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Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Allgemein wird bei Kugelgelenken eine Unterscheidung zwischen Axialgelenken und Radialgelenken vorgenommen. Der Aufbau eines als Axialgelenk ausgeführten Kugelgelenkes geht beispielsweise aus der
DE 197 55 020 A1 hervor. Das für den Fahrwerksbau und auch den Lenkungs- und Schaltungsbau ausgerichtete Axialgelenk besteht aus einem metallischen Gehäuse mit einer Öffnung und einem Innenraum, einem Kugelzapfen der eine Gelenkkugel und einen Zapfen aufweist, wobei die Gelenkkugel größtenteils von dem Gehäuse umschlossen ist und in dem Übergangsbereich zwischen Gelenkkugel und Zapfen ein Zapfenhals mit einem gegenüber dem Zapfen verringerten Durchmesser vorhanden ist, wobei der Zapfen durch die Öffnung des Gehäuses aus diesem herausragt und mindestens einer aus Kunststoff bestehenden Lagerschale, die zwischen dem Gehäuse und der Gelenkkugel angeordnet ist, wobei das metallische Gehäuse einstückig ausgeführt ist.
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In der
DE 199 30 445 A1 ist als Beispiel ein Radialkugelgelenk beschrieben. Das Radialkugelgelenk weist ein Gehäuse auf, in dem eine Lagerschale eine Gelenkkugel drehbar und kippbar aufnimmt, die Bestandteil des Kugelzapfens ist, wobei der Kugelzapfen ferner einen Zapfen aufweist, der durch eine Austrittsöffnung des Gehäuses herausragt. Das Gehäuse ist auf der der Austrittsöffnung gegenüber liegenden Seite mit einem Deckel verschlossen.
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Die Unterscheidung zwischen Axialgelenken und Radialgelenken richtet sich nach der jeweiligen Flussrichtung der auf das Kugelgelenk einwirkenden Kräfte. Als Bezug für die Definition dient die Längsmittenachse des nicht ausgelenkten Kugelzapfens, d. h. dass die Längsmittenachse des Gehäuses und des Kugelzapfens koaxial verlaufen. Demnach liegt die Hauptbelastung eines Axialgelenkes in Richtung bzw. axial der Längsmittenachse des Kugelzapfens, während die Hauptbelastung bei einem Radialgelenk quer zu der Längsmittenachse des Kugelzapfens wirkt.
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Aufgrund der unterschiedlichen Belastungen ergeben sich Kugelgelenke, deren Aufbau sich grundsätzlich unterscheidet, was insbesondere in der Gestaltung der Lagerung der Gelenkkugel und des Gehäuses zum Ausdruck kommt. Der Herstellungsaufwand für Gehäuse von Kugelgelenken ist erheblich, wobei der wesentliche Vorteil der Axialgelenke, deren Gelenkverschluss in Kraftrichtung liegt, in einem einfacheren Aufbau im Vergleich zu den Gehäusen der Radialgelenke besteht.
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Bislang ist es üblich, zur Verbindung des Kugelgelenkes mit einem Kraftfahrzeugbauteil an der Außenseite des Gehäuses einen Flansch oder einen Bolzen (Gewindebolzen) vorzusehen, der in axialer Richtung der Belastung weist. Aus diesem Grunde ist ein Axialgelenk an sich nur für axiale Belastungsrichtungen ausgelegt und einsetzbar. Die aus dem Stand der Technik bekannten Axialgelenke lassen sich aus den genannten Gründen nicht in radialer Richtung nutzen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und damit kostengünstige Ausführung eines Axial-Kugelgelenkes bereitzustellen, die auch in radialer Kraftrichtung genutzt werden kann. Dabei soll in Bezug auf übliche Axialgelenke insbesondere keine aufwändige Gehäuseänderung vorgenommen werden, um die Gehäuse weiter kostengünstig herstellen zu können. Somit soll eine möglichst breite Anwendbarkeit sowohl in axialer als auch in radialer Kraftrichtung gewährleistet sein.
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Die Erfindung löst diese Aufgabenstellung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
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Weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Ein Kugelgelenk mit einem Gehäuse zur Lagerung der am Ende eines Kugelzapfens vorhandenen Gelenkkugel, bei dem das Gehäuse einseitig eine Öffnung zur Durchführung des Kugelzapfens weist auf der dieser Öffnung gegenüberliegenden Außenseite einen Flansch oder Bolzen zur Verbindung des Kugelgelenkes mit einem Kraftfahrzeugbauteil, z. B. Fahrwerksbauteil oder Bauteil im Bereiche der Lenkung, auf. Das Kugelgelenk wurde erfindungsgemäß dahingehend weitergebildet, dass der Flansch oder Bolzen annähernd parallel zur Längsmittenachse des Kugelzapfens zumindest eine den Flansch oder Bolzen senkrecht zu seiner Längserstreckung, d. h. senkrecht oder quer zur Längsmittenachse durchsetzende Bohrung aufweist. In diese Bohrung kann eine Schraube oder ein Bolzen mit einem Gewinde eingesetzt werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es gelungen, ein Kugelgelenk bereitzustellen, das sowohl Funktionen eines Axialgelenkes als auch die eines Radialgelenkes übernehmen kann. Die damit gegebene Kombinationsmöglichkeit erweitert den Einsatzbereich eines derartigen Kugelgelenkes erheblich, so dass beispielsweise ein einfaches und kostengünstig zu erzeugendes Axialgelenk mit Radialgelenkfunktionen zum Einsatz kommen kann. Durch die im Flansch vorhandene Anschlussbohrung kann demnach radial zur Längserstreckung des Flansches eine Verbindung des Kugelgelenkes mit einem Kraftfahrzeugbauteil erfolgen. Somit besteht auch die Möglichkeit, ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk optimal den Einbaubedingungen im Kraftfahrzeug anzupassen. Damit ist das Einsatzspektrum erfindungsgemäßer Kugelgelenke wesentlich größer, als bei herkömmlich bekannten Ausführungen.
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Ein weiterer positiver Effekt bezieht sich auf die Lagerung der Gelenkkugel, die nicht mehr ausschließlich radialen beziehungsweise axialen Belastungen unterliegt, sodass ein reduzierter Verschleiß und damit einhergehend eine längere Lebensdauer zu erwarten sind.
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Das Kugelgelenk kann auf Basis eines Axialgelenkes hergestellt werden. Beim Axialgelenk ist gehäuseseitig zumeist ein Bolzen vorhanden, an das ein Gewinde angearbeitet, z. B. gerollt wird. In einer Fertigungsstraße könnte nun statt des Gewinderollens das Gehäuse einer Presse oder dergleichen zugeführt werden, die aus dem runden Bolzen einen Zweiflach formt. Dieser Zweiflach könnte dann in einem weiteren Schritt mit einer Bohrung versehen werden.
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Eine erste Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der Flansch eine Neigung zu der geometrischen Längsmittenachse des nicht ausgelenkten Kugelzapfens aufweist, denn bekanntlich ist der zur Verfügung stehende Bauraum in einem Kraftfahrzeug knapp bemessen. Um die Montage und Befestigung des Kugelgelenkes im Kraftfahrzeug dennoch zu vereinfachen, wird im Sinne dieses Vorschlages der Flansch schräg gestellt, sodass er geneigt ist. Durch diese Lösung wird die bisherige Aufteilung in Axialgelenke und Radialgelenke verlassen, denn der über den Kugelzapfen in das Kugelgelenk eingeleitete Kraftfluss kann hierbei einen Winkel, bezogen auf die Längsmittenachse des nicht ausgelenkten Kugelzapfens, aufweisen.
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Die typische Bauart eines Axialgelenkes, wie sie auch aus dem eingangs zitierten Stand der Technik bekannt ist, sieht eine zentral-mittige Anordnung des Flansches, auf der der Öffnung des Gehäuses gegenüberliegenden Seite vor. Dies bedeutet, der Flansch wird koaxial zur Längsmittenachse des nicht ausgelenkten Kugelzapfens ausgerichtet. Eine derartige Ausführung ist auch bei einem erfindungsgemäßen Kugelgelenk möglich, jedoch ergeben sich darüber hinaus weitere, sehr vorteilhafte Möglichkeiten, die beispielsweise darin bestehen können, dass der Flansch seitlich versetzt zu der geometrischen Längsmittenachse des nicht ausgelenkten Kugelzapfens angeordnet ist. Durch einen derartigen Versatz lässt sich das Kugelgelenk den konkreten Einbauverhältnissen im Kraftfahrzeug optimal anpassen.
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Natürlich kann hier auch eine Kombination mit einer Neigung des Flansches vorgesehen sein.
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Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, dass ein Befestigungsbolzen in die Anschlussbohrung eingeschraubt oder darin mittels einer Passung, beziehungsweise mit Hilfe einer formschlüssigen oder stoffschlüssigen Verbindung fixiert ist. Durch die genannten Verbindungsarten zwischen der Anschlussbohrung im Flansch des Kugelgelenkes und einem darin aufgenommenen Befestigungsbolzen wird eine vormontierbare Baueinheit eines Kugelgelenkes geschaffen, was dessen Montage im Kraftfahrzeug erheblich vereinfacht. Darüber hinaus besteht damit die Möglichkeit, entweder eine lösbare Verbindung zwischen dem Anschlussbolzen und der Anschlussbohrung zu erzeugen oder diese Verbindung unlösbar, also beispielsweise im Sinne einer stoffschlüssigen Verbindung, herzustellen. Als ein Beispiel für eine Passung sei an dieser Stelle eine Presspassung erwähnt. Eine stoffschlüssige Verbindung lässt sich beispielsweise mit einem Klebstoff herstellen.
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Führt man den Gedanken einer formschlüssigen Verbindung weiter, so besteht eine vorteilhafte Lösung darin, dass die Anschlussbohrung eine strukturierte Innenoberfläche aufweist. Hierunter wird eine Innenoberfläche verstanden, in die ein korrespondierendes Anschlusselement mit einer komplementär zu der strukturierten Innenoberfläche gestalteten Außenmantelfläche einsetzbar ist. Durch die Struktur der Innenoberfläche der Anschlussbohrung kann eine sehr große Oberfläche gewährleistet werden, so dass die Verbindung zwischen dem Anschlusselement und der Anschlussbohrung dauerhaft, sicher und zuverlässig ist. So wäre eine einfache Lösung hierfür beispielsweise eine Rändelung.
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Die Rändelung kann jedoch auch an der Außenseite eines Bolzen oder Schraube angearbeitet sein, wobei in diesem Fall die Bohrung des Flansches eine annähernd glatte Oberfläche aufweist, wie diese durch Bohren oder Fräsen kostengünstig erzeugt werden kann. Beim Einpressen des Bolzens würde so ebenfalls eine formschlüssige Verbindung entstehen.
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Gemäß einer weiteren und sehr vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der Flansch zwischen den Schenkeln eines U-förmigen Bügels aufgenommen und über einen Befestigungsbolzen mit dem Bügel verbunden ist. Dieses erfindungsgemäße Kugelgelenk lässt sich als vormontierte Baueinheit bereitstellen, oder alternativ ist es möglich, den U-förmigen Bügel im Kraftfahrzeug zu befestigen und erst anschließend das Kugelgelenk zu montieren. Durch eine derartige Befestigung kann das Kugelgelenk sehr sicher und zuverlässig fixiert werden, da die beiden Schenkel des Bügels eine entsprechend große Berührungsfläche für den Flansch bereitstellen.
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Eine andere vorteilhafte Möglichkeit ist darin zu sehen, dass das Kugelgelenk durch diese Art der Befestigung schwenkbar in dem U-förmigen Bügel gelagert wird. Auf diese Weise können sehr einfach Relativbewegungen zwischen dem Kugelgelenk und angrenzenden Bauteilen des Kraftfahrzeuges ermöglicht werden, was insbesondere im Bereich der Radaufhängung durchaus von Nutzen sein kann.
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Die Einsatzmöglichkeiten für ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk sind breit gefächert. So kann es insbesondere im Bereich der Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges verwendet werden. Wegen seines einfachen Aufbaus eignet es sich jedoch in besonderem Maße als Bestandteil einer Spurstange oder einer Pendelstütze.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Die gezeigten Ausführungsbeispiele stellen dabei keine Einschränkung auf die dargestellten Varianten dar, sondern dienen 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 verzichtet wurde. Dies bedeutet jedoch nicht, dass derartige Bauteile bei einer erfindungsgemäßen Lösung nicht vorhanden sind.
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Es zeigen:
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1: eine erste Ausführungsvariante eines Kugelgelenkes im Schnitt,
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2: eine zweite Ausführungsvariante eines Kugelgelenkes im Schnitt und
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3: eine Pendelspitze mit erfindungsgemäßen Kugelgelenken.
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In der 1 ist eine erste Ausführungsvariante für ein Kugelgelenk nach der Erfindung gezeigt, wie sie so oder ähnlich in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommen kann. Das Kugelgelenk besteht aus einem Gehäuse 1, in dem die Gelenkkugel 3 eines Kugelzapfens 2 dreh- und schwenkbar gelagert ist. Zwischen dem Gehäuse 1 und der Gelenkkugel 3 ist eine Lagerschale 14 eingesetzt, die zur Verbesserung der Lagerungseigenschaften der Gelenkkugel 3 dient und daher aus Kunststoff besteht. Das Gehäuse 1 weist einseitig eine Öffnung 4 auf, so dass es insgesamt über eine topfförmige Gestalt verfügt. Durch die Öffnung 4 ragt der Kugelzapfen 2 aus dem Gehäuse 1 heraus. Auf der der Öffnung 4 gegenüberliegenden Außenseite des Gehäuses 1 ist ein Flansch 5 an dem Gehäuse 1 angeformt. Dieser Flansch 5 wird bereits bei der Herstellung des Gehäuses 1 ausgebildet. Der Flansch 5 verläuft bei der in 1 gezeigten Ausführung eines Kugelgelenkes koaxial zu der Längsmittenachse 7 des in der Darstellung nicht ausgelenkten Kugelzapfens 2. Radial zu der Längsmittenachse 7 wird der Flansch 5 vollständig von einer Anschlussbohrung 6 durchsetzt. Die Anschlussbohrung 6 verfügt über eine strukturierte Innenoberfläche 15, die im vorliegenden Fall als Rändelung ausgeführt wurde und die der sicheren, drehfesten Fixierung eines in die Anschlussbohrung 6 eingesetzten Befestigungsbolzens 8 dient, der einen hierzu passenden Oberflächenabschnitt aufweist. Auf seiner freien Außenseite weist der Befestigungsbolzen 8 ein Gewinde 16 auf, mittels dessen er mit einem Bauteil des Kraftfahrzeuges verbunden werden kann. Es bedarf keiner besonderen Erwähnung, dass auch der Kugelzapfen 2 über geeignete Anschlussbereiche verfügt, mittels derer er fixierbar ist. Diese sind in der 1 aus Vereinfachungsgründen jedoch nicht dargestellt.
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Die Öffnung 4 des Gehäuses 1 wird zur Vermeidung des Eindringens von Verunreinigungen oder Feuchtigkeit in das Kugelgelenk mit einem Dichtungsbalg 13 verschlossen, der sich mit seinem einen Ende an der Außenoberfläche des Gehäuses 1 anlegt und hier fixiert ist und dessen zweites Ende unmittelbar dichtend am Kugelzapfen 2 anliegt.
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Eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kugelgelenkes wird in Zusammenhang mit der 2 beschrieben. Das in 2 dargestellte Kugelgelenk verfügt ebenfalls über ein Gehäuse 1 mit einer einseitig vorhandenen Öffnung 4. Der Kugelzapfen 2 ist dreh- und schwenkbar in dem Gehäuse 1 gelagert. Zur Verbesserung der Lagerungseigenschaften ist eine Lagerschale 14 vorhanden, die aus Kunststoff hergestellt wird und die Gelenkkugel 3 des Kugelzapfens 2 aufnimmt. Der andeutungsweise an der Außenseite des Gehäuses 1 gezeigte Dichtungsbalg 13 hat die gleichen Funktionen, wie sie in Zusammenhang mit der Ausführung in 1 bereits beschrieben wurden.
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Auch bei dem Kugelgelenk in 2 ist eine geometrische Längsmittenachse 7 des Kugelzapfens 2 vorhanden, die bei nicht ausgelenktem Kugelzapfen 2 koaxial zu dem Flansch 5 des Gehäuses 1 verläuft. Der Flansch 5 verfügt bei dem Beispiel in 2 über eine Anschlussbohrung 6, die als Durchgangsbohrung ohne eine strukturierte Oberfläche ausgeführt wird. Der Flansch 5 ragt zwischen zwei Schenkel 9 und 10 eines insgesamt mit 11 bezeichneten, U-förmigen Bügels. Durch die Anschlussbohrung 6 des Flansches 5 und hierzu korrespondierende Bohrungen in den Schenkeln 9 und 10 ist ein Befestigungsbolzen 12 hindurchgeführt, bei dem es sich im vorliegenden Fall um eine Sechskant-Maschinenschraube handelt. Dieser Befestigungsbolzen 12 ist mit einer Mutter 19 an dem Bügel 11 fixiert. Der Bügel 11 nimmt den Flansch 5 des Gehäuses 1 des Kugelgelenkes in einer Weise auf, die ein Schwenken des Kugelgelenkes um den Befestigungsbolzen 12 erlaubt.
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In der 3 ist in perspektivischer Ansicht eine Pendelstütze für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Diese Pendelstütze besteht aus einem Kugelzapfen 2, der beidseitig an seinen Enden je ein Kugelgelenk 17 beziehungsweise 18 gleichen Aufbaus aufweist. Da die Kugelgelenke 17 und 18 identisch sind und sich lediglich in ihrer Anordnung an der Pendelstütze unterscheiden, wurden die gleichen Bezugsziffern verwendet wie schon in den bisherigen Figuren. Erkennbar ist an den Kugelgelenken 17 und 18 jeweils der Flansch 5 des Gehäuses 1 sowie der durch den Flansch 5 hindurchragende Befestigungsbolzen 8. Darüber hinaus sind die Kugelgelenke 17 und 18 jeweils durch Dichtungsbälge 13 abgedichtet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Kugelzapfen
- 3
- Gelenkkugel
- 4
- Öffnung
- 5
- Flansch, Bolzen
- 6
- Anschlussbohrung
- 7
- Längsmittenachse
- 8
- Befestigungsbolzen
- 9
- Schenkel
- 10
- Schenkel
- 11
- Bügel
- 12
- Befestigungsbolzen
- 13
- Dichtungsbalg
- 14
- Lagerschale
- 15
- Strukturierte Oberfläche (Rändelung)
- 16
- Gewinde
- 17
- Kugelgelenk I
- 18
- Kugelgelenk II
- 19
- Mutter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19755020 A1 [0002]
- DE 19930445 A1 [0003]