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Kugelgelenk für Zwecke aller Art, insbesondere für Lenkgestänge Die
Erfindung bezieht sich auf ein Kugelgelenk für Zwecke aller Art, insbesondere für
Lenkgestänge, bei welchem der Kugelkopf eines Bolzens zwischen Pfannenflächen in
einem Gehäuse ruht, und bezweckt die Schaffung eines Kugellagers, welches sich trotz
genauen Kugelsitzes durch einfache Herstellungsmöglichkeit und Bearbeitung bei der
Herstellung auszeichnet.
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Bei den bisher gebräuchlichen Kugellagern der \#orstehend erwähnten
Art liegt der Kugelkopf zwischen Pfannenflächen, die sich bis in die quer zur Bolzenachse
liegende Kugelmittenzone erstrecken. Die Herstellung von solchen Kugelgelenken mit
einer in der ganzen Pfannenfläche gleichmäßigen Toleranz gegenüber dem Kugelkopf
ist sehr schwierig.
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Es wurde nun gefunden, daß nach der Austrittsstelle des Kugelbolzens
zu die Toleranz des Kugelkopfes gegenüber der Pfanne abnimmt und etwa nur die Hälfte
der Toleranz wie in der Kugelmittenzone beträgt.
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Auf dieser Erkenntnis aufbauend, ist gemäß der Erfindung auf der der
Austrittsöffnung des Kugelbolzens zugewandten Seite der Kugel eine nur verhältnismäßig
schmale Pfannenfläche und für die quer zur Bolzenachse liegende Kugelmittenzone
eine zylindrische Ringfläche imGehäuse vorgesehen. Hierdurch ist ein Kugellager
geschaffen, welches eine aus herstellungstechnischen Gründen vergrößerte Toleranz
des Kugeldurchmessers im Raum der Pfannenfläche zuläßt, dennoch aber in der Mittenzone
der Kugel eine viel geringere Toleranz als bisher aufweisen kann, da sich eine solche
geringere Toleranz bei zylindrischen Flächen, z. B. durch Schleifen, Reiben oder
Dornen, viel leichter erreichen läßt als bei kugeligen Flächen. Die Folge
hiervon
ist, daß das erfindungsgemäße Kugelgelenk bei herstellungstechnischer Vereinfachung
höchsten Genauigkeitsanforderungen Rechnung tragen kann, denn einerseits kann eine
sehr genaue Kalotten oder Pfannenfläche die Kugel führen, und andererseits läßt
sich die Kugel in der Mittenzone vollkommen spielfrei halten. Ein Vorteil besteht
auch darin, daß die schmiertechnischen Verhältnisse günstiger sind, weil das Schmiermittel
die durch die neuartige Ausbildung der Kugelfassung im Gelenk gegebenen Hohlräume
ausfüllt und sich bei den geringsten Gelenkbewegungen verteilt.
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Die Kugelschmalpfanne läßt sich als Ring entsprechender Querschnittsform
in den Grund des Gehäuses einsetzen. Hierbei empfiehlt es sich, den Außenumfang
des Schmalpfannenringes zu rändeln. Die Rändelung gräbt sich beim Eindrücken der
Kugelschmalpfar@ne in das Gelenkgehäuse ein, wodurch die Pfanne einen festen Sitz
erhält und außerdem verhütet wird, daß sich die Pfanne unrund drückt, was bei sog.
zylindrischen Preßsitzen sehr leicht auftritt, weil die aufnehmende Bohrung aus
irgendwelchen Gründen unrund geworden ist und der einzusetzende Teil sich der Unrundheit
anpassen muß. Bei einer Rändelung dagegen tritt eine solche Anpassung an die Unrundheit
nicht ein, sondern dringen die Rändelzähne mehr oder weniger tief in die Wandung
ein, je nachdem es die Abweichung der aufnehmenden Bohrung von der Rundung erfordert,
ein Vorgang der sich mit der Wirkungsweise des Räumens vergleichen läßt.
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Es ist möglich, den Schmalpfannenring und den Zylinderring zu einem
in das Gehäuse einzusetzenden Ring zu vereinigen. Eine andere Ausführungsmöglichkeit
besteht darin, die Ringfläche durch einen besonderen, in das Gehäuse einzusetzenden
Zylinderring zu bilden. Der Zylinderring kann geschlitzt oder auch mehrfach unterteilt
sein. Letztgenannte Ausführungsmöglichkeiten lassen es zu, den Ring aus hochwertigerem
Werkstoff als die Kugelpfannen herzustellen. Außerdem kann.durch geeignete Wahl
der Ausführung die Wirkungsweise des Ringes erhöht werden, indem beispielsweise
der Ring die Kugel federnd umfaßt und hierdurch eine besonders innige kraftschlüssige
Verbindung mit der Kugel bewirkt.
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Auch eine unmittelbare Bildung der Schmalpfannenfläche an der Gehäuseinnenwand
kann nach der Erfindung vorgenommen werden. Hierbei kann die zylindrische Ringfläche
durch einen Einsatz oder gleichfalls unmittelbar durch die Gehäuseinnenwand gebildet
sein. Bei einer unmittelbaren Bildung der Schmalpfannenfläche an der Gehäuseinnenwand
und auch für den Fall einer gleichzeitigen unmittelbaren Bildung der zylindrischen
Ringfläche an der Gehäuseinnenwand ergibt sich noch der besondere Vorteil günstigerer
Verhältnisse für die Härtung mittels Brennstrahls oder auf elektrischem Wege, da
sich die Pfannenschmalfläche als Kleinfläche und ebenso die Zylinderfläche im Falle
ihrer unmittelbaren Bildung an der Gehäuseinnenwand einzeln oder gleichzeitig jede
für sich erwärmen und abhärten unddemzufolgezweisichelförmige kleinere Härteflächen
sich ergeben, deren Eindringtiefe nach Wunsch bestimmt werden kann, während bei
Gesamt- oder Großflächenhärtungen im Gelenkgehäuse sich in der Mitte der Flächenzone
eine tiefere Durchwärmung ergibt, die naturgemäß auch die Tiefe der Härtezone bestimmt.
Die Schmalpfannenfläche läßt sich außer durch Drehen, Schleifen od. dgl. sehr vorteilhaft
rollen oder prägen.
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Werden für das erfindungsgemäße Kugelgelenk Kugelbolzen mit durch
Rollen oder Prägen hergestelltem Kugelkopf verwandt, dann ist nach der Erfindung
die zum Verdrängen des Werkstoffes bei der Herstellung erforderliche Nutzung der
Kugel so vorgenommen, daß sich keine Nutöffnung auf die zylindrische Ringfläche
auswirkt. Auf diese Weise steht die Mittenzonenfläche der Kugel ohne Schmälerung
für die -Übertragung von quer zum Kugelbolzen geric'htetenKräfteii zur Verfügung.
Genannte Art der Nutüng ist insbesondere für Kugeln gedacht, welche entweder in
Richtung der Längsachse des Kugelzapfens geprägt oder radial zur Längsachse des
Zapfens gerollt werden.
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Die quer zur Bolzenachse verlaufende Umfangsnutung kann aus der an
die zylindrische Ringfläche zur Anlage kommenden :\littenzone der Kugel herausgelegt
sein. So läßt sich beispielsweise eine Nut oberhalb der zur Anlage kommenden Kugelmittenzone
vorsehen. Zweckmäßiger ist es jedoch, ober-und unterhalb der Kugelmittenzone eine
Umfangsnut vorzusehen.
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Wird eine in der Kugelmittenzoiie so mittig zur Kugelmittenzone liegende
Nut vorgesehen, dann ist die Nut nur so groß, daß sie durch den Roll- oder Prägevorgang
im wesentlichen geschlossen wird. Freilich kann in einem solchen Falle die Nut keine
schmiertechnilschen Funktionen mehr erfüllen.
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Eine andere Möglichkeit der Querumfangsnutung besteht darin, bei größer
gehaltenen Nuten in die Nut einen Ring geeigneter Härte zur Einbettung durch den
Roll- oder Prägevorgang einzulegen. Derartige Ringe können mehrfach vorgesehen sein.
Sie geben als zusätzlichen Vorteil eine erhöhte Verschleißfestigkeit an den Einlegestellen
und lassen es außerdem zu, den Kugelzapfen aus nur hochvergütetem Werkstoff herzustellen
und gehärtete Ringe in die Kugel einzulegen.
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Die Zeichnung veranschaulicht mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Abb. r läßt den unteren Teil eines Gelenkgehäuses in Teilansicht und
teilweise geschnitten im Aufriß erkennen; Abb. 2 gibt eine Abb. t entsprechende
Darstellung wieder, bei welcher der Pfannenschmalring und der Zylinderring für sich
getrennte Teile bilden; Abb.3 verdeutlicht geschnitten im Aufriß die eine Hälfte
eines Gelenkgehäuses mit an der Innenwand des Gehäuses gebildetem Pfannenschmalring
und Zylinderring; Abb. 4 zeigt im Aufriß in mehreren Ausführungsmöglichkeiten die
Nutung von durch Rollen oder Prägen bzw. Schleifen lierzustellendenKugelköpfen.
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Wie -die Zeichnung erkennen läßt, ist auf der der Austrittsöffnung
des Kugelzapfens zugewandten
Seite der Kugel i im Gehäuse 2 nur
eine verhältnismäßig schmale Pfannenfläche 3 und für die quer zur Bolzenachse liegende
Kugelmittenzone 4 eine zylindrische Ringfläche 5 im Gehäuse vorgesehen. Die Pfannenschmalfläche
erfaßt nur den mit 6 bezeichneten Kugelausschnitt.
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Gemäß Abb. i und 2 ist ein Pfannenschmalring 7 in das Gehäuse eingedrückt.
Dieser Pfannenschmalriiig weist einelZändelung 15 auf. Während inAbb. i der "Zylinderring
8 zur Bildung der Zylinderringfläche für die Anlage der Kugelmittenzone einstückig
mit dein Pfannenschmalring 7 ist, bildet in Abb. 2 ein besonderer, in das Gehäuse
eingesetzter Zylinderring die Anlageringfläche für die Kugelmittenzone.
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In Abb. 2 sind auch im Pfannenschmalring Schmiernuten 9 vorgesehen,
welche entweder eingeprägt oder ohne Auslauf eingefräst sind. Diesen Schmiernuten
können Umfangsschmiernuten io entsprechen, wie sie in Abb.4 gezeigt sind.
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Nach Abb. 3 ist die Pfannenschmalfläche 3 und die Zylinderringfläche
5 unmittelbar an der Innenwandung des Gelenkgehäuses vorgesehen. Die bei der Härtung
dieser Flächen mittels Brennstrahls oder auf elektrischem Wege in ihrer Tiefe sichelförmige
Härtezone ist mit i i bezeichnet.
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Bei durch Prägung in Richtung der Längsachse des Kugelzapfens oder
durch Rollen radial zur Längsachse des Kugelzapfens hergestellten Kugelköpfen ist
die Nutung der Kugel, welche zum Verdrängen des Werkstoffes bei der Herstellung
notwendig ist, so vorgenommen, daß keine Nutöffnung sich auf die zylindrische Ringfläche
5 auswirkt. Hierzu sind gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 4 entweder Nuten
12 quer zur Längsachse des Kugelzapfens vorgesehen, die oberhalb und unterhalb der
Berührungsfläche mit dem Zylinderring 8 liegen, oder es ist mittig zur Kugelmittenzone
eine Nut 13 mit einer so kleinen Öffnung vorgesehen, daß sich die Nut durch
Roll- oder Prägevorgang im wesentlichen schließt. Es ist auch möglich, Nuten mit
einer größeren öffnung vorzusehen, in welche ein Ring 14 geeigneter Härte eingelegt
ist, der sich durch den Roll- oder Prägevorgang in die Nut einbettet. Die Nuten
im Kugelkopf übernehmen auch Schmierfunktionen.