DE102010010479A1

DE102010010479A1 - Käfig für Kugelgelenk und Kugelgelenk

Info

Publication number: DE102010010479A1
Application number: DE102010010479A
Authority: DE
Inventors: Dr. Szentmihályi Volker; Arne Schmidbauer
Original assignee: Neumayer Tekfor Holding GmbH
Current assignee: Neumayer Tekfor Holding GmbH
Priority date: 2010-03-06
Filing date: 2010-03-06
Publication date: 2011-09-08
Also published as: WO2011110154A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Käfig für ein Kugelgelenk, wobei der Käfig im Wesentlichen ringförmig ausgestaltet ist, wobei der Käfig eine Innenfläche, eine Außenfläche, zwei die Innenfläche und die Außenfläche begrenzende Ränder und mindestens ein Fenster aufweist, und wobei die Innenfläche einen Innenraum des Käfigs umschließt. Die Erfindung beinhaltet, dass mindestens eine Lasche vorgesehen ist, dass die Lasche an einer Seite des mindestens einen Fensters angeordnet ist, und dass zumindest ein Abschnitt der Lasche unter einem vorgebbaren Winkel relativ zur Außenfläche in den Innenraum des Käfigs hineinragt. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein entsprechendes Kugelgelenk.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Käfig für ein Kugelgelenk, wobei der Käfig im Wesentlichen ringförmig ausgestaltet ist, wobei der Käfig eine Innenfläche, eine Außenfläche, zwei die Innenfläche und die Außenfläche begrenzende Ränder und mindestens ein Fenster aufweist, und wobei die Innenfläche einen Innenraum des Käfigs umschließt. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Kugelgelenk.
Kugelgelenke werden beispielsweise im Antriebsstrang von Fahrzeugen verwendet, um das Drehmoment des Motors auf eine Reifenachse zu übertragen. Dabei dienen Kugeln der Kraft- und Momentübertragung zwischen einer Außen- und Innennabe des Gelenks und ein Käfig mit Fenstern hält die Kugeln in einer Ebene, um ein Abwinkeln des Gelenks zu erlauben.
Im Stand der Technik sind unterschiedliche Ausgestaltungen des Käfigs bekannt. Die Offenlegungsschrift DE 1 202 588 offenbart einen federnden Käfig, dessen Fenster jeweils mit einem Schlitz versehen sind. Ein Käfig mit unterschiedlich langen Fenstern ist beschrieben in der Offenlegungsschrift DE 103 04 156 A1 . Ein Käfig mit Fenstern, deren Seiten einen spitzen Verlauf haben, lässt sich der Patentschrift DE 43 29 769 C1 entnehmen. In der Patentschrift DE 28 16 255 ist ein Käfig beschrieben, dessen Außenfläche eine Abdrehung aufweist, die vom Rand des Käfigs bis zu einer Längsseite eines Fensters reicht. Zwischen den Fenstern des Käfigs der Offenlegungsschrift WO 03/046397 A1 befinden sich Montageerweiterungen. In der Offenlegungsschrift DE 102 01 168 A1 findet sich ein Käfig, welcher zwischen mindestens zwei Fenstern eine Nut zur Verminderung des Umfangs des Käfigs aufweist. Ein Käfig, dessen Fenster jeweils zwei Kugeln nebeneinander aufnehmen, nennt die Offenlegungsschrift DE 103 37 918 A1 . Der Käfig der Offenlegungsschrift DE 10 2006 020 711 A1 ist derartig ausgestaltet, dass die seitlichen Ränder der Fenster eine größere Wandstärke als der restliche Käfig aufweisen. Ein Käfig, dessen Fenster verstärkende Nasen aufweisen, wird in der Patentschrift DE 198 31 011 C1 gezeigt.
Die Offenlegungsschrift DE 38 30 579 A1 beschreibt einen Käfig, welcher aus zwei aus einem Blech bestehenden Halbkäfigen gefertigt wird.
Eine Problematik der Käfige des Standes der Technik besteht darin, dass die Kugeln gegen die Berandung der Fenster drücken und dass es durch die hohen Drehmomente und Relativ- bzw. Gleitbewegungen der Kugeln und der dadurch entstehenden hohen Temperaturen zu einer Beschädigung der Käfige insbesondere im Bereich der Fensterauflageflächen kommen kann. Eine Lösung des Standes der Technik besteht darin, die Wandstärken der Fenster zu erhöhen. Dies geschieht gezielt nur im Bereich der Fenster, um das Gewicht der Käfige nicht unnötig zu erhöhen. Das damit verbundene Herstellungsverfahren ist jedoch aufwändig und kostenintensiv. Insbesondere müssen meist spanende Verfahren angewendet werden, welche aufgrund der durchbrochenen Strukturverläufe im Werkstoff die Festigkeit des Käfigs wieder herabsetzen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, einen Käfig vorzuschlagen, welcher eine höhere Stützwirkung für die Kugeln aufweist und welcher kostengünstig zu fertigen ist.
Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass mindestens eine Lasche vorgesehen ist, dass die Lasche an einer Seite des mindestens einen Fensters angeordnet ist, und dass zumindest ein Abschnitt der Lasche unter einem vorgebbaren Winkel relativ zur Außenfläche in den Innenraum des Käfigs hineinragt. Der erfindungsgemäße Käfig ist somit derartig ausgestaltet, dass mindestens ein Fenster an der Seite eine Lasche aufweist, welche in den Innenraum des Käfigs hinreicht, welche quasi in den Innenraum hineingebogen oder -geknickt ist. Für eine Kugel in diesem Käfig ergibt sich somit bei Beugung des Gelenks eine größere Auflagefläche, wodurch auch die wirkenden Kräfte besser auf eine größere Fläche verteilt werden können. Der vorgebbare Winkel beträgt beispielsweise 90 Grad oder liegt zwischen 80 Grad und 100 Grad relativ zur Außenfläche, d. h. die Lasche steht ungefähr senkrecht auf der Außenfläche bzw. auf der Innenfläche, wenn Außen- und Innenfläche parallel zueinander ausgestaltet sind. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird somit nicht ein Abschnitt um die Fenster als massive Materialanhäufung erzeugt, sondern es wird ein Teil des Ringmaterials so umgeformt, so dass zumindest ein Abschnitt dieses Teils in einen anderen Raumbereich des Käfigs hinragt und dort den Zweck einer größeren Auflagelagefläche erfüllt. Somit können also vorteilhafterweise die tragenden Flächenbereiche der Laufbahnflanken möglichst groß ausgebildet werden, weil die Flanken im Innengelenkteil im Bereich zwischen den Laschen radial weiter nach außen hin fortgeführt werden können.
Der Käfig wird beispielsweise durch Massivumformung derartig ausgestaltet, dass das Fenster die mindestens eine Lasche aufweist und dass diese in einem zweiten Schritt umgebogen wird.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Käfigs sieht vor, dass die Lasche an einer Seite des Fensters angeordnet ist, die durch einen die Innenfläche und die Außenfläche begrenzenden Rand gebildet ist. In dieser Ausgestaltung befindet sich die Lasche somit an einem Längsrand des Fensters.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Käfigs beinhaltet, dass der Käfig eine im Wesentlichen konstante Wandstärke aufweist. Indem die Lasche umgebogen wird, ist es möglich, den Käfig mit einer konstanten Wandstärke auszugestalten. Dies reduziert Material- und Fertigungskosten. Durch ein Drehen der Außenfläche des Käfigs kann es in einem nachfolgenden Schritt noch zu einer Materialverdünnung kommen. Der Käfig erhält durch das Drehen, welches in Verbindung mit den anderen Schritten der Herstellung des erfindungsgemäßen Käfigs zu einem beliebigen Zeitpunkt erfolgen kann, beispielsweise außen die Form einer kugeligen, der Führung des Käfigs im Gelenkaußenteil dienenden, ggf. teilweise abgeflachten Außenfläche.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Käfigs beinhaltet, dass der Abschnitt der Lasche zumindest teilweise eine geringere Wandstärke als die Außenfläche aufweist. Für diese Ausgestaltung wird die Lasche beispielsweise beim Umklappen gestreckt und in ihrer Dicke reduziert, indem das Material zu einer Verlängerung der Lasche und somit zu einer Vergrößerung der Auflagefläche der Kugeln im Fenster verwendet wird.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Käfigs sieht vor, dass die Lasche mit einem ersten Abschnitt unter dem vorgebbaren Winkel relativ zur Außenfläche in den Innenraum des Käfigs hineinragt, und dass die Lasche einen zweiten Abschnitt aufweist, welcher zwischen dem ersten Abschnitt und der Seite des Fensters, an welcher die Lasche angeordnet ist, angeordnet ist, und welcher im Wesentlichen in der Ebene, die die Außenfläche bildet, angeordnet ist. In dieser Ausgestaltung ist somit im Fenster zunächst ein Absatz vorgesehen, welcher sich in der Ebene der Außenfläche befindet und an welchen anschließend sich der Abschnitt befindet, der in den Innenraum hineinragt.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Käfigs beinhaltet, dass das Fenster mindestens zwei Laschen aufweist, welche einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Käfigs sieht vor, dass die Außenfläche zumindest teilweise kugelförmig ausgestaltet ist. Die Erzeugung der Kugelform wird in einer Ausgestaltung vorzugsweise nach dem Abknicken der Laschen vorgenommen. Durch eine spanende Erzeugung der Kugelform kann es ggf. auch auftreten, dass die Laschen eine höhere Wandstärke als die anderen Partien des Käfigs aufweisen Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Kugelgelenk mit mindestens einem Käfig nach einer der obigen Ausgestaltungen.
Die Erfindung wird anhand einiger in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
1: eine räumliche Darstellung eines Käfigs in einer ersten Fertigungsphase,
2: eine Draufsicht und eine Vergrößerung a) davon des Käfigs der 1 in einer zweiten Fertigungsphase,
3: eine räumliche Darstellung des Käfigs der 2 nach einer dritten Fertigungsphase in seinem Endzustand,
4: eine Schnittdarstellung einer alternativen Ausgestaltung eines Fensterbereichs eines Käfigs, und
5: ein Kugelgelenk mit einem erfindungsgemäßen Käfig.
In der 1 ist der Käfig 1 dargestellt, nachdem die Fenster 6 mit den Laschen 8 beispielsweise in einem Stanzprozess erzeugt worden sind. Der Käfig 1 ist dabei beispielsweise aus einem Rohr gefertigt worden, so dass die Innenfläche 2 und die Außenfläche 3 zylindrisch sind. Die Ränder 4, 5 bilden insbesondere die Längsseiten der Fenster 6 und verfügen hier jeweils über eine Lasche 8. Die Laschen 8 sind hier alle noch in der Ebene der Außenfläche 3 bzw. der Innenfläche 4 angeordnet. Sie ragen somit insbesondere noch nicht in den Innenraum 7 der Käfigs 1 hinein, sondern umfassen ihn. Die Laschen 8 werden in dieser Ausgestaltung vollständig nach innen in den Innenraum 7 hinein umgefaltet, so dass die Laschen 8 mit den umgefalteten Abschnitten 9 zusammenfallen.
Die in Richtung des Innenraums 7 umgebogenen und durch den Umformprozess gleichzeitig reduzierten Abschnitte 9 bzw. Laschen 8 sind in der 2 und in der Vergrößerung eines Teils in der 2a) zu erkennen. In der Vergrößerung der 2a) wird vor allem ersichtlich, dass die Auflageflächen für die Kugeln hier nicht durch eine reine Materialanhäufung wie im Stand der Technik geschieht, sondern dass geschickt das Material der Käfigwandung in den Innenraum hinein gebracht wird. Dieser Unterschied zur Materialanhäufung wird auch durch den Bogen unterhalb der Lasche 8 sichtbar. Weiterhin ist zu beobachten, dass die Lasche 8 durch das Umfalten in seiner Dicke reduziert wird, indem so der umgefaltete Abschnitt 9 verlängert wird. Dies hat den Vorteil, dass eine ausreichend lange Fläche erzeugt werden kann, ohne dass der Käfig größer dimensioniert werden muss. Der Käfig 100 der 2 ist hier weiterhin innen und außen zylindrisch.
In der 3 ist der Käfig durch einen Dreharbeitsgang außen kugelförmig ausgebildet dargestellt. Durch die damit einhergehende teilweise Verringerung der Wandstärke des Käfigs 100 treten auch die umgefalteten Laschen 8 deutlicher hervor.
In der 4 ist schematisch eine alternative Ausgestaltung der Fenster dargestellt. Die Laschen 8 bestehen hier aus dem Abschnitt 9, der umgefaltet ist, und einem zweiten Abschnitt 10 zwischen dem ersten Abschnitt 9 und dem jeweiligen Rand 4, 5 längs zur Längsseite des Fensters 6. Der zweite Abschnitt 10 ragt hier in das Fenster 6 hinein und reduziert so dessen Fläche.
Die 5 zeigt ein Gelenk mit einem erfindungsgemäßen Käfig 1. Das Gelenkinnenteil 11 (oder Innennabe) und das Gelenkaußenteil 12 (oder Außennabe) verfügen jeweils über Rillen oder Bahnen für die Kugeln 13, welche das Drehmoment zwischen den beiden Bestandteilen 11, 12 des Gelenks übertragen. Die Kugeln 13 werden durch den Käfig 1 in einer Ebene gehalten und verhindern so z. B. ein Verklemmen bei einer Beugebewegung des Gelenks. Zu erkennen ist, wie die Kugeln 13 in den Fenstern des Käfigs 1 liegen und dort insbesondere von den Laschen 8 gehalten werden. Durch diese Laschen 8 reicht insbesondere der Käfig 1 in den Freiraum zwischen den Laufbahnen des Gelenkinnenteils 11 und des Gelenkaußenteils 12 hinein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1202588 A [0003]
DE 10304156 A1 [0003]
DE 4329769 C1 [0003]
DE 2816255 [0003]
WO 03/046397 A1 [0003]
DE 10201168 A1 [0003]
DE 10337918 A1 [0003]
DE 102006020711 A1 [0003]
DE 19831011 C1 [0003]
DE 3830579 A1 [0004]

Claims

Käfig für ein Kugelgelenk, wobei der Käfig im Wesentlichen ringförmig ausgestaltet ist, wobei der Käfig eine Innenfläche, eine Außenfläche, zwei die Innenfläche und die Außenfläche begrenzende Ränder und mindestens ein Fenster aufweist, und wobei die Innenfläche einen Innenraum des Käfigs umschließt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lasche vorgesehen ist, dass die Lasche an einer Seite des mindestens einen Fensters angeordnet ist, und dass zumindest ein Abschnitt der Lasche unter einem vorgebbaren Winkel relativ zur Außenfläche in den Innenraum des Käfigs hineinragt.
Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasche an einer Seite des Fensters angeordnet ist, die durch einen die Innenfläche und die Außenfläche begrenzenden Rand gebildet ist.
Käfig nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig eine im Wesentlichen konstante Wandstärke aufweist.
Käfig nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt der Lasche zumindest teilweise eine geringere Wandstärke als die Außenfläche aufweist.
Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasche mit einem ersten Abschnitt unter dem vorgebbaren Winkel relativ zur Außenfläche in den Innenraum des Käfigs hineinragt, und dass die Lasche einen zweiten Abschnitt aufweist, welcher zwischen dem ersten Abschnitt und der Seite des Fensters, an welchem die Lasche angeordnet ist, angeordnet ist, und welcher im Wesentlichen in der Ebene, die die Außenfläche bildet, angeordnet ist.
Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster mindestens zwei Laschen aufweist, welche einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche zumindest teilweise kugelförmig ausgestaltet ist.
Kugelgelenk mit mindestens einem Käfig nach den Ansprüchen 1 bis 7.