DE3740442A1

DE3740442A1 - Kugelgelenk

Info

Publication number: DE3740442A1
Application number: DE19873740442
Authority: DE
Inventors: Franz D Schnitzler
Original assignee: TRW Fahrwerksysteme GmbH and Co KG
Current assignee: TRW Fahrwerksysteme GmbH and Co KG
Priority date: 1987-11-28
Filing date: 1987-11-28
Publication date: 1989-06-08

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk für Führungs- und Über tragungsgestänge in Kraftfahrzeugen mit einem in ein Gelenkge häuse eingesetzten, mit einem Gestänge verbundenen Kugelkopf und mit einer elastischen Lagerschale, die mit einem Innenteil an dem Kugelkopf und mit einem einteilig mit dem Innenteil ver bundenen Außenteil an der Innenwand des Gelenkgehäuses anliegt, wobei zwischen Innenteil und Außenteil der Lagerschale eine mit einem fließfähigen Medium gefüllte Kammer ausgebildet ist.

Zu den Führungs- und Übertragungsgestängen bei einem Kraftfahr zeug gehören beispielsweise Lenkgestänge und Radaufhängungen. Derartige Gestänge sind in der Regel aufbauseitig in elastischen Lagern gehalten. Beim Einbau in Radaufhängungen ermöglichen diese bei auf das Rad einwirkenden Umfangs- und Seitenkräften eine Verstellung des Radführungsgestänges innerhalb eines durch die Elastizität der Lager bestimmten Bereiches. Das Radführungs gestänge läßt sich zum Fahrzeugaufbau derart orientieren, daß durch die elastischen Lager das Rad eine gewünschte Bewegung während verschiedener Fahrzustände ausführt. Ein Nachteil derartiger Radaufhängungen besteht jedoch darin, daß über die elastischen Lager nicht bei jedem Fahrzustand eine einem si cheren Fahrverhalten entsprechende Radstellungsänderung gewähr leistet ist.

Aus der DE-PS 35 22 013 ist ein Kugelgelenk bekannt, bei dem sich ein Kugelkopf innerhalb einer elastischen Lagerschale befindet, die von einem unter Druck stehenden, flüssigen Medium umgeben ist. Auf diese Weise ist der Kugelkopf mit einem gewissen radialen und axialen Spiel innerhalb eines Gelenk gehäuses gelagert, wodurch sich ein solches Kugelgelenk insbe sondere zur Abfederung von Stößen eignet, wie dies vor allem im Bereich des Lenkgestänges erwünscht ist.

Die Anforderungen bei der Auslegung von Radaufhängungen stellen sich jedoch anders dar. Eine zu große axiale oder radiale Elastizität von Lagerungen würde hierbei zu kurzzeitigen Verän derungen der Radführungs-Geometrie führen, wodurch es zu kri tischen Fahrsituationen kommen könnte. Für die Lagerung von Fahrwerkskomponenten ist also die Elastizität in derart engen Grenzen zu halten, daß die Geometrie einzelner Aufhängungspunkte zueinander weitgehend konstant bleibt und allenfalls eine deut lich progressive Elastizität auftritt.

In der DE-OS 36 06 961 ist eine Radaufhängung für Kraftfahrzeuge beschrieben, die aufbauseitig in verstellbaren Lagern gehalten wird, deren Anlenkpunkt über eine in den Lagern integrierte Verstelleinrichtung veränderbar ist. Die Lager sind mit Kolben versehen, die bei hydraulischer Druckbeaufschlagung radial ausfahren und dabei eine innere Lagerschale geringfügig radial versetzen. Dabei erfolgt die Lageänderung der Lagerschale entgegen der Eigenelastizität der Wand eines hülsenförmig in der Lagerschale zentrierten Einsatzes. Der mit dieser Lagerung er zielbare seitliche Verfahrweg ist jedoch gering, da die Wand des Einsatzes als elastischer Vollkörper ausgebildet ist und eine nur geringe Wandstärke aufweist. Überdies ist eine Verstellung des Lagers nur in eine Richtung möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elastisch abdämpfendes Kugelgelenk zu schaffen, dessen Anlenk- und Dreh punkt in einem weiten Verstellbereich veränderbar ist, das Bela stungen dauerhaft und ohne Materialermüdung erträgt, das vor Überlastung geschützt ist und konstruktiv einfach aufgebaut ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Kugelgelenk vorge schlagen, bei dem die Kammer über einen Anschluß am Ge lenkgehäuse mit einer einer Druckmittelquelle nachgeschalteten Ventileinrichtung verbunden ist.

Dieses Kugelgelenk hat den Vorteil, daß die Lage des Anlenk- und Drehpunktes des Kugelkopfes relativ zur Lage des Gelenkgehäuses über einen weiten Verstellbereich veränderbar ist und sich auf diese Weise bestimmten Anforderungen anpassen läßt. So ist etwa bei der Verwendung des Kugelgelenks in einer Radaufhängung eine Änderung der Fahrgestellgeometrie leicht zu bewerkstelligen. Durchführbar sind Längenänderungen an Spur- und Lenkstangen, wie z.B. eine Veränderung der Vorspur, oder an Radaufhängungsteilen, wie z.B. zur Veränderung des Sturzes. Eine weitere Anwendungs möglichkeit besteht bei der zunehmend aktuellen Allradlenkung, da die hierbei verwendeten, nur geringen Lenkwinkel der Hinter räder bereits durch geringe Verschiebungen der Spurstangen zu realisieren sind. Die Erfindung eignet sich auch zur Einstellung des Kipp- und Drehmomentes innerhalb eines Feder-Dämpfer- Systems.

In einer einfachen Ausgestaltung der Erfindung umschließt das Innenteil der Lagerschale den Kugelkopf auf dessen dem Gestänge abgewandter Seite. Hierbei ist nur eine einzige, den Kugelkopf in Richtung auf das Gestänge betätigende Kammer erforderlich. Die Rückstellkraft wird seitens des Gestänges aufgebracht oder durch die Federwirkung der Lagerschale bewirkt.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegt einerseits am Gelenkgehäuse und andererseits an der Lagerschale mindestens eine Feder an, welche bestrebt ist, die Lagerschale in Richtung auf eine Verringerung des Volumens der Kammer zu betätigen. Diese Ausgestaltung findet vorzugsweise dort Anwendung, wo das Führungs- oder Übertragungsgestänge nicht dauernd eine Gegen kraft aufrecht erhält.

Gemäß weiterer Merkmale der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Innenteil der Lagerschale nicht mehr als eine Halbschale des Kugelkopfes umschließt und zwischen einem weiteren Innenteil und einem weiteren Außenteil mindestens eine weitere Kammer ausgebildet ist, wobei das weitere Innenteil nicht mehr als die jeweils andere Halbschale des Kugelkopfes umschließt und die durch mindestens eine weitere Kammer über einen weiteren Anschluß am Gelenkgehäuse mit der Ventileinrichtung verbunden ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung erlaubt eine aktive Verstellung des Kugelkopfes in zwei, einander entgegengesetzte Richtungen.

Vorteilhaft ist es auch, die Lagerschale einstückig auszuführen, indem sowohl die Kammer als auch auch die weitere Kammer in der Lagerschale ausgebildet ist und sich eine als Teil der Lager schale ausgebildete Trennwand zwischen der Kammer und der wei teren Kammer befindet.

Die Kammern können sowohl axial hintereinander im Gelenkgehäuse angeordnet sein, als auch gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung um den Kugelkopf herum radial angeordnet sein. Letztendlich ist auf diese Weise eine beliebige Lageverschiebung des Kugelkopfes innerhalb des Gelenkgehauses realisierbar, insbesondere dann, wenn mindestens drei jeweils mit einem Anschluß versehene Kammern um den Kugelkopf herum radial an geordnet sind.

Durch entsprechende Anordnung und Gestaltung der einzelnen Kam mern ist eine axiale und radiale Verstellbarkeit des Kugelkopfes für jeden beliebigen Anwendungfall festlegbar. Dabei kann es von Vorteil sein, jede Kammer mit einer eigenen Ventileinrichtung zu versehen, wodurch sich die einzelnen Kammern unabhängig vonein ander füllen und entleeren lassen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfol genden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in denen bevor zugte Ausführungsformen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen prinzipiellen hydraulischen Schaltplan zur Steuerung eines Kugelgelenks mit zwei unabhängigen Kammern;

Fig. 2 ein Kugelgelenk mit einer einzigen, durch die Gegen kraft einer Feder belasteten Kammer im Längsschnitt;

Fig. 3 ein Kugelgelenk mit zwei, axial zueinander versetzt angeordneten Kammern im Längsschnitt;

Fig. 4 ein Kugelgelenk mit vier, radial um einen Kugelkopf herum angeordneten Kammern im Längsschnitt;

Fig. 5 das Kugelgelenk der Fig. 4, entlang der Linie IV- IV geschnitten.

Die in Fig. 1 prinzipiell dargestellte hydraulische Schaltein richtung dient zur Steuerung des hydraulischen Drucks in einem Kugelgelenk, welches Fig. 2 in einer einfachen Ausführungsform zeigt. In einem vorzugsweise zylindrischen Gelenkgehäuse 1 sitzt ein am Ende eines Gestänges 2 befestigter Kugelkopf 3. Die Ver bindung zwischen Gelenkgehäuse 1 und Kugelkopf 3 wird über eine elastische Lagerschale 4 hergestellt, die in der dargestellten Ausführungsform eine geschlossene Kammer 5 bildet. Dem Gestänge 2 abgewandt, liegt die Lagerschale 4 an einem Gehäusedeckel 6 an, der mit einem Anschluß 7 einer Druckleitung 8 versehen ist. Über entsprechende Öffnungen in der Lagerschale 4 und im Gehäu sedeckel 6 steht die Druckleitung 8 mit der Kammer 5 in Verbin dung. Die elastische Lagerschale 4 verfügt über ein Innenteil 9, welches den Kugelkopf 3 auf etwa der Hälfte seiner Oberfläche umschließt und ein Außenteil 10, das an einer Innenwand 11 des Gelenkgehäuses 1 und am Gehäusedeckel 6 anliegt. Dem Gestänge 2 zugewandt, geht das Außenteil 10 der Lagerschale 4 über einen ringförmigen Verbindungssteg 12 in das am Kugelkopf 3 anliegende Innenteil 9 über. Der Verbindungssteg 12 ist sehr nachgiebig ausgeführt und kann bei einer axialen Bewegung des Kugelkopfes 3 auf der Innenwand 11 des Gelenkgehäuses 1 in Form einer Walkbewegung ablaufen. Der radiale Abstand zwischen Innenteil 9 und Außenteil 10 ist so groß, daß der Kugelkopf 3 radiale Bewe gungen innerhalb des Gelenkgehäuses 1 ausführen kann. Dem Gehäu sedeckel 6 abgewandt, weist das Gelenkgehäuse 1 einen nach innen gebogenen Kragen 13 auf, an dem sich eine Feder 14 abstützt, die andererseits am Innenteil 9 der Lagerschale 4 angreift und be strebt ist, den Kugelkopf 3 in Richtung auf den Gehäusedeckel 6 zu betätigen. Die Feder 14 wirkt also gegen den hydraulischen Druck, der von dem in der Kammer 5 befindlichen Druckmedium über das Innenteil 9 der Lagerschale 4 auf den Kugelkopf 3 ausgeübt wird.

Bei einer in der Fig. 3 dargestellten, zweiten Ausführungsform der Erfindung ist in der Lagerschale 4 eine weitere Kammer 15 ausgebildet, welche den Kugelkopf 3 in seinem dem Gestänge 2 zu gewandten Bereich mit einem weiteren Innenteil 16 umfaßt. Denkt man sich die Oberfläche des Kugelkopfes 3 in zwei, axial zuein ander liegende Halbschalen aufgeteilt, so umfaßt die Kammer 5 die dem Gestänge 2 abgewandte und die weitere Kammer 15 die dem Gestänge 2 zugewandte Halbschale abzüglich des durchragenden Ge stängequerschnitts. Dementsprechend führt eine Druckbeaufschla gung der Kammer 5 zu einem Ausschieben des Gestänges 2 aus dem Gelenkgehäuse 1 und eine Druckbeaufschlagung der weiteren Kammer 15 zu einem Einschieben des Gestänges 2 in das Gelenkgehäuse 1.

Analog zur Kammer 5 erstreckt sich auch die weitere Kammer 15 zwischen dem weiteren Innenteil 16 und einem weiteren Außenteil 17, wobei über eine Öffnung in dem weiteren Außenteil 17 die weitere Kammer 15 mit einem weiteren Anschluß 18 versehen ist.

Kammer 5 und weitere Kammer 15 sind beide Bestandteil der Lager schale 4, wobei die Trennung zwischen den beiden Kammern über eine die Innenteile 9, 16 mit den Außenteilen 10, 17 verbindende Trennwand 19 der elastischen Lagerschale 4 erfolgt.

Da die Kammern 5, 15 axial zueinander versetzt angeordnet sind, befinden sich die Anschlüsse 7, 18 in der Seitenwand des Gelenk gehäuses 1 und nicht, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, im Gehäusedeckel 6.

Bei dem in den Fig. 4 und 5 dargestellten dritten Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung weist die Lagerschale 4 vier vonein ander unabhängige Kammern 5 a, 5 b, 5 c und 5 d auf, die radial um den Kugelkopf 3 herum gruppiert sind. Dabei liegen die Kammern 5 a und 5 c sowie die Kammern 5 b und 5 d jeweils einander gegenüber, so daß jede der Kammern mit ihrem jeweiligen Innenteil nur an einem Segment des Kugelkopfes 3 anliegt. Die Verbindung zu den vier Kammern stellen vier Anschlüsse 7 a, 7 b, 7 c und 7 d her, die bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung wiederum am Gehäu sedeckel 6 ausgebildet sind. Wird über einen der Anschlüsse 7 a, 7 b, 7 c oder 7 d Druckmedium in die jeweilige Kammer 5 a, 5 b, 5 c oder 5 d gepumpt, so vergrößert sich das Volumen der jeweiligen Kammer und der Kugelkopf 3 bewegt sich in Richtung der jeweils gegenüberliegenden Kammer. Selbstverständlich ist auch eine Druckbeaufschlagung mehrerer Kammern gleichzeitig möglich, um so den Kugelkopf 3 in bestimmte, dazwischenliegende Ebenen zu bewe gen. Durch eine sowohl axiale als auch radiale Anordnung mehre rer Kammern ist es zudem möglich, den Kugelkopf 3 in jede belie bige Lage relativ zum Gelenkgehäuse 1 zu bringen.

Das in der Fig. 1 dargestellte hydraulische Schaltbild erläu tert die Erfindung bei dem mit zwei Kammern versehenen Kugelge lenk entsprechend Fig. 3. Druckmedium wird über eine Pumpe 20 einem Vorratsbehälter 21 entnommen und über ein zwischengeschal tetes Druckservoventil 22 und ein Wegeservoventil 23, hier als Drei-Wege-Ventil, den Kammern 5, 15 des Kugelgelenks zugeführt. Eine Rückleitung 24 führt aus den Kammern 5, 15 abgelassenes Druckmedium vom Wegeservoventil 23 zurück zum Vorratsbehälter 21. Das Druckservoventil 22 ist als entweder öffnendes oder schließendes Zwei-Wege-Ventil ausgeführt, in dessen erster Stel lung die Pumpe 20 Druckmedium zum Wegeservoventil 23 fördert und das in seiner zweiten Stellung die Verbindung zwischen der Pumpe 20 und dem Wegeservoventil 23 sperrt, wobei von der Pumpe 20 ge fördertes Druckmedium über eine Entlastungsleitung 25 zum Vor ratsbehälter 21 abströmen kann.

Als Druckmittelquelle kann anstelle von Pumpe 20 und Vorratsbe hälter 21 ebenso ein Druckspeicher zur Anwendung gelangen. Auch ist es möglich sich bereits im Fahrzeug vorhandener Druckmittel quellen zu bedienen z.B. des hydraulischen Bremskreises.

Das Wegeservoventil 23 kann, beispielsweise elektromagnetisch, in drei Stellungen geschaltet werden, wobei - jeweils bei geöff netem Druckservoventil 22 - das Wegeservoventil 23 in seiner ersten Stellung die Kammer 5 mit der Pumpe 20 und die weitere Kammer 15 mit der Rückleitung 24 verbindet, in seiner zweiten Stellung die Kammern 5, 15 untereinander und mit der Pumpe 20 verbindet und in der dritten Stellung die weitere Kammer 15 an die Pumpe 20 anschließt, während die Kammer 5 über die Rücklei tung 24 entlastet wird.

Während in diesem Ausführungsbeispiel die Drucksteuerung der Kammern über ein einziges Wegeservoventil 23 vorgenommen wird, ist es selbstverständlich auch möglich, jede Kammer an eine un abhängige Ventileinrichtung anzuschließen.

Bezugsziffernliste

1 Gelenkgehäuse
2 Gestänge
3 Kugelkopf
4 Lagerschale
5 Kammer
5 a Kammer
5 b Kammer
5 c Kammer
5 d Kammer
6 Gehäusedeckel
7 Anschluß
7 a Anschluß
7 b Anschluß
7 c Anschluß
7 d Anschluß
8 Druckleitung
9 Innenteil
10 Außenteil
11 Innenwand
12 Verbindungssteg
13 Kragen
14 Feder
15 weitere Kammer
16 weiteres Innenteil
17 weiteres Außenteil
18 weiterer Anschluß
19 Trennwand
20 Pumpe
21 Vorratsbehälter
22 Druckservoventil
23 Wegeservoventil
24 Rückleitung
25 Entlastungsleitung

Claims

1. Kugelgelenk für Führungs- und Übertragungsgestänge in Kraft fahrzeugen mit einem in ein Gelenkgehäuse eingesetzten, mit einem Gestänge verbundenen Kugelkopf und mit einer elastischen Lagerschale, die mit einem Innenteil an dem Kugelkopf und mit einem einteilig mit dem Innenteil verbun denen Außenteil an der Innenwand des Gelenkgehäuses anliegt, wobei zwischen Innenteil und Außenteil der Lagerschale eine mit einem fließfähigen Medium gefüllte Kammer ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (5) über einen Anschluß (7) am Gelenkgehäuse (1) mit einer einer Druckmittelquelle (20, 21) nachge schalteten Ventileinrichtung (22, 23) verbunden ist.

2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil (9) der Lagerschale (4) den Kugelkopf (3) auf dessen dem Gestänge (2) abgewandter Seite umschließt.

3. Kugelgelenk nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eine einerseits am Gelenkgehäuse (1) und andererseits an der Lagerschale (4) angreifende Feder (14), welche bestrebt ist, die Lagerschale (4) in Richtung auf eine Verringerung des Volumens der Kammer (5) zu betätigen (Fig. 2).

4. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil (9) der Lagerschale (4) nicht mehr als eine Halbschale des Kugelkopfes (3) umschließt.

5. Kugelgelenk nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch mindestens eine zwischen einem weiteren Innenteil (16) und einem weiteren Außenteil (17) ausgebildete weitere Kammer (15), wobei das weitere Innenteil (16) nicht mehr als die jeweils andere Halbschale des Kugelkopfes (3) umschließt und die mindestens eine weitere Kammer (15) über einen weiteren Anschluß (18) am Gelenkgehäuse (1) mit der Ventileinrichtung (22, 23) verbunden ist.

6. Kugelgelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß so wohl die Kammer (5) als auch die mindestens eine weitere Kammer (15) in der Lagerschale (4) ausgebildet ist.

7. Kugelgelenk nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine als Teil der Lagerschale (4) ausgebildete Trennwand (19) zwischen den Kammern (5, 15).

8. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die Kammern (5, 15) axial hintereinander im Gelenkgehäuse (1) angeordnet sind (Fig. 3).

9. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die Kammern (5 a, 5 b, 5 c, 5 d) radial um den Kugelkopf (3) herum angeordnet sind (Fig. 4, Fig. 5).

10. Kugelgelenk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei jeweils mit einem Anschluß (7 a, 7 b, 7 c, 7 d) versehene Kammern (5 a, 5 b, 5 c, 5 d) radial um den Kugelkopf (3) herum angeordnet sind.

11. Kugelgelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kammer mit einer eigenen Ventileinrichtung verbunden ist.