DE102006052254B4

DE102006052254B4 - Kugelgelenk

Info

Publication number: DE102006052254B4
Application number: DE102006052254A
Authority: DE
Inventors: Manfred Bohne; Manfred Heidemann; Hans Prins
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-11-03
Filing date: 2006-11-03
Publication date: 2012-12-20
Anticipated expiration: 2026-11-04
Also published as: JP2010508479A; DE102006052254A1; KR20090077902A; BRPI0717994A2; WO2008055454A1; CN101558248A; AU2007317098A1; US20100008714A1; CN101558248B; MX2009004412A; US8137021B2

Abstract

Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug mit einem Kugelzapfen (1), der in einer ein- oder mehrteiligen, durch einen Verschlussring (2) in einem Gehäuse (3) festgelegten Lagerschale (4) dreh- und schwenkbar aufgenommen ist, wobei zwischen Verschlussring (2) und Gehäuse (3) ein im Zusammenbauzustand des Kugelgelenkes eine Dichtfunktion ausübendes metallisches Verformungselement (5) an dem Gehäuse (3) und/oder an dem Verschlussring (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das während des Zusammenbaus des Kugelgelenkes elastisch umgeformte Verformungselement (5), welchem eine beim Zusammenbau des Kugelgelenkes die gerichtete Umformung des Verformungselementes (5) fördernde geneigte Kontur einer Kontaktfläche (6) zugeordnet ist, eine umlaufende Dichtfläche zwischen Verschlussring (2) und Gehäuse (3) ausbildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug mit einem Kugelzapfen, der in einer ein- oder mehrteiligen, durch einen Verschlussring in einem Gehäuse festgelegten Lagerschale dreh- und schwenkbar aufgenommen ist. Zwischen dem Verschlussring und dem Gehäuse befindet sich im Zusammenbauzustand des Kugelgelenkes ein eine Dichtfunktion ausübendes metallisches Verformungselement.
Ein derartiges Kugelgelenk ist bereits aus der EP 1 432 920 B1 bekannt. Das in der genannten Schrift offenbarte Kugelgelenk verfügt über ein Verformungselement, das in dem Dokument als „Stauchelement” bezeichnet ist und das entweder an dem Verschlussring oder an einer hierzu geeigneten Fläche des Gehäuses angeordnet sein kann. Beim Zusammenbau dieses Kugelgelenkes wird das Verformungselement gestaucht, das heißt plastisch verformt. Um diese plastische Verformung erreichen zu können, sind bei derartigen Ausführungen der Materialwahl enge Grenzen gesetzt, da eines der korrespondierenden Bauteile (Verschlussring oder Gehäuse) aus einem relativ weichen und das andere aus einem höherfesten Werkstoff bestehen muss. Die genaue Auswahl der Werkstoffpaarung ist auch hinsichtlich der Ausbildung einer elektrochemischen Kontaktkorrosion zu beachten. So wird beispielsweise häufig Aluminium verwendet, das zwar erhebliche Vorteile auch hinsichtlich seines geringen Gewichtes aufweist. Allerdings handelt es sich bei Aluminium um einen kostenintensiven Werkstoff. Ferner ist der Fertigungsaufwand der bekannten Kugelgelenke relativ hoch, da zur Stauchung des Verformungselementes ein erheblicher Kraftaufwand erforderlich ist. Dies wiederum erfordert zusätzlichen Zeit- und Energieeinsatz zur Herstellung des Kugelgelenkes.
Die WO 03/058080 A1 zeigt des Weiteren ein Kugelgelenk mit einem in einer Lagerschale gleit- und drehbeweglich aufgenommen Kugelzapfen. Das Kugelgelenk wird mit einem Verschlussring verschlossen, wobei zwischen dem Verschlussring und dem Gelenkgehäuse ein elastisches Zwischenelement vorgesehen ist, mittels dessen ein Verschleiß des Gelenks ausgeglichen werden kann sowie in gewissen Rahmen ein Toleranzausgleich erfolgen kann.
Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, ein bekanntes Kugelgelenk dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Abdichtung der inneren Gelenkbauteile insgesamt verbessert wird, wobei gleichfalls eine kostengünstige Ausführung geschaffen werden sollte.
Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Besondere Ausbildungen der Erfindung sind in den sich anschließenden Unteransprüchen angegeben.
Die Erfinder haben erkannt, dass es für ein Kugelgelenk eines Kraftfahrzeuges mit einem Kugelzapfen, der in einer ein- oder mehrteiligen, durch einen Verschlussring in einem Gehäuse festgelegten Lagerschale dreh- und schwenkbar aufgenommen ist, wobei zwischen Verschlussring und Gehäuse ein im Zusammenbauzustand des Kugelgelenkes eine Dichtfunktion ausübendes metallisches Verformungselement angeordnet ist, von besonderem Vorteil ist, wenn während des Zusammenbaus des Kugelgelenkes das Verformungselement elastisch umgeformt wird und an dem Gehäuse und/oder an dem Verschlussring angeordnet ist.
Durch die Ausbildung des Verformungselementes als elastisches Glied kann eine optimale Abdichtung der inneren Gelenkbauteile eines Kugelgelenkes erreicht werden. Die elastischen Eigenschaften des Verformungselementes führen dazu, dass äußere Einflüsse, wie beispielsweise Temperatur, bedingte Toleranzen innerhalb des Dichtungsbereiches problemlos ausgeglichen werden. Die Abkehr von einer plastischen Verformung des Verformungselementes hin zu einer elastischen Umformung stellt damit eine wesentliche Verbesserung des Kugelgelenkes nach der vorliegenden Erfindung dar. Zudem sind nunmehr nahezu keine Einschränkungen bei der Werkstoffauswahl für den Verschlussring und das Gehäuse gegeben. Dies hat den Vorteil, dass beide Bauteile beispielsweise aus einem hochfesten Material wie Stahl hergestellt werden können. Damit lassen sich nicht nur die Herstellungskosten senken. Ein derartiges erfindungsgemäßes Kugelgelenk kann bei erhöhten Festigkeitswerten auch kleiner dimensioniert werden.
Zur weiteren Verbesserung einer gerichteten Umformung des Verformungselementes wird erfindungsgemäß ferner vorgeschlagen, dass eine dem Verformungselement zugeordnete Kontaktfläche eine beim Zusammenbau des Kugelgelenkes die gerichtete Umformung des Verformungselementes fördernde Kontur aufweist. Somit sind die miteinander korrespondierenden Oberflächen einerseits die Kontaktfläche und andererseits die geneigte Oberfläche der Querschnittskontur des Verformungselementes. Damit kann bei der axialen Vorschubbewegung des Verschlussringes in das Gehäuse hinein infolge der Ausbildung der miteinander kontaktierenden Flächen eine gezielte und vordefinierbare Umformung des Verformungselementes realisiert werden. Das elastisch verformte Verschlusselement bildet dabei eine umlaufende Dichtfläche zwischen dem Verschlussring und dem Gehäuse.
Entsprechend einer Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen, dass das Verformungselement einstückig an dem Gehäuse und/oder an dem Verschlussring angeformt ist. Durch die einstückige Ausbildung des Verformungselementes am Gehäuse und/oder am Verschlussring kann dieses ohne zusätzlichen Fertigungsaufwand bei der Herstellung des jeweiligen Bauteiles erzeugt werden. Damit sind auch beliebige Querschnittsgeometrien realisierbar.
Die Erfinder schlagen entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung ferner vor, dass das Verformungselement vor seiner Umformung eine sägezahnartige Querschnittskontur aufweist. Da der Verschlussring des Kugelgelenkes während des Einsetzens in das Gehäuse hinein bewegt wird, wobei das Verformungselement umgeformt wird, ist eine sägezahnartige Querschnittskontur des Verformungselementes in besonderer Weise geeignet, der elastischen Verformung Vorschub zu leisten.
Demgemäß weist das Verformungselement nach seiner Umformung vorzugsweise einen bogenförmigen Abschnitt auf. Die ursprünglich sägezahnartige Querschnittskontur des Verformungselementes wird somit elastisch in einen bogenförmigen Abschnitt umgeformt. Dieser bogenförmige Abschnitt hat sich als besonders vorteilhafte Dichtfläche erwiesen, da er neben einer optimalen Elastizität auch eine Dichtfläche hinreichender Breite zur Verfügung stellt.
Der bogenförmige Abschnitt des Verformungselementes bildet mit der korrespondierenden Kontaktfläche eine Dichtung. Dabei wird eine nach der elastischen Umformung des Verformungselementes umlaufende Dichtfläche gebildet. Somit lässt sich durch das erfindungsgemäße Verformungselement eine umlaufende Ringdichtung zwischen dem Verschlussring und dem Gehäuse des Kugelgelenkes in einfacher Weise realisieren, wobei die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Es zeigen im Einzelnen:
1: einen Querschnitt durch ein Kugelgelenk mit den erfindungsgemäßen Merkmalen;
2: die vergrößerte Darstellung des Ausschnitts II aus 1 während des Zusammenbaus des Kugelgelenkes;
3: eine ausschnittsweise Vergrößerung des in 2 dargestellten Teilbereiches II eines Kugelgelenkes für ein fertig montiertes Kugelgelenk.
Das in der 1 gezeigte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kugelgelenkes zeigt im Querschnitt einen Schnittverlauf entlang der Längsmittenachse des nicht ausgelenkten Kugelzapfens 1. Der Kugelzapfen 1 ist innerhalb des Gehäuses 3 dreh- und schwenkbar gelagert. Zur Verbesserung der Lagerungseigenschaften zwischen dem Kugelzapfen 1 und dem Gehäuse 3 ist eine Lagerschale 4 vorhanden, die die am Kugelzapfen 1 ausgebildete Gelenkkugel 8 nahezu vollständig umschließt und in das Gehäuse 3 eingesetzt ist. Zur Fixierung der Lagerschale 4 innerhalb des Gehäuses 3 dient ein Verschlussring 2. Dieser verfügt an seiner Außenoberfläche über eine sägezahnartige Struktur, mittels der er in dem Gehäuse 3 in an sich bekannter Weise fixiert werden kann. Der Verschlussring 2 dient gleichfalls der Aufnahme des Randbereiches eines Dichtungsbalges 10. Zur Festlegung dieses Randbereiches des Dichtungsbalges 10 kommt ein Spannring 11 zum Einsatz. Das andere Ende des Dichtungsbalges 10 ist mit seinem Randbereich unmittelbar am Kugelzapfen 1 des Kugelgelenkes festgelegt. Auch hier wird ein Spannring 12 verwendet, um den Dichtungsbalgrand des Dichtungsbalges 10 zu fixieren. Der Dichtungsbalg 10 dichtet damit die an dem Gehäuse 3 einseitig vorhandene Gehäuseöffnung 9 ab.
Um auch eine optimale Abdichtung gegen das Eindringen von Feuchtigkeit und Verunreinigungen in das Innere des Kugelgelenkes im Bereich der Verbindung zwischen Gehäuse 3 und Verschlussring 2 zu ermöglichen, wird nachfolgend anhand des vergrößerten Ausschnittes II aus 1 die erfindungsgemäße Lösung näher erläutert.
Die 2 stellt ausschnittsweise vergrößert den Teilbereich II aus 1 dar. Der Kugelzapfen 1 ist mit seiner Gelenkkugel 8 in der zuvor bereits beschriebenen Weise in einer Lagerschale 4 dreh- und schwenkbar aufgenommen. Die Lagerschale 4 ist ihrerseits in das Gehäuse 3 eingesetzt. Zur Fixierung der Lagerschale 4 innerhalb des Gehäuses 3 dient der Verschlussring 2. Dieser wird während der Montage des Kugelgelenkes in das Gehäuse 3 hinein bewegt. Dabei greift die an der Außenoberfläche des Verschlussringes 2 ausgebildete sägezahnartige Kontur fortschreitend in die hierfür vorgesehene korrespondierende Oberfläche des Gehäuses 3 ein. Damit kann eine erste Lagefixierung des Verschlussringes 2 innerhalb des Gehäuses 3 erreicht werden. Der Verschlussring 2 wird zunächst so weit in das Gehäuse 3 hineinbewegt, bis das am Verschlussring 2 vorhandene Verformungselement 5 an der diesem gegenüberliegenden Kontaktfläche 6 des Gehäuses 3 zur Anlage kommt. Durch Aufbringung einer erhöhten Einpresskraft wird in einem folgenden Schritt das Verformungselement 5, welches bis zu diesem Zeitpunkt noch einen sägezahnförmigen Querschnitt hatte, elastisch verformt. Dabei unterstützt die Formgebung der Kontaktfläche 6 eine gerichtete Bewegung der Umformung des Verformungselementes 5. Es bildet sich eine Dichtfläche zwischen dem Verschlussring 2 und dem Gehäuse 3 aus. Anschließend wird der die Gehäuseöffnung 9 umgebende Gehäuseöffnungsrandabschnitt 15 derart in Richtung auf die Gelenkkugel 8 des Kugelzapfens 1 umgeformt, dass er an dem am Verschlussring 2 ausgebildeten Flansch 14 zur Anlage kommt. Damit ist der Verschlussring 2 endgültig in seiner Lage fixiert. Eventuell im Bereich zwischen Flansch 14 und Gehäuseöffnungsrandabschnitt 15 eindringende Verunreinigungen oder Flüssigkeiten werden zuverlässig durch das umgeformte Verformungselement 5, welches nunmehr eine Dichtfläche bildet, zurückgehalten. In Zusammenwirkung mit dem in die Nut 13 des Verschlussringes 2 eingesetzten Dichtungsbalg 10 ergibt sich insgesamt eine optimierte Abdichtung des erfindungsgemäßen Kugelgelenkes.
In der 3 wird noch einmal ausschnittsweise vergrößert eine Schnittdarstellung gezeigt, die den Zustand des Kugelgelenkes nach seiner Fertigstellung zeigt. Dabei ist insbesondere der bogenförmige Abschnitt 7 des Verformungselementes 5 von Bedeutung, da dieser die zuvor bereits beschriebene Dichtfläche mit der korrespondierenden Kontaktfläche 6 des Gehäuses 3 bildet. In der 3 ist ferner der umgeformte Gehäuseöffnungsrandabschnitt 15, welcher unmittelbar am Flansch 14 des Verschlussringes 2 anliegt, erkennbar.
Bezugszeichenliste

1: Kugelzapfen
2: Verschlussring
3: Gehäuse
4: Lagerschale
5: Verformungselement
6: Kontaktfläche
7: bogenförmiger Abschnitt
8: Gelenkkugel
9: Gehäuseöffnung
10: Dichtungsbalg
11: Spannring
12: Spannring
13: Nut
14: Flansch
15: Gehäuseöffnungsrandabschnitt

Claims

Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug mit einem Kugelzapfen (1), der in einer ein- oder mehrteiligen, durch einen Verschlussring (2) in einem Gehäuse (3) festgelegten Lagerschale (4) dreh- und schwenkbar aufgenommen ist, wobei zwischen Verschlussring (2) und Gehäuse (3) ein im Zusammenbauzustand des Kugelgelenkes eine Dichtfunktion ausübendes metallisches Verformungselement (5) an dem Gehäuse (3) und/oder an dem Verschlussring (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das während des Zusammenbaus des Kugelgelenkes elastisch umgeformte Verformungselement (5), welchem eine beim Zusammenbau des Kugelgelenkes die gerichtete Umformung des Verformungselementes (5) fördernde geneigte Kontur einer Kontaktfläche (6) zugeordnet ist, eine umlaufende Dichtfläche zwischen Verschlussring (2) und Gehäuse (3) ausbildet.
Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformungselement (5) einstückig an dem Gehäuse (3) und/oder an dem Verschlussring (2) angeformt ist.
Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformungselement (5) vor seiner Umformung eine sägezahnartige Querschnittskontur aufweist.
Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformungselement (5) nach seiner Umformung einen bogenförmigen Abschnitt (7) aufweist.