DE69830642T2

DE69830642T2 - Kugelgelenk

Info

Publication number: DE69830642T2
Application number: DE69830642T
Authority: DE
Inventors: Takahiro Furukawa-cho Oda; Keiichiro Furukawa-cho Suzuki
Original assignee: Somic Ishikawa KK
Current assignee: Somic Ishikawa KK
Priority date: 1997-12-12
Filing date: 1998-11-04
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2018-11-05
Also published as: JP3694581B2; EP0922869B1; US6152640A; DE69830642D1; JPH11173326A; EP0922869A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kugelgelenk mit einem Gehäuse, einem Kugelbolzen und einem Lagersitz. Am Kugelbolzen ist ein kugelförmiges Kopfteil integral ausgeformt, wobei ein bolzenförmiges Teil und der Lagersitz gleitbar das kugelförmige Teil des Kugelbolzens umschließen. Die Kombination aus Kugelbolzen und Lagersitz wird durch eine Öffnung in einer Innenkammer des Gehäuses untergebracht. Ein in die Innenkammer des Gehäuses eingebrachtes Schmiermittel ermöglicht, daß das kugelförmige Kopfteil innerhalb des Lagersitzes gleitet.
In der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 1995-269557 ist ein Beispiel für den oben beschriebenen Typ eines Kugelgelenks offengelegt.
Das in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 1995-269557 offengelegte Kugelgelenk umfaßt einen Lagersitz aus einem Material, das sowohl elastisch, als auch starr ist. Eine Vielzahl von Lastaufnahmeteilen und Vertiefungen sind an der Außenfläche des Lagersitzes ausgeformt, die der Innenkammer des Gehäuses gegenüberliegt. Die Lastaufnahmeteile und Vertiefungen sind im Wechsel und aneinander angrenzend angeordnet, wobei die Lastaufnahmeteile in Kontakt zum unteren Teil der Innenkammer des Gehäuses stehen. Die Kontaktpunkte zwischen den Lastaufnahmeteilen und dem unteren Teil des Gehäuses befinden sich in unterschiedlichen radialen Entfernungen von der Mitte des Lagersitzes. Die Vertiefungen befinden sich in einem bestimmten Abstand vom unteren Teil des Gehäuses entfernt.
Darüber hinaus umfaßt der Lagersitz ein gleitendes Teil und einen Zwischenraum, der an der inneren zylindrischen Oberfläche des Lagersitzes ausgeformt ist. Das gleitende Teil des Lagersitzes steht in Kontakt zum kugelförmigen Kopfteil des Kugelbolzens, während der Zwischenraum einen Abstand zwischen dem kugelförmigen Kopfteil und dem Lagersitz herstellt. Folglich umschließt der Lagersitz gleitbar das kugelförmige Kopfteil eines im Lagersitz befindlichen Lagerbolzens.
Der Lagersitz ist so in der Innenkammer des Gehäuses untergebracht, daß seine Lastaufnahmeteile in Kontakt zum unteren Teil des Gehäuses stehen. Der Kugelbolzen befindet sich im Lagersitz, wobei das kugelförmige Kopfteil an das gleitende Teil angrenzt. Die Lastaufnahmeteile und die gleitenden Teile bilden Vertiefungen und Abstände zwischen dem Gehäuse bzw. dem kugelförmigen Kopfteil. Eine auf das Kugelgelenk wirkende Last veranlaßt aufgrund der Präsenz der Vertiefungen und Zwischenräume eine elastische Deformierung des Lagersitzes. Die aus der Deformierung resultierende elastische Rückstellkraft läßt am kugelförmigen Kopfteil eine Schubenergie entstehen. Aufgrund der Schubenergie und der Elastizität des Lagersitzes kann das Kugelgelenk die Reibung ausgleichen, während es die Abmessungstoleranzen der Bauteile absorbiert. Darüber hinaus unterstützt die elastische Deformierung die Absorption schwerer Lasten, wodurch sich die Haltbarkeit des Kugelgelenks und seine Widerstandsfähigkeit gegen Lasten verbessert.
Bei dem in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 1995-269557 beschriebenen, konventionellen Kugelgelenk befindet sich mit Ausnahme des Zwischenraums die gesamte Oberfläche des Lagersitzes in engem Kontakt mit dem kugelförmigen Kopfteil. In dieser Konfiguration ist ein Schmiermittelfluß zwischen dem Lagersitz und dem kugelförmigen Kopfteil nur schwierig herzustellen. Deshalb besteht Bedarf an einer Konfiguration, bei der das Schmiermittel effizient fast über die gesamte Oberfläche zwischen dem Lagersitz und dem kugelförmigen Kopfteil verteilt werden kann. Diese Konfiguration sollte es ermöglichen, daß das kugelförmige Kopfteil aufgrund der erhöhten Schmierung leichter gleitet, gleichzeitig aber auch eine stabile Drehmoment- und Reibungskompensation erfolgt.
Die Schaffung eines Zwischenraums, der fast die gesamte Oberfläche des Lagersitzes einnimmt, ist unpraktisch. Während bei einer solchen Konfiguration das Schmiermittel fast über die gesamte Oberfläche zwischen Lagersitz und kugelförmigem Kopfteil verteilt werden kann, würde das kugelförmige Kopfteil innerhalb des Lagersitzes klappern. Außerdem wäre bei dieser Anordnung ein Reibungsausgleich und eine Absorption von Abmessungstoleranzen unmöglich.
Der Leser kann sich durch Bezugnahme auf die Offenlegungen EP 0 638 735 A und EP 0 675 296 A weiter über den Stand der Technik informieren. Der Anspruch 1 der vorliegenden Anmeldung ist durch die Bezugnahme auf die EP 0 638 735 A gekennzeichnet.
Zur Lösung des oben beschriebenen Problems besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung in der Vorstellung eines Kugelgelenks, das so gestaltet ist, daß ein Schmiermittel effizient fast über das gesamte kugelförmige Kopfteil verteilt werden kann. Dann kann das kugelförmige Kopfteil einfacher gleiten, ohne daß dies zu Lasten der Möglichkeiten des Kugelgelenks zur Reibungskompensation, zur Absorption von Abmessungstoleranzen sowie seiner Widerstandfähigkeit gegen Lasten geht.
Folglich wird mit der Erfindung ein Kugelgelenk nach Anspruch 1 vorgestellt.
Kurz zusammengefaßt, werden mit der vorliegenden Erfindung gleitende Kontaktteile auf einer Innenfläche eines Lagersitzes vorgestellt, die einen Kugelkopf eines Kugelbolzens in einem Gehäuse gleitbar unterstützen. Die Zwischenräume zwischen einem oder mehreren gleitenden Kontaktteilen enthalten Schmiermittelreserven. Die Lastaufnahmeteile an der Außenfläche des Lagersitzes, die dem Gehäuse gegenüberliegen, stützen ebenfalls die auf den Kugelbolzen einwirkende Last ab. Vorstehende Teile an den gleitenden Kontaktteilen führen zu einer Verringerung der Kontaktoberfläche und ermöglichen, daß das Schmiermittel fast die gesamte Oberfläche des kugelförmigen Kopfteils bedeckt. Die Lastaufnahmeteile und die gleitenden Kontaktteile, einschließlich der vorstehenden Teile, werden deformiert, so daß sie wiederholt schwere Lasten absorbieren, während gleichzeitig die Reibungskompensation und ein stabiles Drehmoment aufrechterhalten bleiben. Das Kugelgelenk verfügt über eine verbesserte Fähigkeit zur Kompensation von Abmessungstoleranzen, was die Herstellung des Bauteils erleichtert. Damit werden die Widerstandsfähigkeit gegen Lasten, die Effizienz der Schmierung und die Haltbarkeit des Kugelgelenks verbessert.
Ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk umfaßt ein Gehäuse, einen Kugelbolzen mit einem kugelförmigen Kopfteil und einem bolzenförmigen Teil sowie einen Lagersitz. Das Gehäuse ist annähernd zylinderförmig und an einem Ende mit einer Öffnung versehen, die zu einer Innenkammer führt. Das zur Herstellung des Lagersitzes verwendete Material ist sowohl starr, als auch flexibel. Diese Eigenschaften werden beispielsweise durch ein Kunstharz erreicht. Das kugelförmige Kopfteil und das bolzenförmige Teil des Kugelbolzens bilden eine integrale Einheit, wobei das kugelförmige Kopfteil so gestaltet ist, daß es innerhalb des Lagersitzes gleitet. Das kugelförmige Kopfteil des Lagerbolzens wird durch ein Einschubloch, das sich an einem Ende des Lagersitzes befindet, in den Lagersitz eingeführt. Der Lagersitz umschließt das kugelförmige Kopfteil des darin befindlichen Kugelbolzens. Ein zwischen dem kugelförmigen Kopfteil und dem Lagersitz befindliches Schmiermittel ermöglicht ein problemloses Gleiten des kugelförmigen Kopfteils. Das gleitbar eingeschlossene kugelförmige Kopfteil des Kugelbolzens befindet sich gemeinsam mit dem Lagersitz in der Innenkammer des Gehäuses. In der oben beschriebenen Anordnung steht das bolzenförmige Teil des Kugelbolzens vom Einschubloch des Lagersitzes und dann von der Öffnung des Gehäuses vor.
Der Lagersitz umfaßt eine Vielzahl gleitender Kontaktteile, die sich an der inneren zylinderförmigen Oberfläche des Lagersitzes befinden, der dem kugelförmigen Kopfteil gegenüberliegt. Die gleitenden Kontaktteile befinden sich in Bezug auf eine beispielsweise in der Einschubrichtung des Kugelbolzens gebildete Achse in unterschiedlichen Breitenzonen. Die Positionen, an denen die gleitenden Kontaktteile in Kontakt mit dem kugelförmigen Kopfteil kommen, sind praktisch auf einem Kreis ausgerichtet, der das kugelförmige Teil umgibt. Darüber hinaus ist der Lagersitz mit mindestens einem Zwischenraum ausgestattet, der sich zwischen zwei oder mehreren Kontaktteilen befindet, so daß zwischen dem Lagersitz und dem kugelförmigen Kontaktteil ein Abstand entsteht bzw. Abstände entstehen. Der Zwischenraum, der die Abstände bildet, enthält ein Schmiermittel, welches das Gleiten des kugelförmigen Kopfteils erleichtert.
Zumindest eines der gleitenden Kontaktteile umfaßt eine Vielzahl vorstehender Teile, die in Bezug auf eine gebildete Achse im wesentlichen entlang derselben Breite verlaufen, beispielsweise in jene Richtung, in der der Kugelbolzen eingeführt wird. Die vorstehenden Teile verlaufen in Richtung des kugelförmigen Kopfteils, so daß das Ende eines jeden vorstehenden Teils in Kontakt zum kugelförmigen Kopfteil kommt. Durch Einsetzen der Baugruppe von kugelförmigem Kopfteil und Lagersitz in die Innenkammer des Gehäuses kommen die gleitenden Teile in Kontakt zum kugelförmigen Kopfteil. Aufgrund des zwischen den gleitenden Teilen und dem kugelförmigen Kopfteil bestehenden Kontakts kann das letztgenannte auf dem Lagersitz gleiten.
Wenn in der oben genannten Konfiguration auf das Kugelgelenk eine Last wirkt, kommt es aufgrund der elastischen Deformierung der gleitenden Kontaktteile zur Wirkung einer Schubenergie auf das kugelförmige Kopfteil. Diese Schubenergie entsteht durch die Rückstellkraft, welche von den elastisch deformierten Kontaktteilen abgeleitet wird. Aufgrund der Elastizität und Starrheit der gleitenden Teile in dieser Konfiguration kommt es am Kugelgelenk zu einer Reibungskompensation. Darüber hinaus ermöglicht der Lagersitz in dieser Konfiguration, daß das Kugelgelenk die Abmessungstoleranzen der einzelnen Komponenten ausgleicht.
Aufgrund der elastischen Deformierung der gleitenden Kontaktteile sowie der Biegeschwingung der Teile zwischen ihnen kann das Kugelgelenk in der oben beschriebenen Konfiguration einer anliegenden starken Last widerstehen. Somit kann die Belastbarkeit und Haltbarkeit des Kugelgelenks erhöht werden.
Darüber hinaus wird mit dieser Konfiguration eine weitere Verringerung der Kontaktfläche zwischen dem Lagersitz und dem kugelförmigen Kopfteil erreicht. Eine Reduzierung der Kontaktfläche wird erreicht, wenn die Struktur von mindestens einem der gleitenden Kontaktteile eine Vielzahl vorstehender Teile umfaßt. Die vorstehenden Teile verlaufen in Richtung des kugelförmigen Kopfteils und sind in bezug auf eine beispielsweise in der Richtung der Einführung des Kugelbolzens gebildete Achse nahezu in derselben Breite angeordnet. Das kugelförmige Kopfteil kommt an den Enden der vorstehenden Teile in Kontakt zum Lagersitz, wodurch sich die Kontaktfläche verkleinert. Aufgrund der Verkleinerung der Kontaktfläche kommt es zu einer Reduzierung des Reibungswiderstands zwischen dem kugelförmigen Kopfteil und dem Lagersitz, wodurch sich wiederum das Drehmoment des Kugelgelenks verringert.
Aufgrund der Lücken zwischen den oben beschriebenen vorstehenden Teilen kommt es zur Bildung von Zwischenräumen zwischen dem kugelförmigen Kopfteil und dem Lagersitz. Das zwischen den gleitenden Kontaktteilen zurückgehaltene Schmiermittel kann in die Lücken zwischen den vorstehenden Teilen eindringen und den gesamten Bereich zwischen dem kugelförmigen Kopfteil und dem Lagersitz ausfüllen. Dadurch vergrößert sich die abgeschmierte Fläche des kugelförmigen Kopfteils, dessen Gleitfähigkeit demzufolge verbessert wird.
In Ergänzung der oben beschriebenen Konfiguration können mindestens einige der vorstehenden Teile abgerundet gestaltet sein. Darüber hinaus ist es möglich, daß alle vorstehenden Teile des Kugelgelenks abgerundet sind. Die abgerundet geformten vorstehenden Teile, die zumindest eines der gleitenden Kontaktteile bilden, greifen in das kugelförmige Kopfteil als Kontaktpunkt ein. Wenn einige oder alle vorstehenden Teile abgerundet sind, weist das erfindungsgemäße Kugelgelenk eine wesentlich kleinere Kontaktfläche zwischen Lagersitz und kugelförmigem Kopfteil auf. Aufgrund der Verkleinerung der Kontaktfläche verringert sich das Drehmoment, wodurch die Gleitfähigkeit des kugelförmigen Kopfteils verbessert wird. Wenn darüber hinaus auf das Kugelgelenk eine schwere Last einwirkt, werden die vorstehenden Teile zusammengedrückt und bilden mit dem kugelförmigen Kopfteil einen Oberflächenkontakt. Der an den deformierten vorstehenden Teilen gebildete Oberflächenkontakt absorbiert die schwere Last und führt zu einer Aufrechterhaltung der Belastbarkeit und Haltbarkeit des Kugelgelenks.
Außerdem ermöglicht ein Kugelgelenk der oben beschriebenen Konfiguration, daß sich ein Schmiermittel gleichmäßig über das kugelförmige Kopfteil verteilt, wodurch sich die Gleitfähigkeit des Kugelgelenks verbessert. Dieser Zuwachs an Leistungsstärke erfolgt ohne Beeinträchtigung der Reibungskompensationsfähigkeit des Kugelgelenks, der Fähigkeit zur Kompensation von Abmessungstoleranzen sowie der Widerstandsfähigkeit gegenüber Lasten.
Die oben beschriebenen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich, wenn man die folgende Beschreibung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen liest, bei denen identische Referenzzahlen dasselbe Element bezeichnen.
1 ist eine Querschnittsdarstellung eines Gehäuses und eines Lagersitzes entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsdarstellung eines Kugelgelenks entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Querschnittsdarstellung des Gehäuses aus 1 vor dem Einsetzen in ein Kugelgelenk.
4 ist eine Draufsicht auf den Lagersitz.
5 ist eine Unteransicht des Lagersitzes.
6 ist eine seitlich nach oben verlaufende Teilschnittdarstellung des Lagersitzes.
7 ist eine horizontal verlaufende Teilschnittdarstellung des Lagersitzes.
Bezugnehmend auf die 1 bis 3 umfaßt ein Kugelgelenk 1 ein zylinderförmiges Metallgehäuse 2, einen metallischen Kugelbolzen 3 und einen aus Kunstharz hergestellten Lagersitz 4. Das Kugelgelenk 1 kann im Lenksystem oder im Mechanismus der Radaufhängung eines Automobils zum Einsatz kommen, insbesondere am Zahnstangenende der Spurstange einer Zahnstangen-Servolenkung.
Das Gehäuse 2 ist mit einer Öffnung 5 und einer Innenkammer 7 ausgestattet, deren Boden 6 sich gegenüber der Öffnung 5 befindet. Die Innenkammer 7 hat vor dem Einsetzen in ein Kugelgelenk eine allgemein zylindrische Form mit einem Boden. Ein konisches Oberflächenteil 8 bildet eine annähernd konische Vertiefung, die in der Mitte des Bodens 6 der Innenkammer 7 des Gehäuses 2 ausgeformt ist. Eine allgemein bogenförmige Sitzfläche 9 ist rings um das konische Oberflächenteil 8 ausgeformt und bildet mit diesem ein integrales, kontinuierliches Gehäuse. Eine Abstufung 10 ist rings um die Wand der Öffnung 5 mit einem Durchmesser ausgeformt, der konisch nach außen in Richtung der Öffnung 5 verläuft. Ein externes Gewindeteil 11 verläuft von der Mitte des Bodens 6 aus nach unten.
Der Kugelbolzen 3 umfaßt ein kugelförmiges Kopfteil 12, einen kleinen Durchmesser 13 und ein Bolzenteil 14, die alle integral ausgeformt sind. Der kleine Durchmesser 13 befindet sich zwischen dem kugelförmigen Kopfteil 12 und dem Bolzenteil 14. Ein externes Gewindeteil (nicht dargestellt) ist rings um die Außenfläche des oberen Endes des Bolzenteils 14 ausgeformt.
Der Lagersitz 4 ist im Gehäuse 2 des Kugelgelenks 1 montiert. Der Lagersitz 4 besteht aus einem Material, das hohen Lasten widerstehen kann und aufgrund seiner Starrheit und Flexibilität erstklassige Lagereigenschaften aufweist. Als Beispiele für solche Materialien können Polyacetal-Kunstharze sowie andere harte Kunstharze genannt werden.
Nunmehr bezugnehmend auf die 1 bis 7 umfaßt der Lagersitz 4 ein zylinderförmiges Gehäuse 19 und ein Einschubloch 18, das an einem Ende ausgeformt ist, um ein Durchführen des kugelförmigen Kopfteils 12 des Kugelbolzens 3 zu ermöglichen. Ein Boden 21 mit einem Gleitloch 20 ist am Boden des zylindrischen Gehäuses 19 ausgeformt. Das Gleitloch 20 ist in etwa in der Mitte des Bodens 21 ausgeformt. Sein Durchmesser ist kleiner als der des kugelförmigen Kopfteils 12. Bei der oben beschriebenen Konfiguration hat der Lagersitz 4 vor seiner Montage in einem Kugelgelenk eine allgemein zylindrische Form.
Der in der Nähe des Einschublochs 18 befindliche Teil der Innenwand des zylindrischen Gehäuses 19 ist mit einer nach außen in Richtung des Einschublochs 18 verlaufenden Verlängerung versehen. Der abgeschrägte Teil der Innenwand verläuft von einer Umfangslinie, die mit dem Äquator des kugelförmigen Kopfteils 12 korrespondiert, zum Einschubloch 18. Der oben beschriebene Äquator verläuft in einer Ebene parallel zu der vom Einschubloch 18 gebildeten Ebene. Jener Teil der Innenwand des zylindrischen Gehäuses 19, der vom oben beschriebenen Äquator zur Innenfläche des Bodens 21 verläuft, hat die Form einer abgerundeten Konkave. Ein enger Kontakt zwischen dem kugelförmigen Kopfteil 12 und der Innenfläche des Bodens 21 wird durch Anpassung der Krümmung der abgerundeten Konkave erreicht, so daß diese fast mit jener des kugelförmigen Kopfteils 12 identisch ist. Die Abstufung 10 an der Wand der Öffnung 5 befindet sich an einer Position, an der sie praktisch mit dem oben beschriebenen Äquator des kugelförmigen Kopfteils 12 korrespondiert.
Eine Vielzahl erster Lastaufnahmeteile 23 und eine Vielzahl zweiter Lastaufnahmeteile 24 sind an der Außenfläche des Bodens 21 des Lagersitzes 4 ausgeformt. Die ersten Lastaufnahmeteile 23 und die zweiten Lastaufnahmeteile 24 verlaufen von der Außenfläche des Bodens 21 nach außen und kommen in Kontakt mit dem Sitzoberflächenteil 9 des Bodenteils 6. Die ersten Lastaufnahmeteile 23 und die zweiten Lastaufnahmeteile 24 sind radial rings um den Umfang konzentrischer Kreise mit unterschiedlichen Durchmessern angeordnet. Anders ausgedrückt: Die ersten Lastaufnahmeteile 23 und die zweiten Lastaufnahmeteile 24 befinden sich in bezug auf eine Achse, die beispielsweise in der Richtung der Einführung des kugelförmigen Kopfteils 12 durch das Einschubloch 18 verläuft, in unterschiedlichen Breitenzonen. Die ersten Lastaufnahmeteile 23 und die zweiten Lastaufnahmeteile 24 verlaufen so, daß sie Abstände zwischen dem Lagersitz und dem Sitzoberflächenteil 9 bilden. Diese Abstände haben die Form einer Nut mit einer Öffnung, die sich in einem bestimmten Abstand, beispielsweise 0,3 mm, vom Boden 6 des Gehäuses 2 befindet. Ein Pufferoberflächenteil 25 ist rings um die Kante des Gleitlochs 20 des Bodens 21 ausgeformt. Das Pufferoberflächenteil 25 liegt dem konischen Oberflächenteil 8 gegenüber, wobei zwischen beiden Teilen ein bestimmter Abstand besteht.
Ein erstes gleitendes Kontaktteil 27, das rings um die Innenfläche des zylindrischen Gehäuses 19 ausgeformt ist, befindet sich unter der Umfangslinie, die mit dem Äquator des kugelförmigen Kopfteils 12 korrespondiert. Das erste gleitende Kontaktteil 27 umfaßt eine Vielzahl abgerundeter erster vorstehender Teile 26, die von der Innenfläche des zylindrischen Gehäuses 19 in Richtung des kugelförmigen Kopfteils 12 verlaufen. Die ersten vorstehenden Teile 26 sind in bezug auf eine Achse, die beispielsweise in der Richtung der Einführung des Kugelbolzens gebildet wird, entlang einer bestimmten Breite angeordnet. Die Enden der ersten vorstehenden Teile 26 verlaufen in Richtung der Oberflächen des kugelförmigen Kopfteils 12 und kommen in Kontakt zu diesen.
Ein zweites gleitendes Kontaktteil 29 ist rings um die Innenfläche des zylindrischen Gehäuses 19 ausgeformt, und zwar in einer Position oberhalb der Umfangslinie, die mit dem Äquator des kugelförmigen Kopfteils korrespondiert. Das zweite gleitende Kontaktteil 29 umfaßt eine Vielzahl zweiter vorstehender Teile 28, die einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt haben. Die zweiten vorstehenden Teile 28 verlaufen von der Innenfläche des zylindrischen Gehäuses 19 nach außen in Richtung der Oberfläche des kugelförmigen Kopfteils 12. Die zweiten vorstehenden Teile 28 sind in einer anderen Breitenzone als die ersten vorstehenden Teile 26 angeordnet. Die Enden der zweiten vorstehenden Teile 28 verlaufen in Richtung der Oberfläche des kugelförmigen Kopfteils 12 und kommen in Kontakt zu diesem. Die ersten vorstehenden Teile 26 am ersten gleitenden Kontaktteil 27 und die zweiten vorstehenden Teile 28 am zweiten gleitenden Kontaktteil 29 verlaufen so, daß sie Abstände zwischen dem Lagersitz und dem kugelförmigen Kopfteil 12 bilden. Diese Abstände haben die Form einer Nut mit einer Öffnung, die einen bestimmten identischen Abstand von der zylindrischen Oberfläche 19 des Gehäuses 2 bildet.
Ein Zwischenraum 30, der in Umfangsrichtung verläuft und sich in Richtung des Einschublochs 18 öffnet, wird zwischen dem ersten gleitenden Kontaktteil 27 und der Innenfläche des Bodens 21 gebildet. Die Innenfläche des Bodens 21 des Lagersitzes 4 bildet ein drittes gleitendes Kontaktteil 31. Das dritte gleitende Kontaktteil 31 hat die Form einer halbkugelartigen Vertiefung mit fast derselben Krümmung wie jene des kugelförmigen Kopfteils 12.
In der oben beschriebenen Konfiguration befindet sich der Lagersitz 4 in der Innenkammer 7 des Gehäuses 2, wobei der Boden 21 an das Sitzoberflächenteil 9 angrenzt. Das kugelförmige Kopfteil 12 des Kugelbolzens 3 wird dann in den Lagersitz 4 eingeführt. Danach wird der Bereich rings um die Öffnung 5 des Gehäuses 2 nach innen gecrimpt, und zwar gemeinsam mit jenem Teil des Lagersitzes 4, der sich in der Nähe jenes Endes des zylindrischen Gehäuses 19 befindet, an dem das Einschubloch 18 ausgeformt ist. Folglich ist des kugelförmige Kopfteil 12 des Kugelbolzens 3 gleitbar innerhalb des Lagersitzes untergebracht.
Zwischen das kugelförmige Kopfteil 12 und den Lagersitz 4 im Kugelgelenk 1 wird Schmieröl (nicht abgebildet) eingefüllt. Ein Teil des Schmieröls wird im Zwischenraum 30 zurückgehalten. Darüber hinaus befindet sich auch in den Zwischenräumen zwischen den ersten vorstehenden Teilen 26 und den zweiten vorstehenden Teilen 28 sowie der Oberfläche des kugelförmigen Kopfteils 12 Schmieröl. Der Zwischenraum im Gleitloch 20 zwischen dem kugelförmigen Kopfteil 12 und dem Boden 6 des Gehäuses 2 enthält ebenfalls Schmieröl.
Darüber hinaus ist am Kugelgelenk 1 zwischen der Außenfläche des Lagersitzes 4 und der Innenfläche des Gehäuses 2 ein Zwischenraum ausgeformt. Er befindet sich oberhalb der Abstufung 10 und dient als Pufferteil 33.
Nachfolgend eine Erläuterung der Montage der oben beschriebenen Ausführungsform.
Zunächst wird der Lagersitz 4 durch die Öffnung 5 in die Innenkammer 7 des Gehäuses 2 eingeführt. Bei vollständig eingeführtem Lagersitz 4 kommen die ersten Lastaufnahmeteile 23 und die zweiten Lastaufnahmeteile 24 am Boden 21 des Lagersitzes 4 in Kontakt zum Sitzoberflächenteil 9 des Bodens 6. Das Pufferteil 25 des Bodens 21 bildet in einem bestimmten Abstand davon ein konisches Oberflächenteil 8 des Bodens 6 des Gehäuses 2.
Das Kopfteil 12 des Kugelbolzens 3 wird dann durch das Einschubloch 18 in den Lagersitz 4 gedrückt, bis das kugelförmige Kopfteil 12 in Kontakt zum Boden 21 des Lagersitzes 4 kommt. Danach wird die Kante der Öffnung 5 des Gehäuses 2 nach innen gecrimpt, um das Kopfteil in seiner Einbaulage zu halten. Folglich ist das Kugelgelenk 1 so montiert, daß der Lagersitz 4 das kugelförmige Kopfteil 12 des Kugelbolzens 3 gleitbar umschließt.
In montiertem Zustand ist das Kugelgelenk mit einer Vielzahl von Zwischenräumen versehen, die zwischen der Außenfläche des Lagersitzes 4 und der Innenfläche des Gehäuses 2 verlaufen. Das Pufferteil 33 bildet einen Zwischenraum, der sich oberhalb der Abstufung 10 befindet. Die Lage des Pufferteils 33 korrespondiert mit dem Äquator des kugelförmigen Kopfteils 12. Auch die ersten und zweiten Lastaufnahmeteile 23 bzw. 24 bilden Zwischenräume zwischen dem Boden 21 des Lagersitzes 4 und dem Sitzoberflächenteil 9. Jene Bereiche des Lagersitzes 4, in denen Zwischenräume zwischen dem kugelförmigen Kopfteil 12 und dem Sitzoberflächenteil 9 gebildet werden, sind leicht gekrümmt. Die ersten vorstehenden Teile 26, die zweiten vorstehenden Teile 28 und die dritten vorstehenden Teile 31 werden alle leicht deformiert, wenn sie in Kontakt zum kugelförmigen Kopfteil 12 kommen. Die Kontaktflächen zwischen dem kugelförmigen Kopfteil 12 und dem Lagersitz 4 werden bei elastischer Deformierung alle leicht abgeflacht.
Nachfolgend wird die Funktion der oben beschriebenen Ausführungsform näher erläutert.
In dem montierten Kugelgelenk 1 ist das kugelförmige Kopfteil 12 gleitbar im Lagersitz 4 eingeschlossen. Die gecrimpte Kante der Öffnung 5 des Gehäuses 2 läßt über den Lagersitz 4 eine nach innen gerichtete Kraft auf das kugelförmige Kopfteil 12 wirken. Die auf den Lagersitz wirkende Kraft wird an den ersten vorstehenden Teilen 26 des ersten gleitenden Kontaktteils 27, den zweiten vorstehenden Teilen 28 des zweiten gleitenden Kontaktteils 29 und den dritten gleitenden Kontaktteilen 31 ausgeübt. An diesen Flächen kommt der Lagersitz 4 in Kontakt zum kugelförmigen Kopfteil 12. Die Anwendung dieser Kraft führt zu einer elastischen Deformierung des Lagersitzes 4, und zwar an jener Stelle, an der er in Kontakt zum kugelförmigen Kopfteil 12 kommt. Durch die elastische Deformierung des Lagersitzes 4 wirkt auf das kugelförmige Kopfteil 12 eine Schubenergie in Form einer Rückstellkraft ein. Aufgrund der Elastizität des Lagersitzes 4 und der von ihm ausgehenden Rückstellkraft kann das Kugelgelenk 1 die Abmessungstoleranzen der Bauteile ausgleichen.
Beim Einwirken einer schweren Last auf den Kugelbolzen 3 erfolgt zur Aufnahme dieser Last eine elastische Krümmung und Deformierung des Lagersitzes 4. Zur einer elastischen Deformierung kommt es an Positionen, an denen das Sitzoberflächenteil 9 und das kugelförmige Kopfteil 12 in Kontakt zum Lagersitz 4 kommen. Zum Kontakt zwischen dem Lagersitz 4 und dem kugelförmigen Kopfteil 12 kommt es an den Enden der ersten vorstehenden Teile 26, an den Enden der zweiten vorstehenden Teile 28 sowie am dritten gleitenden Kontaktteil 31. Zu einer elastischen Krümmung kommt es in jenen Bereichen des Lagersitzes 4, in denen zwischen dem Boden 21 und dem Sitzoberflächenteil 9 Zwischenräume entstehen, sowie zwischen der Innenfläche des Lagersitzes 4 und dem kugelförmigen Kopfteil 12. Die Zwischenräume sind durch den Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Lastaufnahmeteil 23 bzw. 24 sowie durch den Abstand zwischen den gleitenden Kontaktteilen 27, 29 und 31 definiert. Aufgrund der elastischen Krümmung der oben genannten Teile des Lagersitzes 4 sowie der elastischen Deformierung der oben genannten Kontaktstellen können von dem gesamten Lagersitz 4 schwere Lasten absorbiert werden. Die Ausführungsform des Kugelgelenks 1 ist demzufolge in der Lage, eine schwere Last zu absorbieren, was eine erhöhte Haltbarkeit und Beständigkeit gegen Lasten gewährleistet. Durch die Ausführungsform des Kugelgelenks 1 können darüber hinaus bei schweren Belastungen auch Abmessungstoleranzen ausgeglichen werden.
Das kugelförmige Kopfteil 12 kommt an den gleitenden Kontaktteilen 27, 29 und 31 des Lagersitzes 4 in Kontakt zum Lagersitz. Das erste gleitende Kontaktteil 27 umfaßt die ersten vorstehenden Teile 26, und das zweite gleitende Kontaktteil 29 umfaßt die zweiten vorstehenden Teile 28. Das dritte gleitende Kontaktteil 31 befindet sich an einer bandähnlichen Oberfläche, die fast entlang derselben Breite verläuft, in Kontakt zum kugelförmigen Kopfteil 12. Das erste gleitende Kontaktteil 27 und das zweite gleitende Kontaktteil 29 befinden sich praktisch entweder in einem Linien- oder in einem Punktkontakt zum kugelförmigen Kopfteil. Aufgrund des Linien- oder Punktkontakts verringert sich die Kontaktfläche, und demzufolge sinkt der Reibungswiderstand zwischen dem kugelförmigen Kopfteil 12 und dem Lagersitz 4. Der sinkende Reibungswiderstand weist darauf hin, daß das Drehmoment des Kugelgelenks 1 reduziert und damit stabilisiert ist. Aufgrund der verringerten Kontaktfläche zwischen dem kugelförmigen Kopfteil 12 und dem Lagersitz 4 wird es auch möglich, daß das Schmieröl fast die gesamte Oberfläche des kugelförmigen Kopfteils 12 bedeckt, wodurch sich die Gleitfähigkeit des kugelförmigen Kopfteils verbessert.
Wie oben beschrieben, absorbiert die Ausführungsform des Kugelgelenks 1 die Abmessungstoleranzen der Bauteile auch beim Anliegen einer schweren Last. Folglich kann mit der Ausführungsform die Haltbarkeit und die Widerstandsfähigkeit des Kugelgelenks 1 gegen Lasten verbessert werden. Darüber hinaus ermöglicht die Reduzierung der Kontaktfläche die Bildung eines stabilen Drehmoments, und aufgrund der Tatsache, daß das Schmiermittel fast die gesamte Oberfläche des kugelförmigen Kopfteils bedeckt, verbessert sich ihre Gleitfähigkeit.
Die ersten vorstehenden Teile 26 können so geformt sein, daß sie in einer abgerundeten Form vorstehen und in einem Punktkontakt das kugelförmige Kopfteil 12 kontaktieren. Aufgrund des Punktkontakts verringert sich die Kontaktfläche zwischen dem Lagersitz 4 und dem kugelförmigen Kopfteil 12 weiter. Die Verringerung der Kontaktfläche führt zu einem reduzierten Drehmoment und verbessert die Gleitfähigkeit des kugelförmigen Kontaktteils. Bei Anliegen einer schweren Last werden die ersten vorstehenden Teile 26 elastisch deformiert, so daß sie in einen Oberflächenkontakt zum kugelförmigen Kopfteil 12 kommen. Durch die vergrößerte Kontaktoberfläche zwischen dem Lagersitz 4 und dem kugelförmigen Kopfteil 12 vergrößert sich auch die Lastabsorption des Kugelgelenks 1. Damit kann das Kugelgelenk 1 auch dem Anliegen einer schweren Last widerstehen. Folglich ermöglicht die oben beschriebene Konfiguration eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Lasten und eine verbesserte Haltbarkeit.
Die Kontaktoberfläche zwischen dem Lagersitz 4 und dem kugelförmigen Kopfteil 12 ist am dritten gleitenden Kontaktteil 31 am größten, am zweiten gleitenden Kontaktteil 29 kleiner und am ersten gleitenden Kontaktteil 27 am kleinsten. Das dritte gleitende Kontaktteil 31 weist die größte Kontaktfläche auf, da es jener Teil des Lagersitzes 4 ist, der am wahrscheinlichsten die größte Last aufnimmt. Auch damit wird zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit des Kugelgelenks gegen Lasten beigetragen.
Die zweiten vorstehenden Teile 28 des zweiten gleitenden Kontaktteils können streifenförmig sein. Die zweiten vorstehenden Teile 28 widerstehen dann einer Belastung des Kugelgelenks 1, wenn der Kugelbolzen 3 und das Gehäuse 2 voneinander weggezogen werden. Wird das Kugelgelenk 1 auf diese Weise belastet, kommt es zu einem Ende des Kontakts zwischen dem kugelförmigen Kopfteil 12 und dem dritten gleitenden Teil 31. Durch die daraus resultierende Lücke zwischen dem kugelförmigen Kopfteil 12 und dem gleitenden Kontaktteil 31 wird es möglich, daß das Schmieröl über einen großen Bereich der Oberfläche des kugelförmigen Kopfteils 12 verteilt wird. Die oben beschriebene Ausführungsform trägt zu einer Reduzierung des Drehmoments des Kugelgelenks 1 bei. Darüber hinaus ermöglicht die kleine Kontaktfläche zwischen den ersten vorstehenden Teilen 26 und dem kugelförmigen Kopfteil 12, daß das Schmieröl gründlich über das kugelförmige Kopfteil 12 verteilt und damit das Drehmoment stabilisiert werden kann. Bei einer schweren Belastung des Kugelgelenks 1 wird das dritte gleitende Kontaktteil 31 elastisch zusammengedrückt. Auch das erste gleitende Kontaktteil 27 wird zusammengedrückt, wodurch es zu einer Reduzierung der auf das dritte gleitende Kontaktteil 31 wirkenden Last kommt.
Das Gehäuse 2 umfaßt eine Abstufung 10, die an der Wand der Öffnung 5 gebildet wird. Wenn das Gehäuse 2 beim Zusammenbauen des Kugelgelenks 1 gecrimpt wird, kommt es zur Bildung eines Pufferteils 33 zwischen der Außenfläche des Lagersitzes 4 und der Innenfläche des Gehäuses 2. Die Lage des Pufferteils 33 korrespondiert mit dem Äquator des kugelförmigen Kopfteils 12. Wenn auf das Kugelgelenk 1 eine schwere Last wirkt, kann der Lagersitz 4 in der Nähe des Pufferteils 33 durchgebogen werden. Die Durchbiegung des Lagersitzes 4 in der Nähe des Pufferteils 33 führt zu einer Reduzierung des Drehmoments des Kugelgelenks 1. Das Pufferteil 33 trägt darüber hinaus dazu bei, die auf den Lagersitz 4 wirkende Belastung zu verteilen, wodurch eine übermäßige Biegeschwingung oder Verformung vermieden wird. Folglich trägt der gesamte Lagersitz 4 zu einer Aufnahme und effizienten Absorption der schweren Last bei.
Durch die oben beschriebene Ausführungsform kommt es zu einer Verringerung der Kontaktfläche zwischen dem kugelförmigen Kopfteil 12 und dem Lagersitz 4. Durch diese Verringerung der Kontaktfläche nimmt die Last zu, welche auf die gleitenden Kontaktteile 27, 29 und 31 des Lagersitzes 4 bei Anliegen einer schweren Last auf das Kugelgelenk 1 einwirkt. Die erhöhte Last wird durch eine elastische Biegeschwingung der Teile des Lagersitzes 4 im Bereich der Zwischenräume zwischen dem Boden 21 und der Sitzoberfläche 9 sowie in der Nähe des Pufferteils 33 absorbiert. Darüber hinaus erfolgt eine Absorption der erhöhten Last durch eine elastische Deformierung der ersten Lastaufnahmeteile 23 und der zweiten Lastaufnahmeteile 24. Folglich wird die schwere Last durch den gesamten Lagersitz 4 verteilt, absorbiert und abgestützt. Durch dieses Merkmal der Erfindung ist eine ausreichende Lastabsorption sichergestellt, durch welche die Haltbarkeit des Kugelgelenks und seine Widerstandsfähigkeit gegen Lasten verbessert wird.
Bei der oben beschriebenen Erfindung gibt es drei Positionen, an denen es zu einem Kontakt zwischen dem Lagersitz 4 und dem kugelförmigen Kopfteil 12 kommt. Es ist davon auszugehen, daß die Anzahl der Stellen, an denen der Lagersitz 4 in Kontakt zum kugelförmigen Kopfteil 12 kommen kann, beliebig groß sein kann.
Mit der oben beschriebenen Erfindung wird auch offengelegt, daß die gleitenden Kontaktteile 27 und 29 eine Vielzahl vorstehender Teile 26 bzw. 28 umfassen. Es ist davon auszugehen, daß es für den Betrieb des Kugelgelenks 1 ausreicht, daß eines oder mehrere der gleitenden Kontaktteile 27, 29 und 31 eine Vielzahl vorstehender Teile umfassen.
Darüber hinaus wird mit der oben beschriebenen Erfindung offengelegt, daß allein die ersten vorstehenden Teile 26 des ersten gleitenden Kontaktteils 27 abgerundet geformt sind.
Es ist davon auszugehen, daß die zweiten vorstehenden Teile 28 des zweiten gleitenden Kontaktteils 29 ebenfalls abgerundet geformt sein können. Außerdem können entweder ein Teil oder alle ersten vorstehenden Teile 26 einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt haben, ähnlich jenem der zweiten vorstehenden Teile 28.
Außerdem können in den Lagersitz 4 des Kugelgelenks 1 eine Vielzahl Zwischenräume integriert werden, die dem Zwischenraum 30 ähneln.
Entsprechend der Konfiguration des erfindungsgemäßen Kugelgelenks sind an der inneren zylindrischen Oberfläche des Lagersitzes eine Vielzahl gleitender Kontaktteile ausgeformt. Diese gleitenden Kontaktteile befinden sich in bezug auf eine beispielsweise in jener Richtung gebildete Achse, in der der Kugelbolzen eingeführt wird, in verschiedenen Breitenzonen. Zumindest eines der gleitenden Kontaktteile umfaßt eine Vielzahl vorstehender Teile, die nahezu entlang derselben Breite angeordnet sind. Das vorstehende Teil verläuft in Richtung des kugelförmigen Kopfteils und kommt mit diesem in Kontakt. Die gleitenden Kontaktteile werden elastisch verformt, so daß es zur Entstehung einer Rückstellkraft kommt, die eine Schubenergie auf das kugelförmige Kopfteil des Kugelbolzens ausübt. Durch diese Konfiguration wird eine Kompensation von Reibungen und Abmessungstoleranzen der Bauteile durch das Kugelgelenk möglich. Bei Anlegen einer schweren Last wird diese aufgrund der elastischen Deformierung der gleitenden Kontaktteile und der Lastaufnahmeteile vom gesamten Lagersitz absorbiert. Auch die Biegeschwingung der Teile zwischen den gleitenden Kontaktteilen und den Lastaufnahmeteilen trägt zu einer Abstützung der schweren Last bei. Folglich werden die Widerstandsfähigkeit des Kugelgelenks gegen Lasten und seine Haltbarkeit verbessert. Außerdem kommt es aufgrund der Verkleinerung der Kontaktoberfläche zwischen dem Lagersitz und dem kugelförmigen Kopfteil zu einer Verringerung des Reibungswiderstands und damit wiederum zu einer Verringerung des Drehmoments des Kugelgelenks. Aufgrund der Abstände zwischen dem kugelförmigen Kopfteil und dem Lagersitz kann das Schmiermittel fast das gesamte kugelförmige Kopfteil abdecken. Die Vergrößerung des Deckungsgrads des Schmiermittels ermöglicht ein einfacheres Gleiten des kugelförmigen Kopfteils.
Entsprechend einer anderen Konfiguration eines erfindungsgemäßen Kugelgelenks haben einige der vorstehenden Teile eine abgerundete Form. Darüber hinaus können auch alle vorstehenden Teile abgerundet sein. Die abgerundeten vorstehenden Teile kommen in einen Punktkontakt zum kugelförmigen Kopfteil. Bei dieser Konfiguration des Kugelgelenks bleiben die Vorteile anderer Konfigurationen beibehalten, während es gleichzeitig zu einer substantiellen Verringerung der Kontaktfläche zwischen dem kugelförmigen Kopfteil und dem Lagersitz kommt. Aufgrund der Verringerung der Kontaktfläche verringert sich auch das Drehmoment des Kugelgelenks, wodurch sich wiederum die Gleitfähigkeit des kugelförmigen Kopfteils verbessert.
Darüber hinaus werden beim Einwirken einer schweren Last auf das Kugelgelenk die vorstehenden Teile zusammengedrückt, bis sie mit dem kugelförmigen Kopfteil Oberflächenkontakte bilden. Die vergrößerte Kontaktoberfläche unterstützt das Absorbieren der schweren Last. Das Kugelgelenk dieser Konfiguration weist eine erhöhte Haltbarkeit auf und kann höheren Lasten widerstehen.

Claims

Kugelgelenk (1), das folgendes umfaßt: Ein Gehäuse (2), das eine Innenkammer (7) mit einer Öffnung (5) definiert; einen in der besagten Innenkammer (7) untergebrachten und mit einem Einschubloch (18) versehenen Lagersitz (4); einen Kugelbolzen (3) mit einem kugelförmigen Kopfteil (12), das gleitfähig von dem besagten Lagersitz (4) umschlossen wird, sowie einem bolzenförmigen Teil (14), das mit dem kugelförmigen Kopfteil (12) eine integrale Einheit bildet und aus dem besagten Einschubloch (18) vorsteht; eine Vielzahl gleitender Kontaktteile, wozu ein erstes gleitendes Kontaktteil (27) gehört, das sich zwischen einem zweiten gleitenden Kontaktteil (29) und einem dritten gleitenden Kontaktteil (31) befindet, wobei sich das besagte zweite gleitende Kontaktteil am dichtesten an dem besagten Einschubloch (18) und das besagte dritte gleitende Kontaktteil am dichtesten an der Unterseite (21) des Lagersitzes befindet, wobei jedes gleitende Kontaktteil von einer inneren zylindrischen Oberfläche des besagten Lagersitzes (4) nach innen vorsteht; wobei die besagte Vielzahl gleitender Kontaktteile (27, 29, 31) im wesentlichen in einem Kreis ausgerichtet sind, der das besagte kugelförmige Kopfteil (12) umgibt; Zwischenräume zwischen den besagten gleitenden Kontaktteilen (27, 29, 31), durch die zwischen dem besagten Lagersitz (4) und dem besagten kugelförmigen Kopfteil (12) Spalte gebildet werden, die so gestaltet sind, daß sie Schmiermittel enthalten, wobei der besagte Lagersitz (4) aus einem Material besteht, dessen Elastizität ausreicht, um zu gewährleisten, daß sich der besagte Lagersitz (4) bei starken Belastungen elastisch ausdehnt und verdichtet, dadurch gekennzeichnet, daß das erste gleitende Kontaktteil (27) mit einer Vielzahl vorstehender Teile (26) ausgestattet ist, die mit dem besagten kugelförmigen Kopfteil (12) in Kontakt kommen, und dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche zwischen dem Lagersitz (4) und dem kugelförmigen Kopfteil (12) am dritten gleitenden Kontaktteil (31) am größten, am zweiten gleitenden Kontaktteil (29) kleiner und am dritten gleitenden Kontaktteil (27) am kleinsten ist.
Kugelgelenk nach Anspruch 1, wobei die ersten vorstehenden Teile (26) abgerundet sind, das zweite gleitende Kontaktteil (29) mit zweiten vorstehenden Teilen (26) versehen ist, die in der Form eines Streifens angeordnet sind, und das dritte gleitende Kontaktteil als halbkugelförmige Vertiefung ausgeführt ist, die im wesentlichen dieselbe Krümmung wie das kugelförmige Kopfteil (12) aufweist, so daß es sich in einem dichten Kontakt zur Außenfläche des kugelförmigen Kopfteils (12) befinden kann.