DE102011122375A1

DE102011122375A1 - Käfig für einen Spurstangenkopf eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102011122375A1
Application number: DE102011122375A
Authority: DE
Inventors: Clément Capber; Frédéric Vion; Julien Chabert; Khaireddine Noumi; Camille Lebarbier
Original assignee: JTEKT Europe SAS
Current assignee: JTEKT Europe SAS
Priority date: 2011-01-03
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2012-08-16
Anticipated expiration: 2031-12-23
Also published as: FR2970052A1; DE102011122375B4; FR2970052B1

Abstract

Dieser Käfig (2) umfasst einen Boden (20), der dazu bestimmt ist, in dem Gehäuse des Kugelgelenks aufgenommen zu werden, Haltezungen (21), die aus einem flexiblen Material hergestellt sind und sich ausgehend von dem Boden (20) in der Weise erstrecken, dass ein sphärischer Abschnitt (22) gebildet wird, der dazu bestimmt ist, den Kugelkopf des Schwenkzapfens des Kugelgelenks aufzunehmen und zu halten, wobei benachbarte Haltezungen (21) durch eine Kerbe (23) getrennt sind, wobei der sphärische Abschnitt (22) einen ersten Durchmesser (D1) aufweist und die Haltezungen (21) Endabschnitte (210) aufweisen, die eine kreisförmige Öffnung begrenzen, die einen zweiten Durchmesser (D2) aufweist, wobei der Käfig dadurch ausgezeichnet ist, dass die Anzahl der Haltezungen (21) abhängig von dem flexiblen Material in der Weise angepasst ist, dass die Kerben (23) die Biegebeanspruchungen unter einen vorgegebenen Schwellenwert senken, oberhalb dessen der sphärische Abschnitt (22) brechen kann, und dass das Verhältnis zwischen dem ersten Durchmesser (D1) und dem zweiten Durchmesser (D2) im Wesentlichen im Bereich von 1,15 bis 1,35 liegt und vorzugsweise im Wesentlichen gleich 1,32 ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Käfig für ein Spurstangenkugelgelenk eines Fahrzeugs sowie ein Spurstangenkugelgelenk eines Fahrzeugs, das mit einem solchen Käfig ausgerüstet ist.
Ein aus dem Stand der Technik bekannter Käfig für ein Spurstangenkugelgelenk eines Fahrzeugs, wobei dieses Spurstangenkugelgelenk ein Gehäuse und einen mit einem Kugelkopf versehenen Schwenkzapfen umfasst, umfasst Folgendes:

– einen Boden, der dazu bestimmt ist, im Gehäuse des Spurstangenkugelgelenks aufgenommen zu werden,
– Haltezungen, die aus einem vorgegebenen flexiblen Material hergestellt sind und sich ausgehend vom Boden in der Weise erstrecken, dass ein sphärischer Abschnitt gebildet wird, der dazu bestimmt ist, den Kugelkopf des Schwenkzapfens des Spurstangenkugelgelenks aufzunehmen und zu halten, wobei jede der zwei benachbarten Haltezungen durch eine Kerbe getrennt ist, die sich vorzugsweise im Wesentlichen längs einer Meridianlinie des sphärischen Abschnitts erstreckt.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, als flexibles Material Polyoxymethylen (POM) zu verwenden. Die Gleiteigenschaften von POM mit dem Schwenkzapfen, der im Allgemeinen aus Stahl hergestellt ist, begünstigen insbesondere die Funktion des Spurstangenkugelgelenks mit geringer Reibung, einer guten Verschleißbeständigkeit und geringen akustischen Störungen. Der Hauptnachteil von POM besteht darin, dass seine Betriebstemperatur auf 90°C begrenzt ist, wobei oberhalb dieser Temperatur die mechanische Beständigkeit der Haltezungen stark abnimmt.
Eine auf dem technischen Gebiet von Wälzlagerkäfigen, insbesondere im Dokument FR 2 792 043 , vorgeschlagene Möglichkeit besteht darin, als flexibles Material ein Gemisch aus einem Polymer der Polyphthalamid-Gruppe (PPA) mit einem Elastomer zu verwenden. Ein solches Material besitzt eine Betriebstemperatur von mehr als 140°C. Die Gegenwart des Elastomers ermöglicht die Sicherstellung der einfachen Entnahme des Käfigs aus der Form ohne Gefahr eines Bruchs, wobei das PPA ein Material mit geringer Dehnbarkeit ist. Diese Lösung erscheint daher für einen Wälzlagerkäfig zufrieden stellend.
Indessen sind die Beanspruchungen, die ein Käfig für ein Spurstangenkugelgelenk eines Fahrzeugs erfährt, deutlich höher als jene eines Wälzlagerkäfigs, so dass es notwendig ist, zu dem Gemisch aus PPA und dem Elastomer eine Füllmasse hinzuzufügen, um die mechanische Beständigkeit der Haltezungen zu verbessern, wobei die Füllmasse Glasfasern oder Kohlenstofffasern umfassen kann. Nun hat die Verbesserung des mechanischen Widerstands durch die Füllmasse notwendigerweise eine Verringerung der Flexibilität der Haltezungen zur Folge. Folglich kann die Einführung des Kugelkopfes des Schwenkzapfens in den sphärischen Abschnitt, die mit einer starken Konzentration von Beanspruchungen der Basis der Haltezungen einhergeht, wegen der Verringerung der Flexibilität der Haltezungen Risse oder Mikrorisse erzeugen, weshalb die Gefahr eines Bruchs besteht.
Die vorliegende Erfindung zielt auf die vollständige oder teilweise Beseitigung der oben genannten Nachteile ab und betrifft einen Käfig für ein Spurstangenkugelgelenk eines Fahrzeugs, wobei das Spurstangenkugelgelenk ein Gehäuse und einen mit einem Kugelkopf versehenen Schwenkzapfen umfasst, wobei der Käfig Folgendes umfasst:

– einen Boden, der dazu bestimmt ist, im Gehäuse des Spurstangenkugelgelenks aufgenommen zu werden,
– Haltezungen, die aus einem vorgegebenen flexiblen Material hergestellt sind und sich ausgehend vom Boden in der Weise erstrecken, dass ein sphärischer Abschnitt gebildet wird, der dazu bestimmt ist, den Kugelkopf des Schwenkzapfens des Spurstangenkugelgelenks aufzunehmen und zu halten, wobei jede Haltezunge von einer benachbarten Haltezunge durch eine Kerbe getrennt ist, die sich vorzugsweise im Wesentlichen längs einer Meridianlinie des sphärischen Abschnitts erstreckt, wobei der sphärische Abschnitt einen vorgegebenen ersten Durchmesser aufweist und die Haltezungen Endabschnitte aufweisen, die eine im Wesentlichen kreisförmige Öffnung begrenzen, die einen vorgegebenen zweiten Durchmesser aufweist, wobei der Käfig dadurch ausgezeichnet ist, dass die Anzahl von Haltezungen abhängig von dem flexiblen Material in der Weise angepasst ist, dass die Kerben die Biegungsbeanspruchungen, die die Haltezungen erfahren, unter einen vorgegebenen Schwellenwert senken, oberhalb dessen der sphärische Abschnitt brechen kann, wenn er den Kugelkopf des Schwenkzapfens des Spurstangenkugelgelenks aufnimmt, dass das Verhältnis zwischen dem ersten Durchmesser und dem zweiten Durchmesser im Wesentlichen im Bereich von 1,15 bis 1,35 liegt und vorzugsweise im Wesentlichen gleich 1,32 ist, und dass jede Haltezunge (21) eine Dicke (e) aufweist, die im Wesentlichen im Bereich von 0,4 bis 0,95 mm liegt und vorzugsweise im Wesentlichen gleich 0,9 mm ist.

Daher ermöglicht ein solcher Käfig gemäß der Erfindung eine erhebliche Verbesserung der Flexibilität der Haltezungen, indem eine entsprechend der Art des verwendeten flexiblen Materials ausreichende Anzahl von Schwächungszonen erzeugt wird, die durch die Kerben definiert sind, die die Haltezungen trennen. Diese Schwächungszonen ermöglichen die Verwirklichung von Haltezungen mit guter mechanischer Beständigkeit (beispielsweise mittels eines flexiblen Materials, das mit Glasfasern oder Kohlenstofffasern angereichert ist), wobei dennoch eine ausreichende Flexibilität beibehalten wird, um das Auftreten von Rissen oder Mikrorissen an der Basis der Haltezungen bei der Einführung des Kugelkopfes des Schwenkzapfens in den sphärischen Abschnitt zu vermeiden. Außerdem trägt ein solches Verhältnis zwischen dem ersten Durchmesser und dem zweiten Durchmesser in Verbindung mit den Schwächungszonen zu einer Begrenzung der Biegebeanspruchungen, die die Haltezungen erfahren, bei.
In einer Ausführungsform ist das flexible Material aus der Gruppe gewählt, die Polyphthalamide, Polyetheretherketon, Polybutylen-Terephthalat und Polyethylen-Terephthalat umfasst, wobei die Anzahl der Haltezungen größer oder gleich 5 ist und vorzugsweise im Bereich von 5 bis 15 liegt.
Daher sind diese flexiblen Materialien so gewählt, dass sie oberhalb von 90°C, der Grenzbetriebstemperatur von POM, eine zufrieden stellende mechanische Beständigkeit haben.
Vorteilhaft weist ein Käfig gemäß der Erfindung eine vorgegebene Höhe auf, ferner weist jede Kerbe eine maximale Tiefe auf, die im Wesentlichen gleich 95% der Höhe beträgt.
Daher ermöglicht eine solche Kerbentiefe die Verbesserung der Flexibilität der Haltezungen.
Daher ermöglicht eine solche Dicke der Haltezungen die Verbesserung der Flexibilität der Haltezungen.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform weist das flexible Material wenigstens eine Füllmasse auf, die aus der Gruppe gewählt ist, die Glasfasern und Kohlenstofffasern umfasst.
Daher ermöglicht eine solche Füllmasse die Verbesserung der mechanischen Beständigkeit des flexiblen Materials.
Gemäß einem vorteilhaften Merkmal weist das flexible Material eine Zugbeständigkeit größer oder gleich 250 N/mm² auf.
Daher besitzen solche Haltezungen eine Zugbeständigkeit, die größer als jene der Haltezungen ist, die aus POM hergestellt sind, die kleiner als 75 N/mm² ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Spurstangenkugelgelenk für ein Fahrzeug, das dadurch ausgezeichnet ist, dass es Folgendes umfasst:

– ein Gehäuse,
– einen Schwenkzapfen, der mit einem Kugelkopf versehen ist,
– einen Käfig gemäß der Erfindung, wobei der Boden dazu ausgelegt ist, im Gehäuse aufgenommen zu werden, wobei der sphärische Abschnitt dazu ausgelegt ist, den Kugelkopf des Schwenkzapfens aufzunehmen und zu halten.

Weitere Merkmale und Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform eines Spurstangenkugelgelenks eines Fahrzeugs gemäß der Erfindung hervor, die als ein nicht beschränkendes Beispiel mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird, in denen:
1 eine Schnittansicht eines Spurstangenkugelgelenks gemäß der Erfindung ist,
2 eine Schnittansicht in vergrößertem Maßstab eines Käfigs gemäß der Erfindung ist, mit dem das in 1 gezeigte Spurstangenkugelgelenk ausgerüstet ist.
Das Spurstangenkugelgelenk 1 eines Fahrzeugs, das in 1 gezeigt ist, umfasst:

– ein Gehäuse 10, das aus einem Metallwerkstoff wie etwa Stahl hergestellt sein kann, wobei das Gehäuse 10 dazu bestimmt ist, mit einem Ende einer (nicht gezeigten) Zahnstange verbunden zu werden,
– einen Schwenkzapfen 11, der mit einem Kugelkopf 110 versehen ist und sich längs einer Achse X'X erstreckt, wobei der Schwenkzapfen 11 aus Stahl hergestellt sein kann,
– einen Käfig 2.

Der Käfig 2 umfasst:

– einen Boden 20, der sich in dem Gehäuse 10 des Spurstangenkugelgelenks 1 befindet,
– Haltezungen 21, die aus einem flexiblen Material hergestellt sind und sich ausgehend von dem Boden 20 in der Weise erstrecken, dass ein sphärischer Abschnitt 22 gebildet wird, der dazu ausgelegt ist, den Kugelkopf 110 des Schwenkzapfens 11 des Spurstangenkugelgelenks 1 aufzunehmen und zu halten.

Das flexible Material ist vorzugsweise aus der Gruppe gewählt, die Polyphthalamide, Polyetheretherketon, Polybutylen-Terephthalat und Polyethylen-Terephthalat umfasst. Der Käfig 2 kann durch Spritzguss gefertigt sein.
Das flexible Material kann wenigstens eine Füllmasse umfassen, die aus der Gruppe gewählt ist, die Glasfasern und Kohlenstofffasern umfasst.
Das flexible Material kann eine Zugbeständigkeit größer oder gleich 250 N/mm² aufweisen.
Wie in 2 gezeigt ist, weist der sphärische Abschnitt 22 einen vorgegebenen ersten Durchmesser D1 auf. Die Haltezungen 21 umfassen Endabschnitte 210, die eine im Wesentlichen kreisförmige Öffnung begrenzen, die einen vorgegebenen zweiten Durchmesser D2 aufweist. Das Verhältnis zwischen dem ersten Durchmesser D1 und dem zweiten Durchmesser D2 liegt im Wesentlichen im Bereich von 1,15 bis 1,35 und ist vorzugsweise im Wesentlichen gleich 1,32.
Wie in 2 gezeigt ist, ist jede benachbarte Haltezunge 21 von einer benachbarten Haltezunge 21 durch eine Kerbe 23 getrennt, die sich im Wesentlichen längs einer Meridianlinie des sphärischen Abschnitts 22 erstreckt.
Die Anzahl der Haltezungen 21 ist an das flexible Material angepasst, derart, dass die Kerben 23 die Biegebeanspruchungen, die die Haltezungen 21 erfahren, unter einen vorgegebenen Schwellenwert senken, oberhalb dessen der sphärische Abschnitt 22 brechen kann, wenn er den Kugelkopf 110 des Schwenkzapfens 11 des Spurstangenkugelgelenks 1 aufnimmt.
Wenn das flexible Material aus der Gruppe gewählt ist, die Polyphthalamide, Polyetheretherketon, Polybutylen-Terephthalat und Polyethylen-Terephthalat umfasst, ist die Anzahl der Haltezungen 21 größer oder gleich 5 (in 2 sind 5 Haltezungen 21 gezeigt).
Der Käfig 2 weist eine vorgegebene Höhe H auf. Jede Kerbe 23 weist eine maximale Tiefe auf, die im Wesentlichen gleich 95% der Höhe H beträgt.
Jede Haltezunge 21 weist eine Dicke e auf, die im Wesentlichen im Bereich von 0,4 mm bis 0,95 mm liegt und vorzugsweise im Wesentlichen gleich 0,9 mm ist.
Nachdem in den Käfig 2 ein Schmiermittel wie etwa Fett und dann der Kugelkopf 110 des Schwenkzapfens 11 eingebracht worden sind, wird das Gehäuse 10 um den Kugelkopf 110 aufgepresst, wie in 1 gezeigt.
Selbstverständlich hat die oben beschriebene Ausführungsform der Erfindung keinerlei begrenzenden Charakter. Einzelheiten und Verbesserungen können in anderen Ausführungsformen hinzugefügt werden, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

FR 2792043 [0004]

Claims

Käfig (2) für ein Spurstangenkugelgelenk (1) eines Fahrzeugs, wobei das Spurstangenkugelgelenk (1) ein Gehäuse (10) und einen Schwenkzapfen (11), der mit einem Kugelkopf (110) versehen ist, umfasst, wobei der Käfig (2) Folgendes umfasst: – einen Boden (20), der dazu bestimmt ist, im Gehäuse (10) des Spurstangenkugelgelenks (1) aufgenommen zu werden, – Haltezungen (21), die aus einem vorgegebenen flexiblen Material hergestellt sind und sich ausgehend vom Boden (20) in der Weise erstrecken, dass ein sphärischer Abschnitt (22) gebildet wird, der dazu bestimmt ist, den Kugelkopf (110) des Schwenkzapfens (11) des Spurstangenkugelgelenks (1) aufzunehmen und zu halten, wobei jede Haltezunge (21) von einer benachbarten Haltezunge (21) durch eine Kerbe (23) getrennt ist, die sich vorzugsweise im Wesentlichen längs einer Meridianlinie des sphärischen Abschnitts (22) erstreckt, wobei der sphärische Abschnitt (22) einen vorgegebenen ersten Durchmesser (D1) aufweist und die Haltezungen (21) Endabschnitte (210) aufweisen, die eine im Wesentlichen kreisförmige Öffnung begrenzen, die einen vorgegebenen zweiten Durchmesser (D2) aufweist, wobei der Käfig dadurch gekennzeichnet ist, dass die Anzahl von Haltezungen (21) abhängig von dem flexiblen Material in der Weise angepasst ist, dass die Kerben (23) die Biegebeanspruchungen, die die Haltezungen (21) erfahren, unter einen vorgegebenen Schwellenwert senken, oberhalb dessen der sphärische Abschnitt (22) brechen kann, wenn er den Kugelkopf (110) des Schwenkzapfens (11) des Spurstangenkugelgelenks (1) aufnimmt, dass das Verhältnis zwischen dem ersten Durchmesser (D1) und dem zweiten Durchmesser (D2) im Wesentlichen im Bereich von 1,15 bis 1,35 liegt und vorzugsweise im Wesentlichen gleich 1,32 ist, und dass jede Haltezunge (21) eine Dicke (e) aufweist, die im Wesentlichen im Bereich von 0,4 bis 0,95 mm liegt und vorzugsweise im Wesentlichen gleich 0,9 mm ist.
Käfig (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Material aus der Gruppe gewählt ist, die Polyphthalamide, Polyetheretherketon, Polybutylen-Terephthalat und Polyethylen-Terephthalat umfasst, und dass die Anzahl der Haltezungen (21) größer oder gleich 5 ist und vorzugsweise im Bereich von 5 bis 15 liegt.
Käfig (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er eine vorgegebene Höhe (H) aufweist und dass jede Kerbe (23) eine maximale Tiefe aufweist, die im Wesentlichen gleich 95% der Höhe (H) ist.
Käfig (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Material wenigstens eine Füllmasse umfasst, die aus der Gruppe gewählt ist, die Glasfasern und Kohlenstofffasern umfasst.
Käfig (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Material eine Zugbeständigkeit größer oder gleich 250 N/mm² aufweist.
Spurstangenkugelgelenk (1) für Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es Folgendes umfasst: – ein Gehäuse (10), – einen Schwenkzapfen (11), der mit einem Kugelkopf (110) versehen ist, – einen Käfig (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Boden (20) dazu ausgelegt ist, im Gehäuse (10) aufgenommen zu werden, und der sphärische Abschnitt (22) dazu ausgelegt ist, den Kugelkopf (110) des Schwenkzapfens (11) aufzunehmen und zu halten.