DE102016209861A1

DE102016209861A1 - Kugelschale für ein Kugelgelenk

Info

Publication number: DE102016209861A1
Application number: DE102016209861.6A
Authority: DE
Inventors: Viktor Hackl; Juergen Klein; Juergen Rapp; Michael Weiler; Tino Boos
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-06-06
Publication date: 2017-08-03

Abstract

Kugelschale für ein Kugelgelenk, wobei die Kugelschale wenigstens einen von der Kugelschale radial abstehenden Radialfortsatz aufweist, der bezüglich der Radialrichtung – insbesondere schwalbenschwanzförmig – hinterschnitten ist, sodass der Radialfortsatz an seinem distalen Ende in Tangentialrichtung breiter ist als an einem Ort zwischen dem distalen Ende und der Kugelschale, sowie das entsprechende Verfahren, als auch ein Kraftfahrzeug mit einer Wischanlage mit solch einer Kugelschale, als auch solch ein Kugelgelenk, sowie eine Wischanlage.

Description

Das Kugelgelenk gemäß Zeichnung ist für Wischanlagen von Kraftfahrzeuge geeignet.
Die Kugelschale (10) ist für ein Kugelgelenk (3) geeignet, wobei die Kugelschale (10) wenigstens einen von der Kugelschale (10) radial abstehenden Radialfortsatz (24) aufweist, der bezüglich der Radialrichtung – insbesondere schwalbenschwanzförmig – hinterschnitten ist, sodass der Radialfortsatz (24) an seinem distalen Ende (25) in Tangentialrichtung breiter ist als an einem Ort zwischen dem distalen Ende und der Kugelschale (10). Es ist auch denkbar, dass das breiteste Ende zwischen dem distalen Ende und der Kugelschale angeordnet ist. Dies gewährleistet eine feste Verbindung.
Die Kugelschale weist einen Axialfortsatz (20, 22) auf, der sich in Axialrichtung von der Kugelschale (10) erstreckt, und insbesondere einen Absatz (21) in Axialrichtung aufweist, sodass der Axialfortsatz (20, 22) in Axialrichtung eine treppenförmige Struktur aufweist. Die Struktur weist wenigstens eine Stufe auf. Die Stufen können gerade oder gebogen sein. Dies sorgt für eine einfache Montage der Kugelschale.
Die Kugelschale (10) weist einen Rand auf, der die Öffnung (17) der Kugelschale (10) umrandet, und vorzugsweise kreisförmig ist, wobei an dem Rand ein Bund (14) angeformt ist, der sich vom Rand in radialer Richtung erstreckt, sodass ein axialer Anschlag (15) ausgebildet ist.
Die Kugelschale (10) weist einen kreisförmigen Axialquerschnitt auf, wobei der Axialfortsatz (20, 22) dem Radialfortsatz (24) diametral benachbart und/oder bezüglich des radialen Mittelpunktes des Axialquerschnitts gegenüberliegt. Dabei können zwei Axialfortsätze ausgebildet sein, sodass einer unmittelbar benachbart und der weitere bezüglich des Mittelpunkts gegenüber liegt.
Vorteilhaft ist, wenn genau zwei Axialfortsätze (20, 22) und ein Radialfortsatz (24) angeformt sind, wobei sich die Axialfortsätze (20, 22) und der Radialfortsatz (24) vom Rand – insbesondere vom Bund (14) – der Kugelschale (10) erstrecken.
Die Kugelschale (10) kann aus Kunststoff ausgebildet sein, wobei der Kunststoff vorzugsweise Faserverstärkt, insbesondere Glasfaserverstärkt ist. Dies hat den Vorteil, dass eine günstige Serienfertigung möglich ist.
Das Fixiermittel (26) ist eingerichtet, einen Radialfortsatz (24) und/oder einen Axialfortsatz (20, 22) der Kugelschale (10) in einer hierfür vorgesehene Aufnahme aufzunehmen, sodass die Kugelschale (10) in allen Raumrichtungen fixiert ist.
Die – insbesondere quaderförmig angeordnete – Wandungen des Fixiermittels weisen die Ausnehmungen (34) für die Fortsätze (20, 22, 24) auf, wobei wenigstens eine Wandung einen Schlitz (30, 32) aufweist, der in Längsrichtung offen ist.
Es können zwei gegenüberliegende Wandungen jeweils einen Schlitz (30, 32) in Längsrichtung aufweisen, sodass das Fixiermittel (26) u-förmig ausgebildet ist, und die Kugelschale (10) entlang der Längsrichtung in das Fixiermittel (26) einführbar ist, wobei vorzugsweise ein Schlitz (30, 32) breiter ist als der gegenüberliegende. Es ist auch denkbar, das nur ein Schlitz ausgebildet ist.
Dabei kann die Breite eines Schlitzes (30) variieren, sodass eine Rastausnehmung (34) ausgebildet ist, wobei der Radialfortsatz (24) durch die Kontur der Rastausnehmung (34) im Rand des Schlitzes (30) umgreifbar ist, und die Rastausnehmung (34) im Bereich der Öffnung (28) in Längsrichtung angeordnet ist.
Am der Öffnung gegenüberliegenden Ende des Schlitzes kann ein Radius ausgebildet sein, wobei die Wandung am Rand des Radius, ausgehend von dem Rand in seiner Materialdicke zunimmt, sodass eine Ausnehmung senkrecht zur Wandung in Richtung der gegenüberliegenden ausgeformt ist.
Es ist wenigstens eine Führungsfläche, die vorzugsweise konkav ist, am Rand des Schlitzes ausgebildet ist. Im Falle mehrerer Führungsflächen können sich diese wenigstens abschnittsweise gegenüberliegen. Bei eine Führungsfläche können sich Abschnitte gegenüberliegen. Die Führungsfläche ist auf der Seite der Wandung ausgebildet, die der Ausnehmung gegenüber liegt. Die Führungsfläche kann im Bereich der Rastausnehmung angeordnet sein.
Am gegenüberliegenden Ende des Schlitzes ist eine Aussparung für den Axialfortsatz ausgebildet, wobei sich die Aussparung entlang der Längsrichtung vom Rand des Radius erstreckt.
Das u-förmige Fixiermittel (26) ist elastisch, sodass die Schenkel des Fixiermittel (26) federnd gegeneinander ausgelenkbar sind, wobei das Fixiermittel (26) vorzugsweise Blech oder Kunststoff aufweist.
Das Kugelgelenk weist eine Kugelschale auf, wobei die Kugelschale (10) in dem Fixiermittel eingerastet ist. Dabei kann der Axialfortsatz in der Aussparung angeordnet sein.
Ein Teil der Kugelschale (10) ragt durch einen Schlitz aus dem Fixiermittel (26) heraus. Dies kann die Kuppe sein.
Die Kugelschale (10) ist an der Gelenkstange befestigt, vorzugsweise angespritzt, wobei die Kurbel einen Kugelzapfen aufweist, welcher in der Kugelschale (10) gelagert ist.
Das Kugelgelenk umfasst die Gelenkstange mit Kugelschale (10), die in dem Fixiermittel (26) eingerastet ist, wobei der Kugelzapfen der Kurbel in der Kugelschale (10) durch die Ausnehmung des Fixiermittels gelagert ist.
Es sind Wischanlagen mit einem erfindungsgemäßen Kugelgelenk vorstellbar. Die Wischanlagen können an Kraftfahrtzeugen angebracht sein.
Montiert wird das Kugelgelenk durch ein Verfahren. Dabei erfolgen die Schritte:

– Anspritzen einer Kugelschale (10) aus Kunststoff an die Gelenkstange durch ein Spritzgusverfahren
– Einschieben der Gelenkstange mit Kugelschale (10) in das Fixiermittel bis der Radialfortsatz in die Rastausnehmung einrastet, wobei die Führungsflächen über der Öffnung der Kugelschale (10) zum liegen kommen
– Einführen des Kugelzapfens über die Führungsflächen, wobei die Kugelschale (10) durch die Führungsflächen in die Schale geleitet werden, wobei das elastische Fixiermittels gespreizt wird, während des Einführvorgangs
– Zurückstellen des elastischen Fixiermittels, sodass der Kugelzapfen von dem Fixiermittel überdeckt ist
– Ausrasten des Radialfortsatzes aus der Rastausnehmung und weiterschieben der Gelenkstange bis zum Ende des Schlitzes, wo die Kugelschale (10) wieder einrastet

Figuren
Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht und einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Kugelschale,
die 2 zeigt eine perspektivische Ansicht und einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Fixierelements,
die 3 zeigt eine Draufsicht eines Kugelgelenks in einer ersten Position der Montage,
die 3a) zeigt einen Querschnitt des Kugelgelenks in der ersten Position,
die 3b) zeigt einen Querschnitt des Kugelgelenks in Endposition der Montage.
In 1 ist eine Kugelschale 10 gezeigt, die aus Kunststoff gefertigt ist. Es sind einmal eine perspektivische Ansicht und ein Querschnitt abgebildet. Die Kugelschale 10 ist kappenförmig ausgebildet. Dabei weist die Kugelschale 10 eine Kuppel 12 auf, die kugelförmig ist. Dabei ist am Rand 16 der Kugelschale 10 ein Bund 14 ausgebildet. Der Bund 14 weist eine dickere Wandung auf als die Kuppel 12. Die Kuppel 12 ist kleiner als eine Hemisphäre. Der Bund 14 ist in Umfangsrichtung geschlossen ausgebildet. Dabei umrandet der Bund 14 die Öffnung 17 der Kugelschale 10. Innerhalb der Öffnung 17 ist ein Lagerraum 18 für einen Kugelzapfen 2 ausgebildet, der im Wesentlichen kugelförmig ist. Dabei kann der Lagerraum 18 der über eine Hemisphäre gehen, sodass der Innendurchmesser der Öffnung 17 kleiner ist, als der Kugeldurchmesser des Lagerraums 18. Es ist aber auch möglich, dass der Durchmesser der Öffnung 17 gleich groß oder kleiner ist als der zweifache Radius, also der hypothetische Durchmesser einer Vollkugel, die gebildet wird durch eine gedachte, extrapoliert Kugel, die den Lagerraum 18 voll ausfüllt. Der Bund 14 erstreckt sich in Radialrichtung weiter als die Wandung der Kuppel 12, sodass sich ein Absatz bildet, der als Anschlag 15 für eine Gelenkstange 1 dient. Vom Bund 14 aus erstecken sich zwei Axialfortsätze 20, 22, die stufenartig in zwei axialgerichteten Ebenen ausgebildet sind. Dabei sind die Ebenen parallel zu der Fläche des Anschlags 15 ausgebildet. Die Axialfortsätze 20, 22 liegen auf dem Durchmesser des Bundes 14. Die Axialfortsätze 20, 22 sind dabei gegenüberliegend bezüglich des Mittelpunkts angeordnet. Die Axialfortsätze 20, 22 bilden keinen Vollkreis aus, sondern bedecken weniger als ein Viertel eines Vollkreises. Auf der durch die Axialfortsätze 20, 22 gebildeten gedachten Linie liegt ein Radialfortsatz 24, der sich vom Bund 14 erstreckt. Der Radialfortsatz 24 ist unmittelbar benachbart zu einem der Axialfortsätze 20, 22. Dabei weist der Radialfortsatz 24 in Axialrichtung einen trapezförmigen Querschnitt auf, ist also eine Schwalbenschwanzausformung. Der Radialfortsatz 24 erstreckt sich dabei sowohl in radialer als auch axialer Richtung über den Bund 14 hinaus.
Die Kugelschale 10 wird dabei an eine Gelenkstange 1 durch ein Spritzgussverfahren angespritzt. Es ist auch denkbar, dass die Kugelschale 10 angeklipst oder geklebt oder geschraubt oder gegossen wird.
In 2 ist ein Fixiermittel 26 gezeigt, mit dem die Gelenkstange 1 mit Kugelschale 10 mit einem Kugelzapfen 2 zu einem Kugelgelenk 3 verbunden wird. Es sind einmal eine perspektivische Ansicht und ein Querschnitt abgebildet. Der Kugelzapfen 2 ist in 3 gezeigt und stellt ein Kugelsegment 5 an einem Zylinder 4 dar, wobei der Kugelzapfen 2 aus Metall ist. Das Fixiermittel 26 ist ein u-förmig ausgebildetes Bauteil. Es ist aus Blech oder Kunststoff. Dabei ist es quaderförmig, und weist somit parallel zueinander angeordnet Grundflächen, wobei jeweils zwei Grundflächen immer die gleiche Größe haben. Da die Gelenkstange 1 in das Fixierelement 26 geschoben werden muss, weist das Fixierelement 26 eine Öffnung 28 auf einer Seite auf. Dies wird erreicht, in dem eine Wandung an der kleinsten Grundfläche weggelassen wird. Die Wandungen der größten Grundflächen, weisen Schlitze 30, 32 auf, die zur weggelassenen Wandung hin geöffnet sind. Die Schlitze 30, 32 weisen eine unterschiedliche Breite quer zur Längsrichtung auf. Dabei ist wenigstens einer der Schlitze 30, 32 mit Ausnehmungen 34 entlang seiner Umrandung versehen, sodass die Fortsätze 30, 32 beim Einschieben einrasten können. Eine Rastausnehmung 34 ist im Bereich der Öffnung 28 des Fixiermittels 26 ausgebildet, sodass die Kugelschale 10 beim Montieren eine erste Position einnimmt. In dieser Position kann über Führungsflächen 40 der Kugelzapfen 2 eingeführt werden. Die Führungsflächen 40 sind auf der Außenseite 38 der Wandung mit dem Schlitz 30 angeordnet. Dabei sind die Führungsflächen 40 als Fasen am Rand des Schlitzes 30 ausgebildet. Die Führungsflächen 40 weisen dabei einen Radius auf, der auf den Kugelradius abgestimmt ist. Die Führungsflächen 40 sind dabei im Bereich der Öffnung 17 der Kugelschale 10 in der ersten Position ausgebildet. Beim Einfügen in die Kugelschale 10 spreizt sich das u-förmigen Fixierelement 26, wobei sich die beiden Schenkel 42 voneinander wegbewegen, sodass der Kugelkopf 5 in die Kugelschale 10 dringen kann. Danach relaxieren die Schenkel 42 in ihre ursprüngliche Position, sodass die Öffnung der Kugelschale 10 durch die Schenkel 42 versperr ist. Lediglich der Zylinder 4 des Kugelzapfens 2 ragt dann heraus. Am Ende des Schlitzes 30 ist ein Radius ausgebildet. Ebenso ist eine Aussparung 44 in Längsrichtung ausgebildet. Sie dient der Aufnahme eines Axialfortsatzes 20, 22, während der andere Axialfortsatz 22, 20 zur Führung im Schlitz 30 dient. So wird eine Verdrehsicherung gewährleistet. Zudem ist auf der Innenseite der Wandung mit dem Schlitz 30 eine Ausnehmung 46 in Form einer weiteren Fase ausgebildet. Die Ausnehmung 46 erstreckt sich dabei entlang des Radius, und kann dabei dem Kugelradius nachgeformt sein.
In 3 sind fertigmontierte Kugelgelenke 3 abgebildet. Es ist in 3 eine Draufsicht eines Kugelgelenks 3 in der ersten Montageposition gezeigt. In 3a) ist der Längsquerschnitt eines Kugelgelenks 3 in der ersten Montageposition gezeigt. In 3b) ist ein Kugelgelenk in Endpostion der Montage gezeigt. Die Kugelgelenke 3 sind aus einer Gelenkstange 1 und einer Kurbel 6 gebildet. Die Kurbel 6 weist den Kugelzapfen 4 auf. Die Gelenkstange 1 wird in dem Fixiermittel 26 geführt, wobei die Gelenkstange 1 einen flachen Abschnitt aufweist, der von dem Fixiermittel 26 umgriffen ist. Die Kugelschale 10 in ihrer Endposition in 3b) ist ebenfalls abgebildet, sodass sie bis zum Ende des Schlitzes 30 geschoben ist.

Claims

Kugelschale (10) für ein Kugelgelenk (3), wobei die Kugelschale (10) wenigstens einen von der Kugelschale (10) radial abstehenden Radialfortsatz (24) aufweist, der bezüglich der Radialrichtung – insbesondere schwalbenschwanzförmig – hinterschnitten ist, sodass der Radialfortsatz (24) an seinem distalen Ende (25) in Tangentialrichtung breiter ist als an einem Ort zwischen dem distalen Ende und der Kugelschale (10).
Kugelschale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelschale (10) einen Axialfortsatz (20, 22) aufweist, der sich in Axialrichtung von der Kugelschale (10) erstreckt, und insbesondere einen Absatz (21) in Axialrichtung aufweist, sodass der Axialfortsatz (20, 22) in Axialrichtung eine treppenförmige Struktur aufweist.
Kugelschale (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelschale (10) einen Rand aufweist, der die Öffnung (17) der Kugelschale (10) umrandet, und vorzugsweise kreisförmig ist, wobei an dem Rand ein Bund (14) angeformt ist, der sich vom Rand in radialer Richtung erstreckt, sodass ein axialer Anschlag (15) ausgebildet ist.
Kugelschale (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelschale (10) einen kreisförmigen Axialquerschnitt aufweist, wobei der Axialfortsatz (20, 22) dem Radialfortsatz (24) diametral benachbart und/oder bezüglich des radialen Mittelpunktes des Axialquerschnitts gegenüberliegt.
Kugelschale (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei Axialfortsätze (20, 22) und ein Radialfortsatz (24) angeformt sind, wobei sich die Axialfortsätze (20, 22) und der Radialfortsatz (24) vom Rand – insbesondere vom Bund (14) – der Kugelschale (10) erstrecken.
Fixiermittel (26), das mit der Kugelschale (10) nach Anspruch 1 zusammenwirkt, wobei das Fixiermittel (26) eingerichtet ist, einen Radialfortsatz (24) und/oder einen Axialfortsatz (20, 22) der Kugelschale (10) in einer hierfür vorgesehene Aufnahme aufzunehmen, sodass die Kugelschale (10) in allen Raumrichtungen fixiert ist.
Fixiermittel (26) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass – insbesondere quaderförmig angeordnete – Wandungen die Ausnehmungen (34) für die Fortsätze (20, 22, 24) aufweist, wobei wenigstens eine Wandung einen Schlitz (30, 32) aufweist, der in Längsrichtung offen ist.
Fixiermittel (26) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gegenüberliegende Wandungen jeweils einen Schlitz (30, 32) in Längsrichtung aufweisen, sodass das Fixiermittel (26) u-förmig ausgebildet ist, sodass die Kugelschale (10) entlang der Längsrichtung in das Fixiermittel (26) einführbar ist, wobei vorzugsweise ein Schlitz (30, 32) breiter ist als der gegenüberliegende.
Fixiermittel (26) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite eines Schlitzes (30) variiert, sodass eine Rastausnehmung (34) ausgebildet ist, wobei der Radialfortsatz (24) durch die Kontur der Rastausnehmung (34) im Rand des Schlitzes (30) umgreifbar ist, und die Rastausnehmung (34) im Bereich der Öffnung (28) in Längsrichtung angeordnet ist.
Fixiermittel (26) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am der Öffnung (28) gegenüberliegenden Ende des Schlitzes (30) ein Radius ausgebildet ist, wobei die Wandung am Rand des Radius, ausgehend von dem Rand in seiner Materialdicke zunimmt, sodass eine Ausnehmung (46) senkrecht zur Wandung nach innen ausgeformt.
Fixiermittel (26) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Führungsfläche (40), die vorzugsweise konkav ist, am Rand des Schlitzes (30) und auf der Seite der Wandung ausgebildet ist, die der Ausnehmung (44) gegenüber liegt, und die Führungsfläche (40) im Bereich der Rastausnehmung (34) angeordnet ist.
Fixiermittel (26) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am gegenüberliegenden Ende des Schlitzes (30) eine Aussparung (44) für den Axialfortsatz (20) ausgebildet ist, wobei sich die Aussparung (44) entlang der Längsrichtung vom Rand des Radius erstreckt.
Kugelgelenk (3) zum beweglichen Verbinden einer Gelenkstange (1) und einer Kurbel (6) einer Wischanlage eines Kraftfahrtzeugs, wobei das Kugelgelenk (3) eine Kugelschale (10) nach einem der vorherigen Ansprüche aufweist, wobei die Kugelschale (10) in einem Fixiermittel (26) nach einem der vorherigen Ansprüche eingerastet ist.
Verfahren zur Montage eines Kugelgelenks (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch: – Anspritzen einer Kugelschale (10) aus Kunststoff an die Gelenkstange (1) durch ein Spritzgussverfahren – Einschieben der Gelenkstange (1) mit Kugelschale (10) in das Fixiermittel (28) bis der Radialfortsatz (24) in die Rastausnehmung (34) einrastet – Einführen des Kugelzapfens (2) über die Führungsflächen (40), wobei die Kugelschale (10) durch die Führungsflächen (40) in die Kugelschale (10) geleitet werden, wobei das elastische Fixiermittels (26) während des Einführvorgangs gespreizt wird – Zurückstellen des elastischen Fixiermittels (26), sodass der Kugelzapfen (2) von dem Fixiermittel (28) überdeckt ist
Verfahren nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch: – Ausrasten des Radialfortsatzes aus der Rastausnehmung (34) und weiterschieben der Gelenkstange (1) bis zum Ende des Schlitzes (30), wo die Kugelschale (10) wieder einrastet