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Die
Erfindung betrifft ein Kugelgelenk für ein Fahrzeug, mit einem Gehäuse, einem
in dem Gehäuse
sitzenden und sich aus diesem herauserstreckenden Kugelzapfen, der
einen Anschlussbereich und eine Gelenkkugel aufweist, die unter
Zwischenschaltung einer Kugelschale in dem Gehäuse bewegbar gelagert ist,
die eine die Gelenkkugel umgebende Wandung aufweist, in der mehrere
sich in axialer Richtung bogenförmig
erstreckende Längsschlitze vorgesehen
sind.
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Derartige
Kugelgelenke sind aus dem Stand der Technik bekannt, wobei die Längsschlitze
in der Kugelschale dazu dienen, die Gelenkkugel unter elastischer
Aufweitung der Kugelschale in diese einzuschnappen. Ohne die Längsschlitze
bestünde
die Gefahr, dass die Kugelschale beim Einschnappen der Gelenkkugel
zerstört
wird, insbesondere bricht, wobei in herkömmlichen Kugelgelenken regelmäßig sechs
Längsschlitze
in der Kugelschale vorgesehen sind. Die Belastbarkeit der Kugelschale
und somit auch die Belastbarkeit des Kugelgelenks nimmt aber mit
zunehmender Anzahl von Längsschlitzen
ab. Ferner kann das Material der Kugelschale unter Belastung und/oder
Temperatureinflüssen
in die Längsschlitze
fließen.
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Um
die Belastbarkeit der Kugelschale zu erhöhen, könnte grundsätzlich die Anzahl der Längsschlitze
verringert werden. Dies ist aber ohne Weiteres nicht möglich, da
bei einer geringeren Anzahl von Längsschlitzen die Gefahr besteht,
dass die zwischen den Längsschlitzen
sitzenden Segmente der Kugelschale beim Einschnappen während der
Montage im Gehäuse
abbrechen.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
die Belastbarkeit des Kugelgelenks zu erhöhen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem
Kugelgelenk nach Anspruch 1 gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gegeben.
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Das
erfindungsgemäße Kugelgelenk
für ein Fahrzeug,
insbesondere Kraftfahrzeug, weist ein Gehäuse und einen in dem Gehäuse sitzenden
und sich aus diesem herauserstreckenden Kugelzapfen auf, der einen
Anschlussbereich und eine Gelenkkugel umfasst, die unter Zwischenschaltung
einer Kugelschale in dem Gehäuse
bewegbar gelagert ist, die eine die Gelenkkugel umgebende Wandung
aufweist, in der mehrere sich in axialer Richtung bogenförmig erstreckende
Längsschlitze
vorgesehen sind, wobei die Wandung ferner mehrere sich bogenförmig quer
zu den Längsschlitzen
erstreckende Querschlitze aufweist.
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Durch
die sich bogenförmig
quer zu den Längsschlitzen
erstreckenden Querschlitze, die insbesondere in Richtung des Umfangs
der Kugelschale verlaufen, wird die Dehnung des Kugelschalenmaterials
bei der Montage verringert. Somit ist es möglich, die Anzahl der Längsschlitze
zu reduzieren, ohne dass zwischen den Längsschlitzen sitzende Segmente
der Kugelschale beim Einführen
der Gelenkkugel in die Kugelschale abbrechen. Durch die Reduzierung
der Längsschlitze,
insbesondere auf vier, auf drei oder auf zwei Längsschlitze, ist die Belastbarkeit der
Kugelschale und somit auch die Belastbarkeit des Kugelgelenks erhöht. Zwar
wird insbesondere die axiale Belastbarkeit des Kugelgelenks gesteigert, so
dass von dem Kugelgelenk bevorzugt ein Axialgelenk gebildet ist,
die Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt, so dass das Kugelgelenk
auch als Radialgelenk oder als Kugelhülsengelenk ausbildbar ist. Die
Begriffe „axial" und „radial" kennzeichnen dabei insbesondere
die Hauptbelastungsrichtungen der Gelenke, wobei die axiale Richtung
bevorzugt mit der Längsrichtung
des Kugelgelenks zusammenfällt
und die radiale Richtung senkrecht zur axialen Richtung verläuft.
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Bevorzugt
durchdringen die Längsschlitze
in radialer Richtung die Wandung und sind zu einer Stirnseite der
Kugelschale hin offen. Ferner können die
Querschlitze in radialer Richtung die Wandung durchdringen. Hierdurch
ist eine relativ große
Elastizität
der zwischen den Längsschlitzen
sitzenden Segmente der Wandung realisierbar, so dass ein Abbrechen
der Segmente beim Einschnappen der Gelenkkugel in die Kugelschale
sicher verhindert werden kann.
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Bevorzugt
sind die Längsschlitze
an ihren der Stirnseite abgewandten Schlitzenden geschlossen. Ferner
können
die Querschlitze jeweils an beiden Schlitzenden geschlossen sein.
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Die
Segmente der Wandung oder Kugelschale sitzen bevorzugt zwischen
den Längsschlitzen
und erstrecken sich insbesondere von den Querschlitzen bis hin zu
der Stirnseite der Kugelschale. Somit können die Segmente elastisch
abgebogen werden, wenn der Kugelzapfen in die Kugelschale eingesetzt
wird. Dabei entspricht die Anzahl der Segmente bevorzugt der Anzahl
der Längsschlitze
oder der Anzahl der Querschlitze, die insbesondere mit der Anzahl
der Längsschlitze übereinstimmt.
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Die
Querschlitze liegen bevorzugt im Abstand zueinander auf einem gemeinsamen
Bogen oder Kreisbogen, der sich rings der Längsachse der Kugelgelenks erstreckt.
Insbesondere weisen die Querschlitze einen Abstand zu der Stirnseite
der Kugelschale auf, die innen mit einer hohlkugelförmigen oder
teilhohlkugelförmigen
Lagerfläche
versehen ist, die im montierten Zustand insbesondere gleitend an der
Gelenkkugel anliegt. Bevorzugt verlaufen die Querschlitze entlang
eines Äquators
der Kugelschale.
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Die
Längsschlitze
können
in die Querschlitze übergehen.
Insbesondere geht jeweils einer der Längsschlitze in einen der Querschlitze über. Dabei können die
Querschlitze die Längsschlitze
schneiden, so dass die Längsschlitze
zusammen mit den Querschlitzen z.B. kreuzförmige oder im Wesentlichen
kreuzförmige
Nutverläufe
bilden. Ferner können
die Längsschlitze
an ihren der Stirnseite abgewandten Enden in die Querschlitze übergehen, welche
dann als Erweiterung der Längsschlitze
am Schlitzfuß in
Umfangsrichtung ausgebildet sind und sich einseitig oder beidseitig
von dem Schlitzfuß in Umfangsrichtung
wegerstrecken. Somit können
die Längsschlitze
zusammen mit den Querschlitzen T-förmige oder im Wesentlichen
T-förmige
oder L-förmige
oder im Wesentlichen L-förmige
Nutverläufe
bilden.
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Alternativ
sind die Querschlitze zwischen den Längsschlitzen oder zwischen
den Bögen
angeordnet, auf welchen die Längsschlitze
liegen. Dabei können
die Querschlitze in axialer Richtung einen größeren Abstand zur Stirnseite
aufweisen als die der Stirnseite abgewandten Enden der Längsschlitze.
Insbesondere sind die Längsschlitze
von den Querschlitzen getrennt. Bevorzugt bilden die Längsschlitze
zusammen mit den Querschlitzen U-förmige oder im Wesentlichen
U-förmige
Anordnungen.
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In
das Kugelgelenk kann ein Schmierstoff eingebracht sein, der ein
Gleiten der Gelenkkugel in der Kugelschale erleichtert. Bevorzugt
sind dabei die Querschlitze mit dem Schmierstoff gefüllt, so
dass die Querschlitze Fetttaschen bilden, die insbesondere am Äquator vorgesehen
sind. Hierdurch ist ein geringes Losbrechmoment realisierbar.
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Die
Kugelschale ist insbesondere einteilig oder einstückig ausgebildet,
wobei die Kugelschale in Längsrichtung
gesehen bevorzugt beidseitig vom Äquator an der Gelenkkugel anliegt.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Kugelgelenk
ist eine höhere
Belastbarkeit bei gleichbleibenden Kosten realisierbar. Insbesondere
ist ein größerer Traganteil
in Zugrichtung möglich.
Die bessere Fettschmierung durch die relativ große Fetttasche oder Fettaschen
am Äquator
führt zudem
zu geringeren Losbrechmomenten. Auch ist bei der Montage des Kugelgelenks
die Schale bereits vor dem Einsetzen des Zapfens in das Gehäuse einlegbar.
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Der
Kugelzapfen und das Gehäuse
bestehen bevorzugt aus Metall insbesondere aus Stahl. Ferner besteht
die Kugelschale bevorzugt aus Kunststoff, insbesondere aus Polyoxymethylen
(POM).
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Die
Erfindung wird anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme
auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
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1:
eine schematische Ansicht eines Kugelgelenks gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung,
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2:
eine schematische Teilansicht einer Kugelschale gemäß einer
zweiten Ausführungsform der
Erfindung,
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3:
eine schematische Teilansicht einer Kugelschale gemäß einer
dritten Ausführungsform der
Erfindung,
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4:
einen Längsschnitt
durch eine Kugelschale gemäß der ersten
Ausführungsform
und
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5:
einen Querschnitt durch die Kugelschale nach 4 entlang
ihres Äquators.
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Aus 1 ist
eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kugelgelenks 1 ersichtlich,
das ein Gehäuse 2,
eine in dem Gehäuse 2 festgelegte
Kugelschale 3 und einen Kugelzapfen 4 aufweist,
der eine Gelenkkugel 5 umfasst und mit dieser in der Kugelschale 3 drehbar
und schwenkbar gelagert ist. Der Kugelzapfen 4 ist mit
einem außerhalb
des Gehäuses 2 angeordneten
Anschlussbereich 6 versehen, der mit der Gelenkkugel 5 fest
verbunden oder einstückig
ausgebildet ist.
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Die
Kugelschale 3 weist einen schematisch dargestellten Äquator 7 auf
und liegt in Richtung der Längsachse 8 beidseitig
vom Äquator 7 an
der Gelenkkugel 5 an. Die Kugelschale 3 ist dabei
einstückig ausgebildet.
In der Wandung 9 der Kugelschale 3 sind rings
der Längsrichtung 8 mehrere
Längsschlitze 10 vorgesehen,
die sich in radialer Richtung durch die Wandung 9 hindurch
erstrecken und zu einer Stirnseite 11 der Kugelschale 3 hin
offen sind.
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Der
Kugelzapfen 4 erstreckt sich durch eine Öffnung 12 des
Gehäuses 2 hindurch,
wobei die Stirnseite 11 der Gehäuseöffnung 12 zugewandt
ist. Die Längsschlitze 10 erstrecken
sich von der Stirnseite 11 bis zum Äquator 7 und gehen
dort jeweils in einen Querschlitz 13 über, der sich in radialer Richtung
durch die Wandung 9 hindurch und in Umfangsrichtung beidseitig
von dem Längsschlitz 10 weg
erstreckt. Der Längsschlitz 10 bildet
somit zusammen mit dem Querschlitz 13 einen im wesentlichen
T-förmigen
Schlitzverlauf.
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Die
Längsschlitze 10 unterteilen
die Wandung in Umfangsrichtung in mehrere Segmente 14, die
sich während
des Einführens
der Gelenkkugel 5 in die Kugelschale 3 elastisch
auseinander bewegen und nach dem Einschnappen an der Gelenkkugel 5 anliegen,
wobei die Kugelschale 3 an der Stirnseite 11 einen
geringeren Durchmesser als die Gelenkkugel 5 aufweist.
Die Kugelschale 3 wird während des Einführens des
Kugelzapfens 4 nicht zerstört, da die Segmente 14 wegen
der Schlitze 10 und 13 in einem ausreichenden
Maß elastisch
auseinander gebogen werden können.
Im eingeschnappten Zustand entspricht der Innendurchmesser der Wandung 9 am Äquator 7 insbesondere
dem Durchmesser eines auf der Gelenkkugel 5 liegenden Großkreises
bzw. Gelenkkugeläquators.
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An
dem Gehäuse 2 ist
ein Anschlussstück 15 vorgesehen,
mittels welchem das Gehäuse 2 an
einem Kraftfahrzeugbauteil 16 befestigt ist. Ferner ist ein
anderes Kraftfahrzeugbauteil 17 an dem Anschlussbereich 6 des
Kugelzapfens 4 befestigt, so dass die beiden Kraftfahrzeugbauteile 16 und 17 unter
Zwischenschaltung des Kugelgelenks 1 miteinander verbunden
sind.
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Gemäß der ersten
Ausführungsform
sind bevorzugt vier Längsschlitze 10 und
vier Querschlitze 13 vorgesehen. Alternativ ist es möglich, lediglich zwei
Längsschlitze
und zwei Querschlitze vorzusehen. Die Längsschlitze 10 und
die Querschlitze 13 sind insbesondere gleichmäßig verteilt
rings der Längsachse 8 in
der Wandung 9 der Kugelschale 3 vorgesehen.
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Das
Gehäuse 2 wird
zur Festlegung der Kugelschale 3 verpresst, wobei das Gehäuse 2 rechts der
Linie 8 vor dem Verpressen und links der Linie 8 nach
dem Verpressen dargestellt ist. Durch das Verpressen wird ein die Öffnung 12 umgebender
Randbereich 18 des Gehäuses 2 in
Richtung der Kugelschale 3 umgebogen. Ferner ist zwischen
der Kugelschale 3 und einem Bodenbereich 19 des
Gehäuses 2 ein
Gummiring 20 angeordnet, der während des Verpressens zusammengedrückt wird
und nach dem Verpressen die Kugelschale 3 in Richtung der Öffnung 12 gegen
das Gehäuse 2 drückt.
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Aus
den 2 und 3 sind schematische Teilansichten
einer Kugelschale gemäß einer
zweiten und einer dritten Ausführungsform
der Erfindung ersichtlich, wobei zu der ersten Ausführungsform
identische oder ähnliche
Merkmale mit denselben Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform
bezeichnet sind. Obwohl die Kugelschalen isoliert dargestellt sind,
können
diese jeweils die Kugelschale 3 gemäß der ersten Ausführungsform
vollständig
ersetzen und in entsprechender Weise zusammen mit dem Kugelzapfen 4 in
dem Gehäuse 2 eingesetzt sein.
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2 zeigt
Längsschlitze 10,
die jeweils von einem Querschlitz 13 geschnitten werden,
so dass sich insgesamt kreuzförmige
Schlitzverkäufe
ergeben, zwischen denen ein Segment 14 sitzt, welches aufgrund
der Schlitze 10 und 13 zum Einsetzen des Kugelzapfens 4 flexibel
abgebogen werden kann. Obwohl 2 nur zwei
kreuzförmige
Schlitzverkäufe zeigt,
sind in der Wandung 9 der Kugelschale 3 bevorzugt
insgesamt vier kreuzförmige
Schlitzverkäufe ausgebildet,
die insbesondere gleichmäßig verteilt rings
der Längsrichtung 8 angeordnet
sind und zwischen sich insgesamt vier gleichartige Segmente 14 einschließen.
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3 zeigt
Längsschlitze 10,
die zusammen mit einem Querschlitz 13 U-förmig angeordnet
sind. Da die Längsschlitze 10 nicht
in den Querschlitz 13 übergehen,
ist zwischen diesem und den Längsschlitzen 10 jeweils
ein Abstand ausgebildet, so dass sich kein zusammenhängender
Schlitzverlauf aus dem Querschlitz 13 und einem der Längsschlitze 10 ergibt.
Zwischen den beiden Längsschlitzen 10 sitzt ein
Segment 14, welches aufgrund der Schlitze 10 und 13 zum
Einsetzen des Kugelzapfens 4 flexibel abgebogen werden
kann. Obwohl 3 nur zwei Längsschlitze 10 und
einen Querschlitz 13 zeigt, sind in der Wandung 9 der
Kugelschale 3 bevorzugt insgesamt vier Längsschlitze
und vier Querschlitze vorgesehen, so dass insgesamt vier U-förmige Schlitzanordnungen
gebildet sind, die insbesondere gleichmäßig verteilt rings der Längsrichtung 8 angeordnet
sind und insgesamt vier gleichartige Segmente 14 definieren.
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4 zeigt
einen Längsschnitt
durch die Kugelschale 3 gemäß der ersten Ausführungsform,
wobei ein Radius 21 einer teilhohlkugelförmigen Lagerfläche 22 der
Kugelschale 3 gestrichelt dargestellt ist. Im montierten
Zustand des Kugelgelenks 1 liegt die Gelenkkugel 5 an
der Lagerfläche 22 an.
Ferner sind aus 4 die Längsschlitze 10 ersichtlich,
die an ihren Schlitzfüßen in die
Querschlitze 13 übergehen. Dabei
erstrecken sich die Längsschlitze 10 wegen der
teilhohlkugelförmigen
Ausbildung der Lagerfläche 22 zumindest
innen in axialer Richtung 8 bogenförmig.
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5 zeigt
einen Querschnitt der Kugelschale 3 nach 4 entlang
des Äquators 7.
Dabei sind die Querschlitze 13 ersichtlich, die sich wegen der
teilhohlkugelförmigen
Ausbildung der Lagerfläche 22 zumindest
innen in Umfangsrichtung bzw. quer zu den Längsschlitzen 10 bogenförmig erstrecken.
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Für alle Ausführungsformen
weist die Kugelschale 3 innen bevorzugt eine hohlkugelförmige oder teilhohlkugelförmige Lagerfläche 22 für die Gelenkkugel 5 auf.
Ferner kann die Außenfläche der
Kugelschale 3 zumindest abschnittsweise kugelförmig oder
teilkugelförmig
ausgebildet sein.
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- 1
- Kugelgelenk
- 2
- Gehäuse
- 3
- Kugelschale
- 4
- Kugelzapfen
- 5
- Gelenkkugel
- 6
- Anschlussbereich
- 7
- Äquator
- 8
- Längsrichtung
- 9
- Wandung
- 10
- Längsschlitz
- 11
- Stirnseite
- 12
- Öffnung
- 13
- Querschlitz
- 14
- Segment
- 15
- Anschlussstück
- 16
- Bauteil
- 17
- Bauteil
- 18
- Randbereich
des Gehäuses
- 19
- Bodenbereich
des Gehäuses
- 20
- Gummiring
- 21
- Radius
- 22
- Lagerfläche