DE102008061511A1 - Kugelgelenkanordnung - Google Patents

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DE102008061511A1
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Markus Dipl.-Ing. Gützlaff
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C11/00Pivots; Pivotal connections
    • F16C11/04Pivotal connections
    • F16C11/06Ball-joints; Other joints having more than one degree of angular freedom, i.e. universal joints
    • F16C11/0604Construction of the male part

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kugelgelenkanordnung mit einem Kraftübertragungskörper (8), welcher in einer Ausnehmung (30) eines tragenden Bauteils, insbesondere eines Gehäuses (10) aufgenommen ist und eine Aufnahmeöffnung (6) umfasst, in welcher ein sich an eine Gelenkkugel (2) anschließender Kugelzapfen (4) aufgenommen ist, wobei der Kraftübertragungskörper (8) einen kalottenförmigen Bereich (14) aufweist. In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist der Kraftübertragungskörper (8) eine sich an den kalottenförmigen Bereich (14) anschließende Verlängerung (20) auf.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kugelgelenkanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
  • Kugelgelenkverbindungen bzw. Kugelgelenkanordnungen werden in der Automobilindustrie zur Darstellung von Gelenken eingesetzt, wobei in vielen Fällen eine große radiale Kraft auf die Gelenkverbindung wirkt. In einer üblichen Bauweise, wie sie beispielsweise in der DE 10 2005 039 402 B3 beschrieben ist, weist die Kugelgelenkanordnung eine Gelenkkugel auf, die an einem Kugelzapfen angebracht ist, wobei der Kugelzapfen wiederum in einer Aufnahmeöffnung einer Buchse (Kraftübertragungskörper) steckt. Der Kraftübertragungskörper wiederum ist in einer Ausnehmung aufgenommen, die sich in einem tragenden Bauteil, beispielsweise einem Gehäuse, befindet.
  • Zur Übertragung besonders hoher radialer Kräfte sieht man üblicher Weise besonders große Kraftübertragungskörper oder Stahlinlays vor, die in das Gehäuses eingepresst sind. Erstere Maßnahme hat zum Nachteil, dass zu viel Bauraum benötigt wird, letztere Maßnahme ist relativ aufwändig, wobei bei längerem Betrieb der Kraftübertragungskörper und die Inlays aufgrund von Reibung aneinander verschleißen können, wodurch die Kraftübertragung in unerwünschtem Maß herabgesetzt wird.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kugelgelenkanordnung bereit zu stellen, die hohe Kräfte aufnehmen kann und dabei nur einen geringen Bauraum benötigt, und ferner technisch einfach herstellbar ist.
  • Die Lösung der Aufgabe besteht in einer Kugelgelenkanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die erfindungsgemäße Kugelgelenkanordnung umfasst einen Kraftübertragungskörper, welcher einen kalottenförmigen Bereich aufweist. Durch diesen kalottenförmigen Bereich können hohe Kräfte unabhängig von ihrer Wirkrichtung aufgenommen werden. Dabei ergibt sich aufgrund der Kalottenform eine besonders günstige lastverteilende Abstützung des Kraftübertragungskörpers an dem tragenden Bauteil, insbesondere dem Gehäuse. Unter Kugelkalotte bzw. Kalottenform wird dabei ein Teil einer Kugel verstanden, der entsteht, wenn die Kugel von einer Ebene geschnitten wird. Dieser Kugelschnitt umfasst eine Schnittfläche und eine Kugelkalotte. Diese Diktion entspricht der mathematischen Beschreibung, in der Technik wir als Kugelkalotte häufig ein Kugelschnitt bzw. ein Kugelstumpf bezeichnet, die entsprechend eine oder zwei Schnittflächen aufweisen. Meistens weise diese technischen Kugelkalotten eine Öffnung bzw. Bohrung senkrecht zur Schnittfläche auf.
  • Der Kraftübertragungskörper weist dabei bevorzugt eine sich an den kalottenförmigen Bereich anschließende Verlängerung auf. Durch die Verlängerung des kalottenförmigen Bereichs bzw. der Kugelkalotte an der der Schnittfläche gegenüber liegenden Seite wird eine Projektionsfläche, die der Kugelzapfen in axiale Richtung beschreibt, erhöht. Durch diese erhöhte Projektionsfläche wird der Kugelzapfen bezüglich einer Durchbiegung biegesteifer. Dies wiederum bewirkt, dass das gesamte Kugelgelenk gleich bleibend oder sogar kleiner dimensioniert werden kann, obwohl die darauf wirkende Kraft ansteigt. Neben den höheren Radialkräften können auch höhere Vorspannkräfte übertragen werden, die auf die Gelenkverbindung wirken.
  • Weist die Verlängerung einen kreisförmigen Außenquerschnitt auf, so ist diese besonders einfach herstellbar.
  • Weist die Verlängerung hingegen einen von der Kreisform abweichenden Außenquerschnitt auf, so kann diese lagegenau und verdrehsicher in der korrespondierend dazu ausgebildeten Ausnehmung positioniert werden.
  • Weist die die Verlängerung an ihrer äußeren Oberfläche eine Riffelung, Rändelung oder dgl. Muster auf, wodurch ein Reibschluss mit dem Tragenden Bauteil, insbesondere dem Gehäuse erzeugbar ist, so ist eine einfache Möglichkeit gegeben, eine Verdrehsicherung zwischen dem Aufnahmekörper und dem tragenden Teil zu schaffen, welche beispielsweise beim Anziehen der Schraubverbindung während der Befestigung des Kugelgelenks entsteht.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die Verlängerung mit Spiel in der Ausnehmung aufgenommen sein, so dass der Kraftübertragungskörper mit Spiel in die Ausnehmung des tragenden Bauteils leicht eingeführt werden kann.
  • Wenn der kalottenförmige Bereich und die Verlängerung des Kraftübertragungskörpers einstückig ausgebildet sind, lässt sich eine besonders einfache Herstellung dieses Bauteils realisieren. Aufgrund der Einstückigkeit tritt keine Reibung auf, so dass das Kugelgelenk verschleißsicher ist. Des Weiteren ist die genannte Herstellung eine sehr einfache Maßnahme, die aber hochpräzise ausgeführt werden kann.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltungsform der Erfindung sowie weitere detaillierte Merkmale sind anhand der folgenden Figur näher erläutert.
  • Dabei zeigt die einzige Figur eine Schnittansicht einer Kugelgelenkanordnung, wobei eine Gelenkkugel mit einem Kugelzapfen in einem Kraftübertragungskörper gelagert ist, welcher seinerseits in einer Ausnehmung eines tragenden Bauteils im Wesentlichen formschlüssig aufgenommen ist.
  • In der vorliegenden Figur ist eine Kugelgelenkanordnung bzw. der Teil einer Kugelgelenkverbindung 12 dargestellt, der eine Gelenkkugel 2 umfasst. An der Gelenkkugel 2 ist einstückig ein Kugelzapfen 4 angebracht, über den die Gelenkkugel 2 an einem Bauteil, in diesem Fall als Gehäuse 10 bezeichnet, angebunden ist. Die Gelenkkugel 2 ist zur Vervollständigung der Kugelgelenkverbindung 12 in einer hier nicht dargestellten Gelenkpfanne gelagert. Diese Gelenkpfanne ist in ähnlicher Weise an ein ebenfalls nicht dargestelltes weiteres Gehäuse angebunden.
  • Hierzu ist der Kugelzapfen 4 im vorliegenden Fall in einem Kraftübertragungskörper 8 formschlüssig gelagert bzw. aufgenommen. Der Kraftübertragungskörper 8 setzt sich hierbei aus zwei Teilabschnitten zusammen. Der eine Teilabschnitt ist ein kalottenförmiger Bereich 14, der eine Schnittfläche 16 aufweist. Auf der der Schnittfläche 16 gegenüberliegenden Seite 22 des kalottenförmigen Bereichs 14 ist eine Verlängerung 20 vorgesehen.
  • Die Verlängerung 20 hat bezüglich einer Öffnungsachse 18 einer Aufnahmeöffnung 6 einen axialen Verlauf und ist von der Aufnahmeöffnung 6 durchsetzt.
  • In der Aufnahmeöffnung 6 ist der Kugelzapfen 4 aufgenommen, und zwar im Wesentlichen form – und kraftschlüssig. Der Kugelzapfen 4 tritt am Ende der Verlängerung 20 aus dem Kraftübertragungskörper 8 wieder aus.
  • Zusammen mit dem Kraftübertragungskörper 8 ist der Kugelzapfen 4 durch eine Ausnehmung 30 im Gehäuse 10 durchgesteckt. Der Kugelzapfen 4 ragt dabei auf der anderen Seite der Ausnehmung 30 aus dem Gehäuse 10 wieder heraus und ist mittels einer Unterlegscheibe 26 und einer Mutter 28 mit dem Gehäuse 10 verschraubt.
  • Dabei weisen sowohl die Aufnahmeöffnung 6 als auch der darin verlaufende Kugelzapfen 4 einen formidentischen Konus auf. Durch das Verschrauben wird der Kugelzapfen 4 in die Aufnahmeöffnung 6 des Kraftübertragungskörpers 8 hineingezogen. Hierdurch entsteht die feste, form – und kraftschlüssige Verbindung des Kugelzapfens 4 mit dem Kraftübertragungskörper 8. Im unteren Bereich weist der Kugelzapfen 4 eine zylindrische Form auf. Hier ist ein Gewinde angebracht, mit dem der Kugelzapfen 4 mit der Mutter 28 verschraubt ist.
  • Es sind auch andere Befestigungsarten des Gelenkzapfens 4 mit dem Gehäuse 10 denkbar, die hier nicht dargestellt sind. Beispielsweise ist es möglich, den Gelenkzapfen 4 in ein im Gehäuse 10 eingebrachtes Gewinde einzuschrauben. Der Gelenkzapfen 4 kann selbstverständlich auch durch einen Sicherungsstift gesichert sein.
  • Als Gehäuse 10 wird hierbei ganz allgemein jedes tragende Bauteil verstanden, an dem ein Teil eines Kugelgelenkes 12 befestigt ist. Es kann sich hierbei um ein Karosserieteil eines Kraftwagens oder um einen Träger eines Kraftwagens handeln.
  • Die Verlängerung 20 kann dabei gegenüber der Ausnehmung 30 des Gehäuses 10 ein gewisses Spiel aufweisen, was ein Einfädeln des Kraftübertragungskörpers 8 erleichtert und somit produktionstechnische Vorteile mit sich bringt. Gleichzeitig kann die Verlängerung 20 an ihrer äußeren Oberfläche 24 eine Riffelung, Rändelung oder dgl. Muster aufweisen, was insbesondere dann, wenn die Verlängerung 20 einen kreisförmigen Quer schnitt aufweist, einen Reibschluss mit dem Gehäuse ermöglicht. Dieser Reibschluss bewirkt eine Verdrehsicherung zwischen dem Kraftübertragungskörpers 8 und dem Gehäuse 10, sobald die Mutter 28 angezogen ist.
  • Es ist jedoch auch zweckmäßig, den Querschnitt der Verlängerung 20 ellipsenförmig auszugestalten. Auch ein sechskantiger Querschnitt, oder ganz allgemein ein – bevorzugt – regelmäßiges Vieleck ist für eine reibschlüssige Verbindung zwischen Verlängerung 20 und Gehäuse 10 zweckmäßig.
  • Die Verlängerung 20 kann an der Kugelkalotte bzw. dem kalottenförmigen Bereich 14 in verschiedener Weise angeformt sein. Zum einen kann der kalottenförmigen Bereich 14 und die Verlängerung 20 einstückig aus einem einteiligen Halbzeug herausgefräst oder gedreht werden. Ebenso ist es möglich, den gesamten Kraftübertragungskörper 8 in der beschriebenen Form als Gussbauteil, beispielsweise als Gusseisenbauteil, darzustellen. Es ist jedoch auch möglich, an der Kugelkalotte bzw. an dem kalottenförmigen Bereich 14 die Verlängerung 20 durch Reibschweißen oder durch eine andere Fügeverbindung anzubringen. Ferner kann die Verlängerung 20 durch verschiedene Spritzmethoden an dem Kugelschnitt bzw. kalottenförmigen Bereich 14 angebracht werden.
  • Wirkt eine radiale Kraft Fr, die mit dem Pfeil 32 in der Figur veranschaulicht ist, auf die Gelenkkugel 2, so treten am Kugelzapfen 4 Biegekräfte auf, die durch den Kraftübertragungskörper 8 aufgenommen werden müssen und in das Gehäuse 10 eingeleitet werden.
  • Verwendet man als Kraftübertragungskörper 8 lediglich einen Körper in Form eines Kugelschnittes bzw. eines kalottenförmigen Bereichs 14, so muss dieser bei sehr hohen Kräften auch sehr groß dimensioniert werden. Durch die beschriebene Verlängerung 20 des Kraftübertragungskörpers 8 wird die projizierte Fläche, die einer Ebene durch die Öffnung 6 im Bereich des Gehäuses 10 entspricht, größer. Durch diese vergrößerte Projektionsfläche erhält der Kugelzapfen 4, der im Kraftübertragungskörper 8 gelagert ist, eine höhere Biegesteifigkeit. Der kalottenförmige Bereich 14 kann durch diese Maßnahme kleiner ausgestaltet werden und benötigt somit weniger Bauraum.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 2005039402 B3 [0002]

Claims (10)

  1. Kugelgelenkanordnung mit einem Kraftübertragungskörper (8), welcher in einer Ausnehmung (30) eines tragenden Bauteils, insbesondere eines Gehäuses (10) aufgenommen ist und eine Aufnahmeöffnung (6) umfasst, in welcher ein sich an eine Gelenkkugel (2) anschließender Kugelzapfen (4) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftübertragungskörper (8) einen kalottenförmigen Bereich (14) aufweist.
  2. Kugelgelenkanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftübertragungskörper (8) eine sich an den kalottenförmigen Bereich (14) anschließende Verlängerung (20) aufweist.
  3. Kugelgelenkanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerung (20) einen kreisförmigen Außenquerschnitt aufweist.
  4. Kugelgelenkanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerung (20) einen von der Kreisform abweichenden Außenquerschnitt aufweist.
  5. Kugelgelenkanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerung (20) einen Außenquerschnitt in Form eines gleichseitigen Vielecks aufweist.
  6. Kugelgelenkanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerung (20) einen elliptischen Querschnitt aufweist.
  7. Kugelgelenkanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerung (20) an ihrer äußeren Oberfläche (24) eine Riffelung, Rändelung oder dgl. Muster aufweist, wodurch ein Reibschluss mit dem Tragenden Bauteil, insbesondere dem Gehäuse (30) erzeugbar ist.
  8. Kugelgelenkanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerung (20) mit Spiel in der Ausnehmung (30) aufgenommen ist.
  9. Kugelgelenkanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelzapfen (4) bereichsweise konisch und anschließend bereichsweise zylindrisch ausgebildet ist.
  10. Kugelgelenkanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der der kalottenförmige Bereich (14) und die Verlängerung (20) des Kraftübertragungskörper (8) einstückig ausgebildet sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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