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Kugelgelenk für Lenkgestänge von Kraftfahrzeugen Die Erfindung betrifft
ein Kugelgelenk für Lenkgestänge von Kraftfahrzeugen, bei dem der Kugelbolzenkopf
in einem am Lenkgestänge befestigten Gehäuse dreh- und schwenkbar gelagert ist.
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Ein solches Kugelgelenk, ein ganz besonders lebenswichtiger Bauteil
des Kraftfahrzeuges, ist bekanntlich außerordentlich hohen Beanspruchungen, insbesondere
Stoßbelastungen ausgesetzt und soll dabei sich zum Teil widersprechenden Anforderungen
gerec@t werden. Es soll nämlich nach Möglichkeit in seiner Lagerung trotz der beim
Betrieb des Kraftfahrzeuges von der Straße ausgeübten starken Stöße auch bei längerer
Betriebsdauer keine wesentliche Abnutzung der Lagerung des Bolzenkopfes eintreten,
da sonst die sichere Führung des Kraftfahrzeuges durch die Lenkung und damit die
Verkehrssicherheit des Fahrzeuges gefährdet ist. Andererseits gehört es zu den allen
Anforderungen entsprechenden Eigenschaften eines solchen Gelenkes, daß die Aufnahme
der Stöße innerhalb des Gelenkes möglichst unter einer gewissen Nachgiebigkeit bzw.
Dämpfung erfolgen sollte, um die anderen Teile des Lenkgestänges vor den auftretenden
übermäßigen. Beanspruchungen zu schützen und dadurch mögliche Gefahrenquellen für
die Verkehrssicherheit auszuschließen.
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Da diese Kugelgelenke am Fahrzeug an Stellen angeordnet sein müssen,
die in der Regel schlecht
zugänglich sind, werden diese erfahrungsgemäß
nicht oder nur unzulänglich gewartet, obwohl sie ständig dem Schmutz und Staub ausgesetzt
sind, weshalb daneben schon seit langem das Bestreben ist, ebenso wie alle anderen
beweglichen Bauteile des Kraftfahrzeuges, vor allem diese Gelenke völlig wartungsfrei
zu gestalten.
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Alle bisher bekannten Lagerungsarten des Kugelbolzenkopfes solcher
Gelenke waren nicht imstande, diesen alle die genannten erstrebenswerten Eigenschaften
zu -verleihen.
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Die bekannte Lagerung des Kugelbolzenkopfes in hochwertigsten Stahllagerschalen,
um dem alsbaldigen Auftreten von sich im Laufe des Betriebes vergrößernden Lagerspiel
entgegenzuwirken, bot zunächst keine bzw. eine nur unzulängliche Möglichkeit für
die wünschenswerte nachgiebige und damit dämpfende Aufnahme der auf das Gelenk ausgeübten
Stöße, die demnach in diesem Fall in fast ungeminderter Größe auf die übrigen Lenkungsteile
übertragen wurden und damit eine gefahrbringende Beanspruchung dieser Teile, von
deren störungsfreiem Arbeiten die Vermeidung folgenschwerer Unfälle abhängt, darstellten.
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Trotz der hohen Flächenbelastbarkeit solcher Stahllagerauskleidungen
leisten diese darüber hinaus bekanntlich nur begrenzten Widerstand, da die auftretenden
Spitzendrücke die Festigkeitsgrenze der Stahlschalen überschreiten, und es tritt,
wenn auch in der Regel wegen der Kürze der Stoßspitzen ein Bruch dieser Lagerschalen
vermieden werden konnte, ein verhältnismäßig rascher Verschleiß ein, der ein bleibende
, übermäßiges Spiel in dem Kugelgelenk zur Folge hat, mit den hierdurch bedingten
und außerordentlich nachteiligen Auswirkungen für die Lenk- und damit Fahrsicherheit
des Fahrzeuges.
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Der Weg, der vorgeschlagen wurde, um demgegenüber einen selbsttätigen
Ausgleich des schädlichen Lagerspieles herbeizuführen und damit das Auftreten eines
bleibendes Spieles in dem Gelenk zu vermeiden, eine Aufteilung der Lagerschale aus
Stahl oder auch beispielsweise aus Kunstharz in viele Kalotten vorzusehen, mit einer
Unterlage' aus Gummi, um damit eine Nachgiebigkeit der Lagerung und die angestrebte
Spielfreiheit zu erzielen, führte offensichtlich wegen der Unterlegenheit einer
solchen Lagerung hinsichtlich der Tragfähigkeit gegenüber Stahlauskleidungen - abgesehen
davon, daß ein solches Lager nicht auf Schmierung und damit auf Wartung verzichten
kann - ebenfalls nicht zu einem befriedigenden Ergebnis.
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Ähnliches gilt in bezug auf die wünschenswerte Wartungsfreiheit solcher
Gelenke. Auch in dieser Hinsicht sind bereits verschiedene Lösungswege bekanntgeworden.
Keiner dieser Vorschläge führte jedoch bisher zu einer wirklich wartungsfreien Lagerung.
So wurde beispielsweise die Lagerung des Kugelbolzenkopfes zu diesem Zwecke in Pfannen
mit selbstschmierenden Lagerflächen, und zwar im besonderen aus ölschwitzendem Werkstoff,
vorgeschlagen. Auf längere Betriebsdauer bot jedoch auch eine solche Lagerung nicht
die Gewähr für wartungsfreien Lauf, ungeachtet dessen, daß eine solche Lagerung
ebenfalls die für die auftretenden Belastungen unerläßliche hohe Tragfähigkeit vermissen
ließ.
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Die Erfindung schlägt demgegenüber die Verwendung eines oder mehrerer
in das nahezu geschlossene Gelenkgehäuse eingesetzte Lagerkörper aus Superpolyamid-Kunststoff
für die Lagerung des Bolzenkopfes vor.
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Dieser bekannte Werkstoff, der sich bekanntlich unter anderen durch
seine Elastizität, Abriebfestigkeit und Anspruchslosigkeit im Hinblick auf Schmierung
auszeichnet, wurde gerade wegen dieser Eigenschaften bereits vielfach auf seine
Verwendbarkeit als Werkstoff für Gleitlager untersucht. Diese Untersuchungen führten
zu dem Ergebnis, daß dieser Werkstoff für solche Zwecke nur in sehr beschränktem
Umfange verwendbar ist, da sich seine Belastbarkeit nur in Grenzen von 4o bis 5o
kg/cm2 bewegt, wobei für ungeschmierte Lager zum Teil sogar von der Fachliteratur
als höchste Belastbarkeit nur 5 kg/cm2 angegeben wird und seine Festigkeit mit Zunahme
der Gleitgeschwindigkeit außerordentlich stark abnimmt. Bei Gleitlagern mit größerer
ruhender Last hat sich gezeigt, daß dieses Material über seine Elastizitätsgrenze
hinaus beansprucht wird und deshalb plastische Eigenschaften annimmt, aus diesem
Grunde ausweicht und dadurch nach kurzer Zeit ein wesentlich größeres Lagerspiel
eintritt, weshalb bei Verwendung dieses Materials für Gleitlager vorgeschlagen wurde,
die Lagerschalen an ihren Enden mit Stahlarmierung zu versehen, um dieses Ausweichen
des Materials zu verhindern.
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Aus allen diesen in Fachkreisen gewonnenen Erkenntnissen über die
Eigenschaften dieses Materials bot sich dieses für die Verwendung als Lagerwerkstoff
für Kugelgelenke von Lenkgestängen von Kraftfahrzeugen, bei denen bekanntlich Stoßbelastungen
mit Spitzenwerten bis zu 6 to/cm2 und darüber hinaus auftreten, also Belastungen
in Größenordnungen, die um das I 50- bis Zoofache über der bekannten Belastbarkeit
des fraglichen Materials liegen, keineswegs an, sondern ließ dieses Material vielmehr
für diesen Zweck als völlig unbrauchbar erscheinen.
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Die von der Erfindung im Gegensatz zu diesen Feststellungen vorgeschlagene
Verwendung von Polyamid-Kunststoff für die Lagerung des Kugelbolzenkopfes solcher
Gelenke führte jedoch völlig unerwarteterweise zu einem überraschenden und ungewöhnlichen
Erfolg.
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Kugelgelenke, die mit einer solchen Lagerung des Kugelbolzerkopfes
ausgerüstet werden, halten, wie ausgedehnte ;'ersuche und der bereits erfolgte umfangreiche
Eiii.,atz solcher Gelenke in der Praxis einwandfrei erwiesen haben, den auftretenden
Stoßbelastungen, die ein Vielfaches der für möglich gehaltenen Flächenbelastung
erreichen, ohne daß feststellbare Dauerverformungen oder ein erhöhtes Lagerspiel
auftreten, stand.
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Prüfstandversuche mit 15 ooo ooo Lastwechsel mit Höchstbelastung
ergaben keine feststellbare
Abnutzung der Lagerung. Mit doppelter
Belastung beanspruchte, in Kraftfahrzeuge eingebaute Gelenke wiesen nach einer über
einige Io ooo km zurückgelegte Fahrstrecke keinerlei feststellbare Abnutzung auf.
Damit ergab sich für Gelenke mit der erfindungsgemäßen Lagerung des Bolzenkopfes
eine Erhöhung der Dauerleistung von Ioo und mehr Prozent gegenüber den mit hochwertigsten
Stahllagerschalen ausgerüsteten Gelenken bekannter Art und deren Überlegenheit gegenüber
den Gelenklagerausbildungen aller bisher bekannten Ausgestalturtgsarten solcher
Gelenke.
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Damit ist erwiesenermaßen für solche Kugelgelenke von Lenkgestängen
für Kraftfahrzeuge ein erheblicher Fortschritt erzielt, da diese Art der Lagerung
nunmehr alle an sie zu stellenden geschilderten Forderungen erfüllt.
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Sie gewährleistet nämlich in dem der Erfindung zugrunde liegenden
Anwendungsfall über eine erheblich längere als bisher erzielbare Betriebsdauer eine
spielfreie und sichere Führung des Kugelbolzenkopfes, wofür die bisher unbekannte,
von der Erfindung ausgenutzte Eigenschaft dieses Materials verantwortlich ist, nämlich,
daß sich die bei den hohen auftretenden Überbelastungen an sich verursachten Verformungen
des Materials im Ruhezustand stets zurückbilden.
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Dazu kommt die elastische und damit dämpfende Aufnahme der eingeleiteten
Stöße durch die erfindungsgemäße Lagerung, und endlich entsteht durch diese ein
wirklich wartungsfreies Gelenk infolge der Abriebfestigkeit des Materials und vor
allem wegen der Tatsache, daß dieses Material Schmutz und Staub, dem das Gelenk
im Betrieb ausgesetzt ist, absorbiert und damit für die Lagerung unschädlich macht.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform eines Kugelgelenkes nach
der Erfindung dargestellt.
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Das Kugelgelenk besteht danach in der Grundausführung aus vier Teilen,
dem Kugelgelenkgehäuse 5 mit dem Anschlußzapfen I, einem Formstück aus Superpolyamid-Kunststoff
2, dem Kugelbolzen 3 und dem Verschlußdeckel 4, der durch Umbördeln oder Einwalzen
des oberen Gehäuserandes oder auch durch einen Federring gesichert werden kann.
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Bei einstückiger Ausbildung des Lagerkörpers 2 ist dieser zweckmäßig
an der oberen Seite geschlitzt, wodurch er über den Kugelkopf 6 des Kugelbolzens
3 gestreift werden kann und danach infolge seiner Elastizität seine ursprüngliche
Form wieder annehmend den Kopf des Kugelkopfes eng umschließt. Die Schlitze 7 in
dem Lagerformstück können dabei als Aufnahmeräume für Graphit oder ein sonstiges
Gleitmittel Verwendung finden, mit dessen Hilfe die Gleitfläche des Lagerformstückes
und des Kugelbolzenkopfes nach kurzer Betriebsdauer eine spiegelblanke Oberfläche
erhalten, eine wesentliche Voraussetzung für die Dauerhaltbarkeit der Lagerung.
Das Lagerformstück kann selbstverständlich auch aus mehreren Teilen bestehen.
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Die Anwendung der von der Erfindung vorgeschlagenen Lagerung des Kugelbolzenkopfes
führt zu einem Kugelgelenk einfachster Aufbauform. Für seine Herstellung ist keine
besondere Präzision erforderlich, weshalb ein Kugelgelenk dieser Ausbildungsart
nur niedrige Gestehungskosten bedingt.