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Technisches Umfeld
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Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk, vorzugsweise zum Einsatz in der KFZ-Technik, bestehend aus einem Gelenkgehäuse und einem aus einem Schaftteil und einem Kugelteil bestehenden, im Gelenkgehäuse aufgenommenen Gelenkzapfen, wobei der Schaftteil aus einer Lenkgehäuseöffnung nach außen vorsteht.
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Stand der Technik
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Kugelgelenke mit den gattungsgemäß oben genannten Merkmalen sind in der Technik in unterschiedlichster Ausgestaltung bekannt. Sie dienen allgemein dazu, eine Relativbewegung zwischen zwei miteinander verbundenen Bauteilen zu ermöglichen, wobei ein Bauteil am Gelenkgehäuse und das weitere Bauteil am Gelenkzapfen festgelegt ist. Die Relativbewegung kann sowohl aus einer Kippbewegung als auch einer Drehbewegung der Bauteile zueinander bestehen. Die Kippbewegung ist dabei in ihrer Ausdehnung durch die Größe der Gelenkgehäuseöffnung insofern begrenzt, als dass der Gelenkzapfen mit seinem zwischen Kugelteil und Schaftteil vorhandenen Übergangsbereich bei Maximalausschlag an einem Wandbereich der Gelenkgehäuseöffnung zur Anlage kommt. Der auch als Halsbereich bezeichnete Übergangsbereich des Gelenkzapfens ist dabei ebenso wie der Randbereich der Gelenkgehäuseöffnung üblicherweise kegelförmig ausgebildet. Bei idealer, d. h. mit exakter Maßgenauigkeit ausgeführten Kegelausführungen, würde bei Maximalausschlag des Gelenkzapfens eine flächenförmige Anlage von letzterem an den Randbereich der Gelenkgehäuseöffnung zustande kommen. Da jedoch sowohl die Ausgestaltung des Gelenkzapfens als auch die des Gelenkgehäuses in allen ihren Maßbereichen toleranzbehaftet ist, kommt es bei einer maximalen Auswinkelung des Gelenkzapfens bis zum Anschlag in der Praxis zu einer Punktanlage zwischen Gelenkzapfen und Randbereich der Gelenkgehäuseöffnung, wobei der Gelenkzapfen in aller Regel am scharfkantigen Übergangsbereich des Gehäuses zur Anlage kommt. Dieser scharfkantige Kontakt kann Kerben insbesondere am Gelenkzapfen verursachen, die als eine festigungsminimierende Beschädigung des Zapfens angesehen werden muss. Darüber hinaus ist durch den scharfkantigen Kontakt eine Beschädigung sowohl des Gelenkzapfenoberflächenschutzes als auch des Gehäuseoberflächenschutzes möglich.
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Die
DE 201 16 358 U1 zeigt ein Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug welches in einer ein- oder mehrteiligen Lagerschale (
4) dreh- und kippbar innerhalb eines Gelenkgehäuses (
7) aufgenommen ist, wobei die Lagerschale (
4) durch einen Verschlussring (
9) im Gelenkgehäuse (
7) festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Verschlussring (
9) und Gelenkgehäuse (
7) ein metallisches Stauchelement (
18) angeordnet ist, welches im Zusammenbauzustand des Kugelgelenkes eine dichtende Anlagefläche zwischen Gelenkgehause (
7) und Verschlussring (
9) bereitstellt.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die im bestehenden Stand der Technik gegebenen Nachteile eines gattungsgemäßen Kugelgelenkes bei der Berührung zwischen dem Halsbereich des Gelenkzapfens und dem Randbereich der Gelenkgehäuseöffnung zu vermeiden und somit eine festigkeitsminimierende Beschädigung des Zapfens sowie eine Beschädigung des Gelenkzapfenoberflächenschutzes und des Gehäuseoberflächenschutzes zu unterbinden. Gleichzeitig soll die durch die Verbesserung des Kugelgelenkes erzielte erhöhte Lebensdauer auf kostengünstige Art und Weise erzielt werden.
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Lösung der Aufgabe
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird eine Ausbildung mit den Merkmalen nach dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen vorgeschlagen.
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Erfindungswesentlich ist dabei die Merkmalskombination, dass der Gelenkzapfen im Übergangsbereich zwischen Kugelteil und Schaftteil mit einem konkaven Rundungsradius R1 versehen ist, dass der Wandbereich der Gelenkgehäuseöffnung eine dem Rundungsradius R1 angepassten konvexen Rundungsradius R2 aufweist, wobei der Wert des Rundungsradius R1 größer bemessen ist als der Wert des Rundungsradius R2.
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Durch die angepasste Gestaltung des Wandbereiches der Gelenkgehäuseöffnung und dem Übergangs- oder Halsbereich des Gelenkzapfens kann unabhängig von der Lage der Toleranzfelder der in Kontakt tretenden Konturen bei Maximalausschlag des Gelenkzapfens immer eine Anschmiegung der Kontaktflächen zwischen Gelenkgehäuse und Gelenkzapfen erfolgen. Hierdurch ergibt sich im Gegensatz zu Ausführungen nach dem Stand der Technik eine Flächen- oder Linienberührung, durch die Kerbspannungen im Halsbereich des Gelenkzapfens und daraus resultierende Beschädigungen und Brüche vermieden werden. Die Flächen- oder Linienberührung ergibt somit trotz bestehender Toleranzen eine Reduzierung der Flächenpressung, so dass die oben bereits erwähnten unterschiedlichen Beschädigungsarten am Gelenkzapfen als auch am Gelenkgehäuse reduziert bzw. minimiert werden.
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Besondere Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Merkmalskombination des Anspruches 1 aus den in den Unteransprüchen genannten weiteren Merkmalen
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Es hat sich gezeigt, dass durch die Ausgestaltung des Wertes des Rundungsradius R1 dahingehend, dass dieser im Bereich von 5 bis 15% größer ist als der Wert des Rundungsradius R2, einerseits eine optimale Anschmiegung des Halsbereiches des Gelenkzapfens an den Randbereich der Gelenkgehäuseöffnung erzielt werden kann, andererseits die Herstellung der genannten Rundungsradien keine besonderen kostenbedingten Nachteile mit sich bringt.
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Figurenbeschreibung:
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung anhand einer beigefügten Zeichnung näher erläutert. Darüber hinaus wird zur Verdeutlichung des Erfindungsgegenstandes eine Kugelgelenkausgestaltung im Bereich der Öffnung des Kugelgelenkgehäuses, wie sie nach dem Stand der Technik üblich ist, zeichnungsmäßig dargestellt.
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Es zeigt:
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1 ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk in Teilschnittdarstellung mit eingezeichneter Detaildarstellung A,
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2 den vergrößerten Detailbereich A aus 1 im Bereich von Gelenkgehäuseöffnung und Gelenkzapfenhalsbereich in einer Schnittdarstellung und
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3 den vergrößerten Detailbereich A aus 1 im Bereich von Gelenkgehäuseöffnung und Gelenkzapfenhalsbereich bei herkömmlicher nach dem Stand der Technik gegebener Ausgestaltung.
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Das Kugelgelenk nach dem Ausführungsbeispiel besteht aus einem Gelenkgehäuse 1 und einem Gelenkzapfen 2, welcher mit einem an seinem einen Ende ausgebildeten Kugelteil 3 unter Zwischenschaltung einer Gelenkschale 4 in das Gelenkgehäuse 1 eingesetzt ist. Das Gelenkgehäuse 1 ist durch auf der Abbildung nicht näher dargestellte Befestigungsmittel mit einem Bauteil eines Kraftfahrzeuges verbindbar, während ein Schaftteil 5 des Gelenkzapfens 2 in einem Lagerauge 6 eines anderen Kraftfahrzeugteiles befestigt ist. Zu diesem Zweck steht der Schaftteil 5 durch eine Gelenkgehäuseöffnung 8 aus dem Gelenkgehäuse hervor. Durch das Kugelgelenk sind die jeweils mit dem Gelenkgehäuse 1 und dem Gelenkzapfen 2 verbundenen Kraftfahrzeugbauteile relativ zueinander beweglich.
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Um zu vermeiden, dass Verschmutzungen durch den Spaltbereich zwischen Gelenkgehäuseöffnung 8 und einem Übergangsbereich 9 zwischen Schaftteil 5 und Kugelbereich 3 des Gelenkzapfens 2 in das Gelenkgehäuseinnere eindringen, ist zwischen dem Gelenkgehäuse 1 und dem Gelenkzapfen 2 eine Dichtungsmanschette 7 aus einem elastischen Werkstoff vorgesehen, die mit ihrem einen Ende am Gehäuse 1 und mit dem anderen Ende am Gelenkzapfen 2 befestigt ist. Der Gelenkzapfen 2 kann auf Grund der Aufnahme in der aus Kunststoff gefertigten Gelenkschale 4 durch die sphärische Gestaltung des Kugelteiles 3 gegenüber dem Gelenkgehäuse 1 sowohl eine Drehbewegung als auch eine Kippbewegung ausführen, so dass die durch das Kugelgelenk miteinander verbundenen Bauteile durch die entsprechenden Freiheitsgrade zueinander beweglich sind. Die Kippbewegung des Gelenkzapfens 2 wird dabei winkelmäßig durch die Anlage des Übergangsbereiches 9 des Gelenkzapfens 2 an den Wandbereich 10 der Gelenkgehäuseöffnung 8 begrenzt.
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Sowohl der Übergangsbereich 8 als auch der Wandbereich 9 sind bei herkömmlichen aus dem Stand der Technik bekannten Kugelgelenken kegelförmig mit aufeinander abgestimmten Maßen ausgestaltet. Eine Darstellung ist entsprechend dem Detail A aus 1 in den 3A und 3B für ein herkömmliches Kugelgelenk dargestellt. Da die kegelförmige Ausgestaltung der miteinander in Berührung kommenden Bereiche immer toleranzbehaftet ist, ergeben sich entsprechend 3A die strichpunktiert umrandeten und schraffiert eingezeichneten Toleranzbereiche T1 und T2. Entsprechend 3B ergibt sich aus den unterschiedlichen nicht parallelen Kegelflächen in aller Regel eine scharfkantige Anlage des Wandbereiches 10 zum Übergangsbereich 9 des Gelenkzapfens 2. Somit tritt im Bereich des Kontaktpunktes KP eine punktförmige Anlage auf, die unter entsprechender Krafteinwirkung zu schwerwiegenden Beschädigungen am empfindlichen Halsbereich des Gelenkzapfens 2 führen kann. Darüber hinaus wird naturgemäß der Oberflächenschutz von Gelenkgehäuse 1 und Gelenkzapfen 2 in diesem Kontaktpunkt KP nachhaltig geschädigt. Die Beschädigungen beeinträchtigen durch die daraus resultierende Kerbwirkung die Lebensdauer der Kugelgelenke mit einer Gestaltung gemäß dem Stand der Technik nachhaltig.
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Zur Verbesserung der in der 3 dargestellten Problematik sieht die erfindungsgemäße Lösung vor, sowohl den Übergangsbereich 9 des Gelenkzapfens 2 als auch den Wandbereich 10 der Gelenkgehäuseöffnung 8 neuartig zu gestalten.
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Diese Gestaltung sieht vor, dass der Übergangsbereich 9 zwischen Schaftteil 5 und Kugelbereich 3 des Gelenkzapfens mit einem konkaven Rundungsradius R1 versehen ist. Der Wandbereich 10 der Gelenkgehäuseöffnung 8 wird darüber hinaus mit einem konvexen Rundungsradius R2 versehen. Der Rundungsradius R1 ist dabei größer bemessen als der Wert des Rundungsradius R2.
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Aus der Darstellung der 2 wird deutlich, dass durch die Neugestaltung von Übergangsbereich 8 und Wandbereich 10 eine Anschmiegung der miteinander bei Maximalausschlag des Gelenkzapfens 2 in Kontakt tretenden Bereiche von Gelenkzapfen 2 und Gelenkgehäuse 1 stattfinden kann, so dass die oben geschilderten Nachteile einer Kerbwirkung am Gelenkzapfen sowie einer Beschädigung der Oberflächen von Gelenkgehäuse 1 und Gelenkzapfen 2 minimiert oder sogar ausgeschlossen wird, auch wenn der Übergangsbereich 8 und der Wandbereich 10 toleranzbehaftet sind.
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Es hat sich ergeben, dass eine optimale Abstimmung der Werte von R1 und R2 vorsieht, den Wert des Rundungsradius R1 im Bereich von 5% bis 15% größer zu bemessen als denjenigen Wert des Rundungsradius R2.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gelenkgehäuse
- 2
- Gelenkzapfen
- 3
- Kugelteil
- 4
- Gelenkschale
- 5
- Schaftteil
- 6
- Lagerauge
- 7
- Dichtungsmanschette
- 8
- Gelenkgehäuseöffnung
- 9
- Übergangsbereich
- 10
- Wandbereich
