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Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Ein allgemein bekanntes gattungsgemäßes Kugelgelenk besteht aus einem Kugelzapfen als Lagerinnenteil und als erstem Lagerteil mit einem Kugelteil als ballige Verdickung und beidseitig gegenüberliegend vom Kugelteil abragenden Anschlusspratzen. Auf dem Kugelteil sind zwei Kugelschalenhälften als Elastomer-Metall-Elemente aufgesetzt. Zudem umgibt ein Lagergehäuse als zweites Lagerteil den Kugelteil mit den aufgesetzten Kugelschalenhälften. Die Kugelschalenhälften sind im fertig montierten Zustand des Kugelgelenks im Lagergehäuse axial zusammengespannt und mit einem Sicherungsring gesichert. Durch das axiale Zusammenspannen wird das Elastomermaterial dergestalt verformt, dass zwischen den Kugelschalenhälften und dem Kugelteil und zwischen den Kugelschalenhälften und dem Lagergehäuse eine unverschiebbare Reibungshaftung hergestellt ist.
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Konkret weisen die Kugelschalenhälften beim gattungsgemäßen Kugelgelenk nach dem Stand der Technik jeweils eine zentrale Ausnehmung auf. Die Kugelschalenhälften werden bei der Montage axial von beiden Seiten jeweils über die Anschlusspratzen bis zur Anlage am Kugelteil aufgesteckt. Durch eine Kombination aus gleichen Kugelschalenhälften mit unterschiedlichen Kugelzapfen mit gleichen Kugelteilen jedoch unterschiedlichen Anschlusspratzen können einfach und kostengünstig Kugelgelenke für unterschiedliche Anbindungsgegebenheiten, zum Beispiel an einer Fahrzeugstruktur, insbesondere bei unterschiedlichen Bohrungsabständen und Bohrungsdurchmessern bei der Pratzenanbindung zur Verfügung gestellt werden. Da jeweils gleiche Kugelschalenhälften verwendet werden, sind für die vorstehend genannten unterschiedlichen Kugelgelenke keine unterschiedlichen Vulkanisierwerkzeuge erforderlich, da die Unterschiede jeweils kostengünstig nur am separat hergestellten Kugelzapfen realisiert werden können.
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Da die Kugelschalenhälften jeweils axial über die Anschlusspratzen zur Anlage am Kugelteil aufgesteckt werden, ist der Querschnitt der Anschlusspratzen ersichtlich durch den Durchmesser der zentralen Ausnehmung der Kugelschalenhälften begrenzt. Heute gebräuchliche Kugelgelenke weisen jedoch oft einen Hinterschnitt zwischen einem Anschraubbohrungsbereich der Anschlusspratzen und dem Anschluss am Kugelteil auf, um insbesondere bei einer Verwendung in einem Fahrzeug den Einbaudurchmesser und Einbauraum möglichst klein zu halten. Bei einer solchen Ausführungsform ist es nicht möglich, die Kugelschalenhälften wegen des Hinterschnitts axial über die Anschlusspratzen bis zum Kugelteil aufzuschieben, so dass der bisherige Aufbau eines solchen Kugelgelenks mit separat hergestellten Kugelschalenhälften und den vorstehenden genannten Vorteilen nicht möglich ist. Bisher werden solche Kugelpratzen mit Hinterschnitt in einem Vulkanisierwerkzeug direkt und aufwendig an den Gummi anvulkanisiert.
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Bedingt durch das erforderliche axiale Aufschieben der beiden Kugelschalenhälften können diese nur als zwei separate Einzelteile bei der Montage und bei der Logistik gehandhabt werden. Eine gegenseitige Verbindung der bekannten Kugelschalenhälften zur Reduzierung der Teilevielfalt insbesondere bei der Montage ist nicht möglich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Kugelgelenk so weiterzubilden, dass separat herstellbare Kugelschalenhälften mit den eingangs erwähnten Vorteilen auf den Kugelteil eines separat hergestellten Kugelzapfens aufsteckbar und in einem Lagergehäuse axial zusammenspannbar sind, jedoch auch Kugelzapfen mit den vorstehend erläuterten Hinterschnitten verwendbar und mit den Kugelschalenhälften kombinierbar sind.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Teilungsebene, an der die Kugelschalenhälften aneinanderliegen, entlang und durch die Lagerachse verläuft, wobei die Lagerachse ausgehend von der Kugelteilmitte durch die Mitte der beiden abragenden Anschlusspratzen verläuft.
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Die Kugelschalenhälften werden hier (nicht wie im Stand der Technik axial) radial seitlich auf den Kugelteil des Kugelzapfens aufgesteckt und können so in ein Lagergehäuse eingesteckt, axial zusammenspannt und mit einem Sicherungsring gesichert werden. Dadurch ergibt sich ein grundsätzlich anderer Aufbau und eine grundsätzlich andere Anordnung im Vergleich mit dem Stand der Technik der gestalterisch und funktionale Freiräume eröffnet.
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Vorteilhaft können auch bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform Kugelschalenhälften als Gleichteile aus demselben Vulkanisierwerkzeug für eine Vielzahl von Kugelgelenkausführungen hergestellt werden. Dabei können unterschiedliche Kugelzapfen mit unterschiedlichen Anschlusspratzen verwendet werden, deren Pratzenanbindung an unterschiedliche Anbindungsgegebenheiten angepasst ist. Vorteilhaft können damit ebenfalls auch Kugelzapfen mit einem vorstehend erläuterten Hinterschnitt bei einem solchen mehrteilig montierten Kugelgelenk verwendet werden ebenso wie bisher verwendete Kugelzapfen ohne Hinterschnitt.
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Die Variations- und Einsatzmöglichkeiten eines erfindungsgemäßen Kugelgelenks sind somit gegenüber einem gattungsgemäßen Kugelgelenk nach dem Stand der Technik wesentlich erweitert.
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In einer weiter konkretisierten Ausführungsform weisen die Anschlusspratzen eines Kugelzapfens jeweils einen ersten, vom Kugelteil abragenden zylindrischen Pratzenteil und jeweils einen daran anschließenden zweiten Pratzenteil als Anschraubteil mit einer Anschraubbohrung auf.
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Die auf das Kugelteil aufgesetzten Kugelschalenhälften weisen jeweils beidseitig in Richtung der Lagerachse eine halbzylindrische, bundförmig Ausnehmung entsprechend dem Zylinderdurchmesser des ersten Pratzenteils auf. Die halbzylindrischen, bundförmigen Ausnehmungen umfassen im aufgesetzten Zustand der Kugelschalenhälften jeweils das erste Pratzenteil.
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Die Kugelschalenhälften weisen jeweils einen entsprechend dem Kugelteil halbschalenförmigen Elastomerkörper mit einer angehafteten Innenhalbschale aus Kunststoff oder Stahl sowie mit jeweils stirnseitig angehafteten Außenhalbringen, vorzugsweise aus Stahl auf. Dabei sind die Außenhalbringe vorzugsweise entsprechend der Kugelform schräg angestellt. Die Kugelschalenhälften sind nach dem axialen Zusammenspannen in einem zylindrischen Aufnahmeraum des Lagergehäuses mit den Außenhalbringen einseitig an einem Gehäusebund axial abgestützt und an der anderen gegenüberliegenden Seite mit den gegenüberliegenden Außenhalbringen an einem Sicherungsring in einer Gehäusenut abgestützt und gesichert.
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Vorteilhaft kann die vorstehende Ausführungsform insbesondere auch dann montiert werden, wenn im Sinne eines Hinterschnitts jeweils ein zweiter Pratzenteil als Anschraubteil einen größeren Querschnitt hat im Vergleich zu einem Querschnitt des ersten Pratzenteils am Kugelteil, da die Kugelschalenhälften radial seitlich auf das Kugelteil aufgesetzt werden.
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Der Begriff „Elastomer-Metall-Element” wird hier wie in Fachkreisen üblich dergestalt verwendet, dass unter „Metall” jedes weitgehend starre und stabile Material, insbesondere Stahl und Kunststoff verstanden wird. Entsprechend können sowohl die angehaftete Innenhalbschale als auch die angehafteten Außenhalbringe aus Stahl und/oder Kunststoff hergestellt sein. Als „Elastomer” wird regelmäßig Gummi verwendet, der an die eingesetzten „Metall-Elemente” durch Vulkanisation angehaftet ist. Entsprechend ist der Elastomerkörper der Kugelschalenhälften hier vorzugsweise ein Gummikörper, an dem die Innenhalbschale sowie die Außenhalbringe fest anvulkanisiert sind. Konkret kann hier eine Innenhalbschale insbesondere zur Verbesserung einer Reibungshaftung zwischen dem Kugelteil und einer Kugelschalenhälfte mit einem inneren Gummifilm versehen sein. Ein solcher Gummifilm kann einfach bei einem entsprechenden Abstand beispielsweise durch Stege als Abstandshalter im Vulkanisierwerkzeug beim Vulkanisierprozess hergestellt werden.
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Als „Kugelteil” wird hier eine ballige rotationssymmetrische Verdickung etwa in der Mitte des Kugelzapfens verstanden, dessen Form von der genauen Kugelform auch etwas abweichen kann, wie in den Ausführungsbeispielen dargestellt. Wesentlich ist, dass in Verbindung mit einem etwas modifizierten Kugelteil die Kugelgelenkeigenschaften, nämlich eine hohe kardanische Beweglichkeit und eine hohe axiale und radiale Belastbarkeit vorliegen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind zwei Kugelschalenhälften mit einem dünnen Elastomerfilm am äußeren längsseitigen Umfang zusammenhängend klappbar verbunden. Damit ist die Einzelteilvielfalt reduziert. Zudem ist die Montage der Kugelschalenhälften vereinfacht, da diese zusammenhängend sattelförmig über einen Kugelzapfen mit einem Handgriff gehängt und in ein Lagergehäuse zusammen mit dem Kugelzapfen eingeschoben werden können. Bei den Kugelschalenhälften nach dem Stand der Technik ist dies grundsätzlich nicht möglich.
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Der dünne Elastomerfilm kann so ausgeführt sein, dass er sich beim Einstecken in einer Schlaufe nach Innen in einen entsprechenden Hohlraum des Gummikörpers legt und somit das Einschieben in den Aufnahmeraum eines Lagergehäuses nicht behindert.
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Um die Handhabung im Vorbehandlungs- und Vulkanisationsprozess zu vereinfachen und kostengünstiger zu gestalten, wird weiter vorgeschlagen, zwei gegenüberliegend an einer Kugelschalenhälfte angeordnete Außenhalbringe über wenigstens einen dünnen Längssteg zu verbinden, womit aus den beiden Außenhalbringen ein zusammenhängendes, einfach handhabbares Teil geschaffen wurde. Vorzugsweise sind die Außenhalbringe aus Stahlblech hergestellt, ebenso wie ein oder mehrere verbindende metallische Längsstege. Ein solcher Steg kann an der äußeren Stirnfläche angeordnet werden, so dass er nicht in den Elastomerkörper hineinragt und auch dem Sicherungsring nicht im Weg ist.
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In einer Weiterbildung einer Innenschalenhälfte aus Kunststoff soll diese im Bereich ihres größten Durchmessers in Lagerquerrichtung teilweise mit einem geringen Abstand geteilt sein. Dies kann beispielsweise mit einer Perforationslinie oder durch Schlitze in Verbindung mit Filmscharnieren durchgeführt werden. Damit wird bei einer axialen Zusammenspannung der Kugelschalenhälften die Anlage der Innenschalenhälften mit einem erforderlichen hohen Druck für eine ausreichende Reibungshaftung begünstigt, indem die Innenschalenhälftenbereiche an der Teilungslinie axial geringfügig aufeinander zu verlagerbar sind.
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Für den gleichen Zweck wird bei einer aus Stahlblech hergestellten Innenschalenhälfte im Bereich ihres größten Durchmessers in Lagerquerrichtung wenigstens ein Festkörpergelenk angeordnet. Dieses Festkörpergelenk kann insbesondere durch dünne bewegliche Stege gebildet sein, die zwischen in Lagerquerrichtung umlaufenden, eine geringe axial Verschiebung ermöglichenden Schlitze angeordnet sind. Vorzugsweise weisen diese Stege einen Winkel von größer als 45° zur Lagerlängsachse auf, so dass die Stege bei einer axialen Verspannung auf Biegung beansprucht sind.
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Anhand einer Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung weiter erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Draufsicht auf eine Kugelschalenhälfte,
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2 eine Ansicht der Kugelschalenhälfte nach 1 von unten,
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3 zwei durch einen Elastomerfilm verbundene Kugelschalenhälften,
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4 eine Draufsicht auf eine Innenhalbschale,
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5 einen Kugelzapfen mit einer aufgesteckten Kugelschalenhälfte,
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6 einen Kugelzapfen mit zwei aufgesteckten Kugelschalenhälften,
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7 einen Längsschnitt durch ein fertig montiertes Kugelgelenk, und
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8 einen Längsschnitt durch ein fertig montiertes Kugelgelenk nach dem Stand der Technik.
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Aus dem Längsschnitt durch ein fertig montiertes erfindungsgemäßes Kugelgelenk 1 nach 7 ist ersichtlich, dass dieses aus einem Kugelzapfen 2 mit einem mittigen balligen Kugelteil 3 und beidseitig abragenden Anschlusspratzen 4, 5, sowie aus zwei Kugelschalenhälften 6, 7 und einem zylindrischen Lagergehäuse 8 besteht. Die Anschlusspratzen 4, 5 weisen jeweils einen kurzen, vom Kugelteil 3 abragenden ersten zylindrischen Pratzenteil 4a, 5a und einen jeweils daran anschließenden zweiten Pratzenteil als Anschraubteil 4b, 5b mit einer Anschraubbohrung 4c, 5c auf. Die Anschraubteile 4b, 5b haben ersichtlich einen größeren Querschnitt als die anschließenden zylindrischen Pratzenteile 4a, 5a.
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Der Aufbau der Kugelschalenhälften 6, 7 ist mit weiteren Einzelheiten aus den 1 bis 4 ersichtlich:
Die Kugelschalenhälften 6, 7 weisen jeweils einen halbschalenförmigen, dem Umfang des Kugelteils 3 angepassten Elastomerkörper 9 mit einer angehafteten Innenhalbschale 10 auf (in 2 im Elastomerkörper 9 eingebettet eingezeichnet und in 4 separat dargestellt). Weiter sind zwei Außenhalbringe 11, 12 jeweils stirnseitig am Elastomerkörper 9 angehaftet, wobei die Außenhalbringe 11, 12 schräg entsprechend der Kugelform angestellt sind. Beim axialen Zusammenspannen der Kugelschalenhälften 6, 7 im Lagergehäuse 8 stützen sich die Außenhalbringe 12 im fertig montierten Zustand an einem umlaufenden Gehäusebund 13 ab und die gegenüberliegenden Außenhalbringe 11 werden mit einem Sicherungsring 14 in einer umlaufenden Gehäusenut 15, hier unter Zwischenschaltung eines Distanzrings 16, abgestützt und gesichert. Die Außenhalbringe 11, 12 können, wie in 1 schematisch strichliert eingezeichnet, durch Längsstege 28 zu einem zusammenhängenden Bauteil verbunden sein.
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Die Kugelschalenhälften 6, 7 haben jeweils beidseitig in Richtung der Lagerachse eine halbzylindrische bundförmige Ausnehmung 17, 18 entsprechend dem Zylinderdurchmesser der ersten Pratzenteile 4a, 5a, welche jeweils beidseitig von diesen Ausnehmungen 17, 18 bei aufgesteckten Zylinderschalenhälften 6, 7 umfasst werden. Diese Ausnehmungen 17, 18 werden, wie aus den 2 und 4 ersichtlich durch axiale Vorsprünge der Innenhalbschale 10 ausgebildet.
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In 3 sind in einer modifizierten Ausführungsform die beiden zur Ausbildung des Kugelgelenks 1 erforderlichen Kugelschalenhälften 6, 7 mit einem dünnen Elastomerfilm 19 am äußeren längsseitigen Umfang zusammenhängend klappbar verbunden.
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In 6 ist der Montagezustand gezeigt, in dem die beiden Kugelschalenhälften 6, 7 radial seitlich als Einzelelemente (entsprechend 1, 2) oder zusammenhängend (entsprechend 3) auf das Kugelteil des Kugelzapfens 2 aneinander anliegend aufgesteckt sind. Die Teilungsebene 20, an der die Kugelschalenhälften 6, 7 aneinanderliegen, verläuft entlang und durch die Lagerachse 21.
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Wie aus 2 ersichtlich, ist an der Innenseite der Innenhalbschale 10 ein dünner Elastomerfilm 22 anvulkanisiert, wozu in der Vulkanisierform entsprechende Stege in der Dicke des Elastomerfilms 22 angebracht sind, welche im Elastomerfilm 22 als Nuten 23 erscheinen.
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Wie aus 4 ersichtlich, sind zur Ausbildung des Elastomerfilms 22 in der Innerhalbschale 10 Durchströmbohrungen 24 angebracht. Im Bereich des größten Durchmessers der Innenhalbschale 10 ist zudem ein Festkörpergelenk 25 angebracht, das durch dünne, bewegliche Stege 26 gebildet ist, die in umlaufenden, eine axial Verschiebung ermöglichenden Schlitzen 27 angeordnet sind. Die Stege 26 verlaufen im unbelasteten Zustand entsprechend 4 in einem Winkel von vorzugsweise größer als 45° zur Lagerlängsachse 21, so dass die Stege 26 bei einer axialen Verspannung auf Biegung beansprucht werden.
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In 8 ist ein Längsschnitt eines gattungsgemäßen bekannten Kugelgelenks 1' nach dem Stand der Technik dargestellt, wobei die Unterschiede und Vorteile im Vergleich mit dem erfindungsgemäßen Kugelgelenk 1 deutlich ersichtlich sind:
Beim Kugelgelenk 1' nach dem Stand der Technik sind ebenfalls zwei Kugelschalenhälften 6', 7' verwendet, die auf ein Kugelteil 3' eines Kugelzapfens 2' aufgesteckt sind. Die Teilungsebene 20', an der die Kugelschalenhälften 6', 7' aneinanderliegen, verläuft hier jedoch quer zur Lagerachse 21'. Insbesondere aus dem Längsschnitt der links in 8 separat dargestellten Kugelschalenhälfte 6' ist die mittige Ausnehmung 17' als ringförmige Öffnung ersichtlich, mit der die Kugelschalenhälfte 6' ebenso wie die Kugelschalenhälfte 7' jeweils axial über die Anschraubteile 4b' und 5b' gesteckt werden müssen. Bei dem in 8 dargestellten Durchmesser der Anschraubteile 4b' und 5b', der dem Durchmesser der Ausnehmungen 17' entspricht, ist dies möglich. Bei größeren Anschraubteilen 4b, 5b, wie sie in 7 mit einem entsprechenden Hinterschnitt dargestellt sind, wäre die Ausführung nach 8 mit axial aufsteckbaren Kugelschalenhälften 6', 7' ersichtlich nicht möglich.
