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Die
Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein Kugelgelenk
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Aus
der
DE 195 36 035
A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses
für ein Kugelgelenk, insbesondere für Spurspangen
von Kraftfahrzeugen und ein mittels dieses Verfahrens hergestelltes
Gehäuse für ein Kugelgelenk bekannt. Das Gehäuse verfügt über
einen für die Lagerung der Gelenkkugel eines Kugelzapfens
angepassten Innenraum sowie eine Öffnung zur Durchführung
des sich an die Gelenkkugel anschließenden Zapfenabschnittes
des Kugelzapfens. Das beidseitig offene Gehäuse wird auf
der einen Seite durch einen Deckel verschlossen, wobei zur Fixierung
des Deckels ein Umformabschnitt am oberen Rand des Gehäuses
vorhanden ist. Der Verschluss mittels eines Deckels erfolgt nachdem
der Kugelzapfen zusammen mit einer die Gelenkkugel lagernden Lagerschale
in den Innenraum des Gehäuses eingesetzt wurde. Der Zapfenabschnitt
des Kugelzapfens ragt auf der dem Deckel gegenüberliegenden
Seite aus der Öffnung des Gehäuses heraus. Hier
wird zur Abdichtung der inneren Gelenkbauteile ein Dichtungsbalg
vorgesehen, wobei ein Randbereich dieses Dichtungsbalges dichtend
an einem Anlagebereich der Außenmantelfläche des
Gehäuses anliegt. Bei der aus der
DE 195 36 035 A1 bekannten
Lösung weist die Seite mit der Öffnung für
den Durchtritt des Zapfenabschnittes des Kugelzapfens eine Anlageschulter
auf, an der sich die in den Innenraum eingesetzte Lagerschale abstützt.
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Es
sind darüber hinaus insbesondere bei Kugelgelenken für
Kraftfahrzeuge Gehäuse bekannt, bei denen neben einem an
der Außenmantelfläche des Gehäuses vorhandenen
Anlagebereich zur dichtenden Befestigung des Dichtungsbalgrandes
auch ein Umformabschnitt zur dreh- und schwenkbeweglichen Fixierung
der Gelenkkugel des Kugelzapfens in dem Innenraum des Gehäuses
vorhanden ist. Hierbei wird nach dem Einsetzen des Kugelzapfens
in den Innenraum des Gehäuses die vorhandene Öffnung
in einem begrenzten Umfang in Richtung auf das Gehäusezentrum
hin verformt, so dass auf diese Weise ein selbsttätiges
Lösen des Kugelzapfens aus dem Gehäuse verhindert
wird. Diese Art der Befestigung des Kugelzapfens innerhalb des Gehäuses
für ein Kugelgelenk ist sowohl bei einseitig als auch bei beidseitig
offenen Gehäusen anwendbar. Wird an einem Gehäuse
für ein Kugelgelenk sowohl ein Anlagebereich zur dichtenden
Befestigung des Dichtungsbalgrandes, als auch ein Umformabschnitt
zur dreh- und schwenkbeweglichen Fixierung der Gelenkkugel des Kugelzapfens
in dem Innenraum des Gehäuses an der Öffnungsseite
des Gehäuses vorgesehen, so besteht ein Nachteil in der
Möglichkeit, dass sich der Dichtungsbalgrand aus seiner
fixierten Lage am Gehäuse löst und über
den bereits verformten Umformabschnitt abrutscht. Dieser Fall kann
eintreten, wenn während der Umformung des Umformabschnittes
auch der Anlagebereich für den Dichtungsbalgrand zumindest
teilweise mit verformt wird. Eine Bewegbarkeit des Dichtungsbalgrandes führt
jedoch dazu, dass die dichtende Anlage des Dichtungsbalgrandes am
Gehäuse nicht mehr in jedem Fall zuverlässig gegeben
ist und es besteht somit die Gefahr, dass Feuchtigkeit und Verunreinigungen
in das Gelenkinnere eindringen können. Eine damit einhergehende
Beschädigung der Gelenkbauteile kann letztlich zum vollständigen
Ausfall des Kugelgelenkes führen. Dies ist insbesondere
bei der Verwendung der Gehäuse für Kugelgelenke
in Kraftfahrzeugen unbedingt zu vermeiden, da es sich hierbei um
Sicherheitsbauteile handelt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse für
ein Kugelgelenk bereitzustellen, dass eine dauerhaft zuverlässige
Abdichtung durch einen festen Sitz des Dichtungsbalgrandes an dem hierfür
am Gehäuse vorgesehenen Anlagebereich über den
gesamten Lebensdauerzyklus des Kugelgelenkes hinweg gewährleistet.
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Die
Erfindung löst diese Aufgabenstellung mit den Merkmalen
des Patentanspruches 1. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind
Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein
Gehäuse für ein Kugelgelenk mit einem für
die Lagerung der Gelenkkugel eines Kugelzapfens angepassten Innenraum,
einer Öffnung zur Durchführung des sich an die
Gelenkkugel anschließenden Zapfenabschnittes des Kugelzapfens,
einem an der Außenmantelfläche des Gehäuses
vorhandenen Anlagebereich zur dichtenden Befestigung eines Dichtungsbalgrandes
und einem Umformabschnitt zur dreh- und schwenkbeweglichen Fixierung
der Gelenkkugel des Kugelzapfens in dem Innenraum des Gehäuses
wurde erfindungsgemäß dahingehend weitergebildet,
dass der Umformabschnitt einen im Vergleich zu dem Anlagebereich
für den Dichtungsbalgrand geringeren Materialquerschnitt
aufweist.
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Durch
die erfindungsgemäße Gestaltung des Öffnungsbereiches
der Öffnung zur Durchführung des Zapfenabschnittes
des Kugelzapfens weist das Gehäuse einen Absatz an seiner
Außenmantelfläche auf, der als Anlagebereich zur
dichtenden Befestigung des Dichtungsbalgrandes dient. Dieser in
seinem Querschnitt gegenüber dem Umformabschnitt verstärkte
Anlagebereich bleibt bei der Umformung des Umformabschnittes unbeeinflusst,
so dass die konstruktive Auslegung des Anlagebereiches exakt auf
die Abmessungen des Dichtungsbalgrandes abgestimmt werden kann.
Durch die somit geschaffene Abstufung des Gehäuses in dem öffnungsseitigen Abschnitt
werden der Bereich der Anlage des Dichtungsbalgrandes und der Umformabschnitt
voneinander getrennt. Die Umformung derartiger Gehäuse ist
damit während der Montage des Kugelgelenkes, verglichen
mit den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, wesentlich
vereinfacht worden. Die Abdichtung wurde durch die erfindungsgemäße Maßnahme
in ihrer Zuverlässigkeit und Dauerhaftigkeit entscheidend
verbessert.
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Eine
erste Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass zwischen dem
Umformabschnitt und dem Anlagebereich ein Übergangsbereich
vorhanden ist, dessen Kontur dem Verlauf des Umformabschnittes nach
dessen Umformung entspricht. Mit dieser Maßnahme wird erreicht,
dass zwischen dem Anlagebereich zur Festlegung des Dichtungsbalgrandes
und dem Umformabschnitt ein gestufter, jedoch möglichst
harmonischer Übergang geschaffen werden kann. Nach der
Fertigstellung des mit einem erfindungsgemäßen
Gehäuse ausgestatteten Kugelgelenkes ist der Übergangsbereich
nicht mehr zu erkennen. Vielmehr passt er sich während
der Umformung des Umformabschnittes exakt dessen Verlauf an.
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Demgemäß wird
entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass
der Übergangsbereich durch wenigstens einen Radius gebildet
ist. Bevorzugt sollten jedoch im Übergangsbereich mehrere,
fließend ineinander übergehende Radien vorgesehen
werden. Mit diesem, durch Radien geschaffenen, fließenden Übergang
zwischen dem Anlagebereich zur Befestigung des Dichtungsbalgrandes
und dem Umformabschnitt kann ferner erreicht werden, dass keine
scharfkantigen Übergänge an dem Gehäuse
vorhanden sind. Derartige scharfkantige Übergänge
könnten zu einer vorzeitigen Beschädigung des
für die Abdichtung des Kugelgelenkes wesentlichen Bereiches
der Anlage des Dichtungsbalgrandes führen.
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Eine
spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Gehäuses besteht ferner darin, dass der Anlagebereich für
den Dichtungsbalgrand eine kreiszylindrische, kegelige oder konische
Form aufweist. Mit der bevorzugten, kreiszylindrischen Form des
Anlagebereiches wird eine Oberfläche bereitgestellt, die
eine optimale Dichtwirkung zwischen dem Anlagebereich und dem an
diesem anliegenden Dichtungsbalgrand ermöglicht. Die Gestaltung
des Anlagebereiches als Konus oder Kegel kann darüber hinaus
die dichtende Anlage des Dichtungsbalgrandes werter verbessern beziehungsweise
unterstützend dazu dienen, dass sich der Dichtungsbalgrand nicht
von dem Anlagebereich löst. Darüber hinaus sind
Dichtkonturen, wie verzahnungsartige Strukturen denkbar, so dass
ein Ineinandergreifen des Anlagebereiches und des Dichtungsbalgrandes
erfolgen kann.
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Zur
Vereinfachung der Herstellung des Gehäuses ist es darüber
hinaus von Vorteil, wenn der Umformabschnitt vor seiner Umformung
die Geometrie eines hohlen Kreiszylinders, eines Kegels oder eines
Konus aufweist. Somit verfügt auch der Umformabschnitt
bevorzugt über eine kreiszylindrische Form, was die Umformung
des Umformabschnittes vereinfacht und zudem nach dem Einsetzen der
Gelenkkugel des Kugelzapfens eine optimale Anlage des Umformabschnittes
an der Gelenkkugel beziehungsweise am Lagerbereich der Gelenkkugel
ermöglicht.
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Der
konische oder kegelförmige Verlauf des Umformabschnittes
ist derart ausführbar, dass er beispielsweise spiegelbildlich
zu dem konisch oder kegelig ausgeführten Anlagebereich
ausgerichtet ist.
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Von
wesentlicher Bedeutung für die Ausführung des
Anlagebereiches und des Umformabschnittes ist jedoch, dass erfindungsgemäß der
Außendurchmesser des Umformabschnittes kleiner ist als der
Außendurchmesser des Anlagebereiches für den Dichtungsbalgrand,
so dass damit die erfindungsgemäße Lösung
umgesetzt werden kann, nach der der Umformabschnitt einen im Vergleich
zum Anlagebereich geringeren Materialquerschnitt aufweist. Diese Reduzierung
kann wie bei den konischen oder kegeligen Geometrien durch den Konturverlauf
bestimmt sein.
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Zur
Vereinfachung der Montage eines mit dem erfindungsgemäßen
Gehäuse ausgestatteten Kugelgelenkes wird darüber
hinaus vorgeschlagen, dass der Umformabschnitt mittels eines Kaltumformprozesses
oder eines Rollprozesses umformbar ist. Diese an sich bekannten
Fertigungsverfahren erweisen sich bei einer erfindungsgemäßen
Lösung als besonders vorteilhaft, weil sie energie- und
kostensparend anwendbar sind und der Fertigungsaufwand gering ist.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
dass der Anlagebereich für den Dichtungsbalgrand in einem
Abschnitt des Gehäuses, durch den sich eine durch den Mittelpunkt der
Gelenkkugel und orthogonal zur Längsachse des nicht ausgelenkten
Kugelzapfens verlaufende Ebene erstreckt, angeordnet ist.
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Durch
diese demnach etwa mittig des Gehäuses vorhandene Anlage
für den Dichtungsbalgrand kann eine optimale Abdichtung
geschaffen werden. Die durch Verschwenken des Kugelzapfens auf den
Dichtungsbalg einwirkende Zugbelastung beziehungsweise die den Dichtungsbalg
beanspruchende Torsion können durch diese Maßnahme
kompensiert werden. Der Dichtungsbalg weist hierbei eine Länge
auf, die es gestattet, ihn wendelförmig, mit mehreren Falten
auszustatten, so dass er die genannten Bewegungen aufgrund der ihm
inhärenten Eigenelastizität kompensieren kann
und sich nicht von seinem Anlagebereich ablöst.
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Wird
der Anlagebereich für den Dichtungsbalgrand etwa in Höhe
des Mittelpunktes der Gelenkkugel vorgesehen, ist dies insbesondere
für Radialgelenke von Vorteil. Derartige Radialgelenke
weisen zumeist einen seitlich von dem Gehäuse abragenden Schaft
auf, der dazu dient, das Gehäuse später mit korrespondierenden
Bauteilen zu verbinden. Dieser in Bezug auf die Längsachse
des nicht ausgelenkten Kugelzapfens radial verlaufende Schaft schließt
sich unmittelbar an den Anlagebereich für den Dichtungsbalgrand
an. Es konnte festgestellt werden, dass durch die erfindungsgemäße
Ausführung des Gehäuses die Anbindung des Schaftes
bei Radialgelenken mit geringeren Biegespannungen unter Belastung
einhergeht. Dies stellt einen weiteren sehr wesentlichen Vorteil
der hier beschriebenen Ausgestaltung dar.
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Im
Zuge der Vereinfachung des gesamten Herstellungsprozesses eines
erfindungsgemäßen Gehäuses für
ein Kugelgelenk geht ein weiterer Vorschlag dahin, dass das Gehäuse
insgesamt durch ein Kaltfließpressverfahren oder mittels
eines Schmiedeprozesses hergestellt ist. Bei dem Einsatz eines Kaltfließpressverfahrens
lassen sich in vorteilhafter Weise sämtliche Verfahrensschritte
zur Erzeugung des Gehäuses nacheinander vorsehen, ohne
dass es hierzu einer energieaufwendigen Erwärmung des Materials
bedarf.
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Der
Schmiedeprozess hat hingegen den Vorteil, dass er zwar energieintensiver
ausgestaltet ist, jedoch die Fertigung des Gehäuses mit
geringerer Bauteiltoleranz ermöglicht. Es besteht bei warm
geschmiedeten Gehäusen sogar die Möglichkeit,
den Anlagebereich für den Dichtungsbalgrand und/oder den
Umformabschnitt während des Schmiedens zu erzeugen, sodass
hier keine Nachbearbeitung mehr erforderlich wird. Ebenso lässt
sich dieser Erfolg durch einen Kalibrierprozess erreichen. In diesen Fällen
ist jeweils eine nachfolgende spanende Bearbeitung entbehrlich.
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Darüber
hinaus kann zumindest der Anlagebereich für den Dichtungsbalgrand
und/oder der Umformabschnitt des durch einen Schmiedeprozess hergestellten
Gehäuses ein spanend nachbearbeiteter Abschnitt sein. Durch
die spanende Nachbearbeitung einzelner Gehäuseabschnitte
lassen sich die somit gefertigten Gehäuse mit geringen
Toleranzen und geringerem Materialeinsatz fertigen. Zudem weisen
durch einen Schmiedeprozess hergestellte Gehäuse eine hohe
Bauteilfestigkeit auf und ermöglichen aufgrund der Materialeigenschaften
eine gute Verformbarkeit.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Das gezeigte Ausführungsbeispiel
stellt keine Einschränkung auf die dargestellte Variante
dar, sondern dient lediglich der Erläuterung des Prinzips
der Erfindung. Um die erfindungsgemäße Funktionsweise
veranschaulichen zu können, sind in den Figuren nur stark vereinfachte
Prinzipdarstellungen gezeigt, bei denen auf die für die
Erfindung nicht wesentlichen Bauteile oder Elemente verzichtet wurde.
Dies bedeutet jedoch nicht, dass derartige Bauteile oder Elemente
bei einer erfindungsgemäßen Lösung nicht
vorhanden sind.
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Es
zeigen:
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1:
ausschnittsweise den Kopfbereich eines Gehäuses für
ein Kugelgelenk im Teilschnitt und
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2:
ausschnittsweise und im Schnitt ein Kugelgelenk mit einem erfindungsgemäßen
Gehäuse.
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Das
in der 1 gezeigte und insgesamt mit 6 bezeichnete
Gehäuse weist einen Schaft 15 auf, mittels dessen
das Gehäuse 6 an einem korrespondierenden Bauteil
befestigt werden kann. In dem Gehäuse 6 ist ein
Innenraum 3 vorhanden, dessen Gestaltung die Aufnahme der
Gelenkkugel eines Kugelzapfens, wie auch einer diese Gelenkkugel
lagernden Lagerschale gestattet. Die spezielle Ausführungsvariante
eines Gehäuses 6 gemäß der Darstellung
in 1 ist als einseitig offenes Gehäuse 6 ausgeführt.
Dementsprechend verfügt das Gehäuse 6 über
eine Öffnung 4. Durch diese Öffnung 4 kann
bei der Montage des Kugelgelenkes eine Baugruppe, bestehend aus
dem Kugelzapfen und der auf der Gelenkkugel des Kugelzapfens aufgesetzten
Lagerschale, in das Gehäuse 6 eingeführt
werden. Im öffnungsseitigen Bereich weist das Gehäuse 6 zunächst
einen Anlagebereich 7 zur dichtenden Anlage eines Dichtungsbalgrandes
auf. Dieser Anlagebereich 7 ist vorliegend als kreiszylindrische
Anlagefläche gestaltet und verfügt folglich über
einen Durchmesser dA. In Richtung der Öffnung 4 betrachtet,
befindet sich unterhalb des Anlagebereiches 7 ein Umformabschnitt 9,
der nach dem Einsetzen der Gelenkkugel des Kugelzapfens in den Innenraum 3 des
Gehäuses 6 durch eine zur Gelenkmitte hin erfolgende Umformung
für die Fixierung der Gelenkkugel des Kugelzapfens in dem
Innenraum 3 sorgt. Die Umformung des Umformabschnittes 9 erfolgt
dabei derart, dass die Gelenkkugel innerhalb des Innenraumes 3 dreh-
und schwenkbar bleibt. Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn
die Umformung unter gleichzeitiger Messung des Widerstandsmomentes
erfolgt, so dass die sich zwischen der Gelenkkugel und den diese
aufnehmenden Lagerbauteilen einstellenden Reibwerte festgelegt werden
können und das somit erzeugte Kugelgelenk exakt definierbare
Reibungswerte aufweist. Der Außendurchmesser du des Umformabschnittes 9 ist
dabei, wie dies deutlich aus der Darstellung in 1 hervorgeht,
kleiner als der Außendurchmesser dA des
Anlagebereiches 7, so dass bei einer späteren,
zur Gelenkmontage erfolgenden Umformung des Umformabschnittes 9 kein
Einfluss auf den Anlagebereich 7 ausgeübt wird.
Der Anlagebereich 7 ist dabei konstruktiv so ausgelegt,
dass eine optimale Abdichtung möglich ist. Zwischen dem Anlagebereich 7 und
dem Umformabschnitt 9 ist ein Übergangsbereich 10 vorhanden,
der aus mehreren, fließend ineinander übergehenden
Radien besteht. Somit weist der Übergangsbereich 10 eine
Kontur auf, die dem Verlauf des Umformabschnittes 9 nach dessen
Umformung entspricht.
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In
der 2 ist ein Kugelgelenk dargestellt, das ein Gehäuse 6 nach
der vorliegenden Erfindung aufweist. Das Gehäuse 6 verfügt,
wie bereits im Zusammenhang mit der 1 erläutert
wurde, über einen radial abragenden Schaft 15.
In den Innenraum 3 des Gehäuses 6 ist
eine Lagerschale 13 eingefügt, die mit ihrer Außenmantelfläche
in weiten Bereichen unmittelbar an der Innenoberfläche
des Innenraumes 3 anliegt. Die aus Kunststoff bestehende
und begrenzt elastische Eigenschaften aufweisende Lagerschale 13 nimmt
ihrerseits mit ihrer Innenmantelfläche, die im vorliegenden
Fall kugelförmig ausgebildet ist, die Gelenkkugel 1 eines
Kugelzapfens 2 auf. In der Darstellung der 2 ist
der Kugelzapfen 2 in einer nicht ausgelenkten Position
gezeigt. Unterhalb der Gelenkkugel 1 geht der Kugelzapfen 2 in
einen Zapfenabschnitt 5 über. Zur Abdichtung der
beweglichen, inneren Gelenkbauteile gegenüber der Umgebung
dient ein Dichtungsbalg 14. Dieser verfügt über einen
ersten Dichtungsbalgrand 8, der an der Außenmantelfläche
des Gehäuses 6 anliegt, sowie einen diesem gegenüberliegend
vorhandenen Dichtungsbalgrand 16, der unmittelbar am Zapfenabschnitt 5 des
Kugelzapfens 2 zur Anlage kommt. Der Dichtungsbalgrand 8 liegt
dabei dichtend am Anlagebereich 7 des Gehäuses 6 an.
Dieser Anlagebereich 7 des Gehäuses 6 verfügt über
einen größeren Durchmesser als der sich öffnungsseitig
darunter befindende Umformabschnitt 9 des Gehäuses 6.
Wie aus der Darstellung der 2 entnehmbar
ist, wurde der Umformabschnitt 9 zur Fixierung der Gelenkkugel 1 und der
Lagerschale 13 in dem Gehäuse 6 des Kugelgelenkes
in Richtung auf die Gelenkmitte hin verformt. Während dieses
Umformprozesses des Umformabschnittes 9 erfolgte gleichsam
eine Angleichung des Übergangsbereiches 10 zwischen
dem Anlagebereich 7 und dem Umformabschnitt 9,
so dass der Übergangsbereich 10 in dem fertig
montierten Kugelgelenk nicht mehr zu erkennen ist. Zur Vermeidung
scharfkantiger Übergänge werden in diesem Abschnitt
des Gehäuses 6 vorzugsweise Radien verwendet,
so dass hier ein harmonischer und fließender Übergang
zwischen den einzelnen Gehäuseabschnitten geschaffen werden
kann. Von Bedeutung ist bei der Darstellung in 2 ferner,
dass der Dichtungsbalgrand 8 sich in einer Ebene 12 befindet, die
orthogonal zu der Längsachse 11 des nicht ausgelenkten
Kugelzapfens 2 und ferner durch den Mittelpunkt M der Gelenkkugel 1 verläuft.
Somit ist der Dichtungsbalgrand 8 etwa gelenkmittig angeordnet, was
den wesentlichen Vorteil mit sich bringt, dass er durch die Bewegung
des Kugelzapfens 2 innerhalb des Gehäuses 6 erzeugte
Belastungen optimal kompensieren kann.
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- 1
- Gelenkkugel
- 2
- Kugelzapfen
- 3
- Innenraum
- 4
- Öffnung
- 5
- Zapfenabschnitt
- 6
- Gehäuse
- 7
- Anlagebereich
- 8
- Dichtungsbalgrand
- 9
- Umformabschnitt
- 10
- Übergangsbereich
- 11
- Längsachse
- 12
- Ebene
- 13
- Lagerschale
- 14
- Dichtungsbalg
- 15
- Schaft
- 16
- Zapfenseitiger
Dichtungsbalgrand
- M
- Mittelpunkt
der Gelenkkugel
- dU
- Durchmesser
des Umformabschnittes
- dA
- Durchmesser
des Anlagebereiches
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19536035
A1 [0002, 0002]