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Die Erfindung betrifft ein Kugelhülsengelenk für ein Kraftfahrzeug, mit einem Gehäuse, einer einen balligen Lagerbereich umfassenden Kugelhülse, die mit dem Lagerbereich bewegbar in dem Gehäuse gelagert ist, sich in einer axialen Richtung beidseitig aus diesem heraus erstreckt und mit einer in der axialen Richtung verlaufenden, durchgehenden Montageöffnung versehen ist, und wenigstens einem in die Montageöffnung eingebrachten und mit einem Außengewinde versehenen Befestigungsmittel, mittels welchem die Kugelhülse an einem Kraftfahrzeugbauteil befestigt ist.
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Die gattungsfremde
DE 101 56 548 A1 beschreibt ein Gelenk zur beweglichen Verbindung zweier relativ zueinander beweglicher Bauteile eines Kraftfahrzeuges mit einem Gehäuse und einer in dem Gehäuse aufgenommenen Lagerschale zur gleitbeweglichen Lagerung eines Lagerkörpers, dessen zu der Lagerschaleninnenoberfläche komplementär gekrümmte Lagerfläche zumindest einseitig in einen Zapfenhals übergeht, der einen Anschlussbereich zur Verbindung mit einem Lagerzapfen aufweist. Der Lagerkörper umfasst eine Ausnehmung, die nur bis zu einer definierten Tiefe in den Lagerkörper eingebracht wurde. Diese als Sackloch ausgeführte Ausnehmung verfügt darüber hinaus über ein Innengewinde. In dieses Innengewinde ist ein Anschlusszapfen, an dem ein korrespondierendes Außengewinde vorhanden ist, einschraubbar, bis die Stirnseite des Zapfenhalses des Lagerkörpers an dem Flansch des Lagerzapfens, an welchem der Anschlusszapfen vorhanden ist, zur Anlage kommt.
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Der Lagerkörper ist vergleichsweise schwer. Ferner ist das Einbringen eines Gewindes in das Sackloch aufwändig, da beim Gewindeschneiden komprimierte Luft den Schneidvorgang behindern kann. Auch können beim Schneidvorgang auftretende Späne einen störenden Einfluss ausüben.
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Die
EP 1 329 642 A2 beschreibt eine Vorrichtung mit einem ersten Lenker, der ein fest mit diesem verbundenes erstes Gehäuse aufweist, einem zweiten Lenker, der ein fest mit diesem verbundenes zweites Gehäuse aufweist, einem Achsschenkel, in dem ein Durchgangsloch vorgesehen ist, und einem ein erstes und ein zweites Zapfenteil aufweisenden Zapfen. Das erste Zapfenteil umfasst eine in dem ersten Gehäuse schwenkbar gelagerte Gelenkkugel und einen sich von dieser wegerstreckenden Schaft, wobei das zweite Zapfenteil eine in dem zweiten Gehäuse schwenkbar gelagerte Gelenkkugel aufweist und mit einem Durchgangsloch versehen ist. Der Schaft erstreckt sich durch die Durchgangslöcher hindurch und ist an einem Ende mit einem Gewinde versehen, auf welches eine Mutter aufgeschraubt ist.
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Die
DE 102 22 251 A1 offenbart eine Zweigelenkanordnung zur gelenkigen Verbindung von Führungselementen eines Kraftfahrzeuglenkgestänges mit einem gemeinsamen Anlenkteil, bei dem jedes der beiden Gelenke ein mit jeweils einem Führungselement verbundenes Gelenkgehäuse und eine innerhalb des Gelenkgehäuses aufgenommene Lagerschale, in welcher dreh- und schwenkbar ein mit dem gemeinsamen Anlenkteil fest gekoppeltes Zapfenteil aufgenommen ist, aufweist. Ein Zapfenteil eines Gelenkes weist eine in der Zapfenteilachse verlaufende Durchbrechung auf, durch die das Zapfenteil des weiteren Gelenkes mit einem an diesem befindlichen Schraubbolzenbereich hindurchgreift, wobei am freien, dem Zapfenteil des weiteren Gelenkes abgewandten Ende des Schraubbolzenbereiches eine Haltemutter angeordnet ist.
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Diese Gelenkanordnungen umfassen Kugelhülsengelenke, deren Kugelhülsen jeweils „einschnittig” mit einem benachbarten Kraftfahrzeugbauteil verbunden sind, wobei als Befestigungsmittel ein durchgehender Bolzen mit einem Gewinde und mindestens einer Mutter verwendet wird.
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Bei Kraftfahrzeugen besteht das Bedürfnis der Gewichtseinsparung, insbesondere um den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Somit besteht aber auch das Bedürfnis, ein Kugelhülsengelenk der eingangs genannten Art möglichst leicht auszubilden. Ferner besteht der Wunsch, den Aufwand für die Montage des Kugelhülsengelenks in das Kraftfahrzeug zu reduzieren.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kugelhülsengelenk der eingangs genannten Art möglichst leicht auszubilden und den Montageaufwand zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Kugelhülsengelenk nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gegeben.
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Das erfindungsgemäße Kugelhülsengelenk für ein Kraftfahrzeug umfasst ein Gehäuse, eine einen balligen Lagerbereich umfassende Kugelhülse, die mit dem Lagerbereich bewegbar, insbesondere drehbar und/oder schwenkbar, in dem Gehäuse gelagert ist, sich in einer axialen Richtung beidseitig aus diesem heraus erstreckt und mit einer in der axialen Richtung verlaufenden, durchgehenden Montageöffnung versehen ist, und wenigstens ein in die Montageöffnung eingebrachtes und mit einem Außengewinde versehenes Befestigungsmittel, mittels welchem die Kugelhülse an einem Kraftfahrzeugbauteil befestigt ist, wobei in der die Montageöffnung begrenzenden Wandung der Kugelhülse wenigstens ein Innengewinde ausgebildet ist, in welches das Befestigungsmittel mit seinem Außengewinde eingeschraubt ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kugelhülsengelenk bildet die Kugelhülse selbst eine Mutter für das Befestigungsmittel, sodass auf eine zusätzliche Mutter verzichtet werden kann. Hierdurch sind der Montageaufwand und das Gewicht reduzierbar. Insbesondere endet das Befestigungsmittel innerhalb der Montageöffnung, sodass es sich nicht durch diese hindurch erstreckt. Das Befestigungsmittel kann somit kürzer ausgebildet werden, sodass auch hierdurch eine Gewichtsreduzierung erzielbar ist. Schließlich ist aufgrund der durchgehenden Montageöffnung gegenüber der
DE 101 56 548 A1 ein Gewichtsvorteil und insbesondere auch eine Materialeinsparung erzielbar.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich das Befestigungsmittel lediglich einseitig aus der Kugelhülse heraus. Somit ist eine einschnittige Verbindung realisierbar. Insbesondere endet das Befestigungsmittel innerhalb der Montageöffnung.
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Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist ein in die Montageöffnung eingebrachtes und mit einem Außengewinde versehenes, zweites Befestigungsmittel vorgesehen, mittels welchem die Kugelhülse an dem Kraftfahrzeugbauteil befestigt ist, wobei in der die Montageöffnung begrenzenden Wandung der Kugelhülse ein zweites Innengewinde ausgebildet ist, in welches das zweite Befestigungsmittel mit seinem Außengewinde eingeschraubt ist. Somit ist eine zweischnittige oder zweischneidige Verbindung möglich. Die Befestigungsmittel erstrecken sich vorzugsweise auf unterschiedlichen Seiten aus der Kugelhülse heraus. Insbesondere enden die Befestigungsmittel innerhalb der Montageöffnung und weisen vorzugsweise einen axialen Abstand zueinander auf. Vorteilhaft bildet eines der Innengewinde ein Rechtsgewinde und das andere Innengewinde ein Linksgewinde. Somit sind eine Verlier- bzw. eine Separationssicherung realisierbar.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist in die Montageöffnung wenigstens ein Sicherungselement eingebracht, mittels welchem die Schraubverbindung zwischen der Kugelhülse und dem Befestigungsmittel gesichert ist. Das Sicherungselement besteht vorzugsweise aus Kunststoff oder Metall. Sind zwei Befestigungsmittel vorgesehen, ist vorzugsweise für jedes der Befestigungsmittel ein derartiges Sicherungselement in die Montageöffnung eingebracht.
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Das oder die Befestigungsmittel sind vorzugsweise jeweils als Bolzen oder Schraubbolzen ausgebildet. Insbesondere umfasst das oder jedes der Befestigungsmittel einen außerhalb der Kugelhülse vorgesehenen Befestigungsabschnitt, der quer zur axialen Richtung größer als der in der Kugelhülse angeordnete Abschnitt des jeweiligen Befestigungsmittels ausgebildet ist. Bevorzugt ist das Kraftfahrzeugbauteil zwischen der Kugelhülse und dem Befestigungsabschnitt angeordnet und wird von dem Befestigungsmittel durchgriffen. Dabei ist der Befestigungsabschnitt quer zur axialen Richtung vorzugsweise größer als der in dem Kraftfahrzeugbauteil angeordnete Abschnitt des Befestigungsmittels ausgebildet. Entsprechendes gilt bevorzugt auch für das zweite Befestigungsmittel, sofern dieses vorhanden ist. Vorteilhaft sind die Befestigungsmittel gleichartig ausgebildet, sodass die Variantenvielfalt der für die Montage des Kugelhülsengelenks in das Kraftfahrzeug erforderlichen Bauteile reduziert werden kann. Alternativ kann eines der Befestigungsmittel als Außengewinde ein Rechtsgewinde und das andere Befestigungsmittel als Außengewinde ein Linksgewinde aufweisen. Der oder die Befestigungsabschnitte bilden bevorzugt jeweils einen Bolzenkopf, der an dem der Kugelhülse abgewandten Ende des jeweiligen Befestigungsmittels vorgesehen ist und quer zur axialen Richtung größer als der restliche Teil des jeweiligen Befestigungsmittels ausgebildet ist.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Montageöffnung im Bereich des Lagerbereichs radial aufgeweitet. Der aufgeweitete Bereich ist als Auslauf für einen Gewindebohrer nutzbar, mittels welchem das Innengewinde in die die Montageöffnung begrenzende Wandung eingeschnitten wird. Vorzugsweise wird die Kugelhülse durch ein Innenhochdruckumformverfahren hergestellt, mittels welchem die radiale Aufweitung der Montageöffnung im Bereich des Lagerbereichs auf einfache Weise zu realisieren ist. Der aufgeweitete Bereich erleichtert das Ausbilden des oder der Innengewinde. Beispielsweise kann der aufgeweitete Bereich Späne aufnehmen, die beim Gewindeschneiden entstehen. Ferner kann beim Gewindeschneiden auftretende komprimierte Luft über den aufgeweiteten Bereich entspannt werden. Somit bietet das Vorsehen des aufgeweiteten Bereichs, insbesondere in Kombination mit der durgehenden Ausbildung der Montageöffnung, einen deutlichen Vorteil gegenüber einem Sackloch gemäß der
DE 101 56 548 A1 . Der aufgeweitete Bereich ist vorzugsweise frei oder im Wesentlichen frei von dem oder den Innengewinden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Kugelhülse zwei axiale Endbereiche auf, zwischen denen der Lagerbereich angeordnet ist. Vorzugsweise geht der Lagerbereich in die Endbereiche über. Die Kugelhülse ist an einem ihrer axialen Endbereiche bevorzugt mit einer Schlüsselfläche versehen, die beispielsweise einen Außenmehrkant, insbesondere einen Außensechskant bildet. Somit kann ein Schlüssel an die Schlüsselfläche angesetzt werden, sodass das Verschrauben des Befestigungsmittels mit der Kugelhülse vereinfacht ist. Bevorzugt ist die Schlüsselfläche an dem dem Befestigungsmittel abgewandten Endbereich vorgesehen. Die Schlüsselfläche kann z. B. durch eine Kugelhülsenmassivumformung, insbesondere durch Schmieden hergestellt werden.
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Die Kugelhülse ist vorzugsweise unter Zwischenschaltung einer Kugelschale in dem Gehäuse gelagert. Die Kugelschale besteht insbesondere aus Kunststoff.
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Die Kugelhülse besteht insbesondere aus Metall, vorzugsweise aus Stahl. Bevorzugt wird als Kugelhülsenwerkstoff Stahl mit der Festigkeitsklasse 10 eingesetzt. Beispielsweise besteht die Kugelhülse aus Stahl mit den Festigkeitswerten Rp0,2min = 865 MPa und Rm_min. = 960 MPa. Ferner besteht das Gehäuse insbesondere aus Metall, vorzugsweise aus Stahl.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Gehäuse an einem zweiten Kraftfahrzeugbauteil befestigt, sodass die beiden Kraftfahrzeugbauteile mittels des Kugelhülsengelenks bewegbar, insbesondere gelenkig miteinander verbunden sind. Bevorzugt ist das Gehäuse in eine Ausnehmung des zweiten Kraftfahrzeugbauteils eingepresst.
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Gemäß der Erfindung wird die Funktion einer Mutter in die Kugelhülse integriert. Das heißt, dass das Muttergewinde (Innengewinde) ein Bestandteil der Kugelhülsenbohrung ist. Die bevorzugt vorgesehene Schlüsselfläche, insbesondere der Sechskant, kann sowohl als Außen- als auch als Innenkontur einstückig mit der Kugelhülse ausgeführt sein. Vorzugsweise wird die Schlüsselfläche durch eine vorgeschaltete Kugelhülsenmassivumformung hergestellt. Ferner kann in die Kugelhülse ein Sicherungselement aus Metall oder Kunststoff eingebracht werden, welches als Verschraubungssicherung dient. Ebenfalls ist eine zweischneidige Verbindung möglich. Die mögliche Kombination eines Links- und Rechtsgewindes in der Hülse stellt dabei eine Verlier- bzw. eine Separationssicherung dar. Die Kugelhülse wird vorzugsweise unter Anwendung eines Massivumformprozesses hergestellt. Ein bevorzugt in der Kugelmitte vorgesehener, aufgeweiteter Bereich stellt ferner einen hervorragenden Auslauf für einen Gewindebohrer dar.
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Da erfindungsgemäß die Mutterfunktion mit in die Kugelhülse integriert ist, ist die Teilevielfalt beim Kunden reduzierbar und eine höhere Wertschöpfung beim Kugelhülsenlieferant erzielbar. Insbesondere ergibt sich ein Gewichtsvorteil, da das Befestigungsmittel bevorzugt in der Montageöffnung endet und somit kürzer als herkömmlich ausfallen kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Schnittansicht eines Kugelhülsengelenks gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung im unmontierten Zustand,
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2 eine schematische Schnittansicht des Kugelhülsengelenks gemäß der ersten Ausführungsform im montierten Zustand,
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3 eine perspektivische und teilweise aufgebrochene Darstellung des Kugelhülsengelenks gemäß der ersten Ausführungsform,
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4 eine schematische Schnittansicht eines Kugelhülsengelenks gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung im unmontierten Zustand,
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5 eine schematische Schnittansicht des Kugelhülsengelenks gemäß der zweiten Ausführungsform im montierten Zustand,
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6 eine perspektivische und teilweise aufgebrochene Darstellung des Kugelhülsengelenks gemäß der zweiten Ausführungsform,
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Aus den 1 bis 3 sind unterschiedliche Ansichten eines Kugelhülsengelenk 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, wobei eine Kugelhülse 2 zwei Endbereiche 3 und 4 sowie einen Lagerbereich 5 umfasst, der zwischen den beiden Endbereichen 3 und 4 angeordnet ist. Die Kugelhülse 2 ist mit einer in einer axialen Richtung 6 verlaufenden, durchgehenden Montageöffnung 7 versehen, die sich durch die Endbereiche 3 und 4 sowie durch den Lagerbereich 5 hindurch erstreckt. Ferner ist die Längsmittelachse der Kugelhülse mit dem Bezugszeichen 27 gekennzeichnet. Der Lagerbereich 5 ist ballig ausgebildet, wobei die Kugelhülse 2 unter Anwendung eines Innenhochdruckumformverfahrens hergestellt ist, sodass die Montageöffnung 7 im Bereich des Lagerbereichs 5 radial aufgeweitet ist. Die radiale Richtung verläuft dabei quer zur axialen Richtung 6. Ferner ist die radiale Aufweitung der Montageöffnung 7 mit dem Bezugszeichen 8 gekennzeichnet.
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Die Kugelhülse 2 ist mit ihrem Lagerbereich 5 in einer Kugelschale 9 drehbar und schwenkbar gelagert, die in einem Gehäuse 10 festgelegt ist. Dabei umringt die Kugelschale 9 die Kugelhülse 2. Ferner umringt das Gehäuse 10 die Kugelschale 9 und somit auch die Kugelhülse 2. Insbesondere sind die Kugelhülse 2, die Kugelschale 9 und das Gehäuse 10 konzentrisch bezüglich der Längsmittelachse 27 angeordnet. Gemäß 2 ist das Gehäuse 10 in eine ringförmige Ausnehmung 11 eines Kraftfahrzeugbauteils 12 eingepresst.
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Die Kugelhülse 2 erstreckt sich in axialer Richtung beidseitig aus dem Gehäuse 10 heraus, wobei die Gehäuseöffnungen 13 und 14, durch welche sich die Kugelhülse 2 hindurch erstreckt, durch Dichtungsbälge 15 und 16 abgedichtet sind. Der Dichtungsbalg 15 erstreckt sich dabei von dem Gehäuse 10 bis zu dem Endbereich 3, und der Dichtungsbalg 16 erstreckt sich von dem Gehäuse 10 bis zu dem Endbereich 4. Die Kugelschale 9 ist durch Sicherungsringe 17 und 18 axial in dem Gehäuse 10 gesichert, wobei die Sicherungsringe 17 und 18 formschlüssig in dem Gehäuse 10 festgelegt sind.
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Im Endbereich 4 ist in die die Montageöffnung 17 begrenzenden Wandung 19 ein Innengewinde 20 eingeschnitten. Ferner sitzt gemäß 2 im Endbereich 4 in der Montageöffnung 7 ein Gewindebolzen 21, der ein Außengewinde 22 aufweist. Der Gewindebolzen 21 ist mittels seines Außengewindes 22 in das Innengewinde 20 eingeschraubt, wobei die Schraubverbindung durch ein Sicherungselement 32 gesichert ist. An seinem der Kugelhülse 2 abgewandten Ende weist der Gewindebolzen 21 einen Bolzenkopf 23 auf, der in radialer Richtung größere Abmessungen als der restliche Bolzen 21 aufweist. Zwischen dem Bolzenkopf 23 und der Kugelhülse 2 ist ein Kraftfahrzeugbauteil 24 mit einem Durchgangsloch 25 angeordnet, welches von dem Bolzen 21 durchgriffen ist. Dabei ist das Kraftfahrzeugbauteil 24 zwischen dem Bolzenkopf 23 und der Kugelhülse 2 festgelegt, sodass das Kraftfahrzeugbauteil 24 fest mit der Kugelhülse 2 verbunden ist. Das Durchgangsloch 25 weist in radialer Richtung geringere Abmessungen als der Bolzenkopf 23 auf, sodass dieser an dem Kraftfahrzeugbauteil 24 abgestützt ist. Ferner weist die Kugelhülse 2 an ihrem dem Gewindebolzen 21 abgewandten Endbereich 3 eine Schlüsselfläche 26 in Form eines Außensechskants auf, was deutlich aus 3 ersichtlich ist.
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Aus den 4 bis 6 sind unterschiedliche Ansichten eines Kugelhülsengelenks 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, wobei zu der ersten Ausführungsform identische oder ähnliche Merkmale mit denselben Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform bezeichnet sind. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist in beiden Endbereichen 3 und 4 der Kugelhülse 2 in die die Montageöffnung 7 begrenzende Wandung 19 jeweils ein Innengewinde 20, 28 eingeschnitten. Dabei ist gemäß 5 in die Endbereiche 3 und 4 jeweils ein Gewindebolzen 21 bzw. 29 eingeschraubt. Wie der Gewindebolzen 21 ist auch der Gewindebolzen 29 mit einem Außengewinde 33 und einem Bolzenkopf 34 versehen. Der Gewindebolzen 29 ist mittels seines Außengewindes 33 in das Innengewinde 28 eingeschraubt, wobei die Schraubverbindung durch ein Sicherungselement 35 gesichert ist.
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Das Kraftfahrzeugbauteil 24 weist zwei Befestigungsbereiche 30 und 31 auf, wobei der Befestigungsbereich 30 mittels des Gewindebolzens 21 und der Befestigungsbereich 31 mittels des Gewindebolzens 29 an der Kugelhülse 2 festgelegt ist. Die Festlegung des Befestigungsbereichs 30 an der Kugelhülse 2 mittels des Gewindebolzens 21 erfolgt dabei analog zur ersten Ausführungsform. Ferner erfolgt die Festlegung des Befestigungsbereichs 31 an der Kugelhülse 2 mittels des Gewindebolzens 29 in analoger Weise zur Befestigung des Befestigungsbereichs 30, allerdings spiegelverkehrt. Vorzugsweise ist das Innengewinde 20 als Rechtsgewinde und das Innengewinde 28 als Linksgewinde ausgebildet. Zur weiteren Beschreibung der zweiten Ausführungsform wird auf die Beschreibung der ersten Ausführungsform verwiesen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kugelhülsengelenk
- 2
- Kugelhülse
- 3
- Endbereich der Kugelhülse
- 4
- Endbereich der Kugelhülse
- 5
- Lagerbereich der Kugelhülse
- 6
- axiale Richtung
- 7
- Montageöffnung
- 8
- radiale Aufweitung der Montageöffnung
- 9
- Kugelschale
- 10
- Gehäuse
- 11
- ringförmige Ausnehmung
- 12
- Kraftfahrzeugbauteil
- 13
- Gehäuseöffnung
- 14
- Gehäuseöffnung
- 15
- Dichtungsbalg
- 16
- Dichtungsbalg
- 17
- Sicherungsring
- 18
- Sicherungsring
- 19
- Wandung
- 20
- Innengewinde in Montageöffnung
- 21
- Gewindebolzen
- 22
- Außengewinde des Gewindebolzens
- 23
- Bolzenkopf
- 24
- Kraftfahrzeugbauteil
- 25
- Durchgangsloch in Kraftfahrzeugbauteil
- 26
- Schlüsselfläche
- 27
- Längsmittelachse der Kugelhülse
- 28
- Innengewinde in Montageöffnung
- 29
- Gewindebolzen
- 30
- Befestigungsbereich des Kraftfahrzeugbauteils
- 31
- Befestigungsbereich des Kraftfahrzeugbauteils
- 32
- Sicherungselement
- 33
- Außengewinde des Gewindebolzens
- 34
- Bolzenkopf
- 35
- Sicherungselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10156548 A1 [0002, 0011, 0016]
- EP 1329642 A2 [0004]
- DE 10222251 A1 [0005]
