitere Ausbildung des im Hauptpatent, Patentanmeldung P 19 29 188.4, beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines Kugelgelenkes.

Im Hauptpatent ist ein Kugelgelenk und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kugelgelenkes in einem Unterstützungsteil beschrieben, bei dem das Unterstützungsteil mit einer durchgehenden öffnung mit kreisrundem Querschnitt und von den beiden Enden in Richtung auf denmmittleren Teil wachsenden Durchmesser versehen wird,ein erstes Lagerteil, dessen innere Lagerfläche kugelförmig ausgebildet ist, in ein erstes Ende der öffnung eingeführt wird, eine Kugel in die öffnung eingeführt wird und ein zweites Lagerteil am entgegengesetzten Ende in die Öffnung eingeführt wird und zwischen die sphärische Oberfläche der Kugel und die Oberflächenöffnung gepreßt wird und dadurch so verformt wird, daß es eine spärisch geformte Lagerung für die Kugel bildet.

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Die in dem Lager angeordnete Kugel muß in der Lagerpfanne drehbar gelagert sein, im Hauptpatent wird vorgeschlagen, zur Erhaltung der Drehbarkeit den Durchmesser des kugelförmigen Stempelkopfes etwas größer zu bemessen als den Durchmesser des Kugelteils, damit bei dem fertigen Kugelgelenk ein kleiner Arbeitsspielraüm vorhanden ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine andere Möglichkeit anzugeben, die es ebenfalls gestattet, die Drehbarkeit der Kugel in dem Kugelgelenk zu wahren.

Zur Losung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß in Weiterbildung des Verfahrens nach dem Hauptpatent ...Patentanmeldung P 19 29 188.4 erfindungsgemäß die Kugel in der öffnung während der Einführung des zweiten Lagerteils in vorbestimmtem Abstand von der inneren Lagerfläche des ersten Lagerteils gehalten wird und nach der Einführung und verformung des zweiten Lagerteils die Kugel freigegeben wird, so daß sie sich zwischen den Lagerflächen des ersten und zweiten Lagerteils gegenüber diesen drehbar zentrieren kann.

Vorteilhafterweise wird während der Einführung des zweiten Lagerteils das Unterstützungsteil zusammen mit der Kugel auf einer Unterlage derart zum Aufliegen gebracht, daß die Kugel im Abstand von der inneren Lagerfläche des ersten Lagerteils gehalten wird.

Durch Anwendung der vorliegenden Erfindung wird zwangsläufig ein ausreichendes Spiel zwischen Kugel und Lager gewahrt, so daß die Drehbarkeit der Kugel im Lager erhalten bleibt.

Im folgenden wird das erfindungsgemätoe Verfahren anhand der Figuren 1 bis 5 erläutert.

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Das nach dem anhand der Figuren dargestellten Verfahren hergestellte Kugelgelenk weist ein längliches Trag- oder Verbindungsteil 200 auf, das beispielsweise eine Anhängerkupplung eines Landwirtschaftstraktore oder von landwirtschaftlichen Zusatzgeräten oder dergleichen bilden kann. Dieses Tragteil 200 hat vorzugsweise eine rechtwinklige Querschnittsform, während seine Länge in Abhängigkeit von seiner Anwendung beliebig sein kann. Es besteht üblicherweise aus einem legierten Stahl. In der Nähe des einen Endes befindet sich eine Öffnung 202, deren innere Oberfläche eine Rotationsfläche mit kreisförmigem Querschnitt senkrecht zu seiner Achse und mit langsam wachsenden Durchmesser, ausgehend von einem Ende in Richtung auf das Zentrum aufweist. Eine solche öffnung kann beispielsweise spärisch sein. Die in Figur 1 dargestelle Öffnung umfaßt ein paar kreiskegelstumpfförmige Teile 204 und 2o6, die sich nach den gegenüberliegenden Tragteiloberflächen 108 und llo öffnen. Zwischen den konischen Teilen 204 und 206 befindet sich in etwa gleichem Abstand von den oberflächen 2o8 und 210 des Tragteils 200 ein sich radial nach innen erstreckender Flansch 212, der ein paar in Abstand voneinander angeordneter Schultern für einen später noch zu beschreibenden zweck bildet.

In dem vollständig zusammengebauten Kugelgelenk (siehe Fig· 4) ist ein Kugelelement214 mit einem kugelförmigen Oberflächenteil 216 drehbar in der Öffnung 202 angeordnet und wird darin durch ein paar von Lagerteilen 218 und 220 gehaltert.Das gezeigte Kugelelement 214 ist mit flachen gegenüberliegenden Endoberflächen 222 und 224 versehen und weist eine zylindrische ^öffnung 226 auf zum Anschluß weiterer Teile. Ein derartiges Kugelelement wird gewöhnlich in Vorrichtungen der dargestellten Art verwendet. Selbstverständlich könnte man jedoch anstelle des dargestellten Kugelelements 214 andere Formen von Kugelelementen verwenden, wie beispielsweise einen Kugelknauf mit einem davon ausgehenden mit diesem

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ein Teil bildenden Schaft. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenks ist auch in Verbindung mit irgendwelchen anderen Kugelelementen anwendbar.

Wie bereits oben dargelegt, kann die Öffnung 202 im Tragteil 200 zwar spärisch sein, vorzugsweise ist sie jedoch, wie in den Figuren 1 und 5 dargestellt, von kegelstumpfförmiger Gestalt . an den gegenüberliegenden Enden bei 204 und 206 mit konischen Teilen, die durch einen zylindrischen plansch 212 getrennt sind. Eine solche öffnung kann hergestellt werden durch Bohren einer zylindrischen öffnung durch das Tragteil 200, wobei der Durchmesser der Bohrung so bemessen.Jst, daß das Kugelelement 214 darin gleitet und wodurch der Innendurchmesser des Flanschteils 212 gewonnen wird. Hierauf werden die kegeistumpfförmigen Wandoberflächen 204 und 206 in üblicher Weise hergestellt, beispielsweise in einer Drehbank oder dergleichen. Jede kegelstumpf förmige Oberfläche wird in Form eines rechten Kreiskegels hergestellt, so daß die sich ergebenden Wandoberflächen von gegenüberliegenden Seiten des Kugelelements gleichen Abstand aufweisen. Zusätzlich ist . die Neigung der Wände 204 und 206 derart,daß der Abstand zwischen diesen Wänden und der spärischen Oberfläche des Kugelelements214 bei zusammengebautem Kugelgelenk an den gegenüberliegenden Oberflächen 208 und 210 des Tragelements größer ist als an der Basis der Wandteile beim Flansch 212.

Um die hülsenförmigen lagerteile 218 und 220 in dem Tragteil 200 so zusammenzubauen, daß sie die Kugel 214 umgeben, wird das Tragteil . czuerst zwischen zwei Formvorrichtungen 228 und 230 (Fig· 1 und 2) angeordnet. Die untere Formvorrichtung 228 umfaßt ein Basisteil 232, während die obere Formvorrichtung 230 ein ähnliches Basisteil 234 aufweist. Das untere Basisteil ist relativ stationär, während die obere Formvorrichtung gegenüber dieser vertikal verschieb-

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bar ist. Angrenzend an das den arbeitenden Formteilen entgegengesetzt liegende Ende weist das Basisteil 232 eine Schiene 236 auf, die damit verschweißt ist und als Träger für das Ende 200a der Schiene 200 gegenüber der öffnung 202 dient. Bei der Ausbildung der Kugelgelenkverbindung in einer Anhängerkupplung oder einer Schiene von beträchtlicher Länge wird das Ende, wie es bei 200a gezeigt ist, gehaltert, um die Schiene in Bezug auf die Form während der Einsetzung der Lagerelemente richtig ausgerichtet zu halten.

Auf dem unteren Basisteil 232 ist ein aufrechtstehender 'Formträger 242 angeordnet, der mit dem Basisteil 232 beispielsweise durch mehrere Maschinenschrauben oder dergleichen, von denen eine bei 238 gezeigt ist, verbunden ist. Auf der flachen oberen Fläche desselben ist die Anhängerkupplung oder das Tragteil 200 angeordnet mit der darin bereits geformten Öffnung 202. Ein solcher Formträger sitzt vorzugsweise in einer flachen Gegenbohrung 240 in der oberen Oberfläche des Basisteils 232, um eine genaue positionierung der Form in Bezug auf die damit zusammenarbeitende obere Formvorrichtung zu schaffen. Von dem Teil 242 steht das untere Formelement 246 ab und ist beispielsweise durch eine einzige Schraube 244, die sich axial hierzu erstreckt, verbunden. Das untere Formelement 246 umfaßt ein unteres zylindrisches Führungsteil 248, ein mittleres spärisches formgebendes Teil 250 und ein oberes zylindrisches Führungsteil 252. Wie man in Fig« I erkennt, ist das untere Führungsteil 248 so bemessen, daß es in die öffnung 2o2 hineingeht, etwas geringeren Durchmesser aufweist als der Innendurchmesser des Flansches 212 und sich nach oben in das Verbindungsteil 200 erstreckt, in radiale Gegenüberstellung gegenüber dem Flansch 212, wobei es dazu dient, die Form zentral in der öffnung anzuordnen.

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Das mittlere formgebende Teil 250 weist eine spärische äußere Form auf, die der Oberfläche des Kugelelements 214 angepaßt ist und dient dazu,dem Lagerteil 218 die richtige kugelförmige Form zu geben, wenn dieses Lagerteil in seinen Platz innerhalb des Tragteils 200 gepreßt wird. Der obere Führungsteil 252 erstreckt sich anfänglich durch das Lagerteil 218 und verschafft ihm die richtige Lage in Bezug auf das Öffnungsteil 206 und ragt darüber hinaus in eine entsprechend geformte Ausnehmung 254 in dem oberen Formelement 256, wobei es als Führung dient, um eine richtige Ausrichtung der oberen Form in Bezug auf das Lagerteil 218 zu bewirken. Das obere Formteil 256 ist mit dem Basisteil 234 durch mehrere Schrauben oder dergleichen verbunden, von denen eine bei 258 dargestellt ist».

Nach Anordnung der Teile, wie in Fig. 1 dargestellt, wird das Lagerteil oder Ringelement 218 am Eingang des Öffnungsteils 2o6 angeordnet. Ein solches Lagerteil hat anfänglich einen äußeren Durchmesser, der so bemessen ist, daß der " Ring in der Öffnung gleiten kann. Das obere Formteil 230 wird dann in Richtung auf den Ring 218 bewegt und Druckkraft auf die Form ausgeübt, um den Ring 218 in den ringförmigen Hohlraum zwischen dem kugelförmigen Formteil 215 und der Wand 2o6 der öffnung zu pressen. Der Ring 218 wird nach unten gepreßt, bis sein inneres Ende auf der radialen Schulter des Flansches 212 anliegt, daraufhin wird der preßdruck auf den Ring fortgesetzt, um ihn elastisch zu verformen, so daß er den Raum zwischen dem Formteil 250 und der Wand 2o6 vollständig ausfüllt. Dies führt zu einem Anschwellen des äußeren Endes des Rings 218 im Bereich des Öffnungseingangs durch die Verbindungsteiloberfläche 210, da die Öffnungswand von der kugelförmigen Oberfläche dort weiter entfernt ist, als in der Nachbarschaft des Flansches 212. Wenn der Ring 218 vollständig in der öffnung angeordnet

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ist, wie in Fig. 2 dargestellt, werden die Formteile 228 und 230 voneinander getrennt und das Trag- oder Verbindungsteil 200 mit dem Lagerteil 218 von der Form entfernt.

Zum Einsetzen des verbleibenden Lagerteils 220 wird das Verbindungs- oder Tragteil 200 umgedreht und zwischen ein anderes paar von Formen 260 und 262 angeordnet, wie das in Fig· 3 und 4 dargestellt ist. Tatsächlich könnten die gleichen Basiselemente für beide Verfahrensschritte verwendet werden, wobei allerdings hierzu zeitraubende Demontage und Montageschritte notwendig wären, die für eine Serienfabrxkation der Kugelgelenke unzweckmäßig wären.

Gemäß Fig. 3 und 4 ist ein unteres Formelement 264 mit dem Basisteil 232 verbunden, das eine zentrale Öffnung 266 aufweist und eine Gegenbohrung 268, die sich durch dessen obere Fläche 270 erstreckt, innerhalb des Formelements 264 ist ein Führungsschaft angeordnet mit einem unteren zylindrischen Teil 272, der gleitend in der Öffnung 266 angeordnet ist und einem oberen zylindrischen Teil 274, das in Gegenbohrung 268 ruht und gleitend in dem Kugelelement angeordnet ist, das ein Teil des Kugelgelenks bildet. Das obere Formelement 260 ist so ähnlich geformt wie das untere Formelement und weist eine axiale Öffnung 276 auf, in der das obere Schaftteil 274 aufgenommen wird, um die Form zu führen und eine Gegenbohrung 278,die sich in der oberen flachen Oberfläche 282 öffnet. Wenn das untere Formelement, wie in Fig. 3 dargestellt, vereinigt wird, wird das Verbindungsteil 200 mit dem Tragteil 218 darin auf dem Formelement 264 gegen die flache Oberfläche 270 ruhend angeordnet und das Kugelelement 214 gleitet danach über den Schaftteil 274 und gelangt in Berührung mit dem Boden der Gegenbohrung 268.

In Fig. 5 kann man erkennen, daß sich, wenn die oberfläche 210 des Tragelements 200 an der oberen Oberfläche 270 des

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unteren Formelements 264 anliegt und das Kugelelement in der Gegenbohrung 268 ruht, ein definiertes Spiel zwischen dem Lagerteil 280 und der kugelförmigen Oberfläche der Kugel 214 verbleibt. Dieses Spiel wird während der Anordnung des anderen Lagerteils 220 in den Öffnungsteil 204 beibehalten, so daß nach vollständiger Montage des Kugelgelenks die Kugel 214 freigelassen werden kann und zwischen den Lagerteilen 218 und 220 seine zentrale Lage sucht, wobei ein freies 'Spiel zwischen diesen Teilen verbleibt, um eine freie Drehung der Kugel zwischen den Tragteilen zu gestatten.

Wenn die Teile, wie in Fig. 3 dargestellt, zusammengebaut sind und die Kugel einen vorbestimmten Abstand von der Oberfläche des Lagerrings 218 beibehält, wird das obere Formteil 26o gegen den Lagerring 220 bewegt und dieser in den Raum zwischen der Oberfläche der Kugel und der Wand der Öffnung 204 gepreßt, genau, wie das im Bezug auf das Lagerteil beschrieben wurde. Wie man in Fig· 4 erkennt, ist die Gegenbohrung 280 gerade so bemessen, um die Kugel 214 auszusparen, wenn die untere Formoberfläche 282 die obere Oberfläche des Tragteils 200 berührt, während andererseits eine Berührung zwischen der Oberfläche 282 und dem Ende des Lagerteils 220 ermöglicht, wenn das Letztere in die Öffnung gepreßt wird, .um das Lagerteil in dem Tragteil richtig anzuordnen.

Wie in Fig. 5 dargestellt, wird das Lagerteil 220 beim vollständigen Einpressen in das Öffnungsteil 204 mit seiner inneren Oberfläche in innigen Kontakt der kugelförmigen Oberfläche des Kugelelements 214 gebracht. Würde dieser Kontakt beibehalten, so wäre eine richtige Drehung der Kugel unmöglich, da die Lagerteile die Kugeloberfläche festhalten würden. Durch die Aufrechterhaltung des Spiels zwischen dem Lagerteil 218 und der Kugeloberfläche während der Montage des Lagerteils 220, kann die Kugel nach der Entfernung des Kugel-

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gelenks aus den Formen seine zentrale Lage zwischen· den lagerteilen 218 und 220 suchen und wird dann frei drehbar in dem Lager.

Patentansprüche:

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Claims (2)

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1) Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenks in einem Unterstützungsteil, "bei dem das Unterstützungsteil mit einer durchgehenden Öffnung mit kreisrundem Querschnitt und von den beiden Enden in Richtung auf den mittleren Teil wachsenden Durchmesser versehen wird, ein erstes Lagerteil, dessen innere Lagerfläche kugelförmig ausgebildet ist, in ein erstes Ende der öffnung eingeführt wird, eine Kugel in die öffnung eingeführt wird und ein zweites Lagerteil am entgegengesetzten Ende in die öffnung eingeführt wird und zwischen die spärische Oberfläche der Kugel und die Oberflächenöffnung gepreßt wird und dadurch so verfor-mt wird, daß es eine spärisch geformte Lagerung für die Kugel bildet nach Patent. ... Patentanmeldung P 19 29 188.4, dadurch gekennzeichnet, daß während der Einführung des zweiten Lagerteils die Kugel in der Öffnung in vorbestimmtem Abstand von der inneren Lagerfläche des ersten Lagerteils gehalten wird und daß nach der Einführung und Verformung des zweiten Lagerteils die Kugel freigegeben wird, so daß sie sich zwischen den Lagerflächen des ersten und zweiten Lagerteils gegenüber diesen drehbar zentrieren kann.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daßv\ährend der Einführung des zweiten Lagerteils das Unterstützungsteil zusammen mit der Kugel auf einer Unterlage derart aufliegt, daß die Kugel in vorbestimmtem Abstand von der inneren Lagerfläche des ersten Lagerteils gehalten wird.

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