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1. WO2020114694 - KUGELGELENK

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

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Kugelgelenk

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kugelgelenk, insbesondere ein Fahrwerksge lenk, mit einem Gehäuse und einer Kugelschale, die zur Aufnahme einer Gelenkku gel einen Kugellagerabschnitt aufweist, und einer Verdrehsicherung, die eine Bewe gung der Kugelschale innerhalb des Gehäuses blockiert.

Derartige Kugelgelenke sind nach dem Stand der Technik bekannt und werden ins besondere zur beweglichen Lagerung von Fahrwerksteilen verwendet. Um dabei die Beweglichkeit der Fahrwerksteile dauerhaft zu gewährleisten, sind die Kugelschalen verdrehsicher innerhalb des Gehäuses gelagert, um einerseits zu vermeiden, dass sie durch eine Verdrehung die Gelenköffnung zumindest teilweise verschließen, und um andererseits einem erhöhten Verschleiß vorzubeugen. Hierzu stehen nach dem Stand der Technik mehrere alternative Möglichkeiten zur Verfügung.

Es sind beispielsweise Kugelgelenke bekannt, deren Kugelschalen im Gehäuse über Koppelstangen verankert sind. Ferner sind formschlüssige Verbindungen bekannt, die seitlich an den Kugelschalen angeordnet und zumeist zylindrisch ausgebildet sind, damit sie durch Fräsverfahren eingebracht werden können. Darüber hinaus sind Rillen oder Nippel bekannt, die in Anschlussbauteilen eingebracht sind, und die die Kugelschalenoberflächen während der Montage verformen und die Klemmung inner halb der Gehäuse erhöhen. Schließlich sind auch kleine zumeist erhabene Elemente bekannt, die eine Art Grat bilden und sich bei der Montage in die Außenkontur der Kugelschalen eindrücken.

Die bisherigen Lösungen von Verdrehsicherungen der Kugelschalen können sich un mittelbar auf die Bereiche der tragenden Lagerung und mithin die Kugellagerab schnitte der Kugelschalen auswirken. Insbesondere variierende Wandstärken in den Kugellagerabschnitten führen gelegentlich zu unterschiedlichen Wärmeausdehnun gen, was nicht selten die Leistungsfähigkeit der Gelenke verringert.

Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kugelgelenk, insbesondere ein Fahrwerksgelenk, mit einer gesteigerten Leistungsfähigkeit vorzu schlagen. Insbesondere soll der Traganteil der Kugelschale erhöht werden und die Leistungsfähigkeit des Gelenkes soll im Wesentlichen temperaturunabhängig sein.

Diese Aufgabe wird durch das Kugelgelenk nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsge mäß ist vorgesehen, dass das Gehäuse und die Kugelschale zur Ausbildung der Ver drehsicherung jeweils mindestens ein Verbindungselement besitzen, die korrespon dierende Halteprofile aufweisen, so dass die Verbindungselemente im montierten Zu stand eine formschlüssige Steckverbindung bilden. Hierdurch ergibt sich im Wesentli chen eine Trennung der Verdrehsicherung, bzw. der die Verdrehsicherung bildenden Verbindungselemente, und dem Kugellagerabschnitt, der den Bereich der tragenden Lagerung der Gelenkkugel innerhalb des Kugelgelenkes bildet. Hierdurch kann auf zusätzliche Befestigungselemente verzichtet werden, die anderenfalls zu einer unre gelmäßigen Wandstärke des Kugellagerabschnitts führen. Hierdurch wird der Traganteil der Kugelschale maximiert, der Temperatureinfluss aufgrund einer homo genen Wärmeausdehnung reduziert und Verschleißerscheinungen an der Kugel schale reduziert. Insgesamt kann hierdurch die Leistungsfähigkeit des Kugelgelenkes deutlich gesteigert werden.

Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend und in den Unteransprüchen beschrieben.

Damit der Kugellagerabschnitt eine von den Verbindungselementen abgekoppelte und mithin unabhängige und unbeeinflusste Lagerung der Gelenkkugel erlaubt, ist nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Kugellagerabschnitt das Verbindungselement der Kugelschale vollständig umringt, wobei das Verbindungselement vorzugsweise um die Mittellängsachse des Kugelge lenkes angeordnet ist. Anders ausgedrückt ist vorgesehen, dass sich das Verbin dungselement der Kugelschale mit Bezug auf den geometrischen Mittelpunkt des Ku gelgelenkes innerhalb eines Kegelwinkels a befindet und der Kugellagerabschnitt au ßerhalb des Kegelwinkels a, womit das Verbindungselement und der Kugellagerab- schnitt angular voneinander beabstandet sind. Vorzugsweise ist dabei das Verbin dungselement koaxial zur Mittelachse (Hochachse) angeordnet, wobei die Mittellän gsachse senkrecht zur Äquatorebenen der Kugelschale ausgerichtet ist und durch ih ren Mittelpunkt führt. Hierdurch ergibt sich eine unmittelbare Trennung der Verdrehsi cherung und des Kugellagerabschnitts, die sich hierdurch in ihren jeweiligen Funktio nen nicht beeinflussen.

Damit sich in alle Richtungen eine homogene Abstützung und Lagerung der Gelenk kugel innerhalb der Kugelschale ergibt, ist nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Kugellagerabschnitt mit Bezug auf die Mittellän gsachse des Kugelgelenkes rotationssymmetrisch ausgebildet ist, so dass der Kugel lagerabschnitt schlitzfrei und nutfrei ausgestaltet ist.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Verbin dungselement der Kugelschale als Positivform und das Verbindungselement des Ge häuses als korrespondierende Negativform ausgebildet sind. Insbesondere ist vorge sehen, dass die Kugelschale ein zylinderförmiges Verbindungselement mit äußeren Halteprofilen besitzt, das in ein Verbindungselement des Gehäuses in Form einer korrespondierend ausgebildeten zylindrischen Ausnehmung einführbar ist, das eben falls Halteprofile aufweist, die an der Zylinderinnenseite der Negativform ausgebildet sind. Als korrespondierende Halteprofile der Verbindungselemente haben sich Halte profile als bevorzugt erwiesen, die als Sechskant oder Sechsrund ausgebildet sind oder im Querschnitt eine Schlitzform, Kreuzform oder Polygonform besitzen.

Die Verbindungselemente können bei Bedarf jedoch auch invertiert ausgestaltet sein, so dass das Verbindungselement der Kugelschale als Negativform und das Verbin dungselement des Gehäuses als korrespondierende Positivform ausgebildet sind. Es ist ebenfalls nach einer bevorzugten Ausführungsform bedarfsweise vorgesehen, dass das Verbindungselement von einer Zylinderform abweichend ausgestaltet ist und eine im wesentlichen kegelstumpfförmige Außenkontur besitzt, so dass das Ver bindungselement eine Zentrierungsfunktion übernimmt. Das Verbindungselement des Gehäuses ist in diesem Fall entsprechend konisch ausgestaltet.

Um die Verdrehsicherung weiter von dem Kugellagerabschnitt abzukoppeln, ist vor zugsweise vorgesehen, dass in der Außenseite der Kugelschale eine Ausnehmung ausgebildet ist, die das Verbindungselement der Kugelschale vollständig umringt und in die das Gehäuse im montierten Zustand mit einer korrespondierend ausgebildeten ringförmigen Erhebung eingreift, wobei die Ausnehmung vorzugsweise im Quer schnitt U-förmig ausgebildet ist. Die ringförmige Erhebung des Gehäuses auf der dem Kugellagerabschnitt zugewandten Seite ist vorzugsweise als Anlagefläche aus gebildet. Hierdurch kann sich der Kugellagerabschnitt bei auftretenden Kräften, die in die Richtung der Verdrehsicherung wirken, an der Anlagefläche des Gehäuses ab stützen, womit allenfalls geringe Kräfte auf die Verdrehsicherung wirken . Bei hohen Druckbelastungen im Kugelgelenk lässt die Anlagefläche des Gehäuses kaum ein Ausweichen des Kunststoffmaterials der Kugelschale zu und stützt das verformte Material ab, damit es nicht in weniger belastete Bereiche ausweichen kann und die Gelenkspannung hierdurch herabsetzt.

Darüber hinaus ergibt sich durch die ringförmige Querschnittsverjüngung ein homo genes Material im Kugellagerabschnitt mit wenig Materialfehlern, was auf das Her stellverfahren der Kugelschale zurückzuführen ist. Die erfindungsgemäßen Kugel schalen werden vorzugsweise im Spritzgießverfahren hergestellt, wobei das Kunst stoffmaterial in einer geeigneten Form zuerst in dem Bereich der späteren Verdrehsi cherung eingespritzt wird. Anschließend dringt das Kunststoffmaterial durch die Querschnittsverjüngung in den Bereich des Kugellagerabschnitts ein. Die Quer schnittsverjüngung wirkt als eine Art Drossel, womit hinter der Querschnittsverjün gung ein Druckabfall entsteht und sich das Kunststoffmaterial entspannt, was zu ei ner Beruhigung des Spritzvorgangs und zu einem gleichmäßigen Auffüllen des Ku gellagerabschnitts führt. Derart hergestellte Kugelschalen besitzen insbesondere im Bereich des Kugellagerabschnitts wenig Materialfehler, insbesondere keine Fließli nien oder Lunker.

Um den Traganteil der Kugelschale weiter zu erhöhen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Kugellagerabschnitt von dem Verbindungselement der Kugelschale bis zu einer Gelenköffnung des Kugelgelenkes eine stetig abnehmende Wandstärke besitzt. Für den Fall, dass zwischen dem Verbindungselement und dem Kugellagerabschnitt

eine ringförmige Ausnehmung angeordnet ist, ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Kugellagerabschnitt von der ringförmigen Ausnehmung bis zu der Gelenköffnung des Kugelgelenkes eine stetig abnehmende Wandstärke besitzt.

Vor der Montage ist die Kugelschale von dem Öffnungsbereich bis zum Äquator im Wesentlichen zylindrisch oder quasizylindrisch ausgebildet ist, so dass eine Gelenk kugel in die Kugelschale einführbar ist. Ferner ist ein ringförmiges Verschlusselement vorgesehen, das den zylindrischen Teil der Kugelschale im montierten Zustand der art verformt, dass die Kugelschale die Gelenkkugel formschlüssig umgreift. Hierdurch wird der Kugellagerabschnitt homogen auf die Gelenkkugel gedrückt und kann an schließend formschlüssig im Gehäuse des Kugelgelenkes gehalten werden.

Konkrete Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Be zug auf die Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Querschnittsdarstellung eines Kugelgelenkes,

Fig. 2a, b Querschnittsdarstellungen einer Kugelschale und

Fig. 3a, b perspektivische Darstellungen einer Kugelschale und eines Gehäuses.

Fig. 1 zeigt eine konkrete Ausgestaltung des Kugelgelenkes 1 im montierten Zustand mit einem Gehäuse 2, einer Kugelschale 3 und einer hierin gelagerten Gelenkku gel 4, der die Kugelschale 2 mit einem Schaft 5 an einer Gelenköffnung 6 durchgreift. Die Kugelschale 3 ist über eine Verdrehsicherung 7 mit dem Gehäuse 2 verbunden, die eine Bewegung der Kugelschale 3 innerhalb des Gehäuses 2 blockiert, insbeson dere eine Rotation um die Mittellängsachse 8 (Hochachse), die senkrecht zu einer Ebenen 9 der Gelenköffnung 6 oder dem Äquator 21 der Kugelschale 3 angeordnet ist und durch den Mittelpunkt M der Kugelschale 3 verläuft. Im dargestellten Ausfüh rungsbeispiel besteht die Verdrehsicherung 7 aus einem Verbindungselement 10 auf der Kugelschale 3, das als Positivform ausgebildet ist, und einem korrespondierend ausgebildeten Verbindungselement 1 1 des Gehäuses 2, das als Negativform ausge staltet ist. Beide Verbindungselemente 10, 1 1 sind zylindrisch ausgestaltet und besit zen an ihrer Zylinderaußen- bzw. Zylinderinnenfläche Halteprofile (in Fig. 1 nicht ge zeigt). Die Ausführungsbeispiele der Figuren 3a, b zeigen in diesem Zusammenhang seitens der Kugelschale 3 ein Halteprofil 12 mit einem Außensechsrund und seitens des Gehäuses 2 ein Halteprofil 13 mit einem Innensechsrund. Im montierten Zustand blockiert ein derart ausgestaltetes Verbindungselement 10, 1 1 jedwede Bewegung der Kugelschale 3 innerhalb des Gehäuses 2, insbesondere eine Rotation der Kugel schale 3 um die Mittellängsachse 8 des Kugelgelenkes 1 .

Das Verbindungselement 10 der Kugelschale 3 ist von einem Kugellagerabschnitt 14 umringt, so dass sich eine Trennung zwischen der Verdrehsicherung 7 bzw. dem Verbindungselement 10 und dem Kugellagerabschnitt 14 ergibt. Konkret ist mit Be zug auf den Mittelpunkt M der Kugelschale 3 vorgesehen, dass die Verdrehsiche rung 7 innerhalb des Kegelwinkels a angeordnet ist, während der Kugellagerab schnitt 14 außerhalb des Kegelwinkels a angeordnet ist. Hierdurch kann der Kugella gerabschnitt 14 vollständig rotationssymmetrisch mit einer in Umfangsrichtung gese hen konstanten Wandstärke 15 ausgebildet sein, was sich positiv auf die Tragfähig keit der Kugelschale 3 auswirkt.

Zwischen dem Kugellagerabschnitt 14 und der Verdrehsicherung 7 ist im dargestell ten Ausführungsbeispiel eine Ausnehmung 16 (oder Vertiefung) ausgebildet, in die eine korrespondierend ausgebildete ringförmige Erhebung 17 des Gehäuses 2 ein greift. Die Ausnehmung 16 ist im Querschnitt im wesentlichen U-förmig ausgestaltet. Dabei ist die ringförmige Erhebung 17 des Gehäuses 2 auf der dem Kugellagerab schnitt 14 zugewandten Seite als Anlagefläche 18 ausgebildet, so dass sich der Ku gellagerabschnitt 14 hieran abstützen kann. Wird der Schaft 5 beispielsweise in Pfeil richtung 19 nach links verschwenkt, wirkt in Abhängigkeit der Reibungskräfte inner halb des Gelenkes 1 eine Kraft auf den Kugellagerabschnitt 14 in Richtung der Ver drehsicherung 7 und der Kugellagerabschnitt 14 kann sich an der dort angeordneten Anlagefläche 18 des Gehäuses 2 abstützen.

Die Fig. 2a, b zeigen jeweils Querschnittsdarstellungen der Kugelschale 3, wobei die Ausführungsform nach Fig. 2a eine Ausnehmung 16 zwischen dem Kugellagerab schnitt 14 und dem Verbindungselement 10 besitzt, während die Ausführungsform nach Fig. 2b keine Ausnehmung zwischen dem Kugellagerabschnitt 14 und dem Ver bindungselement 10 besitzt. Unabhängig hiervon ist in beiden Fällen vorgesehen, dass die Wandstärke 15 des Kugellagerabschnitts 14 von dem Verbindungsele ment 10 in Richtung der Gelenköffnung 6, also in Pfeilrichtung 20 stetig abnimmt.

Fig. 3a zeigt die Kugelschale 3 nach Fig. 2a in einer perspektivischen Darstellung, wobei die Kugelschale 3 im noch nicht montierten Zustand abgebildet ist. Hiernach erstreckt sich vom Äquator 21 bis zur Gelenköffnung 6 ein im Wesentlicher zylinder förmiger Abschnitt 22, der das Einführen der Gelenkkugel 4 (in Fig. 3a nicht darge stellt) in die Kugelschale 3 erlaubt. Anschließend wird die Kugelschale 3 in das Ge häuse 2 eingeführt, das in Fig. 3b perspektivisch dargestellt ist. Im montierten Zu stand (s. Fig. 1 ) wird anschließend ein Ringelement 23 auf den zylinderförmigen Ab schnitt 22 der Kugelschale 3 gedrückt, so dass sich die Kugelschale 3 an dem Ge lenkkopf 4 anlegt. Das Ringelement 23 wird schließlich so weit in das Gehäuse 2 ein geführt, bis dafür vorgesehene Rastverbindungen 24 das Ringelement 23 und mithin die Kugelschale 3 innerhalb des Gehäuses 2 formschlüssig halten.

Bezuqszeichen

1 Kugelgelenk

Gehäuse

3 Kugelschale

Gelenkkugel

5 Schaft

6 Gelenköffnung

7 Verdrehsicherung

8 Mittellängsachse

9 Ebene

10 Verbindungselement auf der Kugelschale

11 Verbindungselement des Gehäuses

12 Halteprofil der Kugelschale

13 Halteprofil des Gehäuses

14 Kugellagerabschnitt

15 Wandstärke

16 Ausnehmung

17 Erhebung

18 Anlagefläche

19 Pfeil rieh tu ng

20 Pfeilrichtung

21 Äquator

22 zylinderförmiger Abschnitt der Kugelschale

23 Ringelement

24 Rastverbindung

a Kegelwinkel

M Mittelpunkt der Kugelschale