DE9304897U1

DE9304897U1 - Kugelgelenk

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Publication number: DE9304897U1
Application number: DE9304897U
Authority: DE
Original assignee: Pc Turck & Co Kg 5880 Luedenscheid De GmbH
Current assignee: Pc Turck & Co Kg 5880 Luedenscheid De GmbH
Priority date: 1993-03-31
Filing date: 1993-03-31
Publication date: 1993-06-03
Anticipated expiration: 2003-04-01
Also published as: CZ290994A3; WO1994023218A1; EP0643809A1; BR9404796A; JPH07507622A; US5551791A

Description

Patentanwälte \. .■■.
Dipl.-ing. Harald Ostriga Dipl.-ing. Bernd Sonnet

Wuppertal-Barmen · Stresemannstraße 6-8

Zugelassen beim Europäischen Patentamt

Patentanwälte Ostriga & Sonnet · Postfach 201327 ■ D-5600 Wuppertal 2

S/g

Anmelderin: P.C. Turck GmbH & Co. KG

Altenaer Str. 16-18
10

5880 Lüdenscheid

Bezeichnung

der Erfindung: Kugelgelenk

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kugelgelenk entsprechend den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Derartige Kugelgelenke werden u.a. im Fahrzeugbau verwendet, beispielsweise an Lenkungssystemen für Kleinlaster, Omnibusse und Lastkraftwagen. Um das Gelenk spielfrei zu halten, ist als Druckfeder eine kegelförmige Schraubenfeder zwischen dem Verschlußdeckel und der oberen Kugelschale angeordnet. Das betriebsmäßig maximale Spiel zwischen einander gegenüberliegenden Flächen dieser beiden Teile liegt in der Größenordnung von nur 0,4 mm. Dieser Abstand ist erforderlich, damit das Gelenksystem bei Einwirkung von insbesondere stoßartigen Belastungskräften nachgeben kann. Dabei entsteht aber durch die Metall-auf-Metall-Berührung zwisehen oberer Kugelschale und Verschlußdeckel jedesmal ein klackendes Geräusch, was als sehr störend empfunden wird.

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P.C. Turck GmbH & Co. KG

Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, ein Kugelgelenk der im Oberbegriff des Anspruches 1 näher umrissenen Art zur Verfügung zu stellen, bei dem mit einfachen Mitteln gewährleistet ist, daß im Betrieb keine störenden Geräusche auftreten können.

Die Erfindung löst diese Aufgabe in erster Linie und im wesentlichen dadurch, daß die obere Kugelschale selbst als Druckfeder nach Art einer Tellerfeder ausgebildet ist und ständig in unmittelbarem Kontakt sowohl mit dem Verschlußdeckel als auch mit der Kugel ist.

Da die Druckfeder in ständigem Kontakt sowohl mit dem Verschlußdeckel als auch mit der Kugel steht, können betriebsmäßige Kräfte nur zu einer Verformung der Druckfeder führen, nicht aber dazu, daß zwei Teile, die zuvor nicht in Anlage gewesen sind, nunmehr aneinanderschlagen. Ein wesentlicher weiterer Vorteil besteht in der vereinfachten Auslegung und in der Einsparung eines Bauteils, denn die obere Kugelschale ist nach der Erfindung selbst als Druckfeder ausgebildet, so daß die konische Schraubendruckfeder bisher benötigter Art in Fortfall gelangt. Das eingangs genannte Ziel der Erfindung wird also nicht etwa durch zusätzliche Teile, sondern sogar unter Einsparung eines Bauteils erreicht.

Während beim Stand der Technik die Kugelschale lediglich durch die Schraubenfeder druckschlüssig am Platze gehalten ist, wird entsprechend der Erfindung vorgeschlagen, die obere Kugelschale an ihrem Außenrand mittels des Gehäuses klemmschlüssig eingespannt an dem Verschlußdeckel zu halten. Eine derartige Anordnung läßt sich vergleichen mit

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einer, allerdings tellerförmigen, einseitig eingespannten Blattfeder.

Zweckmäßig ist es, wenn die obere Kugelschale segmentiert ist, und zwar vorzugsweise dergestalt, daß die obere Kugelschale mittels radialer, sich von ihrem Zentrum aus bis nahe an den umlaufenden Rand erstreckenden Einschnitten versehen ist. Aufgrund der Segmentierung ist die Verformung der tellerfederartigen Kugelschale bzw. ihrer Segmente ohne innere Verspannung zuverlässig gewährleistet.

Die obere Kugelschale ist vorzugsweise glockenartig geformt zwischen Verschlußdeckel und Kugel vorgespannt eingebaut.

Ein weiteres, besonders vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Segmente der oberen Kugelschale Biegeabschnitte aufweisen bzw. ausbilden, die die Kugel entlang einer im wesentlichen kegelstumpfmantelförmigen Einhüllenden tangieren und den Außenseiten dieser Biegeabschnitte eine im wesentlichen ebenfalls kegelstumpfmantelförmigen Stützfläche des Verschlußdeckels zugeordnet ist, deren Kegelwinkel jedoch geringfügig größer ist als der Kegelwinkel der Biegeabschnitte, wobei bevorzugt die Anordnung so getroffen ist, daß die verschlußdeckelseitige Stützfläche leicht konvex in Bezug auf die Biegeabschnitte der oberen Kugelschale verläuft, derart, daß bei zunehmender Belastung die Kontaktanlage der oberen Kugelschale bzw. jedes ihrer Segmente an dem Verschlußdeckel zur Einspannung hin wandert. Hierdurch wird eine kraftabhängig progressivere Federkennlinie erzielt, mit der Folge, daß die Federrückstellkraft infolge des sich stetig verringernden Hebel-

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arms der Feder um so stärker wird, je höher die auf die Feder einwirkenden Kräfte sind. Damit wird auch erreicht, daß die von der Feder zu fordernden Federwege gering gehalten werden können.
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Im übrigen versteht sich die Erfindung am besten anhand eines nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläuterten Ausführungsbeispiels. In den Zeichnungen zeigen:
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Fig. 1 einen Schnitt durch ein Kugelgelenk entsprechend der Erfindung,

Fig. 2 die als tellerartige Druckfeder ausgebildete obere Kugelschale in Ansicht,

Fig. 3 einen stark vergrößerten Ausschnitt des Kontaktanlagebereichs zwischen oberer Kugelschale und Verschlußdeckel in normal belasteter Ausgangsstellung und

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung unter erhöhter Krafteinwirkung.

Ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Kugel- oder Kugelschalengelenk umfaßt zunächst ein geschmiedetes Gehäuse 11 mit daran angeformtem Anschlußstück 12 z.B. für eine Spurspange od.dgl. eines Lenkungssystems für Fahrzeuge. Das zweite Hauptteil des Kugelgelenks 10 besteht aus einer Kugel 13 mit Kugelzapfen 14 und zugehörigem Anschlußstück 15. Zur gleitgelagerten Halterung der Kugel 13 im Gehäuse 11 sind eine untere Lagerschale 16 und eine obere Lagerschale

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17 vorgesehen, wobei die untere Lagerschale 16 die Kugel 13 im wesentlichen unterhalb ihres Äquators 18, also dem Kugelhals 19 benachbart umschmiegt und die obere Lagerschale 17 am Kugelkopf 20 anliegt. Der Hohlraum 21 ist nach außen hin mittels eines Verschlußdeckels 22 verschlossen. Dieser wird in klemmschlüssigem Verbund mit dem Rand 23 der oberen Kugelschale 17 vom Gehäuse 11 gehalten, indem dessen oberer Rand 24 über den Rand des Verschlußdeckels 22 nach einwärts gewalzt ist.
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Der Vollständigkeit halber ist noch mit 25 eine balgartige Gummidichtung bezeichnet, die mit Hilfe eines Spannringes 26 am Gehäuse 11 befestigt ist.

Die Besonderheit des neuen Kugelgelenks 10 besteht darin, daß die obere Kugelschale 17 zugleich als Druckfeder ausgebildet ist und in ständiger druckschlüssiger Anlage sowohl unter dem Verschlußdeckel 22 als auch auf dem Kugelkopf 20 liegt. Die obere Kugelschale 17 besitzt weitestgehend die aus Fig. 1 ersichtliche Form und ist in Ansicht (Fig. 2) im wesentlichen tellerförmig ausgebildet. Sie weist einen durchgehend umlaufenden Rand 23 auf und ist mittels radialer Einschnitte 27, die sich im Zentrum 28 treffen, in einzelne Segmente 29 unterteilt. Diese Segmente 29 bilden also voneinander abgegrenzte Federzungen nach Art einseitig eingespannter Blattfedern aus. Jedes Segment 29 stützt sich mit seiner Spitze 30 unter einem mittleren Bereich des Verschlußdeckels 22 ab. Jedes Segment 29 ist in der Hauptsache zwischen dieser Anlagestelle und einer versteifenden Umbiegungszone 31 elastisch verformbar. Dies ist der eigentliche Biegeabschnitt 32 jeder Federzunge 29, der, wie Fig. 1 zeigt, die Kugel entlang einer im wesentlichen

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kegelstumpfmantelförmigen Einhüllenden tangiert. Den Außenseiten dieser Biegeabschnitte 32 ist - siehe insbesondere Fig. 3 und 4 - eine ebenfalls kegelstumpfmantelförmige Stützfläche 33 des Verschlußdeckels 22 zugeordnet. Der Kegelwinkel, in dem die Kontaktflächen der Federzungen 32 angeordnet sind, ist in Fig. 3 mit &agr; bezeichnet, der Kegelwinkel der angrenzenden Stützfläche 33 mit ß. Dieser ist geringfügig größer als &agr;, so daß zwischen den kontaktierbaren Flächen ein schmaler, im wesentlichen keilförmiger Spalt 34 verbleibt. Außerdem ist die Stützfläche 33 leicht konvex in Bezug auf die Biegeabschnitte 32 der oberen Kugelschale 17 verlaufend ausgebildet. Dadurch ergibt sich, daß bei zunehmender Belastung (Fig. 4 gegenüber Fig. 3) die Kontaktanlage 35 (Fig. 3) zur Einspannung (am Rand 23) nach 35' (Fig. 4) hin wandert. Damit verkürzt sich mit ansteigenden Kräften der Federweg mit der Folge, daß die Progressivität der Federkennlinie der Biegeabschnitte 32 stärker zunimmt als es bei einer nur einseitigen Anlage (also bei ortsunveränderlicher Anlage 35 entsprechend Fig. 3) der Fall wäre. Also ist die Rückstellkraft der Kugelschalen-Feder 17 umso stärker, je stärker die auf die Federanordnung einwirkenden Kräfte anwachsen.

Die dargestellte und beschriebene Anordnung ist, wie insbesondere Fig. 1 erkennbar macht, konstruktiv sehr einfach, im Betrieb geräuschlos und überdies noch bauteilärmer gestaltet als der Stand der Technik, bei dem eine zusätzliche Schraubendruckfeder zwischen dem Verschlußdeckel 22 und der starren, nicht als Feder ausgebildeten oberen Kugelschale 17 angeordnet ist.

Claims

P.C. Turck GmbH & Co. KG Ansprüche

1. Kugelgelenk, im wesentlichen bestehend aus einer am Ende eines Kugelzapfens angeordneten Kugel, einer dem Kugelhals benachbarten unteren Kugelschale und einer dem Kugelkopf zugeordneten oberen Kugelschale, die die Kugel gleitbeweglich zwischen sich fassen, einem Kugel und Kugelschalen sowie einen Verschlußdeckel umschließenden Gehäuse und einer die Kugelschalen und die Kugel in Anlage haltenden, sich unter dem Verschlußdeckel abstützenden Druckfeder, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Kugelschale (17) selbst als Druckfeder nach Art einer Tellerfeder ausgebildet ist und ständig in unmittelbarem Kontakt sowohl mit dem Verschlußdeckel (22) als auch mit der Kugel (13) ist.

2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Kugelschale (17) an ihrem Außenrand (23) mittels des Gehäuses (11) klemmschlüssig eingespannt mit dem Verschlußdeckel (22) gehalten ist.

3. Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Kugelschale (17) segmentiert ist.

4. Kugelschale nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Kugelschale (17) mittels radialer, sich von ihrem Zentrum (28) aus bis nahe an den umlaufenden Rand (23) erstreckenden Einschnitten (27) versehen ist.

5. Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Kugelschale (17)

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glockenartig geformt zwischen Verschlußdeckel (22) und Kugel (13) vorgespannt eingebaut ist.

6. Kugelgelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (29) der oberen Kugelschale (17) Biegeabschnitte (32) aufweisen bzw. ausbilden, die die Kugel (13) entlang einer im wesentlichen kegelstumpfmantelförmigen Einhüllenden tangieren und den Außenseiten dieser Biegeabschnitte (32) eine im wesentlichen ebenfalls kegelstumpfmantelförmigen Stützfläche (33) des Verschlußdeckels (22) zugeordnet ist, deren Kegelwinkel (ß) jedoch geringfügig größer ist als der Kegelwinkel (&agr;) der Biegeabschnitte (32).

7. Kugelgelenk nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verschlußdeckelseitige Stützfläche (33) leicht konvex in Bezug auf die Biegeabschnitte (32) der oberen Kugelschale (17) verläuft, derart, daß bei zunehmender Belastung die Kontaktstelle (35) der oberen Kugelschale

(17) bzw. ihrer Segmente (29) an dem Verschlußdeckel (22) zur Einspannung (bei 23) hin wandert.