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Kugelgelenk Die ]`i-findung betrifft Verbesserungen an Kugelgelenken,
insbesondere an solchen, bei denen die Kugel und die kugelförmige Büchse mit einer
verforinbaren Gummizwischenschicht zusammengefügt sind, die sich in einem verformten
Zustand befindet, wobei gegenseitige Bewegungen zwischen Kugel und Büchse durch
Verformung des Gummis ohne irgendwelches Gleiten zwischen Gummi und Kugel sowie
der Büchse möglich sind. Die Verformung des Gummis ist dabei in der Nähe der Büchsenöffnung,
durch welche die Stange der Kugel hindurchgeführt wird, stärker als im übrigen Teil
des Gummis, um der Bewegung der Kugel entgegenzuwirken, wenn diese aus der Büchse
herauszutreten sucht. Dieser Verformungszustand des Gummis in der Nähe der Büchsenöffnung
wird dadurch erzielt, daß inan den Gummi zusammenpreßt und somit bewirkt, daß er
sich während der Herstellung der Verbindung vom freien Ende der Kugel weg nach der
Stange dieser Kugel verlängert. Für gewisse Verwendungszwecke, bei denen eine beträchtliche,
auf die Kugel wirkende Kraft bestrebt ist, diese aus der Büchse herauszuziehen,
ist ein sehr starker Verformungszustand des Gummis in der Nähe der Büchsenöffnung
besonders wichtig. Auf Grund dieser Erkenntnis besteht der Gegenstand der vorliegenden
Erfindung aus einem Gelenk, bei dem diese Art der Verformung durch die besondere
Konstruktion der Teile und deren Zusammenbau zustande kommt.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung an einem Kugelgelenk
der vorerwähnten Art, durch welche die Verformung des Gummis in der Nähe der Büchsenöffnung
im Falle einer beträchtlichen Beanspruchung begrenzt wird, um auf diese Weise ein
Gleiten zwischen dem Gummistück und der Kugel bzw. der Büchse zu vermeiden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich laus der
nachfolgenden Beschreibung derselben.
Abb. i der Zeichnung, die
lediglich Ausführungsbeispiele darstellt, zeigt im Aufriß und Teilschnitt einen
Gelenkmechanismus mit zwei Kugelgelenken nach der Erfindung; Abb. 2 ist ein Schnitt
nach der Linie A-B der Abb. i und zeigt die Ausführungsform des Gestänges; :Ablr.
3 ist ein Schnitt und zeigt eine bevorzugte Ausfiihrmigsform des geformten Gummistückes
im unverformten Zustand; Abb. q. zeigt, wie das Einsatzstück der Abb. 3 mit der
Kugel des Gelenks verbunden wird; Abb. 5 zeigt, wie die Kuge? und das Gummieinsatzstück
in der Gelenkbüchse miteinander verbunden werden; Abb.6 zeigt den Haltebügel, durch
welchen die Kugel und das Gummistück während des Verschließens des offenen oder
rückwärtigen Endes der Büchse in der Verbindungsstellung zusammengehalten werden;
Abb. 7 zeigt, wie sich die Kugel und die Büchse nach der Erfindung unter Belastung
verhalten; Abb.8 ist ein Schnitt nach der Linie C-D der Fig. i und zeigt die vom
Boden der Büchse angenommene Form.
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Ein Blick auf die Zeichnung und insbesondere Abb. i zeigt, daß das
Kugelgelenk nach der Erfindung beispielsweise als Teil eines allgemein mit io bezeichneten
Gestänges dargestellt ist, das an jedem Ende ähnliche Kugelgelenke aufweist, die
allgemein mit i i bezeichnet sind. Die dargestellte besondere Ausführungsform des
Gestänges ist zur Verbindung des Armes eines Stoßdämpfers mit Drehflügel mit dem
Untergestell bzw. mit der Radachse eines Kraftwagens bestimmt, aber dieses Kugelgelenk
kann selbstverständlich auch für andere Zwecke verwendet werden.
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Das Gestänge io besteht aus einem Hauptstück aus Metallblech 12, das
als Streifen ausgebildet ist, dessen Enden durch eine Stanzarbeit die Form von Pfannen
erhalten. Die Höhlungen oder Pfannen 13 besitzen in ihrem Bodenteil halbkugelförmige
Wände 14, die mit einer mittleren Öffnung 15 versehen sind, durch welche die Stange
16 eines kugelförmigen Elementes 1 7 beim fertigen Gelenk hindurchgeführt wird.
Ein geformtes ringförmiges Gummieinsatzstück 18 umgibt die Kugel in der Höhlung
oder Pfanne und befindet sich in einem Zustand beträchtlicher Verformung, wie weiter
unten beschrieben wird. Ein getrennter, ebenfalls aus seiner natürlichen Gestalt
verformter Pfropfen i9 aus Gummi ist auf dem oberen oder freien Ende der Kugel 17
und auf dem oberen Rand des Teiles 18 angeordnet und durch eine Verschlußplatte
20 festgehalten.
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Bei der dargestellten Ausführungsform des Gestänges erstreckt sich
die Verschlußplatte 20 über die ganze Länge des Gestänges io und wird durch den
auf seinem ganzen Umfang umgebördelten Rand 21 des Gestänges 12 festgehalten.
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Abb. 3 zeigt im natürlichen Zustand die bevorzugte Ausführungsform
des geformten Gummistücks 18; es ist zu bemerken, daß dieses Stück im wesentlichen
hall)kugelförmig ist und in seinem Boden ein Loch 2.4 aufweist, dessen Durchmesser
kleiner ist als der Durchmesser der Kugelstange 16. Es ist ferner zu bemerken, daß
die Wandstärke des Gummistückes 18 im natürlichen Zustande wesentlich größer ist
als die Wandstärke desselben Stückes im fertigen Gelenk, wie Abb. 5 und 7 zeigen.
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Zunächst wird das Gummistück 18 auf die Kugel 17 vorzugsweise dadurch
aufgezogen, daß man eine kegelförmige, in der Abb. d gestrichelt dargestellte Hülse
26 aus Blech auf die Kugelstange aufsetzt und diese Stange mit ihrer Hülse 26 mit
Gewalt durch das Loch 24 des Stückes 18 so weit hindurchdrückt, bis dieses Stück
die in Abl). ,4 gezeigte Stellung einnimmt. Es ist zu bemerken, daß sich der Gummi
des Stückes 18 infolge dieser anfänglichen Verbindungsarbeit in der Nähe der Stange
16 der Kugel 17 in der Richtung des Umfanges der Kugel und der Stange wesentlich
verlängert hat. Dieses hat zur Folge, daß das Einsatzstück auf die Kugel, und zwar
'auf die Oberfläche in der Nähe der Stange fest drückt und daß infolge seiner Spannung
und weil der Durchmesser des Loches geringer ist als der Durchmesser der Kugel jede
weitere Gleitbewegung des Gummistückes 18 auf der Kugel 17 gegen das frei liegende
Ende der letzteren zu sowohl während der folgenden Verbindungsarbeiten als auch
bei der Verwendung des Gelenkes verhindert wird.
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Nachdem die Teile in der Stellung nach Abb. q miteinander verbunden
worden sind, wird die Hülse 26 entfernt und die Kugel mit dem damit verbundenen
Stück i8 in die Höhlung oder Büchse ii dadurch eingesetzt, daß man sie fnit Gewalt
mittels eines kegel- oder trichterförmigen Führungselementes 27 (s. Abb. 5) eindrückt,
das auf den Durchmesser der Pfanne 13 paßt. Man kann die Kugel 17 und das damit
verbundene Stück 18 entweder in das Führungselement 27 einschieben oder sie durch
dieses Element hierdurch und in die Büchse 13 hineinziehen, bis die Teile im wesentlichen
die in Abb. 5 gezeigte Stellung einnehmen. In dieser Stellung kann der Mittelpunkt
der Kugel mit der Mitte der halbkugelförmigen Wand 14 der Büchse zusammenfallen,
aber bei dieser Arbeit und aus Gründen, die weiter unten angegeben sind, wird die
Kugel von oben nach unten bis zu einem geringen Abstand über diesen Punkt hinausgeschoben.
In beiden Fällen und wenn die Kugel und das Einsatzstück 18 so eingesetzt worden
sind, werden diese vorübergehend in dieser Verbindungsstellung in beliebiger Weise,
z. B. mittels eines gabelförmigen Elementes 29 (Abb.6) festgehalten, das durch Gleiten
in eine Stellung gebracht wird, in der es die Stange 16 der Kugel umgibt und mit
dem unteren Ende der Büchse 13 und einer Schulter 3o der Stange in Berührung kommt,
um ein Verschieben der Kugel nach dem oberen offenen Ende der Büchse zu verhindern.
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Es ist zu bemerken, daß das Gummistück 18 während der oben beschriebenen
Verbindungsarbeit eine wesentliche Verringerung in seiner Wandstärke erleidet und
der Gummi sich verformt und in der Richtung nach der Achse der Kugel und der Stange
gegen das obere freie Ende der Kugel zu fließt. Dieses Fließen bzw. diese Verlängerung
des
Gunilnis erfolgt migef:ihr vollständig in der Richtung von unten
nach oben (Abb. 5) ; denn es ist zu heinerken, dal3 sich (las untere Ende des Gummistückes
in @\I)b. 5 tulgef:ilir in derselben Lage wie in \b1). I geg(@nüber der Ktigel
17 befindet. Diese Lage ist vttrtcilhaft, weil sich daraus in dein GummistÜck
ein Spannung";- bzv:. Verfortnungszustand ergibt, (ler in der Nähe der Üffnung 15
der 13iicllse 13 günstiger ist, als wenn das Flielien des Gummis in der anderen
Richtung erfolgt wäre. Es ist ferner zu betnerkeii, dal3 der Gtinmii in dem "heil,
der sich in der N:illc des auf (1er Stangenseite befindlichen Kugelendes l)efin(let,
einen größeren Verforniungsgrad erleidet als in dein Teil, der sich über dem 1Tittelltunkt
der Kugel befindet (s. Alilt. 5), weil die I@üclise 13 oberhalb des Mittelpunktes
der Kugel zYliiidrisch ausgebildet ist. Es ist außerordentlich @@ ichtig, daß der
Teil des Gunnnistückes, der reit der Italltkugclfürmigen \\'all(1 t- der 13iiclis(#
in l3erührtiiig stellt, st:irl;er angespannt wird als der Gutnnti, der finit dein
frei liegenden Kugelende in Berührting stellt, utn einer Bewegung der Kugel nach
(1,t- (iffnung 1,5 entgegenzuwirken und tun den Um-s -tand auszugleichen,
(1a13 die finit dein Kugelende auf der Stallgellseite in 13eriihrung befindliche
Gummiolicrflüche kleiner ist als diejenige, die im fertigen Gelenk mit dein genannten
frei liegenden Ende in l@erührung steht.
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Nachdetn die @tigel lind das Gunlinistück in der Stellung flach Alil>.
5 eingesetzt worden sind, in der sie durch die Galten 29 festgehalten werden, bringtnian
den (@tiinniil)fropfen 19 in das offene obere Ende der pfannenförinigen Büchse
und schiebt dann die Verschlußplatte 20 ,llit Gewalt in ihre Stellung und hält sie
in ihrer endgültigen Verbindungsstellung fest, bis sie dadurch dauernd befestigt
wird, daß inan (ien Land 21 des @@St:ingeS t 2 Umbö rdelt und auf ge lialinte Platte
feststaucht.
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I?s ist vorteilhaft, daß die O_uerschnittsoberfläche des Pfropfens
i9 ini natürlichen Zustande kleiner ist als die Oberfläche des oberen offenen Endes
der Büchse 13 und daß dessen anfängliche Wandstärke eitle solche ist, daß genannter
Pfropfen t9 nach AnbrItigung der Verschlußplatte 20 derart verformt wird, dali dessen
N\'andstärke wesentlich abnimmt, während seine Querschnittsoberfläche größer wird.
1)1e Verringerung der Querschnittsoberfläche des Pfropfens i< im freien Zustande
kann dadurch erhalten werden. (laß man entweder ein mittleres Loch 32 1111 Pfropfen
vorsieht, wie die Zeichnung zeigt, oder dein Pfropfen einen Außendurchmesser gibt,
der kleiner ist als der Durchmesser des oberen offenen Endes der pfannenförinigen
Büchse. In beiden Fiillen kann sich der Pfropfen während des Zusainulenbaues des
Gelenkes -,wesentlich verformen, u11(1 infolge seines 13estrebetis, seine natürliche
Form wieder allztinehmen, übt er einen elastischen Druck auf die Kugel u11(1 auf
den olleren Rand des Stückes 18 aus.
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\\'enn der Pfropfen ungefähr den gleichen @ußen-(itirchillesser tcie
(las obere offene Ende der 13üclise Besitzt tilld finit denn mittleren Loch 32 versehen
ist. sind ]in natürlichen Ztistatide des Pfropfens dessen Wandstiirke und der Durchmesser
des Loches 32 größer, wie in Al)]). 5 gestrichelt gezeigt, als wenn die Verschlußplatte
in ihrer endgültigen Stellung angebracht ist.
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Nach Anbringung des Pfropfens i9 und der Verschlußplatte 20 kann nnan
die vorübergehend verwendete Haltegabel 29 entfernen.
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Die Anbringung des Pfropfens i9 und der Deckplatte 2o kann erleichtert
werden, wenn der Mittelptitikt der Kugel 17 in der obenerwähnten Weise vorübergehend
nach der Öffnung 15 der Buchse 13 Tiber den Mittelpunkt der halbkugelförmigen Wand
t4 der Büchse hinausgeschoben und durch die Gabel 29 in dieser vorübergehenden Lage
gehalten wird. Verfährt inan nämlich in dieser Weise, so kehrt der Mittelpunkt der
Kugel nach Entfernung der Haltegabel 29 in eine Lage zurück, die itn wesentlichen
nii.t derjenigen des Mittelpunktes der halbkugelförmigen \\'a11(1 t4 zusammenfällt,
wodurch das Zusammendrücken und (las Verformen des Pfropfens i9 erhöht werden.
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Es verstellt sich von selbst, daß die besondere dargestellte Form
des Gestänges io in Verbindung mit dein ollen beschriebenen Kugelgelenk nicht wesentlich
ist und daß die Büchse 13 aus irgendeinem anderen -Material bestehen und in jeder
anderen Weise ausgebildet werden kann, vorausgesetzt, daß sich das gewählte Material
für diesen Zweck eignet. Desgleichen ist es auch nicht nötig, daß das obere offene
Ende der Büchse 13 durch eine Verschlußplatte 20 von der beschriebenen Art abgeschlossen
wird, es kann auch durch irgendein anderes gewöhnliches Mittel oder einen beliebigen
geeigneten Mechanismus verschlossen werden, ohne daß das Arbeiten des Gelenks selbst
hierdurch beeinflußt wird.
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Das fertig zusammengesetzte Gelenk ermöglicht es der Kugel und ihrer
Stange, eine im wesentlichen universale Bewegung gegenüber der Büchsenachse auszuführen,
und es kann ziemlich hohen Beanspruchungen widerstehen, ohne daß irgendein Gleiten
zwischen dem Gummieinsatzstück einerseits und der Kugel bzw. der Büchse andererseits
entsteht. Es ist in dieser Beziehung zu bemerken, daß das Gummistück in der Nähe
der Kugelstange auf dem Umfang eine ziemliche hohe Spannung erfährt, die auf die
Vergrößerung der Öffnung 24 dieses Stül<-kes zurückzuführen ist. Es ergibt sich
daraus, daß das Gummistück auf die Kugel eine zunehmende Spannkraft ausübt, wodurch
die geringere Ausdehnung der Berührungsfläche mit der Kugel gegenüber derjenigen
der Berührungsfläche mit der halbkugelförmigen Wand 14 ausgeglichen wird.
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Wenn das Gelenk einer Beanspruchung widerstehen soll, die senkrecht
zur Achse der Stange 16 wirkt, so ist die Wandstärke des Gummistückes bestrebt,
auf der einen Seite ab- und auf der anderen Seite zuzunehmen. Auf diese Weise ist
es möglich, eine beträchtliche Veränderung der Wandstärke dieses Stückes ohne irgendwelches
Gleiten zwischen der Oberfläche dieses Stückes einerseits und den Oberflächen der
Kugel und der Büchse andererseits zu bewirken. In gewissen Fällen findet tnan jedoch,
(1a13, wenn (las Gelenk einen äußerst heftigen Stoß
erleidet oder
wenn eine Überlastung in der Pfeilrichtung 34 (Abb. 7) entsteht und insbesondere
wenn die Kugelstange mit der Büchsenachse eineu \N'inkel macht, wie diese Abbildung
zeigt, der auf das Gunimistiick 18 ausgeübte Druck genügend groß sein kann, um ein
Gleiten zwischen diesem Stück einerseits und der Kugel oder der Büchse andererseits
und infolgedessen eine dauernde Verschiebung des Mittelpunktes der Kugel gegenüber
seiner normalen Lage zu bewirken. Unter diesen Bedingungen kann die Kugel 17, wenn
die Öffnung 15 groß genug ist, vollständig aus der Büchse herausgezogen werden,
aber jedenfalls wird die freie Schwingungsbewegung der Kugelstange gegenüber der
Büchse behindert, weil sie eine dauernde Verschiebung der normalen Achse der Stange
16 hervorruft und sie vom Mittelpunkt der Büchsenöffnung 15 entfernt.
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Um dieser Schwierigkeit abzuhelfen, wird erfindtingsgemäß eine ringförmige
vorspringende Schulter 36 von größerem Durchmesser auf der Kugel um den Fuß der
Kugelstange angeordnet, wobei der Vorsprung dieser Schulter von der Kugeloberfläche
aus vorzugsweise etwas größer ist als die Hälfte des Unterschiedes zwischen dem
Kugelhalbmesser und der Innenfläche der halbkugelförmigen Wand 14 der Büchse und
wobei die Schulter dazu bestimmt ist, die Verschiebung des Kugelmittelpunktes gegenüber
dem Mittelpunkt der halbkugelförmigen Wand 14 auf die größte Verschiebung zu begrenzen,
die entstehen kann, ohne Gleiten und eine Dauerverschiebung des Gummistückes gegenüber
der Kugel bzw. der Büchse zu bewirken.
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Die Öffnung 15 der Büchse 13 kann entsprechend der Bewegung, die die
Kugel und ihre Stange gegenüber der Büchsenachse in dem besonderen in Frage kommenden
Fall ausführen sollen, eine beliebige Form erhalten. Es ist vorteilhaft, daß diese
Öffnung so klein als möglich ist, und infolgedessen erhält der Umfang der Öffnung
zweckmäßig eine solche Form, daß die Kugelstange in ihrer äußersten Winkelstellung
und in einer beliebigen Richtung mit diesem Umfang fast in Berührung kommt. Hieraus
ergibt es sich, daß die Öffnung 15 in gewissen Fällen eine unregelmäßige Form erhalten
kann, wie Abb. 8 zeigt. Bei der Kugelgelenkkonstruktion nach der Erfindung ist es
möglich, daß die Öffnung 15 klein genug ist, um zu verhindern, daß die Schulter
36 in einer beliebigen Stellung der Kugelstange 16 durch diese Öffnung hindurchgeht.
Für gewöhnlich hat jedoch die Schulter 36 einen Durchmesser, der klein genug ist,
damit sie durch diese Öffnung hindurchgehen kann. Dieses verringert ihre Zweckmäßigkeit
in keiner Weise, da der einzige Fall, in welchem eine auf das Gestänge wirkende
Zugwirkung bestrebt sein kann, die Kugel aus der Büchse heraustreten zu lassen,
derjenige ist, bei welchem die Kugelstange 16 einen gewissen Winkel mit der Büchsenachse
macht, wie Abb. 7 zeigt. Wenn die Teile diese gegenseitige Stellung einnehmen, so
dringt die Schulter 36 in das Innere der halbkugelförmigen Wand ein und gelangt
dadurch in eine Stellung, in welcher sie mit der Wand 14 in unmittelbarer Berührung
steht, so daß die Zusammendrückung des Gummistückes auf der rechten Seite (Abb.
7) und die Bewegung der Kugel außerhalb der Büchse selbst dann begrenzt \\ erden,
wenn der Durchmesser des Fensters größer ist als der Durchmesser der Schulter und
der Kugel.
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Es versteht sich von selbst, daß die Anwendung einer Schulter 36,
die mit der halbkugelförmigen Wand der Büchse in unmittelbare Berührung kommt, sich
nicht auf die besondere Ausführungsform des Kugelgelenkes nach der Erfindung beschränkt,
sondern daß sich diese Schulter auch für andere Ausführungsformen von Kugelgelenken
eignet.
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Das Guinmieinsatzstück. <las zwischen Kugel und Büchse eingesetzt
wird, besteht ebenso wie der Pfropfen i9 zweckmäßig aus Guinini finit einer Härte
von 6o bis 65 Einheiten firn Härtemesser, jedoch kann diese Härte zwischen 50 1111d
70 Einheiten schwanken. Es ist auch möglich, den Verdrehungsgrad des mit
der halbkugelförmigen Wand i4 in Berührung befindlichen Gummistückes zu verändern,
aber dieses Stück erleidet eine wesentliche Verminderung seiner Wandstärke, tun
jedes Gleiten zwischen diesem Stück einerseits und der Kugel bzw. der Büchse andererseits
zu vermeiden. Der Pfropfen i9 erleidet, wenn er auch in ähnlicher Weise verformt
wird, eine geringere Verformung als der mit der halbkugelförmigen Wand in Berührung
stehende Teil des Gummistückes, um die größere Berührungsfläche am frei liegenden
Ende der Kugel zu berücksichtigen.
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Die Gelenke nach der Erfindung können starke Belastungen ertragen
und einer großen Winkelbewegung der Kugel gegenüber der Büchse ohne jede Reibung
und jedes Gleiten z-,vischen dem Gummi und den Metallteilen widerstehen. Ferner
können sie starken Überlastungen standhalten, ohne daß die Kugel aus der Büchse
heraustritt und ohne daß der Mittelpunkt der Kugel dauernd gegenüber dem Mittelpunkt
der Büchse verschoben wird.
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Bei den beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen sind die
Kugel und die Wand auf dem Boden der Büchse kugelförmig ausgebildet, jedoch versteht
es sich von selbst, daß der eine oder andere dieser Teile oder auch beide zusammen
eine andere als die genau kugelförmige Ausbildung erhalten können, ohne daß die
Vorteile dieser Ausführungsform verlorengehen.