DE4224895C2 - Kugelgelenk - Google Patents

Description

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

Ein derartiges Kugelgelenk ist aus der US 4,695,180 bekannt. Dieses Kugelgelenk ist vorgesehen als Bauteilgelenk in einer Motorsteuerung, und es soll im Rahmen der dort auftretenden Belastungen das Überschreiten eines vorgegebenen Gelenkwinkels als Grenzwinkel verhindert werden. Aufgebaut ist das Kugelgelenk unter Verwendung eines Gelenkgehäuses aus Kunststoff, wobei dieses Gehäuse eine napfförmige Aufnahme für den Gelenkkopf bildet und einstückig mit dem Anschlagzapfen ausgebildet ist, der in eine entsprechende, topfförmige Vertiefung des Gelenkzapfens mit gewissem Spiel eingreift. Dieses Spiel ist auf die Größe des als Grenzwinkel vorgegebenen Gelenkwinkels abgestimmt.

Ein derartiges Gelenk baut volumenmäßig im Vergleich zu Gelenken klein, bei denen in Umkehrung der Anordnung der Anschlagzapfen der Gelenkkugel zugeordnet ist und in eine entsprechende topfförmige Vertiefung des Gelenkgehäuses eingreift. Diesem Vorteil steht bei aus Kunststoff bestehendem Gelenkgehäuse und im Gelenkkopf vorgesehener topfförmiger Vertiefung zur Aufnahme des Anschlagzapfens als Nachteil gegenüber, daß sich auf Zapfen und Gehäuse in Folge des verringerten Hebelarmes bei Ausübung der Anschlagfunktion verhältnismäßig große Kräfte ergeben, die zu Zapfenbrüchen oder auch Verformungen des Gehäuses führen können. Deformationen des Gehäuses, insbesondere aber des Zapfens führen zu Toleranzen für den vorgegebenen Grenzwinkel, der sich zudem bei durch solche Belastungen bedingten Verschleißerscheinungen am Zapfen verändert, da Zapfen und zugehörige Aufnahme jeweils zylindrisch ausgebildet sind und somit auch nur Kantenberührung haben.

Insbesondere für Gelenke, die höheren Belastungen ausgesetzt sind, wie zum Beispiel in Radaufhängungen von Fahrzeugen einzusetzende Gelenke, bei denen aufgrund ihrer Tragfunktion zudem Setzungserscheinungen auftreten, ist zwar wegen der eingeschränkten Raumverhältnisse ein möglichst kleines Bauvolumen angestrebt, dürfen andererseits aber aufgrund ihrer axialen Belastung setzungs- und/oder verschleißbedingte Veränderungen im Gelenk nicht zu Veränderungen des Grenzwinkels führen.

Der Erfindung liegt dementsprechend auch die Aufgabe zugrunde, für solche Gelenke der eingangs genannten Art, die unter axialer Belastung stehen und dementsprechend Setzungserscheinungen ausgesetzt sind, Gelenkwinkelbegrenzungen zu schaffen, bei denen der Grenzwinkel ungeachtet des jeweiligen Setzungsgrades im wesentlichen konstant bleibt.

Erreicht wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1, wobei durch die Verrundung des Zapfens und der Vertiefung einmal in der Praxis eine Vergrößerung der Berührflächen erreicht wird, die dem Verschleiß vorbeugt und wobei zum anderen durch die spezielle Gestaltung auch sichergestellt wird, daß der durch Setzungserscheinungen bedingten Mittelpunktsverlagerung des Gelenkes Rechnung getragen wird.

Die erfindungsgemäße Lösung stellt somit bei unabhängigen, eine Doppellenkeranordnung aufweisenden Radaufhängungen für Kraftfahrzeuge auch sicher, daß aufgrund der Schwenkwinkelbegrenzung der Gelenke in hochgebocktem Zustand des Fahrzeuges bei Ein- und Ausbau von Stoßdämpfern und dergleichen die Radaufhängung nur begrenzt ausfedern kann. Hierdurch kann auf besondere Montagehilfen verzichtet werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische, perspektivische Darstellung einer unabhängigen Doppelquerlenker-Radaufhängung einer gelenkten Fahrzeugachse, deren vorzugsweise beide Querlenker jeweils über ein den Ausfederweg der Radaufhängung verkürzendes Kugelgelenk mit dem Radträger verbunden ist,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das den unteren Querlenker mit dem Radträger verbindende Kugelgelenk,

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt des Kugelgelenkes in der Konstruktionslage, und zwar bezogen auf das untere Kugelgelenk,

Fig. 4 die in Fig. 3 gezeigten Teile des Kugelgelenkes, wobei die Kugel des ausgelenkten Gelenkzapfens in Anschlagstellung gezeigt ist, und

Fig. 5 und 6 jeweils Darstellungen ähnlich Fig. 4, zur Veranschaulichung der gegenseitigen Lage von Anschlag und Gegenanschlag der Kugelgelenke in der Anschlagstellung ihres Gelenkzapfens bei verschiedenen Verschleißzuständen des Kugelgelenkes.

Fig. 1 zeigt eine unabhängige Radaufhängung eines Personenkraftwagens, bei der mit 10 ein Radträger eines Vorderrades 12 bezeichnet ist. Der Radträger 10 ist über ein ein Traggelenk bildendes Kugelgelenk 14 an einem bspw. als Dreieckslenker ausgebildeten, unteren Querlenker 16 um eine Lenkachse 17 verschwenkbar angelenkt. Der Querlenker 16 ist am Fahrzeugaufbau 18 schwenkbar gelagert.

Des weiteren ist der Radträger 10 über einen oberen, bei 20 am Fahrzeugaufbau 18 angelenkten Querlenker 21 unter Zwischenschaltung eines ein Führungsgelenk bildenden Kugelgelenkes 22 geführt.

Der Querlenker 16 stützt, wie schematisch angedeutet ist, sowohl einen Stoßdämpfer 23 als auch eine Schraubenfeder 24 ab, die bei aufrechter Einbaulage mit ihrem oberen Ende an aufbaufesten Widerlagern abgestützt sind.

Die Schraubenfeder 24 könnte zur Bildung eines Federbeines auch auf den Stoßdämpfer 23 aufgebracht sein.

Zur Führung des Vorderrades 12 dient zusätzlich zu den Querlenkern 16 u. 21 ein am Radträger 10 befestigter Lenkhebel 26, der über ein Kugelgelenk 28 mit einer Spurstange 30 der Fahr­ zeuglenkung verbunden ist.

Die Radträger 10 und Querlenker 16, 21 miteinander verbindenden Kugelgelenke 14 und 22 weisen jeweils ein in geeigneter Weise am Radträger 10 bzw. Querlenker 21 befestigbares Gelenkgehäuse 36 auf, das napfartig ausgebildet ist. In der Gehäuseausnehmung ist ein Kugelkopf 38 eines Gelenkzapfens 40 derart beweglich gehalten, daß dieser sowohl verdrehbar als auch auslenkbar sowie taumelfähig ist.

Der Kugelkopf 38 ist vorzugsweise in einer aus elastischem und gleitfähigem Kunststoff gespritzten Lagerschale 42 spielfrei gelagert. Diese ist im Gelenkgehäuse 36 von einer in dasselbe eingesetzten Flanschbuchse 44 aufgenommen. An die Flanschbuchse 44 ist vorzugsweise ein über einen umgebördelten Gehäusekragen 46 vorstehender Ringkragen 48 angeformt, der die Möglichkeit einer vorteilhaften Gelenkabdichtung durch Aufnahme einer anvulkanisierten Abdichtmanschette 50 bietet, die den Schaft 40′ des Gelenkzapfens 40 abdichtend umschließt.

Die Lagerschale 42 weist eine dem Gehäuseboden 52 gegenüberliegende Öffnung 54 relativ großen Durchmessers auf, in welche der Kugelkopf 38 eingreift.

Der Auslenkwinkel des Gelenkzapfens 40 vorzugsweise beider Kugelgelenke 14 und 22 ist auf einen Winkel α beschränkt, der kleiner ist als der maximal mögliche Auslenkwinkel. Dies ist mit Hilfe einer in das Gelenkgehäuse 36 integrierten Anschlagvorrichtung 68 bewerkstelligt. Diese ist derart ausgelegt, daß auch bei ausgelenktem Gelenkzapfen 40 der Radträger 10 über die Spurstange 30 verschwenkbar bleibt bzw. auch bei eingeschlagenem Rad 12 eine Ausfederbewegung der Radaufhängung bei von der Karosserie gelöstem Stoßdämpfer 23 über den durch die Anschlagvorrichtung 56 definierten Schwenkwinkel α möglich ist.

Die Anschlagvorrichtung 68 weist einen an den Gehäuseboden 52 angeformten, rotationssymmetrischen Anschlag 70 auf, der in der gezeigten Konstruktionslage des Gelenkzapfens 40 zur Zapfenachse 60 koaxial ausgerichtet ist.

Dem gehäusefesten Anschlag 70 ist an dem diesem gegenüberliegenden und aus der Schalenöffnung 54 austauchenden Kugelabschnitt des Kugelkopfes 38 ein Gegenanschlag 72 zugeordnet, der durch eine rationssymmetrische, napfförmige und ebenfalls zur Zapfenachse 60 koaxiale Vertiefung gebildet ist, deren Durchmesser entsprechend dem gewünschten Auslenkwinkel α des Gelenkzapfens 40 ausgelegt und damit entsprechend größer als derjenige des Anschlagzapfens 70 ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, befinden sich die Kuppe des Anschlages 70 sowie der Boden der den Gegenanschlag bildenden Vertiefung 72 in der Konstruktionslage des Gelenkzapfens 40 im Abstand voneinander. Dieser Abstand stellt sicher, daß bei Ein- und Ausfederbewegungen bei normalem Fahrbetrieb eine Berührung zwischen Anschlag 70 und Gegenanschlag 72 ausgeschlossen ist und somit Schlaggeräusche vermieden sind. Außerdem ermöglicht es dieser Abstand, daß trotz eines sich einstellenden Verschleißes der Lagerschale 42, wie in der Patentanmeldung P 42 11 897.2-12 im einzelnen beschrieben, in der Hauptbelastungsrichtung des Kugelgelenkes 14 über dessen Standzeit die radiale Führung des Kugelkopfes 38 in der Lager­ schale 42 weitgehend konstant bleibt und auf diesen über die Lebensdauer des Kugelgelenkes ein gewünschtes Reibmoment aufbringbar ist. Dies ist dadurch gewährleistet, daß sich bei Lagerschalenverschleiß der Kugelkopf 38 nur koaxial zum gehäuseseitigen, zylindrischen Wandabschnitt 42′ der Lagerschale 42 verlagern kann.

In den Fig. 3ff sind die wesentlichen Teile der Anschlagvorrichtung 68 vergrößert dargestellt.

Sie zeigen, daß sich in der Konstruktionslage die vorzugsweise ebene Stirnfläche 74 des Anschlagzapfens 70 vorzugsweise außerhalb der Vertiefung 72 befindet. Die Umfangsfläche 76 der Vertiefung 72 läuft in einen ringwulstartigen Rand aus, dessen Randfläche 78 konvex, vorzugsweise teilkreisförmig, gekrümmt ist. Desgleichen ist die Umfangsfläche 80 des Anschlagzapfens 70 in dessen Achsrichtung derart überwiegend konvex konturiert, daß bei verschiedenen Verschleißzuständen der Lagerschale 42 und damit in verschiedenen relativen Ausgangslagen von Anschlagzapfen 70 und Vertiefung 72 in der Konstruktionslage des Gelenkzapfens 40 dieser um jeweils gleich große Auslenkwinkel α in seine maximale Auslenkstellung verschwenkbar ist. Damit bleibt der Ausfederweg der Radaufhängung bei verschiedenen Verschleißzuständen des Kugelgelenkes 14 im wesentlichen konstant.

Wie Fig. 4 zeigt, ist in der Auslenkendstellung aus der Konstruktionslage zwischen der Randfläche 78 der Kugelkopfvertiefung 72 und der Umfangsfläche 80 des Anschlagzapfens 70 lediglich punktförmige Berührung gegeben und zwar auch dann, wenn der Gelenkzapfen 40 in seiner Anschlagstellung, wie bei der gelenkten Vorderachse möglich, nach Ausfedern der Radaufhängung durch Einschlagen des Rades eine Taumelbewegung ausführen sollte.

Mit den Buchstaben a bis c bezeichnete, mögliche Berührungspunkte zwischen der Randfläche 78 der Vertiefung 72 und der Umfangsfläche 80 des Anschlagzapfens 70 lassen dabei, gemäß den Fig. 5 und 6, erkennen, daß bei jedem möglichen Lagerschalenverschleiß in der Auslenk­ endstellung des Lagerzapfens 40 dessen Achse 60 stets im wesentlichen die gleiche Winkellage beibehält und demgemäß, wie oben bereits erläutert, der Ausfederweg der Radaufhängung gleich bleiben wird.

Alternativ zur erläuterten Radaufhängung kann auch lediglich das den oberen oder unteren Querlenker 21 bzw. 16 mit dem Radträger 10 verbindende Kugelgelenk 22 bzw. 14 mit einer inte­ grierten Anschlagvorrichtung ausgestattet sein.

Die beschriebenen Kugelgelenke 14, 22 sind auch für den Einsatz in Doppelquerlenker-Rad­ aufhängungen von nicht gelenkten Fahrzeugachsen oder in mittels Längslenker geführten Fahrzeugachsen gleich vorteilhaft geeignet.

Claims (2)

1. Kugelgelenk mit einem Gelenkzapfen, der mit einem eine sphärische Lagerfläche aufweisenden Gelenkkopf in einer napfförmigen Aufnahme eines Gelenkgehäuses verdrehbar und auslenkbar gelagert ist, und mit einem vom Boden der napfförmigen Aufnahme abragenden rotationssymmetrischen Anschlagzapfen und einer am Gelenkkopf koaxial zur Achse des Gelenkzapfens vorgesehenen rotationssymmetrischen, topfförmigen Vertiefung, die im Durchmesser gegenüber dem Anschlagzapfen Übermaß aufweist und die zur Begrenzung von Auslenkbewegungen des Gelenkzapfens einen Gegenanschlag für den Anschlagzapfen bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Ränder des Anschlagszapfens (70) und der Vertiefung (72) teilkreisförmig konvex verrundet sind und daß sich der Anschlagzapfen (70) in Richtung auf diese Verrundung radial auswölbt.

2. Kugelgelenk nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß Anschlagzapfen (70) und Vertiefung (72) in der Konstruktionslage des Kugelgelenkes in Achsrichtung (60) des Gelenkzapfen im Abstand voneinander angeordnet sind.