DE3239208C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Kugelgelenk ist aus der DE-PS 8 26 809 bekannt, bei dem die Gelenkkugel im Gelenkgehäuse mittels einer ge­ schlitzten, sich an einer Schulter am Gehäuse abstützenden Me­ tallrings gehalten wird; die Arretierung erfolgt mit Hilfe eines Verschlußteils, das in das Gehäuse eingeschraubt wird. Aus der DE-OS 22 35 874 ist ein Kugelgelenk ohne kappenförmi­ ges Verschlußteil bekannt, d. h. bei diesem bekannten Kugelge­ lenk ist es prinzipiell nicht möglich, den Kugelkopf nach dem Einführen in das Gehäuse neben der selbsttätigen Sicherung mit Hilfe des Federrings noch zusätzlich zu sichern, also größere Haltekräfte zu erzeugen. Zweck der konischen Gleitflä­ che ist es dabei, daß sich der Federring beim Einbringen des Kugelkopfes leicht nach oben drücken läßt, jedoch umgekehrt beim Lösen der Gelenkteile des Kugelkopf einen größeren Wider­ stand entgegensetzt.

Ferner sind verschiedene Kugelgelenke mit Gelenkgehäusen aus Kunststoff entwickelt worden (vgl. z. B. GB-PS 15 35 955). Obwohl die Verwendung von Kunststoffgehäusen bei derartigen Kugelgelenken zu deren Schutz gegen Rosten beigetragen und das Gesamtgewicht der Kugelgelenke reduziert haben, ergaben sich jedoch neue Nachteile. Derartige Kugelgelenke werden meist als Gas­ druckgelenke in den Hecktüren von Kraftfahrzeugen einge­ setzt. Normalerweise werden diese Komponenten relativ stark belastet. Bei Kugelgelenken mit Kunststoffgehäusen sind an der Karosserie oder an der Tür Einrichtungen vor­ gesehen, um die Kugeln der Gelenke festzuhalten, und zwar in Form von Klauen, die einstückig mit den Kunststoffgehäu­ sen in den Kugelgelenken ausgebildet sind. Wegen der Brüchigkeit des Kunststoffmaterials ergibt sich häufig ein zufälliges und ungewolltes Lösen der Gelenkkugeln aus ihren Gehäusen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kugelgelenk der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das einfach montiert werden kann und eine erhöhte Auszieh­ kraft aufweist. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kugelgelenks,

Fig. 2 eine Aufsicht des Kugelgelenks gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt des Kugelgelenks gemäß Fig. 1 mit gelöstem Verschlußteil,

Fig. 4 eine Teilschnittansicht in Explosionsdarstellung des Kugelgelenks gemäß Fig. 1,

Fig. 5 eine Aufsicht eines Rings für das Kugelgelenk ge­ mäß Fig. 1 und

Fig. 6 eine Teilschnittansicht einer zweiten Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Kugelgelenks.

Bei der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten ersten Ausfüh­ rungsform ist ein elastischer Metallring mit großem Zwi­ schenraum vorgesehen. Wenn der Metallring in das zusammen­ gebaute Kugelgelenk eingesetzt wird, ist der Zwischenraum des Rings kleiner als der des Metallrings im freien Origi­ nalzustand. Daher ist die zum Festhalten des Kugelzapfens gegenüber Herausfallen aus dem Kugelgelenk erforderliche Kraft nicht nur abhängig von der Elastizität des Metall­ rings sondern auch davon, daß der Durchmesser des Rings so­ wie dessen Zwischenraum vermindert sind.

Gemäß der Zeichnung weist der Kugelschaft 1 eine Gelenkku­ gel 2 an seinem oberenEnde auf und besteht aus Metall. Das Gehäuse 6 des Sockels ist am einen Ende mit einem Aufnahme­ teil 19 versehen, das zur Aufnahme der Gelenkkugel eine Bohrung in Vertikalrichtung aufweist. Ein Verschlußteil 20 ist in das Aufnahmeteil 19 nach unten eingeschraubt. Das Ge­ häuse 6 und das Verschlußteil 20 werden getrennt aus Kunst­ stoff hergestellt.

Das Aufnahmeteil 19 ist in der oberen Hälfte seines Innen­ raums mit einem Zylinderabschnitt 21 mit einem Innengewinde 21′ versehen. Das untere Ende dieses Zylinderabschnitts setzt sich in eine Konusfläche 22 fort, deren Innendurchmes­ ser sich nach unten verringert. Am unteren Ende der Konus­ fläche 22 ist eine Schulter 22′ ausgebildet, die von der Innenwandfläche aus geringfügig vorsteht. Das untere Ende der Schulter geht in eine Zylinderbohrung 23 über, deren Durchmesser gleich dem oder geringfügig größer als der Durch­ messer in der Äquatorebene 2′ der Gelenkkugel 2 ist. Das Verschlußteil 20 ist an seinem freien Ende 24 mit einem Außengewinde 24′ versehen, das in das Innengewinde 21′ paßt; der Innendurchmesser des Verschlußteils 20 ist gleich dem oder geringfügig größer als der Äquator- Durchmesser der Kugel. Das obere Ende des Verschlußteils 20 ist durch eine obere Wand 25 verschlossen, an deren Umfang sich ein Flansch 25′ nach außen erstreckt. Der Verschlußteil 20 weist an seinem unteren Ende eine Verlängerung 26 auf, die sich über das Ende des Außengewindes 24′ nach unten hinaus erstreckt. Die Außenfläche der Verlängerung 26 bil­ det eine Konusfläche 26′, passend zur Konusfläche 22 des Gelenkgehäuses 6.

Die vorliegende Ausführungsform benutzt einen Ring 27 mit einem Zwischenraum 27′ und besteht aus einem elastischen Metalldraht. Drückt man den Verschlußteil in das Aufnahmeteil 19 und den Ring 27 durch das untere Ende der Verlängerung 26 des Verschluß­ teils gegen die Schulter 22′ am unteren Ende der Konus­ fläche 22, so werden der Einschnitt im Ring verengt und der Durchmesser des Rings vermindert.

Es wird folgendes Zahlenbeispiel gegeben: In der Äquatorebene 2′ der Gelenkkugel 2 beträgt der Durchmesser 10 mm; der Metallring 12 wird gebildet durch Wickeln eines Metalldrahtes von 1 mm Durchmesser bei einer Zwischenraumgröße von 3,5 mm; der In­ nendurchmesser des Rings kann dann 9,8 bis 10,2 mm und der Außendurchmesser 11,8 bis 12,2 mm betragen, um leicht über den Äquator der Kugel zu passen. Der Innendurchmesser des Zy­ linderabschnitts 21 des Aufnahmeteils beträgt 13,1 mm, der Innendurchmesser der Konusfläche 22 am Verengungsende be­ trägt 10,6 mm, und der Innendurchmesser der Zylinderboh­ rung 23 beträgt 10,0 mm. Die Tiefe der Schulter 22′ beträgt dann 0,3 mm, der Außendurchmesser des Verschlußteils 20 beträgt 13 mm, der Innendurchmesser des Verschlußteils 20, wo deren Innenfläche mit dem Äquator der Gelenkkugel in Berührung kommt, beträgt von 10,0 bis 10,1 mm, der Innendurchmesser erhöht sich geringfügig nach unten mit einem Winkel von etwa 5°, und der Außendurchmesser am unteren Ende der Ver­ längerung, d. h. die Schulter der Konusfläche 26′, beträgt von 11,4 bis 11,6 mm.

Das Kugelgelenk dieser Ausführungsform wird in der Weise zu­ sammengebaut, daß man die Gelenkkugel 2 nach oben durch das Auf­ nahmeteil 19 des Gelenkgehäuses führt, dann den Metallring 27 nach unten auf die Kugel 2 aufpaßt, bis das untere Ende un­ ter die Äquatorebene 2′ der Kugel fällt, anschließend wird der Kugelzap­ fen abgesenkt und schließlich wird das Verschlußteil 20 nach unten in das Aufnahmeteil eingeschraubt. Dieser Zusammen­ bau kann in anderer Weise dadurch erfolgen, daß man den Me­ tallring 27 nach unten in das Aufnahmeteil 19 einsetzt, da­ nach das Verschlußteil geringfügig einschraubt, anschließend die Ku­ gel nach oben in das Aufnahmeteil einführt, bis die Äquator­ ebene der Kugel über den Metallring hinaus angehoben ist, und an­ schließendes vollständiges Einschrauben des Verschlußteils.

Da der Innendurchmesser des Metallrings geringfügig größer oder geringfügig kleiner als der Durchmesser am Kugel­ äquator ist, kann die Kugel praktisch widerstandslos ein­ geführt werden, wenn der Innendurchmesser des Metallrings größer ist, oder die Kugel wird durch den Metallring unter Aufwendung einer geringen Kraft gedrückt, die ausreicht, um den Einschnitt des Rings innerhalb des Aufnahmeteils in einem bestimmten Maße aufzuweiten. Wenn das Verschlußteil voll­ ständig in das Aufnahmeteil eingeschraubt ist, wird der Metallring an der Konusfläche 22 durch den Druck nach un­ ten gezogen, der durch das untere Ende der Kappe ausgeübt wird. Dabei wird der Einschnitt 27′ im Ring verengt, und der Innendurchmesser des Rings vermindert sich auf einen Wert unterhalb des Äquatordurchmessers der Kugel. Dadurch wird der Ring unter der Schulter 22′ der Konusfläche nach unten gehalten. Im Gegensatz zu Metallringen bei üb­ lichen Kugelgelenken, bei denen man sich ausschließlich auf die Elastizität des Metallrings verläßt, erhält man bei dem erfindungsgemäßen Metallring die zum Festhalten des Kugelzapfens im Sockel erforderliche Kraft von der Kraft, mit der die Kappe den Metallring unterhalb des unteren Endes der Konusfläche nach unten drückt und den Durchmesser des Metallrings verringert. Dadurch kann man eine gewünschte Hal­ tekraft für die Kugel in dem Gelenkgehäuse frei wählen durch die Elastizität des Rings und die Druckkraft des Verschlußteils.

Wenn der Einschnitt 27 in dem Metallring 27 bei dessen Her­ stellung ausgebildet wird, sind die einander gegenüberlie­ genden Enden 27 a und 27 b in der dargestellten Weise zueinander schräg. Wenn das Verschlußteil vollständig in das Gelenkge­ häuse eingeschraubt ist, werden daher die so schräg zu­ einander gehaltenen, einander gegenüberliegenden Enden 27 a und 27 b zwischen dem unteren Ende des Verschlußteils und der End­ fläche an der Unterseite der Konusfläche 22 komprimiert. Da das Verschlußteil elastisch nach oben gedrückt wird, wird jegliches Spiel zwischen diesem und dem Gelenkgehäuse eliminiert.

Wenn sich mechanische Probleme zwischen dem Gegenstand, an dem das Gelenkgehäuse über die Schraube 5 be­ festigt ist, und dem Gegenstand, an dem der Kugelschaft 1 befestigt ist, ergeben, z. B. zwischen der Karosserie eines Kraftfahrzeugs und der Hecktür, so kann es notwendig wer­ den, das Kugelgelenk abzunehmen. Bei der vorliegenden Aus­ führungsform kann das Verschlußteil in gewünschter Weise von dem Aufnahmeteilg gelöst werden. Durch geringfügiges Lösen des Verschlußteils anstelle des Abnehmens des Kugelschafts oder des Gelenkgehäuses kann sich daher der Metallring 27 entlang der Konusfläche 22 nach oben bewegen und aufgrund seiner Eigenelastizität seinen Durchmesser vergrößern. Zieht man dann am Kugelschaft nach unten, so gleitet die Kugel durch den Metallring und dann aus dem Aufnahmeteil 19 heraus. So kann das Kugelgelenk zerlegt werden. Nach der Reparatur kann das Kugelgelenk wieder zusammengebaut wer­ den, indem man die Kugel nach oben in das Aufnahmeteil ein­ führt und anschließend das Verschlußteil 20 in das Gelenk­ gehäuse einschraubt.

In Fig. 3 ist das Kugelgelenk dieser Ausführungsform mit geringfügig gelösten Verschlußteil 20 dargestellt. Dabei ist der Innendurchmesser des Rings 27 geringfügig kleiner als der Durchmesser der Äquatorebene der Kugel. Dabei ist der Ring unmittel­ bar unterhalb der Äquatorebene der Kugel um diese herumge­ wickelt. Zwischen dem Umfang des Ringes und der Innen­ fläche des Aufnahmeteils 19, insbesondere dem oberen Ende der Konusfläche 23 oder dem unteren Ende des Zylinderab­ schnitts 21 ergibt sich so ein Ringraum. Selbst wenn der Innendurchmesser des Rings geringfügig kleiner ist als der Äquatordurchmesser der Kugel, kann daher beim Herunterzie­ hen des Kugelschaftes der Kugeläquator den Ring expandieren und die Kugel aus dem Ring gleiten. Dadurch löst sich der Kugelschaft aus dem Aufnahmeteil 19. Umgekehrt kann das Ku­ gelgelenk wieder zusammengesetzt werden, indem die Kugel des Kugelzapfens nach oben in das Aufnahmeteil eingeführt wird, indem der Kugeläquator den Ring aufweitet und die Kugel durch den Ring gedrückt wird; danach wird das Verschlußteil in das Aufnahmeteil eingeschraubt. Wenn der Innendurchmes­ ser des Rings geringfügig größer ist als der Äquatordurch­ messer der Kugel, so kann beim Lösen des Verschlußteils der Äqua­ tor der Kugel ohne Widerstand über den Ring laufen. Daher löst sich der Kugelschaft völlig selbsttätig, wenn das Ku­ gelgelenk zerlegt wird.

Der Metallring kann selbst dann die ge­ wünschte Haltekraft erzeugen, wenn die Abmessungen des Me­ tallrings durch die Herstellung fehlerhaft sind (insbe­ sondere wenn der Durchmesser größer als der Solldurchmes­ ser ist), da die Verlängerung 26 den Metallring nach unten auf die Konusfläche 22 des Gelenkgehäuses 6 drückt und so den Metallring 27 auf den vorgegebenen Durch­ messer zusammendrückt.

Der obere Abschnitt im Innern des Verschlußteils 20 kann so ausgebil­ det sein, daß die obere Halbkugel der Gelenkkugel 2 in einer Ring­ zone mit der Oberfläche oberhalb der Äquatorebene der Kugel in Be­ rührung kommt. Andererseits können mehrere dreieckige Wände 28 an der oberen Innenseite des Verschlußteils 20 einstückig angeformt sein, so daß diese dreieckigen Wände von oben mit der Gelenkkugel in Berührung kommen können.

Um ein spontanes Lösen des festgedrehten Verschlußteils 20 zu ver­ hindern, kann dieses mit einem flexiblen, vorstehenden Abschnitt 20′ versehen sein, der einen nach unten vorstehenden Vor­ sprung 29 a aufweist; dieser Vorsprung 29 a kann in eine Boh­ rung 29 b im Gehäuse 6 hineinragen, nachdem das Verschlußteil vollständig eingedreht worden ist. Der Vorsprung 29 a sowie die Bohrung 29 b dienen als Feststelleinrichtung 29, um ein Verdrehen des Verschlußteils gegenüber dem Sockel zu ver­ hindern. Soll das Verschlußteil vom Gehäuse gelöst werden, so dreht man den vorspringenden Abschnitt 20′ nach oben und zieht den Vor­ sprung 29 a aus der Bohrung 29 b. Falls gewünscht, können an der Oberseite des Verschlußteils 20 Eingriffsbohrungen 30 für die Spitzen eines Werkzeugs vorgesehen sein, mit dem man das Ver­ schlußteil 20 in das Gehäuse 6 einschrauben bzw. von diesem lösen kann. Anstelle der Eingriffsbohrungen 30 können ein Schlitz oder ein Kreuzschlitz vorgesehen sein, um beispiels­ weise in diese einen geeigneten Schraubendreher einzuset­ zen.

Das Außengewinde 24′ am Umfang des Verschlußteils sowie das Innenge­ winde 21′ an der Innenwand des Aufnahmeteils sind vorzugs­ weise mehrgängige Schraubengewinde, so daß eine oder zwei vollständige Drehungen des Verschlußteils zum vollständigen Festziehen ausreichen.

Gemäß der vorstehenden Erläuterungen dieser Ausführungsform ist das Verschlußteil so ausgebildet, daß es am Gehäuse durch Schrau­ bendrehen befestigt bzw. von diesem gelöst werden kann. Die Befestigung des Verschlußteils am Gehäuse kann jedoch auch dadurch erfol­ gen, daß man einen Vorsprung entweder am Umfang des Verschlußteils und an der Innenwand des Zylinderabschnitts des Aufnahme­ teils sowie eine L-förmige Nut an der verbleibenden Fläche vorsieht, das Verschlußteil in das Aufnahmeteil einsetzt, indem man den Vorsprung entlang der Längsseite der L-förmigen Nut be­ wegt und den Eingriff der Einzelteile der Eingriffseinrich­ tung 29 dann abschließt, wenn die Bewegung des Vorsprungs in der Seite der L-förmigen Nut beendet ist. Gegebenenfalls kann das Verschlußteil unlösbar mit dem Aufnahmeteil, beispielswei­ se durch Hochfrequenzerhitzen, verschweißt werden.

Um ein unbeabsichtigtes Lösen des Verschlußteils vom Gelenkgehäuse zu verhindern, können ein kleiner Vorsprung 22 a in­ nen an der Konusfläche 22 des Aufnahmeteils 19 sowie eine Nut 26 a am unteren Ende des Umfangs der Verlängerung 26 des Verschlußteils 20 ausgebildet sein (vgl. Fig. 6) ; der klei­ ne Vorsprung 22 a sollte dabei klein genug sein, um ein Überschneiden mit dem Eintritt der Kugel 2 durch die Zy­ linderbohrung 23 zu vermeiden. Das Festhalten der Kugel durch den Ring 27 erfolgt dadurch, daß man den Ring 27 in das Aufnahmeteil derart einführt, daß der Zwischenraum 27′ im Ring 27 mit dem kleinen Vorsprung 22 a ausgerichtet wer­ den kann; danach wird die Kugel in das Aufnahmeteil 19 eingeführt, und anschließend wird das Verschlußteil 20 in das Aufnahmeteil eingeschraubt. Das so zusammengebaute Kugel­ gelenk kann durch Drehen des Verschlußteils 20 in Löserichtung zer­ legt werden, wobei sich ein Zwischenraum zwischen der Ko­ nusfläche 22 des Aufnahmeteils 19 und dem unteren Ende der Verlängerung 26 des Verschlußteils 20 ergibt, so daß sich der Zwischenraum 27′ im Ring 27 so weit aufweitet, daß die Kugel aus dem Aufnahmeteil freigegeben wird. Die einan­ der gegenüberliegenden Enden 27 a und 27 b des Rings 27 werden über den Zwischenraum schräg gehalten, wobei das Ende 27 a gegen die Konusfläche 22 des Aufnahmeteils und das ande­ re Ende 27 b gegen das untere Ende der Verlängerung des Ver­ schlußteils 20 gedrückt werden. Bei weiterem Drehen des Ver­ schlußteils 20 kommen lediglich die einander gegenüberliegen­ den Enden 27 a und 27 b des Rings ein Eingriff mit dem kleinen Vorsprung 22 a an der Konusfläche und der Nut 26 a am unteren Ende der Verlängerung 26 des Verschlußteils 20, so daß letzteres am weiteren Verdrehen gehindert wird. Das Lösen des Kugelschafts 1 vom Aufnahmeteil 19 erreicht man somit durch Drehen des Verschlußteils 20 in Löserichtung. Das anderen­ falls mögliche Verschieben des Rings 27 und der anderen Bau­ elemente durch Trennen des Verschlußteils kann daher ausge­ schlossen werden. Ferner kann das feste und sichere Einset­ zen der Kugel innerhalb des Aufnahmeteils erleichtert werden.

Das beschriebene Gehäuse und/oder das Verschlußteil können aus Kunststoff hergestellt werden, so daß das Kugelgelenk ein geringes Gewicht aufweist und Rostansatz verhindert. Versuchsreihen mit den erfindungsgemäßen Kugelgelenken zeigten, daß die Zugkraft zum Herausziehen der Kugel jeweils im Bereich von 2,0 bis 2,5 kN lag. Keines dieser Kugelge­ lenke zeigte Versprödung des Materials.

Claims (8)

1. Kugelgelenk mit einem Kugelschaft (1), einem Gelenk­ gehäuse (6) mit Durchgangsbohrung (23) und mit einem in die Bohrung (23) des Gelenkgehäuses ( 6) von einer Seite einsetzbaren, topfartig ausgebildeten, die Gelenkkugel (2) bis über ihre Äquatorebene (2′) hinaus umgebenden Ver­ schlußteil (20), wobei das Gehäuse (6) an seiner der Einsetzöffnung für das Verschlußteil (20) entgegenge­ setzten Bohrungsöffnung eine radial nach innen vor­ stehende Schulter (22′) aufweist, an der sich ein geschlitzter Ring (27) abstützt, und die Gelenkkugel (2) gegen Herausziehen aus dem Gelenk­ gehäuse (6) sichert, und wobei der in das Gelenkgehäuse (6) eingesetzte Ring (27) zum Durchtritt der Gelenkkugel (2) elastisch aufweitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) das Gehäuse (6) eine von dem Rand der Schulter (22′) ausgehende, sich in Einsetzrichtung der Gelenkkugel (2) erweiternde und sich koaxial zur Durchgangsbohrung (23) erstreckende Konusfläche (22) aufweist und daß
• b) das Verschlußteil (20) bei fertig montiertem Gelenk so tief in das Gelenkgehäuse (6) eingesetzt ist, daß seine Stirnfläche an dem Ring (27) derart anliegt, daß der Ring (27) in dem von der Stirnfläche, der Konusfläche (22 ) und der Oberfläche der Gelenkku­ gel (2) begrenzten Raum festgelegt ist.

2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (24) des Ver­ schlußteils (20) als eine mit der Konusfläche (22) am Gelenkgehäuse (6) zusammenwirkende weitere Konusfläche (26′) ausgebildet ist.

3. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußteil (20) durch Verschrauben am Gehäuse (6) befestigt wird.

4. Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Verschlußteil (20) durch Einrasten am Ge­ häuse (6) befestigt wird.

5. Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Verschlußteil (20) durch Verschweißen am Ge­ häuse (6) befestigt wird.

6. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die einander gegenüberstehenden Enden (27 a, 27 b) des Rings (27) in entspanntem Zustand in Axialrichtung relativ zueinander versetzt sind.

7. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß die Konusfläche (22) am Eintrittsende für den Ku­ gelschaft (1) mit einem kleinen radialen Vorsprung (22 a) versehen ist,
• b) daß das freie Ende (24) des Verschlußteils (20) an seiner freien Endfläche mit einer azimutal verlaufen­ den Nut (26 a) versehen ist, und
• c) daß das Ende des Rings (27) mit dem kleinen radia­ len Vorsprung (22 a) und das andere Ende des Rings (27) mit der Nut (26 a) in Eingriff bringbar ist.

8. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Rings (27) im entspannten Zustand gleich ist dem oder geringfügig größer als der Äquartordurchmesser der Gelenkkugel (2).