DE4428496C2 - Kugelgelenk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk für nicht geradlinig ablaufende Bewegungen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Im Stand der Technik sind Kugelgelenke bekannt, bei denen zur Halte­ rung eines Kugelkopfes im Hohlraum einer Kugelpfanne eine Feder vorgesehen ist, die sich mit freien Enden durch Schrägschlitze in der Kugelpfanne und so weit erstreckt, daß sie den in der Kugelpfanne angeordneten Kugelkopf festhält und somit ein Abstreifen aus der Kugel­ pfanne heraus verhindert. Wesentliche Nachteile dieser Ausbildung beste­ hen darin, daß die Metallfeder direkt an dem Kugelkopf anliegt, der in aller Regel ebenfalls aus Metall besteht, so daß die Gefahr eines Ver­ schleißens und einer Korrosion insbesondere dann sehr groß ist, wenn die Kugelpfanne in einer feuchten Umgebung eingesetzt wird.

Des weiteren sind Kugelgelenke (DE 87 15 953 U1) bekannt, deren Kugel­ pfanne für ein Kugelgelenk in gegenüberliegenden Wandabschnitten schlitzartige Durchgänge zur Aufnahme von Keilen aufweist, die hinter den größten Durchmesser des Kugelkopfes greifen, wobei ein Federbügel diese Keile an die Kugeloberfläche des Kugelkopfes drückt. Derartige Kugelgelenke können in Stahlausführung gemäß DIN 71802 oder in Kunststoffausführung mit der oben erwähnten Verschlußbügelfeder herge­ stellt sein. Die eigentliche Sicherung des Gelenkes wird mit der Ver­ schlußbügelfeder realisiert, welche nach der Montage von Kugelkopf und Kugelpfanne verschlossen wird und die Keile auf den Kugelkopf drückt. Der Nachteil derartiger Kugelgelenke besteht neben der Tatsache, daß sie technisch aufwendig sind, darin, daß das Verhältnis von Montagekraft bzw. Demontagekraft zu gewolltem oder ungewolltem Abstreifen des Kugelkopfes aus der Kugelpfanne lediglich ca. 1 : 2 beträgt. Darüber hinaus muß gewährleistet sein, daß die Verschlußbügelfeder stets ge­ schlossen ist, was vor allen Dingen in mit Schwingungen verbundenen Einsatzbedingungen ein Problem darstellt.

In DE 39 05 474 A1 ist ein Kugelgelenk beschrieben, bei welchem der eigentliche Kugelsitz aus Kunststoff besteht und einen Ringflansch aufweist, welcher mit entsprechenden Kanten in einem entsprechend ausgebildeten Gehäuseteil ein­ rastbar ist, wobei der Ringflansch beim Einsetzen in das Gehäuseteil elastisch deformierbar ist. Der beschriebene Kugelsitz weist elastisch deformierbare Ab­ schnitte auf, damit der Kugelsitz in dem Gehäuseteil mit federnden Rastmitteln einsetzbar ist.

Des weiteren ist in US 4 993 863 ein Kugelgelenk beschrieben, bei welchem die Kugelpfanne an ihrem Außenumfang durch eine Ringnut mit entsprechenden Verbindungselementen gehalten wird und welche zur Erleichterung der Montage auf der offenen Seite Schlitze aufweist. Die Schlitze bewirken, daß die Haltekraft des Kugelgelenkes beschränkt ist. Dadurch ist zwar eine Demontage erleichtert, große Zugkräfte können jedoch von dem Kugelgelenk nicht aufgenommen wer­ den.

Es ist daher das Ziel der Erfindung, ein Kugelgelenk zu schaffen, das mit geringem Kraftaufwand montierbar ist, eine gegenüber der Montage­ kraft hohe Kraft gegen Abstreifen aufweist, an verschiedenste Einsatz­ zwecke anpaßbar und mit geringem Aufwand demontierbar ist, ohne daß hierzu technisch aufwendige Mittel erforderlich sind.

Dieses Ziel wird mit einem Kugelgelenk mit den Merkmalen nach An­ spruch 1 erreicht.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kugelgelenkes ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Danach ist die Kugelpfanne des Kugelgelenkes als zweiteiliges Element ausgeführt, weist ein hülsenartiges Pfannenteil und ein dieses aufnehmen­ des Ringelement auf, ist das Pfannenteil mit dem Ringelement verriegel­ bar und weist darüber hinaus das Pfannenteil, das zur Aufnahme des Kugelkopfelementes dient, eine Kugelkalotte in seinem Inneren auf, die mit einer Hinterschneidung versehen ist. Die Hinterschneidung ist so ausgeführt, daß der durch sie freigegebene Durchmesser kleiner ist als der Maximaldurchmesser der Kugelkalotte, der dem Durchmesser des Kugelkopfelementes entspricht. Dadurch wird nach erfolgtem Eindrücken des Kugelkopfes in diese Kugelkalotte gewährleistet, daß ein leichtes Lösen bzw Abstreifen des Kugelkopfelementes aus der Kugelkalotte der Kugelpfanne heraus vermieden wird.

Vorzugsweise ist das Pfannenteil in elastischer Bauart ausgeführt, das Ringelement dagegen in steifer Bauart, so daß vor einer Montage des Pfannenteiles in das Ringelement der Kugelkopf in die Kugelkalotte leicht eingeschoben werden kann, nach einer abschließenden Montage des Pfannenteiles in das Ringelement hinein wegen der vorzugsweise steifen Ausführung des Ringelementes ohne größeren Kraftaufwand wegen der Hinterschneidung jedoch nicht ohne weiteres wieder abgestreift bzw. aus der Kugelkalotte herausgezogen werden kann.

Zweckmäßig weist das Pfannenteil Radialschlitze auf, die vorzugsweise symmetrisch in kreuzweiser Anordnung vorgesehen sind, um die Elastizi­ tät von Montage und Halterung des Kugelkopfes in der Kugelkalotte zu gewährleisten. Damit das Pfannenteil einerseits fest, andererseits jedoch demontierbar im Ringelement arretiert werden kann, weist das Pfannen­ teil Befestiger auf, die vorzugsweise in elastischer Bauart ausgeführt sind und die hinter im Ringelement vorgesehenen und zu den Befestigern des Pfannenteils entsprechend angepaßten Halterungen einrasten. Ein un­ absichtliches Lösen des Pfannenteiles aus dem Ringelement wird somit vermieden. Ein Lösen kann leicht durch Anwendung eines speziellen Werkzeuges realisiert werden, das die Befestiger des Pfannenteils außer Eingriff zu den Halterungen des Ringelementes bringt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Ringelement für die Endmontageposition und für eine Vormontageposition jeweils eine Halterung auf. In der Vormontageposition ist es gewährleistet, daß das Pfannenteil mit dem Ringelement so verriegelt ist, daß die Kugelpfanne als eine Einheit transportiert und gehandhabt werden kann. Die Endmon­ tageposition wird erst nach Einfügen des Kugelkopfes in die Kugelkalotte des Pfannenteils durch Einschieben des mit dem Kugelkopfelement versehenen Pfannenteils in das Ringelement bis zum Anschlag eines Anschlagflansches des Pfannenteiles in einem schulterförmigen Absatz des Ringelementes erreicht.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbei­ spielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht des Pfannenteils, gesehen von der Seite des Anschlagflansches;

Fig. 2 eine Schnittansicht des Pfannenteils entlang der Linie A-A von Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht des Pfannenteils von Fig. 1, gesehen von der Seite der Befestiger;

Fig. 4 eine Draufsicht des Ringelementes;

Fig. 5 Vormontage- und Endmontageposition des Pfannenteils relativ zum Ringelement in einer Schnittdarstellung entlang der Linie B-B von Fig. 4;

Fig. 6 ein Kugelkopfelement bekannter Bauart;

Fig. 7 eine Draufsicht eines Kugelgelenks mit einem Anschlußstück zur Verbindung mit einem Schenkel eines Gelenks gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 8 eine Seitenansicht eines Kugelgelenks nach Fig. 7 mit geschnitte­ nem Pfannenteil in der Vormontage- und in der Endmontagepo­ sition; und

Fig. 9 eine Schnittansicht durch ein x-förmiges Stützelement zur Ver­ bindung des Anschlußstückes mit einer Stange.

Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen eine Draufsicht von der Seite des Anschlag­ flansches, eine Schnittansicht bzw eine Draufsicht von der Seite der Befestiger des Pfannenteils 1 gemäß der Erfindung. Dieses Pfannenteil 1 weist eine Kugelkalotte 6 auf, die zur Aufnahme eines Kugelkopfes 4 eines Kugelkopfelementes 3 dient. Die Kugelkalotte 6 ist bezüglich ihres maximalen Durchmessers, der dem Durchmesser des aufzunehmenden Kugelkopfes 4 entspricht, hinterschnitten. Diese Hinterschneidung definiert eine Kante 5 mit einem kleinstmöglichen Durchmesser, der dennoch gewährleistet, daß der Kugelkopf 4 eben noch mit vertretbarem Kraft­ aufwand in die Kugelkalotte 6 eingeschoben werden kann, ohne daß die durch die Hinterschneidung gebildete Kante 5 im Inneren des Pfannen­ teils 1 durch Montage- oder Demontageoperationen beschädigt wird und ohne daß der Montage- bzw Demontageaufwand zu groß wird. Der Durchmesser der Hinterschneidung hängt von den jeweiligen Einsatz­ bedingungen sowie den verwendeten Materialien ab. Zur Erleichterung des Einfügens des Kugelkopfes 4 des Kugelkopfelementes 3 in die Kugelkalotte 6 des Pfannenteils 1 weist das Pfannenteil 1 an seinem Ende, das mit einem Anschlagflansch 8 zur Aufnahme in einem schulter­ förmigen Absatz 9 in dem Ringelement 2 vorgesehen ist, eine trichterför­ mige Öffnung auf, die sich vom Anschlagflansch 8 zu der Kante 5 der Hinterschneidung verjüngt. Die elastische Eigenschaft des Pfannenteils 1 kann vorzugsweise dadurch verstärkt werden, daß sich bis hinter die Hinterschneidung des Pfannenteils 1 erstreckende, kreuzweise angeordnete Radialschlitze 7 vorgesehen sind. Diese Radialschlitze 7 erleichtern ein Einführen des Kugelkopfes 4 in die Kugelkalotte 6, gewährleisten aber dennoch nach erfolgter Montage des Pfannenteils 1 in dem Ringelement 2 einen großen Widerstand gegen Lösen des Kugelkopfelementes 3 aus der Kugelkalotte 6 des Pfannenteils 1.

In eines vorzugsweise um 45° versetzten Anordnung zu den Radialschlit­ zen 7 sind am äußeren Umfang des Pfannenteils 1 elastische Befestiger vorgesehen, die als mit Schnapphaken versehene Ringsegmente 10 ausge­ führt sind. Diese Ringsegmente 10 erstrecken sich im wesentlichen in, bezogen auf die Einfügungsrichtung des Kugelkopfelementes 3 in die Kugelkalotte 6, axialer Richtung am äußeren Umfang des Pfannenteils 1 und weisen einen sich im wesentlichen senkrecht zu der axialen Richtung erstreckenden, nach außen vorstehenden Vorsprung in Form eines Schnapphakens auf. Dieser Vorsprung ist dazu vorgesehen, daß er einen im Ringelement 2 angeordneten, sich ringförmig erstreckenden Vorsprung 13 bzw 14 im Sinne eines Widerlagers hintergreift. Die Ringsegmente sind zum Hintergreifen des untersten, im Ringelement 2 vorgesehenen Vorsprungs 14 vorgesehen, um eine Vormontageposition 12 zu gewähr­ leisten. In dieser Vormontageposition 12 ist das Pfannenteil 1 fest vom Ringelement 2 gehalten, ohne daß das Kugelkopfelement 3 in das Pfan­ nenteil 1 eingefügt ist. Das Erreichen der Endmontageposition 11 des Pfannenteils 1 in dem Ringelement 2 wird nach Einschieben des Kugel­ kopfelementes 3 in die Kugelkalotte 6 über die Kante 5 der Hinter­ schneidung durch weiteres Einschieben des mit dem Kugelkopfelement 3 versehenen Pfannenteils 1 so weit in das Ringelement 2 realisiert, bis die Endmontageposition 11 erreicht ist, wenn die Ringsegmente 10 hinter die Auflage an dem Vorsprung 13 einrasten. Diese verschiedenen Montagepo­ sitionen 12, 11 sind in Fig. 5 dargestellt.

Dadurch, daß das in Fig. 4 gezeigte Ringelement 2 in steifer Bauart ausgeführt ist, wird in der Endmontageposition 11 das Pfannenteil 1 festgehalten, so daß ein Lösen des Kugelkopfelementes 3 aus der Kugel­ kalotte 6 des Pfannenteils 1 heraus nur mit einem relativ hohen Kraft­ aufwand möglich ist.

Sowohl Fig. 4 als auch Fig. 5 zeigen ein Kugelgelenk mit einem An­ schlußstück 15, das zur Verbindung mit einem entsprechenden Schenkel des durch das Kugelgelenk zu verbindenden Gelenks versehen ist. In der Endmontageposition 11 in Fig. 5 ist das Pfannenteil 1 so weit in das Ringelement 2 eingeschoben, daß der Anschlagflansch 8 in dem schulter­ förmigen Absatz 9 vollständig aufgenommen ist, so daß die nach außen weisende Seite des Anschlagflansches 8 des Pfannenteils 1 bündig mit der diesem Flansch 8 zugeordneten Stirnseite des Ringelementes 2 ist.

In Fig. 6 ist ein als solches bekanntes Kugelkopfelement 3 dargestellt, das mit einem Kugelkopf 4, einem Schaft, einem am Schaft vorgesehenen Flansch und einem Gewindeabschnitt 16 versehen ist, der auf der Seite des Flansches angeordnet ist, die dem Kugelkopf 4 abgewandt ist.

Ein wesentlicher Vorteil des Kugelgelenks besteht darin, daß ein hohes Kräfteverhältnis von Montage- und Ausreißkraft von 1 : 10 und größer erreicht werden kann.

Durch die zweiteilige Ausführung der Kugelpfanne kann das die Kugel umschließende Pfannenteil 1 mit optimal auf die jeweiligen Anforderun­ gen abgestimmten Materialien ausgeführt werden. Je nach Einsatzzweck kann das Material des Pfannenteils 1 gleitfähig, dämpfend, abriebbestän­ dig, usw. ausgeführt werden; das Material des Ringelementes 2, das die Form einer Ringhülse aufweist, kann im Gegensatz dazu kostengünstig, steif, verstärkt, andersfarbig, usw. ausgeführt werden.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann entweder das Pfannenteil 1 oder das Ringelement 2 am äußeren Rand mit einer Schutzhülle, ins­ besondere aus Gummi, versehen sein, die über das Kugelgelenk gezogen werden kann, um eine z. B. staubgeschützte Ausführung zu gewährleisten. Für spezielle Einsatzzwecke kann es erforderlich sein, daß das Gelenk mit einer Fettschmierung versehen ist.

Die mit Schnapphaken versehenen Ringsegmente 10, die ringförmig am Außenumfang des Pfannenteils 1 im Bereich von dessen Kugelkalotte 6 angeordnet sind, sind durch kreuzweise angeordnete weitere Radialschlitze voneinander getrennt, so daß vier derartige Ringsegmente 10 vorhanden sind. Die die einzelnen Ringsegmente trennenden weiteren Schlitze 21 sind zu den Schlitzen 7, die im Bereich des Anschlagflansches 8 bzw der Hinterschneidung angeordnet sind, versetzt. Vorzugsweise sind die weiteren Schlitze 21 zu den Schlitzen 7 um 45° versetzt.

Für die meisten Einsatzzwecke ist es sinnvoll, das Pfannenteil 1 aus einem elastischen Material und das Ringelement 2 aus einem starren bzw steifen Material herzustellen. Es ist jedoch auch möglich, beide Kugelpfannenteile aus dem gleichen Material herzustellen, das vorzugs­ weise Kunststoff ist.

In den Fig. 7, 8 und 9 ist ein Ringelement 2 dargestellt, welches an seiner Außenfläche ein Anschlußstück 15 aufweist, das zur Verbindung mit einem Schenkel eines durch das Kugelgelenk verbundenen Gelenks vorgesehen ist. Der andere Schenkel des Gelenks ist an dem als Ge­ windeabschnitt ausgebildeten Anschlußstück 16 befestigbar. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Anschlußstück 15 integral mit dem Ringelement 2 ausgebildet. Neben herkömmlichen Anschlußarten der Schenkel des Gelenks über Außengewinde, Innengewinde, auf bzw angespritzte Gestänge, Greif- bzw Klemmbefestigungen, usw. weist das Anschlußstück 15 vorzugsweise einen hohlquadratischen Querschnitt zur Verbindung mit einer Stange 18 mit quadratischem Querschnitt auf. Die Verbindung zwischen dem Anschlußstück 15 und der Stange 18 ist z. B. über ein im Querschnitt x-förmiges Stützelement 17 realisierbar (siehe Fig. 9), das gleichzeitig als Führung dient, wobei eine Fixierung, ins­ besondere eine Fixierung in Längsrichtung der Lage des Anschlußstückes 15 und der Stange 18 zueinander in entsprechend angepaßten und in den Seitenwänden der Stange angeordneten rechteckigen Ausschnitten 20 durch Einrasten von speziell im Inneren des hohlquadratischen Quer­ schnitts angeordneten Federhaken 19 realisierbar ist. Somit kann das Gelenk über eine Steckverbindung mit den quadratisch geformten Stan­ gen verbunden werden. Es kann damit erreicht werden, daß bei Gestän­ gen in 90°-Schritten bei 360° umlaufend das Gelenk universell eingesetzt werden kann. In einem derartigen Fall erfolgt die Führung über das x- förmige Stützelement 17, das entweder an dem hohlquadratischen Stan­ genprofil oder an dem Anschlußstück 15 angeordnet ist.

In den Wänden des quadratischen Stangenprofiles können rechteckige Ausschnitte vorgesehen sein, mit deren Hilfe die Fixierung in Längsrich­ tung realisiert wird, indem die Federhaken 19 in die jeweiligen Aus­ schnitte 20 einrasten. Dieser Ausschnitt 20 kann an allen vier Seiten des hohlquadratischen Querschnittes der Stange angebracht sein. Durch Verlängerung des rechteckigen Ausschnittes 20 kann erreicht werden, daß sich der Federhaken 19 in Längsrichtung darin bewegen kann. Je nach Einsatzzweck kann die Länge des Anschlußstückes 15 variiert werden, so daß das erfindungsgemäße Kugelgelenk für unterschiedlichste Einsatz­ zwecke vorbereitet und eingesetzt werden kann.

Claims (5)

1. Kugelgelenk für nicht geradlinig ablaufende Bewegungen mit einem Kugel­ kopfelement und einer einen Kugelkopf (4) des Kugelkopfelementes (3) auf­ nehmenden Kugelpfanne, welche

• a) ein hülsenförmiges Pfannenteil (1) und ein dieses aufnehmendes Ring­ element (2) umfaßt; wobei
• b) 
  • a) das Pfannenteil (1) mit dem Ringelement (2) verriegelbar ist;
  • b) eine mit einer Hinterschneidung versehene Kugelkalotte (6) zur Auf­ nahme des Kugelkopfes (4) und
  • c) einen Anschlagflansch (8) aufweist, an dessen abgewandten Bereich des Pfannenteils Befestiger zum Einrasten in entsprechenden Halterun­ gen in dem Ringelement (2) vorgesehen sind, welche als elastische, integral am Außenumfang des Pfannenteiles (1) angeordnete, mit Schnapphaken versehene Ringelemente (10) ausgebildet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

• a) das Pfannenteil (1) Radialschlitze (7) aufweist, die sich von dem Aufnah­ meflansch (8) bis mindestens über eine durch eine Hinterschneidung gebil­ dete Kante (5) erstrecken,
• b) die Halterungen an der Innenwand des Ringelements (2) angeordnete, durch Ringnuten begrenzte Vorsprünge (13, 14) sind, welche eine Vormontagepo­ sition (12) und eine Endmontageposition (11) definieren, und
• c) die Ringelemente (10) in der Vormontageposition (12) und in der Endmon­ tageposition (11) jeweils hinter dem zugeordneten Vorsprung (13, 14) ein­ rastbar sind, wobei die einzelnen Ringelemente (10) durch weitere Schlitze (21), welche zu den Radialschlitzen (7) umfangsmäßig versetzt sind, von­ einander getrennt sind.

2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Radial­ schlitze (7) um 45° zu den Schlitzen (21) versetzt sind.

3. Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Vormontageposition (12) definierende Vorsprung (14) so ausgebildet ist, daß bei darin eingerasteten Schnapphaken der Ringelemente (10) des Pfannenteils (1) eine Position definiert wird, in welcher das Pfannenteil (1) so weit aus dem Ringelement (2) ragt, daß der Kugelkopf (4) des Kugelkopfelementes (3) in das Pfannenteil (1) einrastbar ist.

4. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Ringelement (2) ein Anschlußstück (15) zur Verbindung mit einem Schenkel eines durch das Kugelgelenk verbundenen Gelenks und das Kugelkopfelement (3) einen sich vom Kugelkopf (4) erstreckenden Schaft (16) zur Verbindung mit einem anderen Schenkel des Gelenks aufweist, wobei das Anschlußstück (15) integral mit dem Ringelement (2) verbunden ist und einen hohlquadratischen Querschnitt zur Aufnahme einer Stange (18) mit quadratischem Querschnitt aufweist.

5. Kugelgelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ bindung zwischen dem Anschlußstück (15) und der Stange (18) ein im Querschnitt x-förmiges Stützelement (17) einschließt, das gleichzeitig zur Führung dient, wobei eine Fixierung, insbesondere eine Längsfixierung der Lage des Anschlußstückes (15) und der Stange (18) zueinander in entsprechend angepaßten und in den Seitenwänden der Stange oder im Anschlußstück (15) angeordneten rechteckigen Ausschnitten (20) durch Einrasten von Schnapphaken (19) erfolgt.