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Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk, welches insbesondere für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges Anwendung findet und bevorzugt in der Art eines Führungsgelenkes ausgebildet ist.
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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 203 11 595 U1 ist ein Kugelgelenk mit einem Gehäuse bekannt, wobei das Gehäuse einen Schweißabschnitt aufweist, mittels dem es an einem Bauteil angeschweißt werden kann. Das Bauteil ist zu diesem Zweck mit einer Öffnung versehen, deren Durchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Gehäuses. Bei dem Bauteil kann es sich beispielsweise um einen Fahrwerkslenker eines Kraftfahrzeugs handeln. Das Kugelgelenk weist ein Gehäuse auf, das einstückig und ohne spanende Nachbearbeitung durch Fließpressen hergestellt ist. Im Inneren des Gehäuses ist ein Kugelzapfen angeordnet, der um einen konstruktiv vorgegebenen Winkel relativ zum Gehäuse schwenkbar ist.
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Das Gehäuse ist mit einem Schweißabschnitt versehen, der als umlaufender Flansch ausgebildet ist. An seinem radial außen liegenden Ende ist der Flansch mit einem umlaufenden, konisch zulaufenden Randabschnitt versehen. Dieser Randabschnitt ist zur Befestigung des Kugelgelenks am Bauteil vorgesehen. Nachteilig ist, dass die Kugel mit ihrer Gleitschale vor dem Schweißen im Gehäuse positioniert ist. Der Wärmeeintrag beim Schweißen kann zum Verzug des Gehäuses und zur Beschädigung der Gleitschale führen, die meist aus Kunststoff besteht.
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In
DE 102006008252 A1 wird eine ähnliche Lösung beschrieben. Dabei hat das Gehäuse einen Vorsprung, der auf einer Außenfläche des Gehäuses vorgesehen ist und zum Verschweißen des Gehäuses mit einem Trägerteil dient. Der Vorsprung ist dabei mit zwei Schweißflächen versehen, die aufeinander entgegen gesetzten Seiten des Vorsprungs angeordnet sind, so dass zwei Haltelaschen des Trägerteiles damit verbunden werden können. Das Einsetzen des in der Gleitschale aufgenommenen Kugelzapfens erfolgt nach dem Schweißvorgang. Die Befestigung des Kugelzapfens und der Gleitschale erfolgt mittels zweier zusätzlicher Bauteile, wodurch sich der Montageprozess relativ aufwendig gestaltet.
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Nachteilig ist bei beiden vorgenannten Lösungen der umlaufende Flansch am Gehäuse, der einen erhöhten fertigungstechnischen Aufwand darstellt. Weiterhin ist es in beiden Fällen nicht möglich, den Kugelzapfen relativ zum Gehäuse ausgehend von seiner Nulllage anders zu positionieren.
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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 ist insbesondere in der Art eines Führungsgelenkes mit einem Befestigungsteil und einem Gehäuse ausgebildet, wobei das Gehäuse mit einer zumindest einseitig offenen Ausnehmung zur Aufnahme einer Kugel eines Kugelzapfens des Kugelgelenkes versehen ist und das Gehäuse an seinem Außenumfang einen im Wesentlichen absatzlosen Befestigungsbereich (ohne radial nach außen weisende Vorsprünge) aufweist und am Befestigungsteil mit seinem Befestigungsbereich stoffschlüssig befestigt ist.
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Der Aufbau des Kugelgelenkes wird durch die zweiteilige Ausführung wesentlich vereinfacht, dazu kommt, dass das Gehäuse keine radialen flanschartigen Erweiterungen mehr aufweist, wodurch es kostengünstig und materialsparend gefertigt werden kann. Weiterhin ist vorteilhaft, dass das hülsenartige Gehäuse separat ausgebildet ist, wodurch Gehäuse und Befestigungsteile in unterschiedlichsten Werkstoffpaarungen kombiniert werden können.
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Das hülsenartige Gehäuse ist in seinem Befestigungsbereich im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet oder weist einen konischen Verlauf auf.
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Vorteilhafter Weise ist das Befestigungsteil als Blechformteil ausgebildet, wobei es möglich ist, das Befestigungsteil und das Gehäuse zueinander geneigt anzuordnen.
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Das Blechformteil weist dabei insbesondere in seinem Anbindungsbereich, der mit entsprechenden Bohrungen versehen sein kann, eine erste Längsachse A1 und das Gehäuse eine Gehäuselängsachse A2 auf, wobei die Achsen A1 und A2 in einem Winkel von 90° geneigt sein können, aber auch andere Neigungswinkel im Bereich von 0° bis 180° möglich sind. Es ist möglich, das Blechformteil vor oder nach der Befestigung des Gehäuses entsprechend umzuformen.
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Die Neigung des Gehäuses kann beispielsweise durch einen umgeformten Bereich des Befestigungsteils erzeugt werden.
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Ist das Befestigungsteil flanschartig ausgebildet, kann ein Teil des Flansches zur Erzeugung der Neigung entsprechend umgeformt werden.
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Dies ist z. B. dadurch möglich, dass der Randbereich des Befestigungsteils, der sich unmittelbar an das Gehäuse anschließt, entsprechend gebogen wird und das Gehäuse die dadurch vorgegebene Winkelstellung einnimmt. Es ist auch möglich, das Befestigungsteil/Blechformteil z. B. in Richtung zu seiner Längsachse L-förmig, Z-förmig oder anderweitig abzuwinkeln, wodurch das Gehäuse eine entsprechende Winkelstellung zum Anbindungsbereich des Blechformteiles einnimmt.
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Das Befestigungsteil/Blechformteil weist eine Aussparung auf, in welcher das Gehäuse sitzt, wobei die Aussparung umfangsseitig geschlossen oder umfangsseitig bereichsweise offen und durchgängig ist oder einen Boden aufweisen kann.
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Eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass das Gehäuse in einem Teilungswinkel zu seiner Gehäuselängsachse in zwei ringartige Gehäusehälften geteilt ist, wobei der Teilungswinkel den Winkel zwischen der ersten Längsachse A1 des Blechformteils und der Gehäuselängsachse A2 bestimmt und dass beide Gehäusehälften mit dem Blechformteil verbunden sind.
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Das Gehäuse wird entweder nur an seinem Außenumfang und/oder an wenigstens einer Stirnfläche in Bezug auf die Aussparung des Blechformteils aufgenommen.
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Vorzugsweise werden das Befestigungsteil und das Gehäuse miteinander stoffschlüssig verbunden, z. B. je nach Materialpaarung geklebt, gelötet oder verschweißt.
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Nachdem das Gehäuse mit dem Befestigungsteil verbunden wurde, wird die Kugel des Kugelzapfens darin positioniert und anschließend zumindest der Bereich zwischen der Ausnehmung des Gehäuses und der Kugel des Kugelzapfens mit aushärtendem Werkstoff, bevorzugt Kunststoff, ausgespritzt. Dabei kann die Kugel auch in einer Lagerschale aus Kunststoff aufgenommen werden, die dann ebenfalls umspritzt wird. Es ist möglich, gleichzeitig auch Außenbereiche des Gehäuses zu umspritzen, und so z. B. eine Aufnahme für einen Dichtungsbalg anzuformen. Die Lagerschale kann das Gehäuse auf der dem Zapfen gegenüberliegenden Seite überragen und wird in diesem Bereich ebenfalls umspritzt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 Gehäuse in Seitenansicht,
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2 dreidimensionale Darstellung des Gehäuses und des Befestigungsteils vor dem Fügen,
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3 dreidimensionale Darstellung von Gehäuse und Befestigungsteil nach dem Fügen,
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4 Längsschnitt gemäß 3,
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5 Lagerschale,
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6 Einzelteildarstellung des Teils, welches aus injiziertem Kunststoff geformt wurde,
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7 Längsschnitt durch ein Kugelgelenk mit angedeutetem Kugelzapfen,
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8 Befestigungsteil, welches Z-förmig gebogen ist und wobei das Gehäuse mit einem radial zurückgesetzten Absatz in einer durchgängigen Ausnehmung des Befestigungsteils sitzt,
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9 Darstellung ähnlich 8, jedoch mit einem anderen Winkel α und einer zusätzlichen Strebe,
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10 Darstellung ähnlich 8, jedoch mit einem weiteren anderen Winkel α und einer anderen zusätzlichen Strebe,
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11 Befestigungsteil, welches eine Ausnehmung mit einem Boden aufweist, auf welchem das Gehäuse aufliegt,
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12 Darstellung wie 11, jedoch mit einem Durchbruch im Boden,
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13 Gehäuse, welches quer zur Gehäuseachse in zwei Gehäusehälften geteilt ist und dazu mittig positioniert das Befestigungsteil,
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14 Befestigungsteil und beide Gehäusehälften verschweißt,
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15 zwei Gehäusehälften eines schräg zur Gehäuselängsachse geteilten Gehäuses,
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16 Gehäusehälften gemäß 20, die mit dem Befestigungsteil verbunden wurden.
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Ein Gehäuse 1 in Seitenansicht ist in 1 dargestellt. Dieses ist im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und weist an seiner Unterseite 1a einen ringförmigen ersten Absatz 1.1 und an seiner Oberseite 1b einen sich radial verjüngenden konischen Bereich 1.2 mit einem sich anschließenden ringförmigen zweiten Absatz 1.3 auf. Das Gehäuse 1 besitzt eine Ausnehmung 1.4, in welche die Kugel eines Kugelzapfens schwenkbar befestigt wurde.
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2 zeigt die dreidimensionale Darstellung des Gehäuses 1 gemäß 1 und des Befestigungsteils 2 vor dem Fügen. In das Befestigungsteil 2, welches aus Blech gefertigt wurde und im Wesentlichen flächig ausgebildet ist, wurde eine durchgängige Ausnehmung 2.1 zur Aufnahme des Gehäuses 1 eingebracht und es besitzt zwei Befestigungsbohrungen 2.2 zur Anbindung an ein nicht dargestelltes Bauteil.
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In 3 wird die dreidimensionale Darstellung von Gehäuse 1 und Befestigungsteil 2 nach dem Fügen gezeigt. Das Gehäuse 1 sitzt mit seinem Außendurchmesser in der Ausnehmung 2.1 des Befestigungsteils 2 und wunde in Richtung zu seiner Unterseite mit dem Befestigungsteil 2 verschweißt, so dass die Schweißnaht in dieser Darstellung nicht sichtbar ist.
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4 zeigt den Längsschnitt gemäß 3, aus dem ersichtlich ist, dass die Schweißnaht S zwischen Gehäuse 1 und Befestigungsteil 2 in Richtung zur Unterseite des Gehäuses 1 liegt. Das Gehäuse 1 weist einen Hohlraum 1.4 auf, dessen Wandung dem Verlauf der Kugel bzw. der Lagerschale, in der die Kugel des Kugelzapfens aufnehmenden Lagerschale (hier nicht dargestellt) angepasst ist.
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Die dreidimensionale Darstellung einer geschlitzten Lagerschale 3 wird in 5 gezeigt. Die Lagerschale 3 ist zur Aufnahme der nicht dargestellten Kugel des Kugelzapfens oben offen und weist vom oberen Rand ausgehend vier Schlitze 3.1 auf, die ein Auffedern beim Einsetzen der Kugel gewährleisten.
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Die Einzelteildarstellung des Kunststoffteils, welches aus injiziertem Kunststoff 4 (der anschließend ausgehärtet ist) geformt wurde, zeigt 6. Dieses weist oben und unten Randbereiche 4.1, 4.2 auf, die an den Stirnseiten des hier nicht dargestellten Gehäuses anliegen. Zwischen den Randbereichen 4.1, 4.2 ist das Kunststoffteil aus injiziertem Kunststoff 4 außen der Innenkontur des Gehäuses und innen der Außenkontur der Gleitschale bzw. der Kugel angepasst.
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In 7 ist der Längsschnitt durch ein Kugelgelenk aus Gehäuse 1, Befestigungsteil 2, Lagerschale 3, injiziertem ausgehärtetem Kunststoff 4 und mit gestrichelt angedeutetem Kugelzapfen 5 in seiner Nulllage dargestellt, der eine Kugel 5.1 und einen Zapfen 5.2 aufweist und mit der Kugel 5.1 von der Lagerschale 3 aufgenommen wird. Der Hohlraum zwischen der Innenwand des Gehäuses 1 und der Lagerschale 3 wurde mit dem Kunststoff 4 ausgespritzt, wodurch die Kugel 5.1 mit der Lagerschale 3 im Gehäuse 1 befestigt ist. Durch den injizierten Kunststoff 4 werden Toleranzen und eventueller Verzug des Gehäuses 1 durch den Wärmeeintrag beim Schweißen ausgeglichen. Der Kunststoff 4 erstreckt sich auch über die beiden Stirnseiten des Gehäuses 1, so dass axiale Kräfte sicher aufgenommen werden. Die Gleitschale 3 und die Kugel 5.1 ragen durch das Gehäuse 1 an dessen Unterseite etwas hindurch und die Kugelschale 3 ist in diesem Bereich ebenfalls von Kunststoff 4 ummantelt.
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Ein Befestigungsteil 2, welches Z-förmig gebogen ist und wobei das Gehäuse 1 mit einem radial zurückgesetzten ersten Absatz 1.1 in einer durchgängigen Ausnehmung 2.1 des Befestigungsteiles 2 sitzt und mit der durch den Absatz 1.1 gebildeten Schulter 1.4 an der Oberseite des Befestigungsteils 2 anliegt, ist in den 8, 9, 10 im Schnitt durch das Befestigungsteil 2 dargestellt. Das Befestigungsteil 2, welches z. B. ein Blechformteil ist, weist drei Bereiche 2A, 2B, 2C auf, die jeweils im Winkel zueinander gebogen sind, wobei am Bereich 2A das Gehäuse 1 befestigt ist und sich am Bereich 2C der Anbindungsbereich des Befestigungsteiles 2 mit Befestigungsbohrungen 2.2 befindet. Der Bereich 2B verbindet die Bereiche 2A und 2C miteinander. Die drei Bereiche 2A, 2B, 2C sind zueinander gebogen, so dass sich im Ergebnis ein Winkel α zwischen der Längsachse AB des Befestigungsteils 2 im Bereich 2C und der Gehäuselängsachse AG ergibt. Das Gehäuse 1 weist an dem ersten Absatz 1.1 eine abschließende radial nach innen weisende Fase 1.1' auf, die an dem Befestigungsteil 2 mittels einer Schweißnaht S verschweißt wurde. Die Schweißnaht befindet sich zwischen der Fase 1.1' und dem Innendurchmesser der Ausnehmung 2.1 des Befestigungsteils 2.
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Im Unterschied zu 11 wurden bei den Ausführungen nach 12 und 13 zusätzliche Streben 2.3 zwischen dem Befestigungsteil 2 und dem Gehäuse 1 angeschweißt, wobei die Strebe 2.3 in 12 aus dem Bereich 2C und in 13 aus dem Bereich 28 laschenartig ausgestanzt und entsprechend gebogen wurde, so dass sie mit dem Außenumfang des Gehäuses 1 verschweißt werden konnten (s. Schweißnaht S1).
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In den 8 bis 10 werden jeweils unterschiedliche Winkel α realisiert. In 8 ca. 90°, in 12 ca. 75° und in 13 ca. 105°. Durch unterschiedliche Biegewinkel zwischen den Bereichen 2A, 2B, 2C kann auf einfache Art und Weise der Winkel α verändert werden. Es ist selbstverständlich auch möglich, das Befestigungsteil nur L-förmig oder anderweitig zu biegen, so dass die gewünschte Winkelstellung des Gehäuses 1 erzielt wird.
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In 11 ist ein weiteres Beispiel dargestellt, wobei das sich im Wesentlichen geradlinig erstreckende Befestigungsteil 2 eine Ausnehmung 2.1 mit einem Boden 2.4 aufweist und das Gehäuse 1 in der Ausnehmung 2.1 sitzt und auf dem Boden 2.4 aufliegt. Die Schweißnaht S befindet sich zwischen Außendurchmesser des hier absatzlosen Gehäuses 1 und Oberseite 2a des Befestigungsteils 2.
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12 zeigt ein Beispiel ähnlich wie 13, im Längsschnitt jedoch mit einem Durchbruch 2.5 im Boden 2.4, durch welchen die Lagerschale 3 ragt, in welcher die Kugel 5.1 des Kugelzapfens 5 aufgenommen ist, so dass das Gehäuse 1 eine geringere Höhe wie bei der Ausführung nach 14 besitzt. Der Raum zwischen der Ausnehmung 1.4 des Gehäuses 1 und der Lagerschale 3 wurde mit Kunststoff 4 ausgespritzt, der über die Oberseite 1A des Gehäuses 1 ragt und mit dieser eine Nut N zur Aufnahme eines Dichtungsbalges (nicht dargestellt) bildet. Der Kunststoff 4 ragt auch über die Unterseite 2b des Befestigungsteils 2 und umschließt nur teilweise die darüber hinaus ragende Lagerschale 3. In 11 und 12 sind die Gehäuse 1 umfangsseitig mittels einer Schweißnaht S mit der Oberseite 2a des Befestigungsteiles 2 verschweißt. Es ist selbstverständlich möglich, auch hier das Befestigungsteil 2, wie in den 11 bis 13 beschrieben oder auch anders, zu biegen, um eine andere Winkelstellung des Gehäuses 1 zu erzielen.
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Ein Gehäuse 1, welches quer zur Gehäuseachse AG in zwei Gehäusehälften 1A, 1B geteilt ist und das dazwischen mit der Ausnehmung 2.1 positionierte Befestigungsteil 2 ist in 13 dargestellt. Beide Gehäusehälften 1A und 1B weisen Zentrierabsätze 1.Z auf, die in Richtung zur Ausnehmung 2.1 weisen und mit dieser korrespondieren.
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Die beiden Gehäusehälften 1A und 1B werden nun in ihrer Fügeposition positioniert und gemäß 14 (Längsschnitt) mit dem Befestigungsteil 2 verschweißt, wobei die Gehäusehälfte 1A an ihrem Außenumfang an der Oberseite 1a und die Gehäusehälfte 1B an ihrem Außenumfang mit der Unterseite 2b des Befestigungsteils 2 durch jeweils eine Schweißnaht S verbunden werden. Der Winkel α zwischen Gehäuselängsachse AG und Befestigungsteil 2 beträgt im Wesentlichen 90°. Die Ausnehmung 2.1, die sich zwischen den Gehäusehälften 1A, 1B befindet, ermöglicht eine Materialeinsparung des Gehäuses 1 und wird nach der Positionierung der Kugel und der Kugelschale (nicht dargestellt) ebenfalls mit Kunststoff ausgespritzt.
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15 zeigt zwei Gehäusehälften 2A, 2B eines schräg zur Gehäuselängsachse AG geteilten Gehäuses 1 und 16 die Seitenansicht der Gehäusehälften 2A, 2B gemäß 15, die mit dem Befestigungsteil 2 durch eine Schweißnaht S verbunden wurden.
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Durch die andere Teilungsebene des Gelenks 1 in die Gehäusehälften wird ein anderer Winkel α realisiert.
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Zum Verbinden des Gehäuses 1 mit dem Befestigungsteil 2 können verschiedene Schweißverfahren Anwendung finden, z. B. Reibschweißen, Widerstandsschweißen oder Laserschweißen.
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Alternativ ist auch eine Lötverbindung oder eine Klebeverbindung möglich.
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Weiterhin kann auch eine kombinierte Fügeverbindung Anwendung finden, z. B. Kraftschluss/Stoffschluss oder Kraftschluss/Formschluss bzw. Stoffschluss/Formschluss. Die kraftschlüssige Verbindung kann durch eine Pressverbindung zwischen Außendurchmesser des Gehäuses 1 und Innendurchmesser der Ausnehmung 2.1 hergestellt werden, die formschlüssige Verbindung durch ineinandergreifende Formelemente von Gehäuse und Befestigungsteil.
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Es ist ebenfalls möglich, das Gehäuse am Befestigungsteil durch Umspritzen zu befestigen. Zur Erhöhung der Sicherheit kann diese Verbindung auch mit einem Kraftschluss (Pressverbindung) zwischen Gehäuse und Befestigungsteil kombiniert werden.
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Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsvariante kann das Befestigungsteil und/oder das Gehäuse auch mit dem injizierten Kunststoff oder einem anderen Kunststoff komplett umspritzt werden, so dass dadurch ein hervorragender Korrosionsschutz gewährleistet ist. Als Kunststoff kann verstärkter z. B. faserverstärkter Kunststoffverwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 20311595 U1 [0003]
- DE 102006008252 A1 [0005]
