DE3018187A1

DE3018187A1 - Kugelgelenk und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE3018187A1
Application number: DE19803018187
Authority: DE
Inventors: Werner 7000 Stuttgart König
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1980-05-13
Filing date: 1980-05-13
Publication date: 1981-11-19

Description

Kugelgelenk und Verfahren
zu dessen Herstellung Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Bei einem bekannten Kugelgelenk dieser Art ist die Einsatz-Gelenkschale etwa halbkugelförmig ausgebildet und weist am Grunde eine Durchtrittsöffnung für den Gelenkzapfen auf. Der Öffnungsrand der halbkugelförmigen Gelenkschale ist nach außen ausgebuchtet und dann wieder noch innen vorspringend umgelegt, derart, daß sich eine Ringnut ergibt. In dieser Ringnut ist ein Federring eingelegt, der sich einerseits an dieser und andererseits auf der Außenfläche des kugelförmigen Gelenkkopfes abstützt und somit den Gelenkkopf gegen axiale Verschiebung in Richtung aus dem Öffnungsrand der Einsatz-Gelenkschale hinaus sichert. Die Gelenkschale selbst ist in einem Führungselement, wie die Betätigungsstange von Vergasern bei Kraftfahrzeugen, und zwar in einer dort vorhandenen Aufnahme eingesetzt und durch Umbördelung eines von der Durchtrittsöffnung fUr den Gelenkzapfen abstehenden Kragens befestigt.
Ein solches Kugelgelenk kann im wesentlichen nur in Richtung des Gelenkzapfens wirkende Zugkräfte aufnehmen. Diese Zugkräfte wirken auf die Gelenkschale, wobei die Aufnahme des Führungselementes und die Umbördelung an der Durchtrittsöffnung für den Gelenkzapfen ein Aufweiten der Gelenkschale verhindern. In Richtung des Gelenkzapfens wirkende Druckkräfte hingegen müssen von dem umgelegten Öffnungsrand der halbkugelförmigen Gelenkschale aufgenommen werden, wobei schon geringe Druckkrdfte zu einer Aufweitung des letzteren und damit zum Heraustreten des Gelenkkopfes aus der Gelenkschale führen. Außerdem ist zur Sicherung des Gelenkkopfes ein weiteres Bauteil, nämlich der in die Ringnut einzulegende Federring, erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kugelgelenk der eingangs genannten Art zu schaffen, das konstruktiv und montagetechnisch sehr einfach ist und in Richtung des Gelenkzapfens wirkende Zug- und Druckkräfte gleich gut aufnehmen kann.
Diese AuFgabe ist bei einem Kugelgelenk der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Kugelgelenk weist nur zwei Bauteile auf, nämlich einmal den Gelenkkopf. mit sich daran anschließendem Gelenkzapfen und die Einsatz-Gelenkschale. Zur Sicherung des Gelenkkopfes in der Gelenkschale ist kein weiteres Bauteil erforderlich. Ein Austreten des Gelenkkopfes aus der Gelenkschale wird ausschließlich durch die erfindungsgemäße Gelenkschole ohne zusätzliches Bauteil verhindert. Die Gelenkschale ist einfach und preiswert zu fertigen. Durch ihre Ausgestaltung werden gleichermaßen. in Richtung des Gelenkzapfens wirkende Druck- und Zugkräfte aufgenommen, ohne daß diese zu einer den Durchtritt des Gelenkkopfes ermöglichenden Aufweitung der Gelenkschale und damit zur Funktionsunföhigkeit des Kugelgelenkes führen können.
Besonders vorteilhaft ist dabei die Ausfuhrungsform der Erfindung gemäß Anspruch 3. Durch diese nach außen umgelegten Endabschnitte wird der Widerstand gegen Aufweitung der Gelenkschale wesentlich erhöht. Dadurch kann das erfindungsgemäße Kugelgelenk noch höhere Druck- und Zugkräfte auFnehmen.
Varteihaft ist auch die Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 4.
Damit wird diesen Endabschnitten zugleich eine weitere Funktion zugewiesen ohne daß dies besonderer Maßnahmen bedarf. Mittels des einen umgelegten Endabschnittes kann das erfindungsgemäße Kugelgelenk in seiner Aufnahme in einem Führungselement fest gebördelt werden, während der andere umgelegte Endabschnitt zur Halterung einer Fettabdichtungsmanschette dient.
Vorteilhaft ist auch die Ausfuhrungsform der Erfindung gemäß Anspruch 5.
Durch das Vorsehen einer Gleitschale wird die Reibung zwischen Gelenkschale und Gelenkkopf weitgehend herabgesetzt, was zu einer extremen Leichtgängigkeif und langen Lebensdauer des erFindungsgemäßen Kugel gelenkes führt. Ein Verschieben der Gleitschale bei Bewegung des Gelenkkopfes wird durch Formschluß zwischen Gleit- und Einsatz-Gelenkschale verhindert. Dieser Formschluß kann vorteilhaft gemäß der Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 6 oder 7 oder 8 ausgebildet sein.
Das Verfahren zur Herstellung des erfindun9sgemäßen Kugelgelenks zeichnet sich durch die im Anspruch 9 angegebenen Merkmale aus. Durch die erflndungsgemäße Verwendung einer Hülse in Rohrform zur Bildung der Gelenkschale gestaltet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur.Herstetiung des Kugelgelenkes besonders einfach und kostengünstig.
Vorteilhaft ist dabei die AusFührungsform des Verfahrens gemäß Anspruch 10.
durch diese Verfahrensschritte ldßt sich ein besonders zweckmäßiger Einsatz der Verformungswerkzeuge in den einzelnen Verformungsstufen der Gelenk- -schale erzielen.
Der vollständige Wortlaut der- AnsprUche ist vorstehend allein zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht wiedergegeben,- sondern statt dessen lediglich durch Nennung der Anspruchsnummer darauf Bezug genommen. Hierdurch haben jedoch alle diese Anspruchsmerkmale als an dieser Stelle. ausdrücklich und erfindungswesentlich offenbart zu gelten.
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt eines Kugelgelenks gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 2 den gleichen Querschnitt des Kugelgelenks gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Das in Fig. 1 dargestellte Kugelgelenk weist einen im wesentlichen kugelförmigen Gelenkkopf 10 mit daran sich anschließendem Gelenkzapfen 11 und eine den Gelenkkopf zumindest teilweise umgrei fende Einsatz-Gelenkschale 12 auf. Die Gelenkschale 12 ist in einer an diese angepaßte Aufnchme 13 eines Fuhrungselements 14 eingesetzt und darin befestigt. Das Führungselement 14 Ist bei einem Kugelgelenk fUr eine Radführung eines Krafffahrzeugs z. B. ein RadfUhrungsteil,wie Lenker.
Die Einsatz-Gelenkschale 12 weist etwa Rohr oder ZyrinderhUlsenform auf mit einem zylindrischen Mittelabschnitt 15 und zwei kalottenartigen Veriüngungsabschnitten 16, 17, deren Innendurchmesser in Achsrichtung abnehmen.
Die VerjUngungsabschnitte 16, 17 schließen sich beidseitig des Mittelabschnittes 15 unmittelbar an diesen an und Ubergreifen den Gelenkkopf 10, diesen gegen axiale Verschiebung im wesentlichen sichernd.
An die Veriüngungsabschnitte 16, 17 schließt sich jeweils ein nach außen umgelegter Endabschnitt 18 bzw. 19 unmittelbar an. Diese beiden nach außen umgelegten Endabschnitte 18, 19 setzen bei Druck- und/oder Zugbelastung des Kugelgelenkes in Richtung des Gelenkzapfens 11 einer möglichen Aufweitung der Gelenkschale 12 einen beträchtlichen Widerstand entgegen. Zugleich bildet der eine Endabschnitt 18 einen Umbördelungskragen 20, mittels dessen die Einsatz-Gelenkschale 12 in der Aufnahme 13 des Führungselementes 14 durch Umbördelung befestigt ist. Der andere Endabschnitt 19 bildet zugleich einen Befestigungskragen 21 Für eine nicht dargestellte Fettabdi ch tungsmanschette. Diese Fettabdichtungsmanschette übergreift mit einem ÖFfnungsrand den Befestigungskragen 21 und liegt mit dem anderen Öffnungsrand in einer Ringnut 22 im Gelenkzapfen 11 ein.
Zwischen der Einsatz -Gelenkschale 12 einerseits und dem Gelenkkopf 10 andererseits sind zwei Gleitschalen 23, 24 aus Kunststoff angeordnet, die in ihrer Lage durch FormschlUß fixiert sind. Zwischen der Gleitschale 24 und der Gelenkschale 12 ist eine Verschlußkappe 25 eingelegt, welche die Öffnung 26 des den Umbördelungskragen 20 bildenden Endabschnittes 18 überdeckt. Die Verschlußkappe 25 weist einen zylindrischen Ringabschnitt 27 auf, der in den zylindrischen Mittelabschnitt 15 der Gelenkschale 12 formschlüssig hineinragt und somit in seiner Position fixiert ist. Die Stirnseiten des zylindrischen Ringabschnitts 25 stützen die Gleitschale 23 ab, wodurch diese zusätzlich in ihrer in Fig. 1 zu sehenden Lage positioniert ist.
Bei der Herstellung des vorstehend beschriebenen Kugelgelenkes geht man zur Bildung der Gelenkschale 12 von einer rohrförmigen Hülse aus, deren Durchmesser größer ist als der größte Durchmesser des Gelenkkopfes 10. Die rohrförmige Hülse formt man vor und hinter der größten, quer zur Hülsenachse sich erstreckenden Abmessung des Gelenkkopfes 10 nach innen ein, und zwar so weit, daß die sich verjüngenden Hülsenabschnitte, die die Verjüngungsabschnitte 16, 17 bilden, den Gelenkkopf 10, diesen gegen A><ialverschiebung sichernd, teilweise umgreifen.Dabei drückt man zweckmäßigerweise zunächst einen nahe dem in Fig. 1 unteren Hülsenende gelegenen Hülsenabschnitt kalottenartig ein, wodurch der Verjüngungsabschnitt 16 der Einsatz-Gelenkschale 12 gebildet wird. Dann legt man die vorgeformte Verschlußkappe 25 und die vorgefertigte Kunststoff-Gleitschole 24 ein. Danach wird der Gelenkkopf 10 axial in-die Hülse eingeführt, und zwar in Fig. 1 von oben her. Anschließend wird der dem Gelenkzapfen 11 nahe gelegene Hülsenabschnitt kalottenartig eingedrückt, wodurch sich der Verjüngungsabschnitt 17 bildet. Schließlich werden dann die Endbereiche der rohrförmigen Hülse kragenartig nach außen ausgebogen, wodurch sich die umgelegten Endabschnitte 18 und 19 der Einsatz-Gelenkschale 12 bilden. Das nunmehr so vorgefertigte Kugelgelenk wird dann bei Bedarf in die Aufnahme 13 des entsprechenden Führungselementes 14 eingesetzt. Nach dem Einsetzen wird der Umbördelungskragen 21 um den Öffnungsrand 29 der Aufnahme 13 herum umgeördelt, wodurch das Kugelgelenk fest mit dem Führungselement verbunden ist.
Das Kugelgelenk gemäß dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen Kugelgelenk überein, so daß gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, jedoch um die Basiszahl 200 erhöht versehen sind.
Bei dem Kugelgelenk in Fig. 2 ist die axiale Länge des zylindrischen Mittelabschnittes 215 der Einsatz-Gelenkschale 212 extrem klein bemessen, so daß die beiden Veriüngungsabschnitte 216 und 217 fast nahezu unmittelbar ineinander übergehen. Ansonsten jedoch entspricht die Einsatz-Gelenkschale 212 der vorstehend beschriebenen Einsatz-Gelenkschale 12.
Ein weiterer Unterschied des Kugelgelenkes in Fig. 2 gegenüber dem in Fig. 1 liegt in der Ausbildung der einen Kunststoff-Gleitschale 224. Hier erfolgt die formschlüssige Fixierung der Gleitschale 224 in der Gelenkschale 212 nicht durch eine Verschlußkappe, die hier fehlt, sondern durch formschlüssige Ausbildung der Kunststoff-Gleitschale 224 selbst. Die Gleitschale 224 weist einen axialen Fortsatz 230 auf, der in die kreisförmige Öffnung 226 des den Umbördelungskragen 220 bildenden Endabschnittes 218 der Einsatz-Gelenkschale212 formschlüssig hineinragt. Die Kunststoff-Gleitschale 223 liegt stirnseitig an der Gleitschale 224 an, so daß auch diese sich bei Bewegung des Gelenkkopfes 210 nicht mit diesem verschieben kann.
Das Kugelgelenk yemüß dem zweiten Ausführungsbeispiel in Fig. 2 wird in der gleichen Weise hergestellt wie zu Fig. 1 beschrieben. Hierbei entfällt lediglich das Einsetzen der Verschlußkappe 25.

Claims

Anspruche )Kugelgelenk mit einem im wesentlichen kugelförmigen Gelenkkopf mit Gelenkzapfen und einer den Gelenkkopf zumindest teilweise umgreifenden Einsatz-Gelenkschale, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatz-Gelenkschale (12; 212) etwa Rohr- oder Zylinderhulsenform mit zylindrischem Mittelabschnitt (15; 215) und daran beidseitig sich ansch Fließenden, vorzugsweise kalottenartigen, Verjungungsabschni tten (16, 17; 216, 217) aufweist, deren Innendurchmesser in Achsrichtung abnehmen, so daß die VeriUngungsabschnitte (16, 17; 216; 217) den Gelenkkopf (10; 210),diesen gegen axiale Verschiebung sichernd, umgreifen.
2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge des Mittelabschnitts (15) extrem klein bemessen ist.
3. Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Veriüngungsabschnitte (16 17; 216, 217) nach außen umgelegte Endabschnitte (18, 19; 218, 219) sich jeweils, vorzugsweise unmittelbar, anschließen.
4. Kugelgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Endabschnitt (18; 218) zugleich einen Umbördelungskragen (20; 220), mittels dessen die Einsatz-Gelenkschale (12; 212) in einer Aufnahme (13; 213) eines Fuhrungselementes (14; 214), wie Lenker od.dgl., festgesetzt werden kann, und der andere Endabschnitt 19; 219) zugleich einen .Befestigungskragen (21; 221), über welchen eineden Gelenkzapfen (11; 211) umgebende Dichtungsmanschette gestülpt werden kann, bildet.
5. Kuge!gelenk nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwischen Mittelabschnitt (15; 215) und VerjVngungsabschnitten (16, 17; 216, 217) einerseits und Gelenkkopf (10; 210) andererseits mindestens eine Gleitschale (23, 24; 223, 224), vorzugsweise Kunststoffgleitschale, angeordnet ist, die im wesentlichen formschlüssig gehalten ist.
6. Kugelgelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschale (224) einen -zylindrischen Fortsatz (230) aufweist, der in die im wesentlichen kreisförmige Öffnung (226) des den Umbördelungskragen (220) bildenden Endabschnittes (218) - formsch lUssi g hineinragt.
7. Kugelgelenk nach Anspruch 5, dad-urc h gekennzeichnet, daß zwischen Gelenkkopf (10) und Einsotz-Gelenkschale (12) eine die Öffnung (26) des den Umbördelungskrngen (20) bildenden Endabschnittes (18) Uberdeckende Verschlußkappe (25) angeordnet ist, die mit einem zylindrischen Ringabschnitt (27) in den zylindrischen Mittelabschnitt (15) der Einsotz-Gelenkschole (12) formschlüssig hineinragt
8. Kugelgelenk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Verschlußkappe (25) und dern Gelenkkopf (10) eine weitere Gleitschole (24), vorzugsweise Kunststoffgl eitschal e,- formschlüssig einliegt.
9. Verfahren zur Herstellung eines.Kugelgelenkes nach einem der Anspruche -1 - 8, dadurch -gekennzeichnet, daß man zur Bildung der Einsatz-Gelenkschale (12; 212) eine rohrförmige HUlse, deren Innendurchmesser größer ist als der größte Durchmesser des Gelenkkopfes- (10; 210>,.

in Achsrichtung vor und hinter der größten, quer zur Hülsenachse (28; 228) sich erstreckenden Abmessung des Gelankkopfes (10; 210) nach innen einformt, so weit, daß die sich verjungenden Hülsenabschnitte (161 17; 216, 217) den Gelenkkopf (10; 210), diesen gegen Axialverschiebung sichernd, umgreifen.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch geken nz elch ne t, daß man zunächst einen nahe dem einen Hülsenende gelegenen Hülsenabschnitt (16; 216) kalottenartig eindrückt, dann den Gelenkkopf (10; 210) axial in die Hülse einführt und schließlich den dem Gelenkzapfen (11; 211) nahen Hulsenabschnitt (17; 217) kalottenartig einwölbt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man vor dem Einführen des Gelenkkopfes (10; 210) mindestens eine Gleitschale (23, 24; 223, 224), vorzugsweise Kunststoffgleitschale, im wesentlichen formschlUssig in die Hülse einlegt.
12. Verfahren nach einem der AnsprUche 9 - 11, dadlutch'gekennzeichnet, daß man die beiden Endabschnitte (18, 19) der Hülse kragenartig nach außen ausbiegt.