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Die
Erfindung betrifft Kugelgelenke, insbesondere für ein Fahrwerksystem
eines Kraftfahrzeugs, der in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1
und 6 angegebenen Art.
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Derartige
Kugelgelenke sind dabei beispielsweise bereits aus der
DE 196 25 351 C1 als bekannt zu
entnehmen und umfassen einen zumindest abschnittsweise kugelförmig
ausgebildeten Gelenkkörper, welcher mit einem Kugelzapfen
gekoppelt und mittels einer Lagerschale drehbar innerhalb einer Aufnahme
eines einseitig offenen Gehäuses gelagert ist. Zwischen
der Reibpaarung der aus einem elastischen Material gefertigten Lagerschale
und dem Gelenkkörper wirkt hierbei eine relativ hohe Anpresskraft,
um einen zwischen beiden Elementen ausgebildeten Gelenkspalt möglichst
klein zu halten und dadurch eine spielfreie Lagerung der Lagerschale
zu gewährleisten. Derartige Kugelgelenke, welche rein rotatorische
Bewegungen zwischen dem Kugelzapfen und dem Gehäuse ermöglichen,
werden dabei beispielsweise für Aufhängungs- oder
Achslenksysteme von Kraftfahrzeugen verwendet.
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Als
nachteilig an den bekannten Kugelgelenken ist der Umstand anzusehen,
dass durch die hohe Anpresskraft eine entsprechend hohe Grundreibung zwischen
der Lagerschale und dem Gelenkkörper auftritt. Dies führt
zu erhöhtem Verschleiß und einer verkürzten
Lebensdauer des Kugelgelenks, wodurch hohe Garantie- und Kulanzkosten
entstehen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Kugelgelenk der eingangs
genannten Art zu schaffen, welches einen verringerten Verschleiß und
eine erhöhte Lebensdauer besitzt.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kugelgelenk
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kugelgelenk
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung
sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei
vorteilhafte Ausgestaltungen des einen Kugelgelenks als vorteilhafte
Ausgestaltungen des anderen und umgekehrt anzusehen sind.
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Ein
Kugelgelenk, welches einen verringerten Verschleiß und
eine erhöhte Lebensdauer besitzt, ist erfindungsgemäß dadurch
geschaffen, dass das Gehäuse eine Ausnehmung umfasst, in
welche die Lagerschale zumindest abschnittsweise eingesetzt ist. Im
Gegensatz zum Stand der Technik, in welchem die Lagerschale in einen
in das Gehäuse eingeschraubten Einsatzring eingefügt
ist, ermöglicht das direkte Einsetzen der Lagerschale in
die Ausnehmung des Gehäuses, dass die Kräfte beim
Montieren der Lagerschale durch die Wände der Ausnehmung aufgenommen
werden und die erforderliche Anpresskraft zwischen der Lagerschale
und dem Gelenkkörper entsprechend reduziert wird. Durch
die reduzierte Anpresskraft wird gleichzeitig der Gelenkspalt geringfügig
vergrößert, so dass Schmiermittel zwischen die
Lagerschale und den Gelenkkörper eindringen kann. Hierdurch
werden die Schmierverhältnisse verbessert und sowohl die
Haft- als auch die Gleitreibungskräfte vorteilhaft abgesenkt,
wodurch die Verschleißfestigkeit und die Lebensdauer des
Kugelgelenks zusätzlich gesteigert werden. Dies gewährleistet
eine erhebliche Senkung der Garantie- und Kulanzkosten. Beim Einsatz
des erfindungsgemäßen Kugelgelenks in einem Fahrwerk
eines Fahrzeugs ergeben sich weiterhin spürbare Komfortvorteile,
da die Losbrechkräfte beim erstmaligen Bewegen des Kugelgelenks
nach einem längeren Stillstand des Kraftfahrzeugs wesentlich
erniedrigt sind. Durch die verbesserten Reibungs- und Schmierverhältnisse
können zudem Fahrwerke mit entsprechend verbessertem Abrollkomfort,
Anlenkverhalten und Geradeauslauf bereitgestellt werden.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kugelgelenk, welches
dadurch einen verringerten Verschleiß und eine erhöhte
Lebensdauer besitzt, dass die Lagerschale erfindungsgemäß wenigstens einen
ersten und einen zweiten Lagerschalenbereich umfasst und der Gelenkspalt
zwischen dem Gelenkkörper und den Lagerschalenbereichen
jeweils unterschiedlich groß ausgebildet ist. Mit anderen
Worten ist die Lagerschale derart ausgebildet, dass eine variable
Gelenkspaltdicke erzielt wird. Dabei ermöglicht der Lagerschalenbereich
mit dem kleineren Gelenkspalt die Einhaltung der geforderten Gelenkspalt-Toleranzen,
während der Lagerschalenbereich mit dem größeren
Gelenkspalt das Vorhalten bzw. das Eintreten von Schmiermittel erlaubt.
Auf diese Weise sind ebenfalls die Schmierverhältnisse
verbessert und sowohl die Haft- als auch die Gleitreibungskräfte
des Kugelgelenks vorteilhaft abgesenkt, so dass die Verschleißfestigkeit
und die Lebensdauer des Kugelgelenks erheblich gesteigert werden. Durch
die verbesserten Reibungs- und Schmierverhältnisse können
ebenfalls Fahrwerke mit entsprechend verbessertem Abrollkomfort,
Anlenkverhalten und Geradeauslauf bereitgestellt werden. Dabei kann
weiterhin vorgesehen sein, dass das Kugelgelenk zusätzlich
gemäß einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele
ausgebildet ist.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand
der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche
Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
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1 eine
schematische seitliche Schnittansicht eines Kugelgelenks gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel; und
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2 eine
schematische seitliche Schnittansicht eines Kugelgelenks gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt
eine schematische seitliche Schnittansicht eines Kugelgelenks für
ein Fahrwerksystem eines Kraftfahrzeugs gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel. Das Kugelgelenk umfasst dabei
einen kugelförmig ausgebildeten Gelenkkörper 10,
welcher mit einem Kugelzapfen 12 gekoppelt und mittels
einer Lagerschale 14 spielfrei und drehbar innerhalb einer
Aufnahme 16 eines einseitig offenen Gehäuses 18 gelagert
ist. Zwischen der Lagerschale 14 und dem Gelenkkörper 10 ist
hierbei ein Gelenkspalt 20 ausgebildet. Zur Erhöhung
der Lebensdauer des Kugelgelenks umfasst das Gehäuse 18 eine
Ausnehmung 22, in welche die Lagerschale 14 abschnittsweise
eingesetzt ist. Die Ausnehmung 22 umfasst dabei zwei hinterschnittene
Wandbereiche 24a, 24b, mittels welchen eine Translationsbewegung
der Lagerschale 14 verunmöglicht wird. Bedingt durch
die hinterschnittene Geometrie werden zudem die Flächenpressungskräfte
bei der Montage des Kugelgelenks nicht im Gelenkspalt 20,
sondern in den Wandbereichen 24a, 24b der Ausnehmung 22 abgesetzt.
Hierdurch sind die Schmierungsverhältnisse des Kugelgelenks
deutlich verbessert, so dass die Mischreibung, welche durch den
direkten Kontakt zwischen der Lagerschale 14 und dem Gelenkkörper 10 ohne
Schmiermittel 26 entstehen, signifikant reduziert wird.
Durch Schmiermittel 26 im Gelenkspalt 20 wird
zudem die Reibung verringert und damit der Verschleiß der
Lagerschale 14 vorteilhaft gesenkt. Zum Festlegen der Lagerschale 14 in
der Aufnahme 16 ist diese mittels eines Sicherungselements 28 gegenüber
dem Gehäuse 18 festgelegt. Das Sicherungselement 28 ist
dabei vorliegend als Verschlussring ausgeführt und bildet
in der gezeigten Monagestellung den hinterschnittenen Wandbereich 24b der
Ausnehmung 22, wodurch das Einsetzen der Lagerschale 14 in
die Ausnehmung 22 während der Montage des Kugelgelenks
vereinfacht ist. Mit Hilfe einer Manschette 30 wird zudem
eine Abdichtung des Gehäuses 18 sichergestellt.
Das Sicherungselement 28 ist vorliegend durch Umbördeln
des Gehäuses 18 festgelegt. Alternativ kann natürlich
auch vorgesehen sein, dass das Sicherungselement 28 festgeschraubt
wird. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass das Sicherungselement 28 deckelartig
ausgebildet ist, so dass auf die Manschette 30 verzichtet
werden kann. Die Ausnehmung 22 und die Lagerschale 14 sind
sowohl rotations- als auch spiegelsymmetrisch ausgebildet, wodurch
eine gleichmäßige Absetzung der entlang der Kraftübertragungsachse
F auftretenden Betriebskräfte sichergestellt ist. Die Betriebskräfte
sorgen hierbei zusätzlich für die Flächenpressung
zwischen der Lagerschale 14 und dem Gelenkkörper 10.
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2 zeigt
eine schematische seitliche Schnittansicht eines Kugelgelenks für
ein Fahrwerksystem eines Kraftfahrzeugs gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel. Das Kugelgelenk umfasst wiederum
einen kugelförmig ausgebildeten Gelenkkörper 10,
welcher mit einem Kugelzapfen 12 gekoppelt und mittels
einer Lagerschale 14 spielfrei und drehbar innerhalb einer
Aufnahme 16 eines einseitig offenen Gehäuses 18 gelagert
ist. Das Gehäuse 18 umfasst auch in diesem Beispiel
eine vorliegend optionale Ausnehmung 22, in welche die
Lagerschale 14 abschnittsweise eingesetzt ist. Die Ausnehmung 22 umfasst
wie im vorhergehenden Beispiel zwei hinterschnittene Wandbereiche 24a, 24b,
mittels welchen eine Translationsbewegung der Lagerschale 14 verunmöglicht
wird. Zum Festlegen der Lagerschale 14 in der Aufnahme 16 ist
diese wiederum mittels eines Sicherungselements 28 gegenüber
dem Gehäuse 18 festgelegt. Das Sicherungselement 28 ist
dabei ebenfalls als Verschlussring ausgeführt und bildet
in der gezeigten Monagestellung den hinterschnittenen Wandbereich 24b der
Ausnehmung 22. Im Unterschied zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel umfasst
die Lagerschale 14 drei Lagerschalenbereiche 14a–c,
wobei der Gelenkspalt 20a–c zwischen dem Gelenkkörper 10 und
dem jeweiligen Lagerschalenbereich 14a–c unterschiedlich
groß ausgebildet ist. Der erste Lagerschalenbereich 14a ist
dabei in Richtung der Kraftübertragungsachse F des Kugelgelenks
angeordnet und derart ausgebildet, dass der Gelenkspalt 20a zwischen
dem ersten Lagerschalenbereich 14a und dem Gelenkkörper 10 möglichst klein
ist, wodurch der Gelenkkörper 10 spielfrei im Gehäuse 18 gelagert
ist. Der zweite Lagerschalenbereich 14b ist im Bereich
eines Schmiermittelaufnahmeraums 34 des Kugelgelenks angeordnet
und derart ausgebildet, dass der Gelenkspalt 20b zwischen dem
zweiten Lagerschalenbereich 14b und dem Gelenkkörper 10 größer
als der Gelenkspalt 20a zwischen dem ersten Lagerschalenbereich 14a und
dem Gelenkkörper 10 ist. Gleiches gilt für
den dritten Lagerschalenbereich 14c, welcher ebenfalls
derart ausgebildet ist, dass der Gelenkspalt 20c zwischen
dem dritten Lagerschalenbereich 14c und dem Gelenkkörper 10 größer
als der Gelenkspalt 20a zwischen dem ersten Lagerschalenbereich 14a und
dem Gelenkkörper 10 ist. Mit anderen Worten ist
die Lagerschale 14 nur im ersten Lagerschalenbereich 14a korrespondierend
mit der Mantelkontur des Gelenkkörpers 10 ausgebildet.
Der zweite und der dritte Lagerschalenbereich 14b, 14c sind
dabei einander gegenüberliegend auf einer Achse A und rechtwinklig zur
Richtung der Kraftübertragungsachse F des Kugelgelenks
angeordnet. In diesem Bereich außerhalb der Einwirkung
der Betriebskraft des Kugelgelenks kann ein größerer
Gelenkspalt 20b, 20c toleriert werden. Durch den
größeren Gelenkspalt 20b, 20c wird in
diesem Bereich die Reibung eliminiert, wodurch der Verschleiß des
Kugelgelenks verringert und seine Lebensdauer erhöht wird.
Die Reibung wird zudem durch die Anordnung des Lagerschalenbereichs 14b im
Bereich des Schmiermittelaufnahmeraums 34 verbessert, da
hierdurch die Aufnahme von Schmiermittel 26 in den Gelenkspalt 20 verbessert
wird. Zur Ausbildung der Spaltbereiche 14b, 14c kann
die Materialstärke der Lagerschale 14 beispielsweise
entsprechend reduziert werden. Dabei kann ebenfalls vorgesehen sein,
dass im Bereich außerhalb der Einwirkung der Betriebskraft
keine Lagerschale 14 angeordnet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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