DE2814234A1

DE2814234A1 - Kugelgelenk

Info

Publication number: DE2814234A1
Application number: DE19782814234
Authority: DE
Inventors: Peter Roland Rogers
Original assignee: TRW Steering Systems Ltd
Current assignee: TRW Fahrwerksysteme GmbH and Co KG
Priority date: 1977-04-12
Filing date: 1978-04-03
Publication date: 1978-10-26
Also published as: IT1108019B; AU3498178A; ES243967Y; US4203683A; GB1597495A; TR20701A; BR7802204A; AU517401B2; ES243967U; FR2387375A1; IT7867790A0; CA1079533A; JPS53126465A

Description

HEINZ H. PUSCHMANN · PATENTANWALT D 8000 MdNCHFN 22 · THCMAS-WIMMER-RING 14

CAM GEAES LIMITED U München, 31.03.1978

4-5 Wilbury Way " P 552/78 Hitchin Pu/rei

Hertfordshire, England

KUGELGELENK

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk mit einem eine Bohrung aufweisenden Gehäuse und einer in der Bohrung vorgesehenen Kugel, mit ersten Mitteln zur Sicherung der Kugel gegen Herausziehen aus der Bohrung und zweiten Mitteln, die die Kugel in ihrer wirksamen Lage innerhalb der Bohrung halten.

Aus der britischen Patentschrift 930 555 ist es bekannt, bei einem derartigen Kugelgelenk zwischen Kugel und Kugelgehäuse einen Lagerwerkstoff vorzusehen, der sich durch große Verschleißfestigkeit und niedrigen Reibungskoeffizienten auszeichnet. Im Hinblick auf die Dicke dieses eingebetteten Lagerwerkstoffes muß jedoch eine Kugel verwendet werden, deren Durchmesser wesentlich kleiner ist als der der Gehäusebohrung. Dies hat den !fachteil, daß bei gleicher Lagerlast eine kleinere Kugel höheren Belastungen ausgesetzt ist als eine Kugel, deren Durchmesser dem der Gehäusebohrung entspricht.

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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kugelgelenk zu schaffen, bei dem trotz eines eingebetteten Lagerwerkstoffes eine Kugel verwendet werden kann, die annähernd den gleichen Durchmesser wie die Bohrung im Gehäuse aufweist, um so den Verschleiß der Kugel möglichst gering zu halten.

Ausgehend von einem Kugelgelenk der eingangs erwähnten Art ist diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Gehäuse eine Ausnehmung in dem Bereich aufweist, an dem die unter Druck stehende Kugel anliegt, die einen Lagerring aus verschleißfestem Kunststoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten aufnimmt, und daß das Gehäuse zumindest im Bereich der Ausnehmung einstückig ausgebildet ist.

Durch diese Ausbildung ist es möglich, eine Kugel zu verwenden, deren Durchmesser im wesentlichen dem der Gehäusebohrung entspricht. Der eingebettete Lagerring kann in den die Kugel aufnehmenden Innenraum auf einer oder auf beiden Seiten vorstehen, vorzugsweise ist der Lagerring im wesentlichen jedoch gänzlich in die Ausnehmung eingebettet.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der Lagerring aus einem Kunststoff aus Azetalharz, festem Polyurethan, Polyamid, Polypropylen oder Polytetrafluoräthylen.

Nach einem weiteren Merkmal ist das Mittel zur Sicherung der Kugel in der Bohrung ein integraler querschnittsverengter Teil der Bohrung und liegt zumindest ein Teil der Ausnehmung in diesem querschnittsverengten Teil.

Die Mittel zur Fixierung der Kugel in ihrer wirksamen Lage innerhalb der Bohrung bestehen aus einer als Widerlager dienenden Lagerkappe, die unter vorgegebenem Druck steht. Für sie eignet sich erfindungsgemäß ein Kunststoff aus Azetalharz, festem Polyurethan,

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Polyamid, Polypropylen oder Polytetrafluoräthylen.

Das von der Kugel abgewandte Ende der Gehäusebohrung ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung mit einem Innengewinde versehen, das mit einem Außengewinde des Schraubbolzens zusammenwirkt, wobei zusätzlich Mittel vorgesehen sind, die den Schraubbolzen in seiner Lage innerhalb der Bohrung fixieren. Diese Mittel bestehen nach einem weiteren Merkmal der Erfindung aus einem Gewindestift, der von der Gehäusewandung aus in den Schraubbolzen eingreift.

Ein solches Kugelgelenk weist eine Reihe von Vorteilen auf. Durch seine besondere Ausbildung kann die Kugel annähernd gleich groß wie die Bohrung im Gehäuse gemacht werden. Da die Lagerkappe an der Innenfläche der Gehäusebohrung kraftschlüssig angreift, ist das aus Gehäuse, Kugel, Lagerring und Lagerkappe bestehende Kugelgelenk als in sich geschlossene Baueinheit lieferbar, die leicht zusammensetzbar ist und ohne weiteres gelagert werden kann, da keine Gefahr besteht, daß Teile verloren gehen. Die Lagerkappe ist durch Vertiefungen oder Erhöhungen, wie Sippen, Zapfen, runde Erhöhungen an ihrem Umfang, kraftschlüssig mit der Innenwandung der Bohrung verbunden, was einfach und zweckmäßig ist. Der auf die Lagerkappe aufzubringende Druck zur Fixierung der Kugel wird über einen Schraubbolzen aufgebracht, der auf der von der Kugel abgewandten Seite in die Bohrung eingesetzt wird und an einer Schulter in der Gehäusebohrung anschlägt, wenn der vorgegebene Anpreßdruck erreicht ist. Insbesondere besteht zwischen der Kugel und dem sie haltenden Gehäuse keine metallische Verbindung. Der Schraubbolzen kann beispielsweise aus dem einen Ende einer Zahnstange bestehen, wenn das Kugelgelenk als Teil eines Lenkgetriebes verwendet wird.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung eines im Axialschnitt dargestellten Kugelgelenkes erläutert:

Ein im wesentlichen zylindrisches, einstückig ausgebildetes Gehäuse 1 aus Metall weist eine axiale Bohrung 1a auf. Auf der in der Zeichnung linken Seite des Gehäuses ist ein als Schraubbolzen ausgebildeter Bolzen 7 vorgesehen, auf der rechten Seite ist eine Kugel 4- angeordnet, die einen nach außen gerichteten schaftartigen Fortsatz 5 aufweist, der Teil eines Innengelenkes eines Lenkgetriebes bildet. Die Kugel 4- mit dem Schaft 5 wird von der linken Seite der Anordnung vor Einsetzen des Schraubbolzens in die Bohrung 1a eingesetzt. Die linke Seite der Anordnung weist ein Innengewinde auf, das mit einem Außengewinde des Schraubbolzens 7 zusammenwirkt.

Das dem Schraubbolzen 7 gegenüberliegende Ende der Bohrung 1a, das die Kugel 4 aufnimmt, ist im Durchmesser kleiner, so daß am Übergang der unterschiedlichen Durchmesser eine Schulter 8 gebildet ist. Von dieser Schulter aus - rechter Teil der Zeichnung weist die Bohrung etwa über die Hälfte ihrer Länge einen gleichmäßigen Durchmesser auf und der Durchmesser der Kugel ist im wesentlichen gleich groß wie der Durchmesser der Bohrung 1a. Daran anschließend verringert sich der Durchmesser der Bohrung symmetrisch, um so ein Teil zu bilden, das ein Herausziehen der Kugel aus der Bohrung 1a verhindert. Diese Verengung des Querschnittes höarfe in geringem Abstand von der Stirnfläche des von der Bohrung durchdrungenen Gehäuses 1 auf, worauf sich der Querschnitt etwa trapezförmig bis zum Ende der Bohrung erweitert. Im Bereich der Querschnittsverengung der Bohrung 1a ist eine ringförmige Ausnehmung 2 vorgesehen, in die ein Lagerring 3 aus verschleißfestem Kunststoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten eingebracht ist, beispielsweise aus Azetalharz. Es ist aber auch ein festes Polyurethan, ein Polyamid, ein Polypropylen oder ein Polytetrafluoräthylen geeignet. Die der Innenseite des Gehäuses zugewandte

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Fläche des Ringes schließt bündig mit der Innenfläche des Gehäuses ab, während die gegenüberliegende, nach außen gerichtete Fläche etwas über die Innenfläche des Gehäuses vorsteht, so daß die Kugel 4- die metallische Mantelfläche des Gehäuses nicht berühren kann.

Die Kugel 4- ist im Gehäuse 1 ferner über eine Lagerkappe 6 gehalten, die aus einem widerstandsfähigen Kunststoff mit geringem Reibungskoeffizienten, beispielsweise einem festen Polyurethan, besteht. Es ist aber auch ein Azetalharz, ein Polyamid, ein Polypropylen oder ein Polytetrafluorathylen geeignet. Die Lagerkappe 6 wird über den bis auf die Schulter 8 einschraubbaren Schraubbolzen 7 gegen die Kugel gedrückt. Der Schraubbolzen 7 bildet das Ende einer Zahnstange eines Lenkgetriebes, durch den somit verhindert wird, daß die Kugel in bezug auf die Zeichnung zu weit nach links in die Bohrung 1a eindringt. Der Schraubbolzen 7 ist im Gehäuse 1 über einen Gewindestift 9 fixiert, der in eine Ringnut im Schraubbolzen 7 eingreift. Der Schraubbolzen 7 ist an seinem der Lagerkappe 6 zugewandten Ende eben, so daß eine feste Auflagefläche 7a für die Lagerkappe 6 gebildet ist. Die Lagerkappe ist zwecks leichteren Einsetzens in die Bohrung an ihren Außenkanten leicht abgeschrägt. Damit die Lagerkappe in ihrer wirksamen Stellung unter Vorspannung steht, steht ihre dem Schraubbolzen zugewandte Stirnfläche um 10 bis 20 000stel Zoll - 0,00254 bis 0,00508 mm - über die Schulter 8 über. Die Lagerkappe ist an ihrem Außenmantel in Längsrichtung mit Vertiefungen, mit Rippen, runden Ansätzen, Zapfen oder anderen, nicht dargestellten Vorsprüngen versehen, so daß die Lagerkappe kraftschlüssig in der Sehäusebohrung gehalten ist, sobald die Lagerkappe gegen die Kugel gedrückt wird, ehe der Schraubbolzen 7 angreift.

Die Dicke der Lagerkappe wird an der Längsmittelachse des Gelenkes errechnet, ferner wird berechnet, um wieviel die Lagerkappe über die Schulter 8 überstehen muß, damit der erforderliche An-

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preßdruck nach dem Festziehen des Schraubbolzens 7 auf der Schulter 8 erreicht ist. Bei anderer Ausgestaltung der Anpreßfläche am Schraubbolzen ändert sich selbstverständlich entsprechend auch die Dicke der Lagerkappe.

Anstelle einer über die Schulter 8 vorstehenden Lagerkappe kann auch der Schraubbolzen so ausgebildet sein, daß er etwas in den Teil der Bohrung mit kleinerem Querschnitt eindringt, um so den erforderlichen Anpreßdruck auf die Lagerkappe auszuüben, wenn er auf der Schulter aufliegt.

Das beschriebene Kugelgelenk hat den Vorteil, daß die Kugel 4-einen dem Durchmesser der sie aufnehmenden Bohrung 1a entsprechenden Durchmesser aufweist, so daß die auf die Kugel wirkenden Kräfte gegenüber bekannten Ausbildungen verringert werden; zwischen der Kugel 4 und dem Gehäuse 1 besteht keine unmittelbare metallische Berührung; die Ausbildung des Lagerringes und der Lagerkappe als getrennte !Teile ermöglicht die Verwendung unterschiedlichen Materials; Kugel 4·, Gehäuse 1, Lager 3 und Lagerkappe 6 bilden zusammen eine in sich geschlossene Baueinheit^ ohne den Schraubbolzen 7₅ die sich leicht montieren und lagern läßt, da wegen der reibungsschlüssigen Verbindung der Lagerkappe 6 mit der Gehäusebohrung 1a nicht befürchtet zu werden braucht, daß die Anordnung auseinanderfällt.

Bei exakter Ausbildung der Lagerkappe 6 kann die gewünschte Vorspannung der Lagerkappe leicht erreicht werden und die Sicherung des Schraubbolzens durch den Gewindestift 9 hält die Vorspannung im wesentlichen unverändert aufrecht. Schließlich ist vorteilhaft, daß das Gelenk aus sehr wenigen, leicht zusammensetzbaren Einzelteilen besteht,
•zumindest im Bereich der Ausnehmung 2 einstückigen

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Mf Leerseite

Claims

HEINZ H. PLISChMANN · PATENTANWALT D 8000 MONCHiN 21 . THü,MAS-WlMMER-RING 14

TtLEFON 089/227887 28 IA 23 A

CAM GEARS LIMTED München, 31.03.1978

4-5 Wilbury Way P 552/78

Hitchin, Pu/rei Hertfordshire, England

Patentansprüche

Kugelgelenk mit einem eine Bohrung aufweisenden Gehäuse und einer in der Bohrung vorgesehenen Kugel, mit ersten Mitteln, zur Sicherung der Kugel gegen Herausziehen aus der Bohrung und zweiten Mitteln, die die Kugel in ihrer wirksamen Lage innerhalb der Bohrung halten, dadurch gekennzeich net, daß das Gehäuse (1) eine Ausnehmung (2) in dem Bereich aufweist, an dem die unter Druck stehende Kugel (4-) anliegt, die einen Lagerring (3) aus verschleißfestem Kunststoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten aufnimmt, und daß das Gehäuse (1) zumindest im Bereich der Ausnehmung einstückig ausgebildet ist.
2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerring (3) im wesentlichen vollständig in der Ausnehmung (2) liegt.
3. Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Sicherung der Kugel in der Bohrung (1a) ein integraler querschnittsverengter Teil der Bohrung ist und daß zumindest ein Teil der Ausnehmung (2) in diesem querschnittsverengten Teil liegt.
4-. Kugelgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerring (3) am Ende des querschnittsverengten Teiles der Bohrung (1a) über die Ausnehmung (2) vorsteht, p

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5· Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerring (3) aus einem Kunststoff aus Azetalharz, festem Polyurethan, Polyamid, Polypropylen oder Polytetrafluoräthylen besteht.
6. Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Fixierung der Kugel (4-) in ihrer wirksamen Lage innerhalb der Bohrung (1a) aus einer als Widerlager dienenden Lagerkappe (6) bestehen, die unter vorgegebenem Druck steht.
7. Kugelgelenk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerkappe (6) aus einem Kunststoff aus Azetalharz, festem Polyurethan, Polyamid, Polypropylen oder Polytetrafluoräthylen besteht.
8. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet , daß die Lagerkappe (6) an der Innenfläche der Bohrung (1a) des Gehäuses (1) durch Reibungsschluß gehalten ist.
9. Kugelgelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibungsschluß durch Vertiefungen oder Erhöhungen in der Lagerkappe erreicht ist.
10. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusebohrung (1a) eine Schulter (8) aufweist, an der ein die Lagerkappe (6) unter Vorspannung haltender, von der der Kugel (4) gegenüberliegenden Seite aus einsetzbarer Bolzen (7) anliegt.
11. Kugelgelenk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Bohrung (1a) abgewandte Ende des Gehäuses (1) ein mit einem Außengewinde des Bolzens (7) zusammenwirkendes Innengewinde aufweist.

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12. Kugelgelenk nach, einem der Ansprüche 10 oaer 11, dadurch gekennzeichnet, daß Mttel (6) zur Fixierung der Lage des Bolzens (7) in der Bohrung (1a) vorgesehen sind.
13· Kugelgelenk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Fixierung aus einem Gewindestift (9) in der Wandung des Gehäuses (1) bestehen, der in den Bolzen (7) eingreift.
14. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 10 bis 13* dadurch gekennzeichnet , daß die an der Kugel (4) anliegende Stirnseite der Lagerkappe (6) über die Schulter (8) des Gehäuses O) vorsteht, solange sie nicht unter der durch den Bolzen (7) vorgegebenen Vorspannung steht.
15· Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 10 bis 13» mit einem Schraubbolzen, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Lagerkappe (6) zusammenwirkende Fläche (7a) des Schraubbolzens (7) in ihrer Wirkstellung die Schulter (8) des Gehäuses (1) überragt.
16. Kugelgelenk nach den Ansprüchen 5 und 7» dadurch gekennzeichnet, daß Lagerring (3) und Lagerkappe (6) aus unterschiedlichem Werkstoff bestehen.

17· Kugelgelenk nach, den Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch die Verwendung als Teil eines Lenkgetriebes.

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