DE20008597U1

DE20008597U1 - Ball joint

Info

Publication number: DE20008597U1
Application number: DE20008597U
Authority: DE
Original assignee: Sachsenring Entwicklungs GmbH
Current assignee: Sachsenring Entwicklungs GmbH
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2001-09-20
Anticipated expiration: 2010-05-16

Description

SachsenringSachsenring

Entwicklungsgesellschaft mbH
08058 Zwickau, DEDevelopment Company Ltd.
08058 Zwickau, Germany

Ball joint

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kugelgelenk mit einem elastisch federnden, ein Rückstellmoment bewirkenden Bauteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a ball joint with an elastically resilient component causing a restoring moment according to the preamble of claim 1.

Kugelgelenke mit einem an der Kugel angeformten Kugelzapfen besitzen in der Regel zwischen Kugelgelenkgehäuse und Kugelzapfen einen Dichtungsbalg oder eine Dichtungsmanschette aus federnd elastischem Material, wie synthetischem Kautschuk oder dgl.. Bei entsprechender Wandstärke des Dichtungsbalges bewirkt dieser ein, wenn auch geringes, Undefiniertes, zweidimensionales Rückstellmoment. Dieses Rückstellmoment tritt in der Regel wegen der vorhandenen Reibungskräfte zwischen der Kugel und dem Kugelgelenkgehäuse jedoch kaum in Erscheinung.Ball joints with a ball stud formed on the ball usually have a sealing bellows or a sealing sleeve made of a resilient material, such as synthetic rubber or similar, between the ball joint housing and the ball stud. If the wall thickness of the sealing bellows is appropriate, this causes an undefined, two-dimensional restoring moment, albeit a small one. However, this restoring moment is generally barely noticeable due to the existing frictional forces between the ball and the ball joint housing.

In der Fahrzeugtechnik werden neuerdings Gelenke aus Gummi-Metall-Verbindungen für die Übertragung höherer Achslasten und zur Verbesserung des Fahrkomforts durch Kugelgelenke ersetzt. Kugelgelenke besitzen jedoch nicht die erforderlichen, mit den Gummi-Metall-Verbindungen ohne weiteres erzielbaren ein- oder mehrachsigen Rückstellkräfte, um eine Rückstellung gelenkig zu verbindender Bauteile in eineIn automotive engineering, rubber-metal joints are now being replaced by ball joints to transfer higher axle loads and improve driving comfort. However, ball joints do not have the necessary single- or multi-axis restoring forces that can easily be achieved with rubber-metal joints in order to return components to a

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vorgegebene Ausgangslage zu erreichen. Die Rückstellung in
bestimmte Ausgangslagen ist jedoch bei hochbelasteten Gelenken oft notwendig, damit angrenzende Baueinheiten bei Extrembedingungen
nicht beschädigt werden.to achieve the specified starting position. The provision in
However, certain initial positions are often necessary for highly stressed joints so that adjacent structural units can be
not be damaged.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein
Kugelgelenk der eingangs erwähnten Art derart auszugestalten, dass die erforderlich hohen Rückstellkräfte oder
Rückstellmomente in einer oder in mehreren Achsrichtungen bei gleichzeitiger Verdrehbarkeit des Kugelstellelements ohne
hohen Konstruktions- und/oder Materialaufwand erreicht werden können.The object of the present invention is therefore to provide a
Ball joint of the type mentioned above must be designed in such a way that the required high restoring forces or
Restoring moments in one or more axial directions with simultaneous rotation of the ball adjusting element without
high construction and/or material expenditure.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.This object is achieved by the features specified in claim 1.

Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Kugelgelenk derart zu gestalten, dass es hohe Rückstellkräfte oder Rückstellmomente
in einer oder in mehreren Achsrichtungen ausüben kann. Durch die Verwendung von erfindungsgemäßen Kugelgelenken wird auch erreicht, dass die Achsen der Kipp- oder Schwenkbewegungen örtlich genau definiert sind. Dadurch ist es auch
möglich, Vibrationsbewegungen beträchtlich zu reduzieren.With the present invention it is possible to design a ball joint in such a way that it has high restoring forces or restoring moments
in one or more axial directions. The use of ball joints according to the invention also ensures that the axes of the tilting or swiveling movements are precisely defined locally. This also makes it possible
possible to reduce vibration movements considerably.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend anhand des
in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:Further advantageous details of the invention are described in the
Subclaims are given and are described below using the
The embodiment illustrated in the drawing is described in more detail. Shown are:

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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Kugelgelenks mit geschnittenem Dichtungsbalg undFig. 1 is a perspective view of a ball joint with cut sealing bellows and

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Dichtungsbalgs.Fig. 2 is a perspective view of the sealing bellows.

Das in der Zeichnung dargestellte Kugelgelenk 1 besteht aus einer Kugelhalterung 2, hier in Form eines Außenringes und aus einer Kugel 3, welche in der sphärisch an den Kugelaußendurchmesser angepassten Innenwand 2.1 der Kugelhalterung 2 drehbar und allseitig schwenkbar gelagert ist. Zur Verringerung der Gleitreibung ist an der Innenwand 2.1 oder auf der Kugel 3 eine Gleitschicht 4 angeordnet oder aufgebracht. Die Gleitschicht 4 besteht bevorzugt aus einem Kunststoff mit guten Gleiteigenschaften, beispielsweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder aus Bronze, insbesondere aus Sinterbronze. Die Kugel 3 ist mit einem Kugelstellelement 5 versehen. Beim Ausführungsbeispiel ist dies eine Gelenklagerhülse 5a, die die Kugel 3 durchsetzt oder die Gelenklagerhülse 5a besteht mit der Kugel 3 aus einer baulichen Einheit. Das Kugelstellelement 5 kann auch ein üblicher Kugelzapfen oder ein anderes geeignetes Stellglied sein.The ball joint 1 shown in the drawing consists of a ball holder 2, here in the form of an outer ring, and a ball 3, which is mounted in the inner wall 2.1 of the ball holder 2, which is spherically adapted to the outer diameter of the ball, so that it can rotate and pivot in all directions. To reduce sliding friction, a sliding layer 4 is arranged or applied to the inner wall 2.1 or to the ball 3. The sliding layer 4 is preferably made of a plastic with good sliding properties, for example polytetrafluoroethylene (PTFE) or bronze, in particular sintered bronze. The ball 3 is provided with a ball adjusting element 5. In the exemplary embodiment, this is a joint bearing sleeve 5a, which passes through the ball 3, or the joint bearing sleeve 5a consists of a structural unit with the ball 3. The ball adjusting element 5 can also be a conventional ball pin or another suitable actuator.

Zwischen den seitlich herausragenden Abschnitten 5.1 und 5.2 des Kugelstellelements 5 und der Kugelhalterung 2 ist je ein Dichtungsbalg 6 eingesetzt. Er ist mit seinem einen Dichtungsrand 6.1 fest und dicht mit einem abgewinkelten, nach außen abstehenden Randsteg 7.1 eines Halteringes 7 verbunden, welcher in eine Ringnut 2.2 der Kugelhalterung 2 drehfest und dicht eingesetzt, beispielsweise eingepresst ist. Der andereA sealing bellows 6 is inserted between the laterally projecting sections 5.1 and 5.2 of the ball adjusting element 5 and the ball holder 2. It is connected with its one sealing edge 6.1 firmly and tightly to an angled, outwardly projecting edge web 7.1 of a retaining ring 7, which is inserted, for example pressed, in a ring groove 2.2 of the ball holder 2 in a rotationally fixed and tight manner. The other

Dichtungsrand 6.2 des Dichtungsbalges 6 liegt auf der Außenwand 5.3 des zugeordneten Abschnitts 5.1 bzw. 5.2 dicht und gleitfähig auf. Er kann mit einem Spannring 8 gesichert sein. Vorteilhaft ist die Außenwand 5.3 etwas vertieft, so dass der Dichtungsrand 6.2 in einer Ringnut verläuft und dadurch gegen axiale Verschiebung gesichert werden kann.Sealing edge 6.2 of sealing bellows 6 rests tightly and smoothly on the outer wall 5.3 of the associated section 5.1 or 5.2. It can be secured with a clamping ring 8. Advantageously, outer wall 5.3 is slightly recessed so that sealing edge 6.2 runs in an annular groove and can thus be secured against axial displacement.

Erfindungsgemäß ist der Dichtungsbalg 6 an wenigstens einer Stelle im Querschnitt derart verstärkt, dass der Dichtungsbalg 6 durch die Verstärkung 9 eine Rückstellkraft auf den Abschnitt 5.1 bzw. 5.2 ausüben und diesen in eine vorbestimmte Lage einstellen kann. Diese Lage ist in der Regel die Nullage, in welcher die Zentralachse &khgr; senkrecht zu der Hochachse y und der Querachse &zgr; verläuft.According to the invention, the sealing bellows 6 is reinforced at least at one point in the cross-section such that the sealing bellows 6 can exert a restoring force on the section 5.1 or 5.2 through the reinforcement 9 and can adjust it to a predetermined position. This position is usually the zero position in which the central axis x runs perpendicular to the vertical axis y and the transverse axis ζ.

Beim Ausführungsbeispiel sind zwei einander diametral gegenüber liegende Verstärkungen 9 vorgesehen. Diese Verstärkungen 9 stellen bei einer Belastung, welche ein Kippen um die &zgr;-Achse bewirkt, die Kugel 3 mit dem Kugelstellelement 5 nach dem Aufhören der Belastung selbsttätig in die Nullage zurück.In the embodiment, two reinforcements 9 are provided which are diametrically opposed to one another. When a load is applied which causes tilting about the z-axis, these reinforcements 9 automatically return the ball 3 with the ball adjusting element 5 to the zero position after the load has ceased.

Es können auch mehrere Verstärkungen 9 oder mehrere Paare von Verstärkungen 9 gegeneinander winkelversetzt vorgesehen sein. Hierdurch können mehrere Kippachsen definiert werden.Several reinforcements 9 or several pairs of reinforcements 9 can also be provided at an angle to one another. This allows several tilting axes to be defined.

Durch die Gestalt und das Volumen der Verstärkung bzw. Verstärkungen 9 kann die Rückstellkraft in weiten Grenzen bestimmt werden.The shape and volume of the reinforcement or reinforcements 9 can be used to determine the restoring force within wide limits.

Damit die Winkellage der durch die Verstärkung(en) 9 definierten Kippachse(n) bei der Montage mit gelenkig miteinander zu verbindenden Bauteilen zu wenigstens einemIn order to ensure that the angular position of the tilt axis(s) defined by the reinforcement(s) 9 during assembly with components to be connected to one another in an articulated manner is at least

der Bauteile genau eingestellt werden kann, ist am Dichtungsbalg 6 selbst oder an dem drehfest mit ihm verbundenen Kugelgelenkteil, hier der Kugelhalterung 2 bzw. dem Außenring, eine visuelle und/oder mechanische, konstruktive Kennung 10 vorgesehen. Die Verstärkung 9 ist beim Ausführungsbeispiel auch an den Außenseiten der Dichtungsbälge 6 vorhanden und dort mit 9' bezeichnet. Sie dienen daher gleichzeitig als Kennung 10. Die Verstärkungen 9 können, wenn sie als reine Kennung 10 dienen, beispielsweise als schmaler Grat oder Warze ausgebildet sein, so dass sie keinen oder praktisch keinen Einfluß auf das Rückstellmoment ausüben.of the components can be adjusted precisely, a visual and/or mechanical, structural identifier 10 is provided on the sealing bellows 6 itself or on the ball joint part connected to it in a rotationally fixed manner, here the ball holder 2 or the outer ring. In the embodiment, the reinforcement 9 is also present on the outside of the sealing bellows 6 and is designated there with 9'. They therefore also serve as identifier 10. The reinforcements 9 can, if they serve purely as identifiers 10, be designed as a narrow ridge or wart, for example, so that they have no or practically no influence on the restoring moment.

Bevorzugt ist jedoch an dem drehfest mit dem Dichtungsbalg 6 verbundenen Kugelgelenkteil eine mechanische Anordnung getroffen, die ein lagegenaues und verdrehungssicheres Einsetzen des Kugelgelenks 1 an seinem Montageort gewährleistet. Beispielsweise kann dies eine mit der Verstärkung 9 fluchtende oder, wie dargestellt, dazu winkelversetzte, stirnseitig offene Vertiefung oder Nut 11 am Außenumfang 2.3 der Kugelhalterung 2 sein. Am zugehörigen Montageteil ist dann in entsprechender Winkellage eine Erhöhung, beispielsweise ein Steg oder ein niedriger Zapfen vorgesehen, so dass eine Art Nut-/Feder-Verbindung möglich ist. Hierdurch ist nicht nur die Winkellage genau definiert, sondern zugleich auch eine Verdrehungssicherung gewährleistet.Preferably, however, a mechanical arrangement is made on the ball joint part that is connected to the sealing bellows 6 in a rotationally fixed manner, which ensures that the ball joint 1 is inserted in its installation location in a precise position and without twisting. For example, this can be a recess or groove 11 on the outer circumference 2.3 of the ball holder 2 that is aligned with the reinforcement 9 or, as shown, at an angle to it and is open at the front. A raised area, for example a web or a low pin, is then provided on the associated installation part at the appropriate angle, so that a type of tongue and groove connection is possible. This not only defines the angle position precisely, but also ensures that it is twist-proof.

Eine gleichzeitig als Verdrehungssicherung dienende Kennung kann auch in anderer Weise ausgeführt sein. Sie muß jedoch immer bezüglich des Dichtungsbalges 6 bzw. dessen Verstärkung 9 unveränderbar angeordnet sein. In einem solchen Fall ist es dann vorteilhaft, auch Maßnahmen zu ergreifen, damit auch der Dichtungsbalg 6 nur in einer bestimmten Winkellage an demAn identification that also serves as a twist lock can also be designed in a different way. However, it must always be arranged in a fixed manner with respect to the sealing bellows 6 or its reinforcement 9. In such a case, it is then advantageous to take measures so that the sealing bellows 6 can only be attached to the

zugehörigen Kugelgelenkteil 2 oder 5 angeordnet werden kann, damit die Verstärkung und die Kennung 10 einander unveränderbar zugeordnet sind.associated ball joint part 2 or 5 so that the reinforcement and the identifier 10 are invariably assigned to one another.

Claims

1. Ball joint, consisting of a ball holder, such as a ball joint housing, a ball mounted in a cavity thereof so as to be pivotable in all directions and rotatable about its central axis, with a ball adjusting element provided on the ball, such as a ball pin, running essentially in the direction of the central axis, and with an elastically springy sealing bellows provided between the ball holder and the ball adjusting element, characterized by the following features:

- the sealing bellows ( 6 ) is arranged in a rotationally fixed manner on one ball joint part ( 2 or 5 ), namely either on the ball holder ( 2 ) or on the ball adjusting element ( 5 ) and is guided or mounted in a sliding manner on the other ball joint part ( 5 or 2 ),

- the sealing bellows ( 6 ) has at least one rib-like or web-like cross-sectional reinforcement ( 9 ; 9 ') which is dimensioned such that when deflected about a preferred tilting axis (z-axis) determined by the cross-sectional reinforcement ( 9 ; 9 '), a restoring moment sufficient to return to the zero position or almost to the zero position can be generated about this preferred tilting axis (z-axis),

- at least one identifier ( 10 ; 11 ; 9' ) identifying the angular position of the preferred tilt axis(es) (z-axis) is provided on the sealing bellows ( 6 ) itself or on the ball joint part (ball holder 2 or ball adjusting element 5 ) connected in a rotationally fixed manner to the sealing bellows (6).

2. Ball joint according to claim 1, characterized in that the identification ( 10 ; 9 ') is provided on the outside of the sealing bellows ( 6 ).

3. Ball joint according to claim 2, characterized in that the identifier ( 10 ; 9 ') is provided in the form of a web, a wart or a depression.

4. Ball joint according to claim 1, characterized in that the sealing bellows ( 6 ) can be fastened to the ball joint part ( 2 or 5 ) connected to it in a rotationally fixed manner by suitable means only in a certain angular position and an associated identifier ( 10 ; 11 ) is provided on this ball joint part ( 2 or 5 ).

5. Ball joint according to claim 1 or 4, characterized in that the identifier ( 10 ; 11 ) is provided on the ball joint part ( 2 or 5 ) connected in a rotationally fixed manner to the sealing bellows ( 6 ) in the form of a recess ( 11 ) or elevation and this can interact with a counterpart provided on a mounting part and can therefore only be connected to it in a rotationally fixed manner in the predetermined angular position.

6. Ball joint according to one of claims 1 to 5, characterized in that several reinforcements ( 9 ; 9 ') are provided in mutually different angular positions and thereby several tilting axes of corresponding angular positions are defined.

7. Ball joint according to claim 6, characterized in that at least one pair of reinforcements ( 9 ; 9 ') is provided diametrically opposite one another.

8. Ball joint according to one of claims 1 to 7, characterized in that the ball adjusting element ( 5 ) projects on both sides of the ball joint ( 1 ) and a sealing bellows ( 6 ) is provided on each side.

9. Ball joint according to one of claims 1 to 8, characterized in that a sliding layer ( 4 ) is provided between the inner wall ( 2.1 ) of the ball holder ( 2 ) and the ball ( 3 ).

10. Ball joint according to claim 9, characterized in that the sliding layer ( 4 ) is provided on the inner wall ( 2.1 ).

11. Ball joint according to claim 9 or 10, characterized in that the sliding layer ( 4 ) consists of plastic, in particular of or based on polytetrafluoroethylene.

12. Ball joint according to claim 9 to 11, characterized in that the sliding layer ( 4 ) consists of bronze, in particular sintered bronze or sintered bronze with embedded polytetrafluoroethylene.