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Die
Erfindung betrifft eine Kugelgelenkanordnung mit den Merkmalen des
Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
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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.
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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.
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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.
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Die
Lösung der Aufgabe besteht in einer Kugelgelenkanordnung
mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere Ausgestaltungsformen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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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.
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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.
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Weist
die Verlängerung einen kreisförmigen Außenquerschnitt
auf, so ist diese besonders einfach herstellbar.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltungsform der Erfindung sowie weitere detaillierte
Merkmale sind anhand der folgenden Figur näher erläutert.
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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.
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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.
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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.
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Die
Verlängerung 20 hat bezüglich einer Öffnungsachse 18 einer
Aufnahmeöffnung 6 einen axialen Verlauf und ist
von der Aufnahmeöffnung 6 durchsetzt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 2005039402
B3 [0002]