DE4041939C2 - Kugelgelenk - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk mit einem Gehäuse,
einem entlang der― Innenseite des Gehäuses angeordneten
Lagerteil und einem von dem Lagerteil umgebenen Kugelteil.
Ein derartiges Kugelgelenk ist beispielsweise aus der
US 4 681 475 bekannt.
Kugelgelenke werden für verschiedene Zwecke verwendet. Unter
Bezugnahme auf die Fig. 6 der beigefügten Zeichnung wird
zunächst der Stand der Technik bei Kugelgelenken anhand
eines bekannten Kugelgelenks beschrieben.
Das Kugelgelenk besteht z. B. aus einem Sockel a, einem darin
angeordneten Lagerelement b, einer Kugel c, die in dem
Lagerelement b aufgenommen ist, und einem Verschlußteil d,
welches die Entfernung der Kugel c verhindert. Dieses Ver
schlußteil d ist in eine Stufe e eingesetzt, die an der
oberen Innenseite des Sockels a gebildet ist. Das obere Ende
des Sockels a ist bei f auf den Verschlußteil d verstemmt.
Das Verschlußteil d ist zwischen dem verstemmten Bereich f
und dem Lagerelement b eingeschlossen.
Die Fig. 7 zeigt eine Anordnung, bei welcher das Verschluß
teil d von Fig. 6 entfällt. Das Lagerelement b ist in den
Sockel a eingesetzt. Die Kugel c ist in dem Lagerelement b
aufgenommen. Nach dem Zusammenfügen der Teile wird der obere
Bereich des Sockels a kugelförmig einwärts verformt, um das
Lagerelement fest einzuschließen (JP-OS 256 57/1976).
Die bekannte Ausbildung des Kugelgelenks ist aber noch mit
zahlreichen Mängeln behaftet. Das Verschlußteil d ist für
ein Kugelgelenk der in Fig. 6 gezeigten Art unentbehrlich;
es hat eine Zunahme der Anzahl von benötigten Bauteilen und
Montageschritten zur Folge. Ferner muß das Verschlußteil d
mit einer gegebenen Genauigkeit bearbeitet werden. Es
ergeben sich insgesamt recht hohe Herstellungskosten.
Bei der Bauform nach Fig. 7 treten zwischen dem Sockel und
dem Lagerteil erhebliche Streuungen auf. Entweder wird das
Lagerteil gegen die Kugeloberfläche zu stark angedrückt,
oder das Verformungsmaß ist unzureichend. In den meisten
Fällen tritt ein unstabiler Druckkontakt zwischen der Kugel
oberfläche und dem Lagerteil auf. Es können daher keine
gleichmäßigen Funktionseigenschaften des Kugelgelenks er
zielt werden. Bei der Verformung des Gehäuses bzw. Sockels
ist der verformte Bereich unterschiedlich groß. Infolgedes
sen ergibt sich auch eine unstabile Verformung des Lager
teils. Das Lagerteil ist daher nicht imstande, die Kugel
gleichmäßig abzustützen, so daß viele Kugelgelenke schadhaft
werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kugelgelenk
zur Verfügung zu stellen, das von den oben beschriebenen
Mängeln frei ist.
Die Aufgabe wird bei einem Kugelgelenk der eingangs genann
ten Art dadurch gelöst, daß das Gehäuse in seinem oberen
Bereich
einen gestuften Teil und einen ansteigenden Teil aufweist,
der vom Außenumfang des gestuften Teils ausgehend einstückig
angeschlossen ist und ansteigt, und daß das Lagerteil in
seinem oberen Bereich einen Flanschteil aufweist, welcher
die Kugel hält, und daß die Kugel in dem Gehäuse dadurch ge
sichert ist, daß der gestufte Teil dieses Gehäuses ausgehend
von dem ansteigenden Gehäuseteil von oben und von außen her
in einander kreuzenden Richtungen verstemmt ist.
Zur Vermeidung der Schwierigkeiten, die bei einem Kugelge
lenk nach Fig. 6 auftreten, wird zunächst bei dem erfindungs
gemäßen Kugelgelenk kein Verschlußteil verwendet, ähnlich
wie bei der Ausführung nach Fig. 7. Infolgedessen wird die
Anzahl von benötigten Bauteilen und Montageschritten vermin
dert. um nun auch die bei der Ausführung nach Fig. 7 auftre
tenden Schwierigkeiten zu beheben, ist der Flanschteil an
der Außenseite des Lagerteils auf der verstemmten Seite ge
bildet. Das Gehäuse ist mit dem gestuften Teil ausgestattet,
um den Flanschteil aufzunehmen. Nur der Flanschteil des La
gerteils wird durch den verstemmten Gehäuseteil gehalten. Es
findet keine Deformierung an derjenigen Fläche des Lagertei
les statt, auf welcher sich die Kugel abstützt. Die Kugel
fläche wird daher sicher und dauerhaft unter der vorbestimm
ten Vorspannung gehalten, die das Lager aufweisen soll.
Bei dem erfindungsgemäßen Kugelgelenk ist das Gehäuse mit
dem gestuften Teil und dem ansteigenden Teil ausgebildet,
der einteilig angesetzt ist und vom Außenumfang des gestuf
ten Teils an dessen oberem Rand ausgeht. Das Lagerteil ist
in seinem oberen Bereich mit dem Flanschteil versehen, der
einen vergrößerten Durchmesser aufweist. Dieser Flanschteil
hält die Kugel, nachdem das Gehäuse über dem gestuften Be
reich in seinem ansteigenden Teil von außen und von oben her
verstemmt wurde. Nach Durchführung des Verstemmens kann die
Kugel aus dem Lagerteil nicht mehr entfernt werden. Die
Lücken zur Aufnahme der Vertikalen und der dazu über Kreuz
gerichteten Deformierung sind zwischen dem Lagerteil, wel
ches die zur Mitte der Kugel hin gerichteten Vorspannkräfte
ausübt, und dem Gehäuse gebildet, welches den Außenumfang
des Lagerteils hält.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung und aus der Zeichnung, auf die
Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Kugelge
lenks;
Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht des Kugelgelenks;
Fig. 3 einen Teilschnitt eines Lagerteils;
Fig. 4 eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Be
ziehung zwischen Lagerteil und Gehäuse bei dem er
findungsgemäßen Kugelgelenk;
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform des Lagerteils; und
Fig. 6 und 7 die bereits erwähnten bekannten Kugelgelenke.
Das in Fig. 1 gezeigte Kugelgelenk 10 umfaßt ein Gehäuse 12,
ein Lagerteil 14 an der Innenseite des Gehäuses 12 und eine
Kugel 16, die in dem Lagerteil 14 aufgenommen ist.
Das Gehäuse 12 ist üblicherweise aus Metall hergestellt. An
der oberen inneren Wandungsfläche des Gehäuses 12 ist ein
gestufter Teil 18 ausgebildet, dessen Durchmesser (in Radial
richtung) vergrößert ist. Ein dünnerer ansteigender Teil 20,
der in Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist, erstreckt sich
von dem oberen Bereich des gestuften Teils 18 ausgehend und
ist einstückig angeschlossen. Ein zweiter gestufter Teil 22
erstreckt sich von dem gestuften Teil 18 ausgehend nach un
ten an der Innenseite des Gehäuses 12. Ein Zwischenteil 26
erstreckt sich von dem zweiten gestuften Teil 22 bis zum
Boden 24 und weist eine gekrümmte Oberfläche von im wesent
lichen konstantem Radius auf.
Das Lagerteil 14 ist, wie z. B. aus Fig. 3 ersichtlich, mit
einem oberen Flanschteil 28 mit vergrößertem Durchmesser,
einem unteren, dünneren Teil 30 und einem Zwischenteil 32
versehen. Der untere, dünne Teil 30 ist an den Zwischenteil
26 des Gehäuses 12 angepaßt. Die Innenseite des Zwischen
teils 26 weist eine gekrümmte Oberfläche entsprechend einem
Durchmesser D auf, der durch den Mittelpunkt C der Kugel
verläuft, die in dem Gehäuse 12 aufgenommen ist. Der Außen
durchmesser L des oberen Flanschteils 28 ist größer als
1,15 D. Die Dicke T des Flanschteils 28 beträgt annähernd
(0,10-0,15) × D. Das obere äußere Ende 34 des Flanschteils
30 ist abgeschrägt.
Das Lagerteil 14, dessen sphärische Fläche bei dem erfin
dungsgemäßen Kugelgelenk die Kugel im Gehäuse sichert, wird
aus synthetischem Harz gefertigt. Es wird vorzugsweise in
solcher Weise ausgebildet, daß es die in Fig. 4 mit Pfeilen
p bezeichneten Vorspannungen in Richtung des Mittelpunktes
des Lagerteils ausübt.
Es wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen. Während bei der in
Fig. 3 gezeigten Ausführungsform die Außenoberfläche des
dünnen Teils 30 eine sphärische Gestalt aufweist, ist bei
dieser Ausführungsform nach Fig. 5 der entsprechende dünne
Teil 30, welcher etwa von der Linie H in Fig. 3 ausgeht, die
sich durch den Mittelpunkt C erstreckt und senkrecht zu
einer Linie V ist, die senkrecht durch den Mittelpunkt C der
Kugel 16 in dem Lagerteil 14 verläuft, kegelförmig ausgebil
det. Diese Ausführungsform ist dann geeignet, wenn der Zwi
schenteil 26 des Gehäuses 12 konisch ausgebildet wird. Die
Gestaltung der Außenoberfläche des dünnen Lagerteils ent
spricht also der Form des Zwischenteils des Gehäuses, so daß
gleichförmige Vorspannungen p (Fig. 4) erzeugt werden.
Das Lagerteil 14 greift an der Kugelfläche der Kugel 16 an.
Die Gestaltung der anderen Bereiche der Kugel 16 und des Ku
gelschaftes entsprechen dem Stand der Technik.
Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Kugelgelenks 10
wird zunächst die Kugel 16 in das Lagerteil 14 eingesetzt,
wodurch eine Untergruppe zustande kommt. Diese Untergruppe
wird dann in das Gehäuse 12 eingesetzt. Dann wird eine Flä
che am Außenumfang des Zwischenteils 32 des Lagerteils 14 an
einen mittleren Flächenbereich 19 angesetzt, welcher den ge
stuften Teil 18 mit dem zweiten gestuften Teil 22 des Gehäu
ses verbindet, dessen Durchmesser kleiner als der dieser
äußeren Umfangsfläche ist. Das Einsetzen erfolgt in solcher
Weise, daß die Unterseite des Flanschteils 28 des Lagerteils
14 auf den gestuften Teil 18 des Gehäuses 12 zur Auflage
kommt. Wenn der Flanschteil 28 des Lagerteils 14 auf dem ge
stuften Teil 18 des Gehäuses 12 aufsitzt, ist unmittelbar
angrenzend in Einwärtsrichtung eine Lücke in Radialrichtung
zwischen dem Außenumfang des Flanschteils 28 und der Fläche
des Gehäuses 12 gebildet. Die gestufte Fläche unter dem Zwi
schenteil 32 des Lagerteils 14 liegt in geringem Abstand
über dem zweiten gestuften Teil 22 des Gehäuses 12.
Anschließend wird der ansteigende Teil 20 des Gehäuses 12
mittels eines an sich bekannten Werkzeugs verstemmt, so daß
er ausgehend von der in Fig. 2 gestrichelt gezeigten Stel
lung in die in Fig. 2 mit durchgezogenen Linien gezeigte La
ge verformt wird.
Der Flanschteil 28 des Lagerteils 14 nimmt zunächst die in
Fig. 2 gestrichelt gezeigte Lage ein. Während der ansteigen
de Teil 20 des Gehäuses 12 in Einwärtsrichtung verstemmt
wird, wird dieser ansteigende Teil 20 entlang dem abgeschräg
ten äußeren Ende 34 des Lagerteils 14 umgebogen. Der obere
Bereich des Flanschteils 28 wird daher in Einwärtsrichtung
verdrängt, so daß er die Oberseite der Kugel 16 umfaßt und
ihre Entfernung unmöglich macht. Die anfangs vorhandene Lücke
zwischen dem Außenumfang des Flanschteils 28 und der Innen
fläche des Gehäuses 12 ermöglicht eine Materialaufnahme bei
der in gekreuzten Richtungen stattfindenden Deformierung des
Flanschteils 28 des Lagerteils 14, welches bei dem Vorgang
des Verstemmens durch Druckeinwirkung verformt wird. Wie in
Fig. 2 gezeigt, ist eine Lücke 38 zwischen dem zweiten ge
stuften Teil 22 des Gehäuses 12 und der Unterseite des Zwi
schenteils 32 des Lagerteils 14 gebildet. Diese Lücke 38
soll eventuelle Verformungen in Vertikalrichtung aufnehmen,
wenn ein Zentrierungsfehler in der Richtung auftritt, in
welcher die Kugel 16 unter Druck eingesetzt wird.
Nur der Flanschteil des Lagerteils wird durch Druckeinwir
kung verformt und in dem Gehäuse festgehalten. Die übrigen
Bereiche des Lagerteils werden lediglich mit Paßsitz unter
Druck eingesetzt. Die von dem Lagerteil ausgeübten Vorspann
kräfte dienen dazu, den Halt der Kugel zu verbessern und die
Standfestigkeit des Kugelgelenks zu steigern.
Das erfindungsgemäße Kugelgelenk zeichnet sich durch mehrere
Vorteile aus. Die bei dem Verstemmen auftretende Stauchung
des Lagerteils ist auf dessen Flanschteil beschränkt. Die
Funktionseigenschaften und Standfestigkeit des Kugelgelenks
werden durch den Vorgang des Verstemmens daher nicht beein
trächtigt. Wegen seines einfachen Aufbaus kann das Kugelge
lenk wirtschaftlich gefertigt werden.
Die beim Verstemmen auftretenden Belastungen haben keinerlei
negativen Einfluß auf die Leistungsfähigkeit des Kugelge
lenks, so daß auch eine Großserienfertigung möglich ist. Da
beim Verstemmen hohe Kräfte ausgeübt werden können, läßt
sich auch eine große Standfestigkeit erzielen.
Da das erfindungsgemäße Kugelgelenk nur wenige Bauteile und
wenige Bearbeitungsschritte erfordert, ist es besonders ko
stengünstig.
Da eine gleichmäßige Vorspannung auf die Kugel ausgeübt wer
den kann, besitzt das Kugelgelenk eine hohe Langzeitkonstanz
seiner Funktionseigenschaften und eine große Standfestigkeit.
Ein solches Kugelgelenk ist allgemein in Industriemaschinen,
Kraftfahrzeugen, Stabilisatoren, Steuergestängen und der
gleichen verwendbar.
Claims (3)
1. Kugelgelenk mit einem Gehäuse (12), einem entlang der
Innenseite des Gehäuses (12) angeordneten Lagerteil (14)
und einem von dem Lagerteil (14) umgebenen Kugelteil (16),
dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) in seinem
oberen Bereich einen gestuften Teil (18) und einen anstei
genden Teil (20) aufweist, der vom Außenumfang des gestuften
Teils (18) ausgehend einstückig angeschlossen ist, daß das
Lagerteil (14) in seinem oberen Bereich mit einem Flansch
teil (28) versehen ist und daß der gestufte Teil (18) mit
dem ansteigenden Teil (20) des Gehäuses (12) von oben und
von außen her in einander kreuzenden Richtungen verstemmt
ist, so daß der Flanschteil (28) den Kugelteil (16) ein
spannt.
2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen dem Gehäuse (12) und dem Lagerteil (14) Lücken (38)
zur Materialaufnahme bei Verformung in senkrechter Richtung
und in gekreuzten Richtungen vorgesehen sind.
3. Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß das Lagerteil (14) in solcher Weise gestaltet ist,
daß es Vorspannungen (p) in Richtung auf den Mittelpunkt des
Kugelteils (16) auf diesen ausübt.
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