DE19747931C1

DE19747931C1 - Kugelgelenk

Info

Publication number: DE19747931C1
Application number: DE19747931A
Authority: DE
Inventors: Markus Fischer
Original assignee: ZF Lemfoerder GmbH
Current assignee: ZF Lemfoerder GmbH
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 1999-07-08
Anticipated expiration: 2017-10-31
Also published as: BR9804737A; US6287040B1; JPH11223209A

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk für Kraftfahrzeuge.

Derartige Kugelgelenke sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Sie werden beispielsweise als Traggelenke oder als Führungsgelenke im Bereich der Radaufhängung eingesetzt. Diese Gelenktypen weisen ein einseitig offenes Gehäuse auf, in das eine ein- oder mehrteilige Lagerschale eingesetzt ist. Innerhalb dieser Lagerschale ist die Gelenkkugel eines aus der einseitig offenen Gehäuseseite austretenden und auf der der Gelenkkugel gegenüberliegenden Seite mit einer Anschlußkontur versehenen Kugelzapfens allseitig beweglich aufgenommen.

Als Anschlußkontur werden in an sich bekannter Weise zum Beispiel Gewinde oder Passungen verwendet, die wiederum mit in den Kugelzapfen eingearbeiteten Nuten kombiniert sein können. In diese Nut greift ein in den Radträger eingesetzter Bolzen ein, der somit als Verliersicherung dient.

Zur Abdichtung des Kugelgelenkes wird zumeist ein Dichtelement in Balgform verwendet, das einerseits den Kugelzapfen umschließt und andererseits dichtend an dem Gehäuse des Kugelgelenkes festgelegt ist. Zur Verbesserung der Dichtfunktion können an dem Dichtelement zusätzlich Spannringe vorgesehen werden. Darüber hinaus ist es bekannt, die Anlagebereiche des Dichtelementes an dem Gehäuse oder an dem Kugelzapfen mit komplementären, labyrinthartigen Konturen auszustatten.

In DE 41 12 791 C1 wird beispielsweise ein Achsstrebengelenk mit einem Gelenkgehäuse beschrieben, in dem unter Zwischenlage mindestens einer Lagerschale ein schwenkbeweglicher, aus einem Kugelkörper und zwei von diesem an diametral gegenüberliegenden Seiten abstehenden Zapfenansätzen gebildeter Kugelzapfen gelagert ist. Die Zapfenansätze treten dabei durch Gehäuseöffnungen hindurch.

Im Bereich jeder Gehäuseöffnung ist zwischen dem Gelenkgehäuse einerseits und dem jeweiligen Zapfenansatz andererseits je ein Dichtungsbalg angeordnet. Der gehäuseseitige Randbereich jedes Dichtungsbalges wird mittels eines Klemmringes an der Gehäuseinnenwand gehalten und der Klemmring stützt sich an einem den Rand der Gehäuseöffnung bildenden, radial nach innen gerichteten Ringvorsprung des Gehäuses ab. Der Klemmring ist im Querschnitt L-förmig ausgebildet und mit einem sich im wesentlichen in Axialrichtung des Gehäuses erstreckenden, in Radialrichtung federnd nachgiebigen, ersten Schenkel und mit einem annähernd rechtwinklig dazu angeordneten zweiten Schenkel ausgestattet und auf der bezüglich der abgedichteten Gehäuseinnenwand äußeren Seite des Dichtungsbalges an dessen entsprechend L-förmig profilierten Randbereich befestigt.

Dieses Gelenk weist als Besonderheit auf, daß der Kugelzapfen beiderseitig aus dem Gelenkgehäuse austritt.

Nachteilig ist bei einem derartigen Kugelgelenk allerdings, daß es neben seinem komplizierten Aufbau über einen langen Lebensdauerzyklus hinweg keine optimale Dichtfunktion erfüllen kann. In die Zapfen ist jeweils eine Ringnut eingeformt, in die der Dichtungsbalg eingesetzt ist. Der Dichtungsbalg liegt in dieser Ringnut unter Vorspannung, die zusätzlich durch einen Spannring verstärkt wird, an dem Kugelzapfen an. Jedoch besteht an dieser Bauteilverbindungsstelle die Gefahr, daß sich Verunreinigungen ablagern. Dies können beispielsweise Waschmittel, Ölrückstände oder salzhaltige Lösungen, wie sie im Winterbetrieb eines Fahrzeuges häufig auftreten, sein. Somit gelangen zum Teil hochagressive Medien in diesen Bereich des Kugelgelenkes und führen an dem Kugelzapfen allmählich zu Korrosionserscheinungen, die durch eine anwachsende Porösität der Oberfläche wiederum das Eindringen von Verunreinigungen oder Feuchtigkeit erleichtern. Eine beschleunigte Gelenkzerstörung ist zwangsläufig die Folge.

Der Erfindung liegt die technische Problemstellung zugrunde, ein Kugelgelenk zu entwickeln, das Ablagerungen von Verunreinigungen an der Verbindungsstelle zwischen Dichtelement und Kugelzapfen verhindert und somit den Kugelzapfen in diesem Bereich vor Korrosion sowie die innen liegenden Gelenkbauteile vor dem Eindringen von Feuchtigkeit und Verunreinigungen schützt, so daß die Lebensdauer eines derartigen Kugelgelenkes erhöht wird.

Die Erfindung löst diese Problemstellung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1.

Danach wird vorgeschlagen, an dem Kugelzapfen einen umlaufenden, mit einer hinterschnittenen Kontur versehenen Ringkragen anzuformen.

In den, durch den Hinterschnitt gebildeten radial innen liegenden Ringraum an dem Kugelzapfenschaft ist erfindungsgemäß das Dichtelement, mit seinem dichtend an dem Kugelzapfen anliegenden Bereich, unter elastischer Vorspannung eingesetzt, so daß der umlaufende Ringkragen den Randbereich des Dichtelementes überdeckt.

Durch eine derartige Gestaltung eines Kugelzapfens wird erreicht, daß sich Verunreinigungen nicht mehr an dem Kugelzapfen oder in dem Anlagebereich zwischen Kugelzapfen und Dichtelement ablagern können.

Die freie Oberfläche des Ringkragenes sollte deshalb möglichst ebenmäßig ausgeführt sein. Der Ringkragen kann an dem Kugelzapfen mittels bekannter Arbeitsverfahren angeformt beziehungsweise aus diesem herausgearbeitet werden. So ist eine nachträgliche spanende Bearbeitung des Kugelzapfens ebenso denkbar, wie eine einstückige Herstellung im Kaltfließpressverfahren, oder beispielsweise eine nachträgliche Umformung eines an dem Kugelzapfen angeformten, ursprünglich radial verlaufenden Ringkragens.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk kann demnach ein mit einem einseitig offenen Gehäuse ausgestattetes Führungsgelenk sein. Der Ringkragen weist erfindungsgemäß eine im Querschnitt gesehen hakenförmige Kontur auf, dessen spitz zulaufender Randbereich in Richtung der Gelenkkugel des Kugelzapfens zeigt.

Ein Führungsgelenk ist bekanntermaßen mit einem einseitig offenen Gehäuse ausgestattet. Der Kugelzapfen ist dabei in einer sogenannten "stehenden Anordnung", also von unten in den Radträger eingesetzt. Die Verunreinigungen beziehungsweise das Spritzwasser gelangen von der Befestigungsseite des Kugelzapfens im Radträger her an das Kugelgelenk. Aus diesem Grund wird der umlaufende Ringkragen in der zuvor beschriebenen Weise an dem Kugelzapfen angeformt. Es wird somit eine Abflussmöglichkeit über den außen mit einer glatten Oberfläche ausgestatteten Ringkragen und das Dichtelement geschaffen, die zudem ein Festsetzen der Verunreinigungen wirksam verhindert.

Darüber hinaus liegen auch Konturen des Ringkragens im Bereich des Erfindungsgedankens, die im Querschnitt gesehen beispielsweise eine U-, L-, V-, oder ähnliche Geometrie aufweisen.

Eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Kugelgelenkes sieht vor, daß das Dichtelement im Anlagebereich des Kugelzapfens einen verstärkten Randwulst aufweist, der in den durch den Hinterschnitt gebildeten Ringraum des Ringkragens eingesetzt ist. Darüber hinaus kann die Vorspannung des Dichtelementes durch wenigstens ein zusätzliches Spannmittel verstärkt werden.

Als Spannmittel können in an sich bekannter Weise Spannringe dienen.

Eine erfindungsgemäße, bevorzugte Ausführungsform wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1: ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk im Teilschnitt,

Fig. 2: ein weiteres erfindungsgemäßes Kugelgelenk im Teilschnitt,

Fig. 3a: Teilschnitt eines U-förmigen Ringkragens eines erfindungsgemäßen Kugelgelenkes

Fig. 3b: Teilschnitt eines L-förmigen Ringkragens eines erfindungsgemäßen Kugelgelenkes

Fig. 3c: Teilschnitt eines V-förmigen Ringkragens eines erfindungsgemäßen Kugelgelenkes

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Führungsgelenk, wie es in der Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges eingesetzt wird. Es besteht aus einem Gehäuse (3), in das eine Lagerschale (4) aus einem begrenzt elastischen Kunststoff eingesetzt ist. Innerhalb der Lagerschale ist die Gelenkkugel (1.3) eines einseitig aus dem Gehäuse (3) austretenden Kugelzapfens (1) allseitig beweglich aufgenommen.

Dieser Kugelzapfen (1) ist auf der der Gelenkkugel (1.3) gegenüberliegenden Seite mit einer Anschlußkontur (1.4) versehen. Als Anschlußkontur wurde bei der dargestellten Ausführung eine Presspassungsverbindung in Kombination mit einer in den Kugelzapfen (1) eingebrachten Nut zur Realisierung einer Verliersicherung verwendet. Diese Form der Zapfenbefestigung ist beispielsweise bei Führungsgelenken bekannt. Ein Dichtelement (2) in Balgform liegt einerseits in einer in das Gehäuse (3) eingelassenen Ringnut (3.1) und andererseits an einem Bund (1.5) des Kugelzapfens (1) dichtend an. An dem Kugelzapfen (1) ist ferner ein umlaufender, mit einer hinterschnittenen Kontur versehener Ringkragen (1.1) angeformt.

Das Dichtelement (2) ist mit seinem dichtend an dem Kugelzapfen (1) anliegenden Bereich (2.1) unter elastischer Vorspannung in den durch den Hinterschnitt gebildeten Ringraum (1.2) eingesetzt. Dabei soll der Ringkragen (1.1) erfindungsgemäß den Anlagebereich (2.1) des Dichtelementes (2) in axialer Richtung möglichst weitgehend überdecken, so daß Feuchtigkeit sowie Verunreinigungen an der äußeren, freien Oberfläche des Ringkragens (1.1) abgeführt werden. Ein Eindringen dieser Fremdstoffe in das Innere des Kugelgelenkes oder die Ablagerung von Verunreinigungen im Dichtungselementrandbereich wird somit wirkungsvoll verhindert.

Der Ringkragen (1.1) weist hierfür eine im Querschnitt gesehen hakenförmige Kontur auf, dessen spitz zulaufender Randbereich in Richtung der Gelenkkugel (1.3) des Kugelzapfens (1) zeigt.

Das Dichtelement wird dabei in an sich bekannter Weise über Spannringe (5 und 6) unter Vorspannung gegen die entsprechenden Anlagebereiche gepreßt. Ein Abstandsring (7) verhindert eine ungewollte axiale Verschiebung des Dichtelementes (2) in Richtung der Gelenkkugel (1.3).

Im Unterschied zu dem in der Fig. 1 beschriebenen, erfindungsgemäßen Kugelgelenk weist das in der Fig. 2 gezeigte Gelenk eine im Querschnitt gesehen annähernd L-förmige Gestalt des Ringkragens (1.1) auf. Der Ringkragen überdeckt dabei ebenfalls den Anlagebereich (2.1) des Dichtelementes (2). Ansonsten ist dieses Gelenk mit dem zuvor beschriebenen baugleich ausgeführt.

Die Fig. 3a, 3b und 3c zeigen Teilschnitte eines erfindungsgemäßen Kugelgelenkes mit U-förmigem Ringkragen, mit L-förmigem Ringkragen und mit V-förmigem Ringkragen.

Bezugszeichenliste

1

Kugelzapfen

1.1

Ringkragen

1.2

Ringraum

1.3

Gelenkkugel

1.4

Anschlußbereich

1.5

Bund

2

Dichtelement

2.1

Anlagebereich

3

Gehäuse

4

Lagerschale

5

Spannring

6

Spannring

7

Abstandsring

Claims

1. Kugelgelenk für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem Gehäuse, einer in das Gehäuse eingesetzten Lagerschale, die die Gelenkkugel eines wenigstens einseitig aus dem Gehäuse austretenden Kugelzapfens allseitig beweglich aufnimmt, wobei dieser Kugelzapfen endseitig mit einer Anschlußkontur versehen ist, sowie einem Dichtelement in Balgform, das einerseits an dem Gehäuse und andererseits an einem Bund des Kugelzapfens dichtend anliegt, wobei an dem Kugelzapfen ein umlaufender Ringkragen angeformt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkragen (1.1) mit einer deutlich hinterschnittenen Kontur versehen ist und das Dichtelement (2) in den durch den Hinterschnitt gebildeten Ringraum mit seinem dichtend an dem Kugelzapfen (1) anliegenden Bereich (2.1) unter elastischer Vorspannung eingesetzt ist.

2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelzapfen (1) auf der der Gelenkkugel (1.3) gegenüberliegenden Seite einen Anschlußbereich (1.4) in Form einer umlaufenden Nut aufweist und der Ringkragen (1.1) eine im Querschnitt gesehen hakenförmige Kontur besitzt, dessen spitz zulaufender Randbereich in Richtung der Gelenkkugel (1.3) des Kugelzapfens (1) zeigt.

3. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelzapfen (1) auf der der Gelenkkugel (1.3) gegenüberliegenden Seite einen Anschlußbereich (1.4) in Form einer umlaufenden Nut aufweist und der Ringkragen (1.1) im Querschnitt gesehen eine U-förmige, L-förmige oder V-förmige Kontur besitzt.

4. Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (2) im Anlagebereich des Kugelzapfens (1) einen verstärkten Randwulst aufweist, der in den durch den Hinterschnitt gebildeten Ringraum (1.2) des Ringkragens (1.1) eingesetzt ist.

5. Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung des Dichtelementes (2) durch wenigstens ein Spannmittel (5) verstärkt wird.