EP2176561A2 - Gehäuse für ein kugelgelenk - Google Patents

Gehäuse für ein kugelgelenk

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Publication number
EP2176561A2
EP2176561A2 EP08784401A EP08784401A EP2176561A2 EP 2176561 A2 EP2176561 A2 EP 2176561A2 EP 08784401 A EP08784401 A EP 08784401A EP 08784401 A EP08784401 A EP 08784401A EP 2176561 A2 EP2176561 A2 EP 2176561A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
ball
ball joint
forming section
joint according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08784401A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Schmitz
Frank Schmeink
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP2176561A2 publication Critical patent/EP2176561A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C11/00—Pivots; Pivotal connections
    • F16C11/04—Pivotal connections
    • F16C11/06—Ball-joints; Other joints having more than one degree of angular freedom, i.e. universal joints
    • F16C11/0619—Ball-joints; Other joints having more than one degree of angular freedom, i.e. universal joints the female part comprising a blind socket receiving the male part
    • F16C11/0623—Construction or details of the socket member
    • F16C11/0628—Construction or details of the socket member with linings
    • F16C11/0633—Construction or details of the socket member with linings the linings being made of plastics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C11/00—Pivots; Pivotal connections
    • F16C11/04—Pivotal connections
    • F16C11/06—Ball-joints; Other joints having more than one degree of angular freedom, i.e. universal joints
    • F16C11/0685—Manufacture of ball-joints and parts thereof, e.g. assembly of ball-joints
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T403/00—Joints and connections
    • Y10T403/32—Articulated members
    • Y10T403/32606—Pivoted
    • Y10T403/32631—Universal ball and socket
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T403/32606—Pivoted
    • Y10T403/32631—Universal ball and socket
    • Y10T403/32672—Swiveled ball parts or seat

Definitions

  • the invention relates to a housing for a ball joint according to the preamble of claim 1.
  • the housing has a suitable for the storage of the ball joint of a ball pin interior and an opening for the passage of the adjoining the ball joint pin portion of the ball pin.
  • the housing which is open on both sides, is closed on one side by a cover, a forming section being provided on the upper edge of the housing for fixing the cover.
  • the closure by means of a lid after the ball pin was used together with a ball bearing the bearing ball in the interior of the housing.
  • the journal portion of the ball pin protrudes on the opposite side of the lid from the opening of the housing.
  • a sealing bellows is provided for sealing the inner joint components, wherein an edge region of this sealing bellows bears sealingly against a contact region of the outer circumferential surface of the housing.
  • the side with the opening for the passage of the journal portion of the ball stud on a contact shoulder on which the bearing shell inserted into the interior is supported.
  • a forming section for rotatably and pivotally fixing the ball joint of the ball stud in the interior of the housing is present.
  • the invention has for its object to provide a housing for a ball joint that ensures a permanently reliable seal by a tight fit of the sealing bellows edge on the housing provided for this purpose investment area over the entire life cycle of the ball joint.
  • the invention solves this problem with the features of claim 1. Further embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • a housing for a ball joint with an interior adapted for the bearing of the ball joint of a ball pin, an opening for passing the pin section of the ball pin adjoining the ball joint, a bearing area provided on the outer surface of the housing for sealingly fastening a sealing edge and a forming section for rotating the ball joint. and pivotable fixing of the ball joint of the ball stud in the interior of the housing has been developed according to the invention to the effect that the forming section has a smaller material cross-section compared to the contact area for the sealing bellows.
  • the housing Due to the inventive design of the opening region of the opening for the passage of the journal portion of the ball stud, the housing has a shoulder on its outer circumferential surface, which serves as a contact area for sealing attachment of Dichtungsbalgen.
  • This contact area which is reinforced in its cross-section relative to the forming section, remains unaffected during the deformation of the forming section, so that the constructive design of the contact area can be matched precisely to the dimensions of the sealing bellows edge.
  • a first embodiment of the invention is that between the forming section and the contact area, a transition region is present, the contour of which corresponds to the course of the forming section after its transformation. With this measure it is achieved that between the contact area for fixing the Dichtungsbaldium and the Forming a stepped, but harmonious as possible transition can be created. After completion of the equipped with a housing according to the invention ball joint, the transition region is no longer visible. Rather, it adapts during the deformation of the Umformabiteses exactly its course.
  • the transition region is formed by at least one radius.
  • several, flowing into one another radii should be provided in the transition region.
  • a special embodiment of the housing according to the invention further consists in that the contact area for the sealing bellows edge a circular cylindrical, conical or conical
  • circular cylindrical shape of the investment area is a
  • the design of the investment area as a cone or cone can also be the sealing
  • the forming section before its forming has the geometry of a hollow circular cylinder, a cone or a cone.
  • the forming section preferably has a circular cylindrical shape, which simplifies the transformation of the forming section and also after insertion of the ball joint of the ball stud an optimal system of Forming section allows on the ball joint or on the storage area of the joint ball.
  • the conical or conical shape of the forming section is executable such that it is aligned, for example, a mirror image of the conical or conical running investment area.
  • the outer diameter of the Umformabiteses is smaller than the outer diameter of the contact area for the Dichtungsbaloffice, so that so that the solution according to the invention can be implemented, after the forming a compared to the investment area has lower material cross-section.
  • This reduction can be determined by the contour as with the conical or conical geometries.
  • the forming section can be deformed by means of a cold forming process or a rolling process.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention is that the contact area for the sealing bellows edge in a portion of the housing, through which extends through the center of the ball joint and orthogonal to the longitudinal axis of the undeflected ball pin extending plane, is arranged.
  • the tensile load acting on the sealing bellows by pivoting the ball pin or the torsion stressing the sealing bellows can be compensated by this measure.
  • the sealing bellows in this case has a length which allows it helically, equip it with several folds, so that he said Movements due to its inherent elasticity can compensate and does not detach itself from its investment area.
  • abutment area for the sealing bellows edge is provided approximately at the level of the center of the joint ball, this is advantageous in particular for radial joints.
  • Such radial joints usually have a laterally projecting from the housing shaft, which serves to connect the housing later with corresponding components.
  • This shank which extends radially with respect to the longitudinal axis of the undeflected ball pin, adjoins directly to the contact area for the sealing bellows edge. It has been found that the connection of the shaft in radial joints with lower bending stresses under load is accompanied by the inventive design of the housing. This represents another very important advantage of the embodiment described here.
  • the housing is made entirely by a cold extrusion process or by means of a forging process.
  • all process steps for producing the housing can be advantageously provided in succession, without the need for energy-intensive heating of the material for this purpose.
  • the forging process has the advantage that, although it is designed to be more energy-intensive, it allows the housing to be manufactured with less component tolerance. In the case of hot forged casings, it is even possible to produce the contact area for the sealing bellows edge and / or the forming section during forging, so that no further processing is required here. Likewise, this success can be achieved by a calibration process. In these cases, subsequent subsequent machining is dispensable.
  • At least the contact area for the sealing bellows edge and / or the forming section of the housing produced by a forging process may be a machined post-processed section. Through the machining reworking of individual housing sections, the thus manufactured housing with low tolerances and manufacture less material. In addition, housings produced by a forging process have a high component strength and, due to the material properties, allow a good deformability.
  • FIG. 1 shows a detail of the head region of a housing for a ball joint in FIG.
  • Partial section and Figure 2 fragmentary and in section a ball joint with a housing according to the invention.
  • the housing shown in FIG. 1 and designated as a whole by 6 has a shaft 15 by means of which the housing 6 can be fastened to a corresponding component.
  • an interior 3 is present, the design of which allows the inclusion of the joint ball of a ball stud, as well as a ball bearing this ball bearing shell.
  • the special embodiment of a housing 6 as shown in Figure 1 is designed as a housing 6 open on one side. Accordingly, the housing 6 has an opening 4. Through this opening 4 can be inserted into the housing 6 during assembly of the ball joint, an assembly consisting of the ball stud and mounted on the ball joint of the ball stud bearing shell. In the opening-side region, the housing 6 initially has a contact region 7 for the sealing engagement of a sealing bellows edge.
  • this contact area 7 is designed as a circular-cylindrical contact surface and consequently has a diameter dA.
  • a Forming section 9 which ensures after insertion of the ball joint of the ball stud in the interior 3 of the housing 6 by taking place to the center of the joint forming for the fixation of the ball joint of the ball stud in the interior 3.
  • the deformation of the forming section 9 takes place in such a way that the ball joint within the interior 3 remains rotatable and pivotable.
  • the outer diameter of the Umformabiteses 9 is, as is clear from the illustration in Figure 1, smaller than the outer diameter dA of the contact area 7, so that in a subsequent, taking place for joint assembly forming the Umformabiteses 9 no influence on the contact area 7 is exercised ,
  • the contact area 7 is structurally designed so that an optimal seal is possible.
  • a transition region 10 is present, which consists of several, flowing into one another merging radii.
  • the transition region 10 has a contour which corresponds to the course of the forming section 9 after its deformation.
  • a ball joint comprising a housing 6 according to the present invention.
  • the housing 6 has, as already explained in connection with Figure 1, via a radially projecting shaft 15.
  • a bearing shell 13 is inserted, with its outer circumferential surface in wide areas directly on the inner surface of the interior. 3 is applied.
  • the existing plastic and limited elastic properties bearing shell 13 in turn takes with its inner circumferential surface, which is spherical in the present case, the ball joint 1 of a ball stud 2.
  • the ball stud 2 is shown in a non-deflected position. Below the ball joint 1 of the ball pin 2 is in a pin portion 5 via.
  • a sealing bellows 14 This has a first sealing bellows edge 8, which rests against the outer circumferential surface of the housing 6, and a sealing bellows rim 16 which is present opposite thereto comes directly to the journal portion 5 of the ball pin 2 to the plant.
  • the sealing bellows edge 8 lies sealingly against the contact region 7 of the housing 6.
  • the forming section 9 for fixing the joint ball 1 and the bearing shell 13 in the housing 6 has been formed of the ball joint in the direction of the center of the joint deformed.
  • the sealing bellows edge 8 is located in a plane 12 that is orthogonal to the longitudinal axis 11 of the undeflected ball pin 2 and further through the center M of the ball joint 1.
  • the sealing bellows edge 8 is arranged approximately at the center of the joint, which has the significant advantage that it can optimally compensate for the loads generated by the movement of the ball pin 2 within the housing 6.

Landscapes

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Abstract

Es wird ein Gehäuse für ein Kugelgelenk vorgestellt, das einen für die Lagerung der Gelenkkugel (1) eines Kugelzapfens (2) angepassten Innenraum (3), eine Öffnung (4) zur Durchführung des sich an die Gelenkkugel (1) anschließenden Zapfenabschnittes (5) des Kugelzapfens (2), einen an der Außenmantelfläche des Gehäuses (6) vorhandenen Anlagebereich (7) zur dichtenden Befestigung eines Dichtungsbalgrandes (8) und einen Umformabschnitt (9) zur dreh- und schwenkbeweglichen Fixierung der Gelenkkugel (1) des Kugelzapfens (2) in dem Innenraum (3) des Gehäuses (6) aufweist. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Umformabschnitt (9) über einen im Vergleich zu dem Anlagebereich (7) für den Dichtungsbalgrand (8) geringeren Materialquerschnitt verfügt.

Description

Gehäuse für ein Kugelgelenk
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein Kugelgelenk nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus der DE 195 36 035 Al 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 Al 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. 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.
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. Die Erfindung löst diese Aufgabenstellung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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.
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.
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.
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.
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 weiter 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.
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.
Der konische oder kegelförmige Verlauf des Umformabschnittes ist derart ausführbar, dass er beispielsweise spiegelbildlich zu dem konisch oder kegelig ausgeführten Anlagebereich ausgerichtet ist.
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.
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.
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. 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 wendeiförmig, mit mehreren Falten auszustatten, so dass er die genannten Bewegungen aufgrund der ihm inhärenten Eigenelastizität kompensieren kann und sich nicht von seinem Anlagebereich ablöst.
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.
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.
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.
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.
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. Es zeigen: Figur 1: ausschnittsweise den Kopfbereich eines Gehäuses für ein Kugelgelenk im
Teilschnitt und Figur 2: ausschnittsweise und im Schnitt ein Kugelgelenk mit einem erfindungsgemäßen Gehäuse.
Das in der Figur 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 Figur 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 Figur 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.
In der Figur 2 ist ein Kugelgelenk dargestellt, das ein Gehäuse 6 nach der vorliegenden Erfindung aufweist. Das Gehäuse 6 verfügt, wie bereits im Zusammenhang mit der Figur 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 Figur 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 Figur 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 Figur 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.
Bezugszeichenliste
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

Claims

Gehäuse für ein KugelgelenkPatentansprüche
1. Gehäuse für ein Kugelgelenk mit:
- einem für die Lagerung der Gelenkkugel (l) eines Kugelzapfens (2) angepassten Innenraum (3),
- einer Öffnung (4) zur Durchführung des sich an die Gelenkkugel (l) anschließenden Zapfenabschnittes (5) des Kugelzapfens (2),
- einem an der Außenmantelfläche des Gehäuses (6) vorhandenen Anlagebereich (7) zur dichtenden Befestigung eines Dichtungsbalgrandes (8) und
- einem Umformabschnitt (9) zur dreh- und schwenkbeweglichen Fixierung der Gelenkkugel (l) des Kugelzapfens (2) in dem Innenraum (3) des Gehäuses (6), dadurch gekennzeichnet, dass der Umformabschnitt (9) einen im Vergleich zu dem Anlagebereich (7) für den Dichtungsbalgrand (8) geringeren Materialquerschnitt aufweist.
2. Gehäuse für ein Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Umformabschnitt (9) und dem Anlagebereich (7) ein Übergangsbereich (10) vorhanden ist, dessen Kontur dem Verlauf des Umformabschnittes (9) nach dessen Umformung entspricht.
3. Gehäuse für ein Kugelgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich (10) durch wenigstens einen Radius gebildet ist.
4. Gehäuse für ein Kugelgelenk nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich (10) durch mehrere, fließend ineinander übergehende Radien gebildet ist.
5. Gehäuse für ein Kugelgelenk nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
Anlagebereich (7) für den Dichtungsbalgrand (8) eine kreiszylindrische, kegelige oder konische Form aufweist.
6. Gehäuse für ein Kugelgelenk nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformabschnitt (9) vor seiner Umformung die Geometrie eines hohlen Kreiszylinders, eines Kegels oder eines Konus aufweist.
7. Gehäuse für ein Kugelgelenk nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Umformabschnittes (9) kleiner als der Außendurchmesser des Anlagebereiches (7) für den Dichtungsbalgrand (8) ist.
8. Gehäuse für ein Kugelgelenk nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformabschnitt (9) mittels eines Kaltumformprozesses oder eines Rollprozesses umformbar ist.
9. Gehäuse für ein Kugelgelenk nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformabschnitt (9) unter partieller Erwärmung umformbar ist.
10. Gehäuse für ein Kugelgelenk nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlagebereich (7) für den Dichtungsbalgrand (8) in einem Abschnitt des Gehäuses (6), durch den sich eine durch den Mittelpunkt (M) der Gelenkkugel (l) und orthogonal zur Längsachse (11) des nicht ausgelenkten Kugelzapfens (2) verlaufende Ebene (12) erstreckt, angeordnet ist.
11. Gehäuse für ein Kugelgelenk nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) insgesamt durch ein Kaltfließpressverfahren oder mittels eines Schmiedeprozesses hergestellt ist.
12. Gehäuse für ein Kugelgelenk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Anlagebereich (7) für den Dichtungsbalgrand (8) und/oder der Umformabschnitt (9) des durch einen Schmiedeprozess hergestellten Gehäuses (6) ein spanend nachbearbeiteter Abschnitt ist, beziehungsweise spanend nachbearbeitete Abschnitte sind.
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