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Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk, welches für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges Anwendung findet und insbesondere in der Art eines Führungsgelenkes ausgebildet ist. Derartige Führungsgelenke weisen ein Gehäuse auf, in dem eine Kugel eines Kugelzapfens schwenkbar gelagert ist. Die Kugel sitzt dabei meist in einer Gleitschale. An das Gehäuse schließt sich ein Befestigungselement an, um das Kugelgelenk an einem Bauteil zu adaptieren.
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Aus
DE 196 42 588 A1 ist ein Kugelgelenk bekannt, bei welchem das Gehäuse aus zwei aus Blechzuschnitten umgeformten Schalen oder Ringen besteht, die an der Stoßstelle miteinander verschweißt sind, wobei die Schalen einseitig oder mehrseitig als Zapfen oder Halteblech ausgebildet sind. Der durch das Schweißen gebildete Innenschweißgrat ist mit dem Kunststoff umspritzt, der die Innenschale bildet. Das Gehäuse bildet dabei mit dem als Rohr ausgebildeten Befestigungselement eine Einheit. Dazu werden zwei halbschalenförmige Teile umfangsseitig zusammengeschweißt.
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Nachteilig ist dabei die hohle Ausbildung des sich an das Gehäuse anschließenden Befestigungselementes, dessen Umfangskanten zueinander genau positioniert werden müssen, um umfangsseitig zu schweißen.
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Eine Schraub- oder dergl. Verbindung für Blechteile, insbesondere für die schalenförmigen Gehäusehälften eines Radgelenkes von Kraftfahrzeugen unter Verwendung zweiteiliger Verbindungsmittel, beispielsweise Mutternschrauben, wobei zur vorläufigen Verbindung der Blechteile lediglich ein Verbindungselement, nämlich beispielsweise entweder eine Schraube oder die zugehörige Schraubenmutter dient, wird in
DE 1775764 A beschrieben.
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Ein einstückig gefalteter Lenker, insbesondere Radführungslenker, mit einem in seinen Endbereichen Lagerausnehmungen aufweisenden Lenkerkörper, der aus zwei einander gegenüberliegenden und deckungsgleich übereinander gefalteten Formteilen gebildet ist, wird in
DE 42 16 640 A1 beschrieben. Die Formteile sind durch Schweißung gegeneinander fixiert und bilden durch die gerundete Ausformung einer Biegefalte eine endseitige Lagerausnehmung. Die Formteile werden durch zwei schalenförmig ausgeformte Zuschnitthälften einer Blechplatine gebildet, deren längs einer Biegekante übereinander eingeschlagene deckungsgleiche Teile sich zu einem längs der Ränder verschweißten Kastenprofil ergänzen und die im Bereich des von der Biegekante abgekehrten Lenkerendes eine weitere Lagerausnehmung zur Aufnahme eines Gehäuses eines Kugelgelenkes aufweisen, die durch jeweils eine in die Formteile eingebrachte Öffnung gebildet ist, wobei von diesen Öffnungen eine durch einen in Richtung auf das andere Formteil durchgestellten Ringkragen gebildet ist, der in die nur als Durchbruch ausgebildete Öffnung des anderen Formteiles diese, zumindest überwiegend durchsetzend, formschlüssig eingreift. Diese Ausführung ist relativ aufwendig herstellbar.
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In
DE 196 21 722 A1 wird eine vorgefertigte Kugelgelenk-Unterbaugruppe beschrieben, welche derart beschaffen und ausgelegt ist, dass sie abschließend in ein Gehäuse eingebaut werden kann, welches dann zum Festlegen der Unterbaugruppe geschlossen wird. Die Unterbaugruppe weist ein Lager und einen Zapfen mit einem Zapfenkopf und einem Schaft auf, welche in einem Aufnahmeteil aufgenommen sind. Das Aufnahmeteil wird dann dicht verschlossen. Das Aufnahmeteil umfasst eine obere Kappe mit einem unteren Haken und eine untere Schale mit einem oberen Haken. Einer der Haken verläuft radial nach außen und der andere Haken radial nach innen, so dass die obere Kappe und die untere Schale ohne den Einsatz von speziellen Werkzeugen mittels einer Schnappverbindung miteinander verbunden wenden können. Es ist jedoch auch eine Verbindung durch Schweißen möglich, wobei im letztgenannten Fall der nach der Montage durchgeführte Schweißvorgang durch seinen Wärmeeintrag nachteilig ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kugelgelenk, welches insbesondere in der Art eines Führungsgelenkes ausgebildet ist, zu entwickeln, welches einfach und kostengünstig herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das Kugelgelenk, welches insbesondere für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges eingesetzt wird, ist z. B. in der Art eines Führungsgelenkes ausgebildet, wobei erfindungsgemäß wenigstens ein erstes Stützelement im Abstand von der Kugel des Kugelzapfens angeordnet ist und diese bevorzugt zumindest teilweise umringt und wobei das Gehäuse aus einem hybriden Verbund Stützelementes und Kunststoff gebildet wird und der Kunststoff den Abstand zwischen Kugel und Stützelement ausfüllt und die Kugel dadurch befestigt und das Stützelement zumindest teilweise an dessen Außenkontur umhüllt. Das Stützelement besteht bevorzugt aus Metall oder faserverstärktem Kunststoff (z. B. glasfaserverstärktem oder karbonfaserverstärktem Kunststoff) besteht.
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Das Stützelement kann beispielsweise aus einem metallischen gebogenen Draht- oder Bandmaterial oder aus einem Blechformteil hergestellt sein. Bevorzugt ist das Stützelement in Form eines ersten Blechformteils ausgebildet ist, welches eine erste Ausformung aufweist, die die Kugel des Kugelzapfens von dieser beabstandet zumindest teilweise umringt und wobei das Gehäuse aus einem hybriden Verbund der Ausformung des Blechformteils und Kunststoff gebildet wird und der Kunststoff den Abstand zwischen Kugel und Ausformung ausfüllt und das Biechformteil zumindest teilweise an dessen Außenkontur umhüllt.
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Das Kugelgelenk weist eine Längsachse auf und die Ausformung ist bevorzugt in Richtung zur Längsachse der Krümmung der Kugel angepasst und dazu insbesondere im Wesentlichen halbschalenförmig ausgebildet.
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Es ist möglich, mehrere Stützelemente (z. B. in Form von Blechformteilen, gebogenen Draht- oder Bandmaterial oder einem Formteil aus Faserverbundmaterial) einzusetzen, wobei die vorgenannten Varianten auch miteinander kombiniert werden können. Sind mehrere Stützelemente (z. B. Blechformteile) vorgesehen, werden diese miteinander verbunden werden.
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Vorteilhaft ist z. B. auch die Verwendung eines zweiten Blechformteils, welches eine zweite Ausformung aufweist.
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Die Verbindung der Stützelemente/Blechformteile kann stoffschlüssig (Schweißen, Löten, Kleben), kraftschlüssig, formschlüssig oder durch eine kombinierte Fügeverbindung (Kombination Stoffschluss/Formschluss oder Stoffschluss/Kraftschluss oder Formschluss/Kraftschluss) erfolgen. Es ist dabei auch möglich, die Verbindung der Stützelemente/Blechformteile durch gemeinsames Umspritzen mit Kunststoff herzustellen. Es ist möglich, die Stützelemente/Blechformteile umfangsseitig miteinander zu verschweißen oder z. B. flächig miteinander zu löten oder zu verkleben. Bei Verwendung von zwei Stützelementen/Blechformteilen ist die zweite Ausformung vorzugsweise im Wesentlichen kreisförmig bzw. halbschalenförmig und zu der ersten Ausformung entgegen gesetzt geformt.
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An das Stützelemente schließt sich ein Befestigungsbereich an, der zur Befestigung des Kugelgelenkes an einem Fahrzeigteil dient.
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Das Gehäuse und der Befestigungsbereich können zueinander geneigt sein, so dass der erste Bereich mit seiner Längsachse und der zweite Bereich mit seiner Lagerachse in einem Winkel von 0 bis 180° zueinander angeordnet sind.
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Es ist auch möglich, die Neigung nach dem Herstellen der Verbindung zwischen den Blechformteilen zu erzeugen.
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Bei der Verwendung mehrerer Stützelemente können diese aus gleichen oder unterschiedlichen Werkstoffen bestehen und gleiche oder unterschiedliche Dicken/Blechdicken aufweisen.
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Vorzugsweise ist der erste Bereich/Befestigungsbereich flanschartig ausgebildet und weist Ausnehmungen zu dessen Befestigung an dem entsprechenden Bauteil des Fahrwerkes auf.
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Das aus Stützelementen in Verbindung mit dem Kunststoff gebildete Gehäuse kann umfangsseitig geschlossen oder umfangsseitig bereichsweise offen sein. Das Ausspritzen des Gehäuses und das Umspritzen des Gehäuses können mit gleichen oder unterschiedlichen Kunststoffen erfolgen.
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Durch die Verwendung eines oder mehrerer Stützelemente die umgeformt und (bei mehreren Blechformteilen) anschließend miteinander verbunden werden, in Verbindung mit dem Kunststoff sind andere konstruktive Gestaltungen von Kugelgelenken möglich.
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Neben der Verwendung von z. B. zwei Blechen ist es auch möglich, nur ein Blech zu verwenden, welches an einem Ende gefaltet wird, so dass zwei flächig aneinanderliegende Blechbereiche gebildet werden, die die Stützelemente bilden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 Längsschnitt durch eine Einheit aus Lagerschale, Kunststoffteil aus injiziertem Kunststoff und miteinander verschweißten Blechhalbschalen,
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2 Lagerschale in Seitenansicht,
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3 Kunststoffteil aus injiziertem Kunststoff,
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4 erstes und zweites Blechformteil,
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5 Verwendung nur eines Blechformteiles mit darin positioniertem Kugelzapfen vor dem Umspritzen mit Kunststoff,
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6 Längsschnitt des Kugelgelenks nach dem Umspritzen mit Kunststoff unter Verwendung nur eines Blechformteiles,
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7 die Darstellung von zwei eines Stützelementen aus zwei gebogenen Drähten,
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8 die Darstellung eines Stützelementes aus gebogenem Metallband.
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In 1 ist der Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk mit einer Längsachse A in der Nulllage dargestellt, welches einen Kugelzapfen 1 mit einer Kugel 1.1 und einem Zapfen 1.2 aufweist und dessen Kugel 1.1 in einer Lagerschale 2 schwenkbar aufgenommen wird.
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Die Kugel 1.1 mit der Lagerschale 2 sitzt in einer Ausnehmung 3.1 des Gehäuses 3, an welches sich ein im Wesentlichen flächig ausgebildeter (flanschartiger) Befestigungsbereich 4 mit Bohrungen 5 zur Befestigung an einem Bauteil des Fahrwerkes anschließt. Das Gehäuse 3 und der Befestigungsbereich 4 werden aus zwei Stützelementen in Form von Blechformteilen 3A, 3B gebildet, die im Befestigungsbereich 4 und in dem Bereich, der sich an die Ausnehmung 3.1 des Gehäuses 3 anschließt, im Wesentlichen flächig aneinander anliegen und im Bereich des Gehäuses 3 halbschalenartige Ausformungen F1, F2 aufweisen, die zueinander entgegen gesetzt gerichtet sind. Die Ausformungen F1, F2 weisen in Richtung zum Zapfen 1.2 und dazu entgegen gesetzt sich gegenüberliegende Öffnungen 3.2, 3.3 auf.
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Der Bereich zwischen der Innenwandung des Gehäuses 3 und der Gleitschale 2 bzw. der Kugel 1.1 des Kugelzapfens 1 wurde mit Kunststoff 6 ausgespritzt, der sich bis über die Randbereiche der Öffnungen 3.2, 3.3 erstreckt und diese umschließt. Der Kunststoff 6 umhüllt auch den durch die Öffnung 3.3 ragenden Bereich der Lagerschale 2. Insgesamt wird somit das Gehäuse 3 aus einem hybriden Verbund aus Kunststoff 6 und den Ausformungen F1, F2 gebildet.
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Alternativ können anstelle von zwei Blechformteilen auch zwei Stützelemente verwendet werden, die aus entsprechend geformtem Faserverbundmaterial bestehen.
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Die in 2 dargestellte Lagerschale 2 weist Schlitze 2.1 auf, die ein Einschnappen der Kugel des Kugelzapfens (nicht dargestellt) gewährleisten.
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Das Kunststoffteil aus injiziertem und ausgehärtetem Kunststoff 6 wird in 3 gezeigt. Es weist oben und unten radial nach außen weisende Absätze 6.1, 6.2 auf, die im montierten Zustand über die randseitigen Ausnehmungen 3.2, 3.3 (s. 1) greifen.
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4 zeigt die Seitenansicht von zwei Blechformteilen 3A, 3B (Stützelemente), die jeweils einen im Wesentlichen flächigen ersten Bereich (Befestigungsbereich 4) mit Ausnehmungen 5 zur Anbindung an ein Bauteil aufweisen und die in einem zweiten Bereich so umgeformt sind (z. B. durch Tiefziehen), dass sie gehäuseartige, halbschalenförmige Ausformungen F1, F2 bilden. Auch um die halbschalenförmigen Ausformungen F1, F2 weisen die Blechformteile 3A, 3B bevorzugt umfangsseitig umlaufende Anlageflächen auf. Das hier obere erste Blechformteil 3A und das untere zweite Blechformteil 3B weisen hier die gleiche Außenkontur auf. Es ist jedoch auch möglich, dass die Außenkontur eines Blechformteils in einigen Bereichen oder umlaufend in Bezug auf die Außenkontur des anderen Blechformteiles zurückgesetzt ist. Dies kann z. B. in wenig belasteten Bereichen erfolgen.
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Gemäß einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist es möglich, zwischen den zwei Stützelementen/Blechformteilen ein drittes Stützelement/Blech/Blechformteil anzuordnen, welches eine Ausnehmung aufweist, die die Lagerschale bzw. die Kugel des Kugelzapfens umringt.
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Es ist auch möglich, ein oder zwei Stützelemente aus Faserverbundwerkstoff mit Entsprechend 5 und 6, kann auch nur ein Stützelement, hier ein Blechformteil 3A verwendet werden, welches eine erste Ausformung F1 mit einer Ausnehmung 3.1 aufweist, die die in einer Gleitschale 2 gelagerte Kugel 1.1 des Kugelzapfens 1 von dieser beabstandet umringt.
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Gemäß 5 wurde die Kugel 1.1 mit der daran befestigten Gleitschale 2 in der Ausformung F1 positioniert und gemäß 6 der Zwischenraum zwischen der Ausnehmung 3.1 der Ausformung F1 und der Gleitschale 2 mit Kunststoff 6 ausgespritzt und das Blechformteil 3A (Stützelement) sowie der Bereich der Lagerschale 2, der die Ausformung F nach unten überragt, mit Kunststoff 6 umspritzt.
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Auch bei der Ausführung nach 5 und 6 weist das Blechformteil 3A einen Befestigungsbereich 4 mit einer oder mehreren Bohrungen 5 auf, wobei der Befestigungsbereich 4 und die Bohrung 5 mit Kunststoff 6 umspritzt sind.
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7 zeigt die Darstellung von zwei Stützelementen aus zwei schlaufenartig gebogenen Drahtelementen 3C, 3D. Die Drahtelemente 3C, 3D sind so gebogen, dass sie ebenfalls eine Ausnehmung 3.1 aufweisen, in die die Kugel des Kugelzapfens (ggf. mit Gleitschale einsetzbar ist. Die Enden der Drahtelemente sind zueinander parallel angeordnet und grenzen an eine Platte, die den Befestigungsbereich 4 bildet und Durchbrüche 5 aufweist. Wurde die Kugel des hier nicht dargestellten Kugelzapfens mit der Gleitschale in der Ausnehmung 3.1 der Drahtelemente 3C, 3D positioniert, wird das Gehäuse durch Ausspritzen des Zwischenraumes zwischen den Schlaufen der Drahtelemente 3C, 3D und Umspritzen Schlaufen der Drahtelemente 3C, 3D hergestellt. Bevorzugt Im gleichen Spritzgießvorgang werden die Enden der Drahtelemente 3C, 3D und die Platte, die den Befestigungsbereich 4 bildet, mit Kunststoff umspritzt und dadurch miteinander verbunden.
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In 8 wird die Darstellung eines Stützelementes aus gebogenem Metallband 3E gezeigt. Das Metallband 3E wurde ebenfalls schlaufenartig gebogen und ist im schlaufenartig gebogenen Bereich im Querschnitt an seiner Außenkontur konvex und an seiner Innenkontur konkav gekrümmt, so dass der schlaufenartige Bereich die Kugel des hier nicht dargestellten Kugelzapfens (ggf. mit Gleitschale) im Abstand umringt. An den schlaufenartig gebogenen bereich schließen sich zwei zueinander parallele sich geradlinig erstreckende Endbereiche an, die den Befestigungsbereich 4 bilden und mit Durchbrüchen versehen sind.
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Zum Herstellen des Kugelgelenkes wird ebenfalls die Kugel des hier nicht dargestellten Kugelzapfens mit der Gleitschale in der Ausnehmung 3.1 des schlaufenartigen Bereiches des Metallbandes 3E positioniert. Nun wird das Gehäuse durch Ausspritzen des Zwischenraumes zwischen der Gleitschale und dem Metallband 3E und Umspritzen des Metallbandes 3E hergestellt. Die beiden Enden, die den Befestigungsbereich 4 bilden, werden mit Kunststoff umspritzt und dadurch miteinander verbunden. Der Kunststoff, der zum Herstellen des Gehäuses (durch Aus- und Umspritzen oder alternativ durch Gießen, verwendet wird kann ebenfalls verstärkter z. B. faserverstärkter Kunststoff sein.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine neue Generation eines Kugelgelenkes mit einem hybriden Gehäuse 3 geschaffen, wobei das Gehäuse 3 aus Kunststoff 6 in Kombination mit einem Stützelement besteht.
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Dadurch, dass das Kugelgelenk komplett mit Kunststoff 6 ummantelt sein kann ist es zuverlässig vor Korrosion geschützt.
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Durch die hybride Gestaltung des Gehäuses aus Kunststoff mit einem Stützelement welches z. B. in der Art eines oder mehrerer Blechformteile oder eines oder mehrerer Formteile aus Faserverbundwerkstoff oder auch in Form von gebogenen bevorzugt metallischen Halbzeugen (Drähte oder Bänder) ausgebildet sein kann, wird eine einfache und kostengünstige Herstellung eines Kugelgelenkes möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19642588 A1 [0002]
- DE 1775764 A [0004]
- DE 4216640 A1 [0005]
- DE 19621722 A1 [0006]
