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Die Erfindung betrifft eine Lagerschale für ein Kugelgelenk, mit einer einen kugelförmigen Innenraum begrenzenden Wandung, die mit einer einen Zugang zu dem Innenraum bildenden Montageöffnung und mit einem dieser gegenüberliegenden Bodenbereich versehen ist.
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Eine derartige Lagerschale ist aus der
WO 00/26549 A1 bekannt. Hierbei dient die Materialverstärkung zum besseren Verteilen des von einer Seite aus eingespritzten oder eingepressten Gehäusematerials.
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Aus der
DE 2005 034 210 B4 ist ein Verfahren zur Herstellung eines aus einem Gelenkzapfen mit einer an einem Ende ausgebildeten Gelenkkugel, einem die Gelenkkugel aufnehmenden Gelenkgehäuse und einer zwischen der Gelenkkugel und dem Gelenkgehäuse angeordneten, im Wesentlichen sphärischen Gelenkschale bestehenden Kugelgelenks bekannt, wobei die Gelenkschale nicht vollflächig auf der Gelenkkugel aufliegt, und wobei das Gelenkgehäuse in einem Spritz- oder Gussprozess erzeugt wird, bei dem die Gelenkkugel mit der aufgesetzten Gelenkschale mit einem metallischen Material oder einem Kunststoff umgeben wird, und wobei in einem dem Spritz- oder Gussprozess nachgeschalteten Montageprozess ein Dichtsystem mit einem Dichtungsbalg ergänzt wird. Die Gelenkschale wird in mindestens einem Bereich mit einer Ausformung versehen, welche sich gegenüber dem während des Spritz- oder Gussprozesses wirkenden Druck elastisch verhält und sich nach dem Abschluss des Spritz- oder Gießvorgangs gegenüber ihrer ansonsten sphärischen Form nach außen wölbt, sodass die Gelenkschale nach der Erzeugung des Gelenkgehäuses nicht vollflächig auf der Gelenkkugel aufliegt.
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Eine derartige Gelenkschale ist gut für Kugelzapfen geeignet, die eine Vollkugel oder eine Kugel mit relativ kleiner Polfläche aufweisen, deren Durchmesser z.B. 2mm oder weniger beträgt. Bei Einsatz eines Kugelzapfens, dessen Gelenkkugel eine größere Polfläche aufweist, würde der Bodenbereich der Gelenkschale während des Umspritzens aufgrund des Spritzdrucks eingedrückt, sodass das Kugelgelenk unbrauchbar wird.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Eindrücken des Bodenbereichs einer einen Kugelzapfen mit relativ großer Polfläche aufnehmenden Lagerschale vermeiden zu können, während diese mit einem Material umspritzt oder umgossen wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Lagerschale nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gegeben.
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Die erfindungsgemäße Lagerschale für ein Kugelgelenk weist eine einen kugelförmigen Innenraum begrenzende Wandung auf, die mit einer einen Zugang zu dem Innenraum bildenden Montageöffnung und mit einer diesem gegenüberliegenden Bodenbereich versehen ist, der durch eine außerhalb des Innenraums vorgesehene Materialverstärkung versteift ist.
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Im Gegensatz zu der Lehre nach der
DE 2005 034 210 B4 wird bei der erfindungsgemäßen Lagerschale der Bodenbereich nicht elastisch ausgebildet, sondern versteift, sodass dieser selbst dann nicht eingedrückt wird, wenn während eines Umspritzens oder Umgießens der Lagerschale ein Kugelzapfen mit seiner eine Polfläche umfassenden Gelenkkugel derart in den Innenraum eingebracht ist, dass die Polfläche dem Bodenbereich unmittelbar gegenüberliegt. Die Materialverstärkung wirkt somit Druckkräften entgegen, die von einer dem Innenraum abgewandten Seite her an dem Bodenbereich angreifen und in Richtung des Innenraums wirken. Ferner kann die Lagerfläche der Lagerschale auch im Bodenbereich verlaufen, da die Materialverstärkung außerhalb des Innenraums vorgesehen ist.
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Unter Polfläche wird insbesondere ein Oberflächenbereich der Gelenkkugel verstanden, der eine Stirnfläche des Kugelzapfens bildet. Die Polfläche ist im Vergleich zur Kugeloberfläche der Gelenkkugel insbesondere abgeflacht. Beispielsweise ist die Polfläche eben oder im Wesentlichen eben ausgebildet. Die Gelenkkugel bildet insbesondere ein freies Ende des Kugelzapfens. Ferner bildet die Polfläche bevorzugt eine freie Fläche.
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Die erfindungsgemäße Lagerschale ist vorzugsweise für ein Kraftfahrzeugkugelgelenk vorgesehen, welches bevorzugt zum Einbau im Fahrwerk oder in einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs bestimmt ist.
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Die Materialverstärkung ist insbesondere durch eine lokale Erhöhung der Materialstärke der Wandung im Bodenbereich gebildet. Vorteilhaft bildet die Materialverstärkung eine Erhebung an einer dem Innenraum abgewandten Außenfläche der Wandung. Die Materialverstärkung besteht bevorzugt aus Vollmaterial. Insbesondere ist die Materialverstärkung durch das Material der Wandung gebildet. Somit ist es möglich, die Materialverstärkung bei der Herstellung der Lagerschale mit auszubilden, sodass ein separater Herstellungsschritt zur Ausbildung der Materialverstärkung entfallen kann. Insbesondere bildet die Materialverstärkung einen integrativen Bestandteil der Wandung und ist vorzugsweise mit dieser materialhomogen ausgebildet. Die Materialverstärkung umfasst bevorzugt eine Außenfläche, die insbesondere dem Innenraum abgewandt ist. Vorteilhaft ist die Außenfläche der Materialverstärkung durch die dem Innenraum abgewandte Außenfläche der Wandung gebildet.
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Der Lagerschale ist bevorzugt eine Längsachse zugeordnet, die durch die Mitte der Montageöffnung und durch den Bodenbereich verläuft. Insbesondere ist die Längsachse senkrecht zur Öffnungsfläche der Montageöffnung ausgerichtet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Materialverstärkung rotationssymmetrisch oder im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet, vorzugsweise zur Längsachse der Lagerschale. Die rotationssymmetrische Ausgestaltung der Materialverstärkung bietet den Vorteil, dass rings der Rotationsachse, die insbesondere mit der Längsachse zusammenfällt, keine ausgezeichnete Schwachstelle an der Materialverstärkung vorhanden ist. Ferner kann die Mantelfläche der Materialverstärkung einfach von dem anströmenden Spritz- oder Gussmaterial umströmt werden, welches zum Umspritzen oder Umgießen der Lagerschale verwendet wird. Vorteilhaft verjüngt sich die Materialverstärkung mit zunehmendem Abstand zum Innenraum. Beispielsweise ist die Materialverstärkung konisch oder im Wesentlichen konisch ausgebildet, oder die Mantelfläche der Materialverstärkung ist in Richtung der Längsachse z.B. konkav ausgebildet. Hierdurch kann eine hohe mechanische Widerstandsfähigkeit der Materialverstärkung erzielt werden, die zudem einfach von dem anströmenden Spritz- oder Gussmaterial umströmt werden kann. Das dem Innenraum abgewandte Ende der Materialverstärkung kann z.B. spitz, abgerundet oder abgeflacht ausgebildet sein.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Materialverstärkung an ihrer Außenfläche zusätzlich mit einer oder mehreren Rippen verstärkt, die insbesondere von der Außenfläche vorragen. Eine solche Verrippung erhöht die mechanische Widerstandsfähigkeit der Materialverstärkung. Die Rippen sind insbesondere im Abstand zueinander rings der Längsachse angeordnet. Vorteilhaft ragen die Rippen lediglich geringfügig von der Oberfläche der Außenfläche vor, sodass das Umströmen der Materialverstärkung durch das anströmende Spritz- oder Gussmaterial nicht behindert wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Wandung auf ihrer dem Innenraum zugewandten Seite eine sphärische Lagerfläche auf, die insbesondere auch im Bodenbereich verläuft. Die Gelenkkugel kann somit bei einer Auslenkung des Kugelzapfens relativ zu der Lagerschale im Bodenbereich gelagert werden, was bei der
DE 2005 034 210 B4 nicht oder nur eingeschränkt möglich ist. Eine zu große Anlagefläche der Gelenkkugel an der Lagerfläche und ein daraus resultierendes zu hohes Kipp- und Drehmoment treten insbesondere nicht auf, da die Gelenkkugel eine Polfläche aufweist und somit von sich aus die Anlagefläche begrenzt.
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Die Lagerschale ist bevorzugt rotationssymmetrisch oder im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu der Längsachse ausgebildet. Die Montageöffnung ist vorzugsweise kreisförmig. Der Bodenbereich ist insbesondere geschlossen ausgebildet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens ein Schlitz in die Wandung eingebracht. Vorteilhaft verläuft der Schlitz in Richtung der Längsachse der Lagerschale. Bevorzugt endet der Schlitz im Abstand zu dem die Montageöffnung begrenzenden Rand der Wandung. Ferner endet der Schlitz vorzugsweise im Bodenbereich oder im Abstand zum Bodenbereich. Bevorzugt ist der Schlitz länglich ausgebildet. Vorteilhaft ist der Schlitz, insbesondere in seiner Längsrichtung, beidseitig begrenzt.
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Die Lagerschale bildet oder umfasst bevorzugt einen die Wandung umfassenden oder durch diese gebildeten Hohlkörper, dessen Hohlraum den kugelförmigen Innenraum bildet. Insbesondere ist der Hohlkörper rotationssymmetrisch oder im Wesentlichen rotationssymmetrisch zur Längsachse der Lagerschale ausgebildet. Bevorzugt bildet die Lagerschale eine Kugelschale. Vorzugsweise handelt es sich bei der Lagerschale um ein separates Bauteil. Die Lagerschale besteht bevorzugt aus Kunststoff. Beispielsweise ist die Lagerschale ein Kunststoffspritzteil.
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Die Erfindung ermöglicht den Einsatz eines Kugelzapfens mit relativ großer Polfläche, ohne dass die Parameter der Guss- oder Spritzgusstechnologie beim Umgie-ßen oder Umspritzen der den Kugelzapfen aufnehmenden Lagerschale geändert werden müssen. Insbesondere wird die Leistungsfähigkeit des Kugelgelenks oder eines das Kugelgelenk umfassenden Fahrwerkbauteils nicht durch eine im Bodenbereich eingedrückte Lagerschale beeinträchtigt. Kugelzapfen mit großer Polfläche, die auch als Standard-Kugelzapfen bezeichnet werden, sind in der Regel kostengünstiger herstellbar als Kugelzapfen mit Vollkugel, sodass Fertigungskosten eingespart werden können. Der direkte Einfluss des Umgießens oder Umspritzens auf die Eigenschaften des Kugelgelenks können verringert werden. Insbesondere ergibt sich eine Verbesserung der Designrobustheit hinsichtlich Parameterschwankungen beim Umgießen oder Umspritzen.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Kugelgelenk mit einem mit einer Zapfenöffnung versehenen Gehäuse, in dem eine Lagerschale angeordnet ist, in der innerhalb des Gehäuses ein eine Gelenkkugel umfassender Kugelzapfen mit seiner Gelenkkugel bewegbar gelagert ist, der sich durch die Zapfenöffnung hindurch aus dem Gehäuse heraus erstreckt. Die Lagerschale des Kugelgelenks ist insbesondere eine erfindungsgemäße Lagerschale und kann gemäß allen in diesem Zusammenhang erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet sein. Das Gehäuse ist bevorzugt ein Gussteil oder Spritzgussteil und vorzugsweise durch Umspritzen oder Umgießen der die Gelenkkugel lagernden Lagerschale mit einem aushärtbaren Material (Spritz- oder Gussmaterial) hergestellt, welches im ausgehärteten Zustand das Gehäuse bildet. Das Gehäuse und/oder dessen Material besteht z.B. aus Kunststoff oder aus Metall. Der Kugelzapfen besteht bevorzugt aus Metall. Insbesondere umfasst die Gelenkkugel des Kugelzapfens eine Polfläche, die vorzugsweise abgeflacht ist. Beispielsweise ist die Polfläche eben oder im Wesentlichen eben ausgebildet.
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Der Kugelzapfen ist mit seiner Gelenkkugel vorzugsweise drehbar und/oder schwenkbar in der Lagerschale gelagert. Die Lagerschale umschließt insbesondere die Gelenkkugel. Der Durchmesser der Gelenkkugel ist vorzugsweise größer als der Durchmesser der Montageöffnung, sodass die Gelenkkugel in die Lagerschale eingeschnappt ist. Bevorzugt erstreckt sich der Kugelzapfen durch die Montageöffnung der Lagerschale hindurch aus dieser heraus. Die in den Innenraum eingebrachte Gelenkkugel liegt mit ihrer kugelförmigen Außenfläche insbesondere gleitfähig an einer dem Innenraum zugewandten, sphärischen Lagerfläche der Wandung an.
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Vorteilhaft umfasst das Kugelgelenk einen Dichtungsbalg, durch den sich der Kugelzapfen hindurch erstreckt, an dem der Dichtungsbalg außerhalb des Gehäuses dichtend anliegt. Der Dichtungsbalg ist insbesondere an dem Gehäuse und/oder an der Lagerschale befestigt. Bevorzugt ist das Gehäuse mit einem ersten Maschinen- oder Fahrwerkbauteil und der Kugelzapfen mit einem zweiten Maschinen- oder Fahrwerkbauteil fest verbunden.
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Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Lagerschale zur Herstellung eines Kugelgelenks, wobei ein eine Gelenkkugel mit Polfläche umfassender Kugelzapfen mit seiner Gelenkkugel durch die Montageöffnung hindurch in den Innenraum eingebracht wird. Vorteilhaft wird die Lagerschale nach dem Einbringen der Gelenkkugel in den Innenraum mit einem aushärtbaren Material (Spritz- oder Gussmaterial) umspritzt oder umgossen, welches nach seinem Aushärten insbesondere ein Gehäuse des Kugelgelenks bildet, sodass die Lagerschale vorzugsweise in dem Gehäuse angeordnet ist. Die Polfläche ist insbesondere abgeflacht, vorzugsweise eben oder im Wesentlichen eben ausgebildet. Bevorzugt ist die Polfläche während des Umspritzens oder Umgießens dem Bodenbereich zugewandt, sodass zwischen der Polfläche und dem Bodenbereich insbesondere ein Zwischenraum ausgebildet ist. Das aushärtbare Material ist z.B. Kunststoff oder Metall. Der Kugelzapfen besteht bevorzugt aus Metall. Die Gelenkkugel wird insbesondere von der Lagerschale umschlossen. Der Durchmesser der Gelenkkugel ist vorzugsweise größer als der Durchmesser der Montageöffnung, sodass die Gelenkkugel in die Lagerschale eingeschnappt wird. Insbesondere erstreckt sich der in die Lagerschale eingebrachte Kugelzapfen durch die Montageöffnung der Lagerschale hindurch aus dieser heraus. Die in den Innenraum eingebrachte Gelenkkugel liegt mit ihrer kugelförmigen Außenfläche bevorzugt gleitfähig an der sphärischen Lagerfläche der Wandung an. Vorzugsweise ist der Kugelzapfen mit seiner Gelenkkugel drehbar und/oder schwenkbar in der Lagerschale gelagert. Bevorzugt wird das Gehäuse mit einem ersten Maschinen- oder Fahrwerkbauteil und der Kugelzapfen mit einem zweiten Maschinen- oder Fahrwerkbauteil fest verbunden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. in der Zeichnung zeigen:
- 1 eine Schnittansicht einer Lagerschale gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
- 2 eine Schnittansicht der Lagerschale gemäß der ersten Ausführungsform mit eingesetztem Kugelzapfen,
- 3 eine Schnittansicht durch ein Kugelgelenk mit der Lagerschale gemäß der ersten Ausführungsform und
- 4 eine Schnittansicht einer Lagerschale gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit eingesetztem Kugelzapfen.
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Aus den 1 bis 3 sind unterschiedliche Darstellungen einer Lagerschale 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, wobei die Lagerschale 1 eine einen kugelförmigen Innenraum 2 begrenzende Wandung 3 aufweist, in der eine diese durchdringende Montageöffnung 4 vorgesehen ist, die einen Zugang zu dem Innenraum 2 bildet. Die Lagerschale 1 ist bezüglich einer Längsachse 5 im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet, die durch den Mittelpunkt der kreisförmigen Montageöffnung 4 verläuft und senkrecht zu deren Öffnungsfläche 6 ausgerichtet ist. Ferner verläuft die Längsachse 5 durch einen der Montageöffnung 4 gegenüberliegenden, geschlossenen Bodenbereich 7 der Lagerschale 1.
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Der Bodenbereich 7 ist mit einer Materialverstärkung 8 versteift, die durch eine lokale Erhöhung der Materialstärke der Wandung 3 im Bodenbereich 7 gebildet ist und eine Erhebung an einer dem Innenraum 2 abgewandten Außenfläche 9 der Wandung 3 bildet. Die Materialverstärkung 8 ist somit durch das Material der Wandung 3 gebildet und besteht aus Vollmaterial. Ferner ist die Materialverstärkung 8 rotationssymmetrisch zur Längsachse 5 ausgebildet und verjüngt sich mit zunehmendem Abstand zum Innenraum 2. Die dem Innenraum 2 abgewandte Außenfläche der Materialverstärkung 8 ist dabei durch die Außenfläche 9 der Wandung 3 gebildet. Die Außenfläche 9 der Wandung 3 ist im Wesentlichen konvex, insbesondere im Wesentlichen sphärisch ausgebildet. Im Bereich der Materialverstärkung 8 ist die Außenfläche 9 hingegen konisch oder konkav ausgebildet. Alternativ ist aber auch eine konvexe Ausbildung der Außenfläche 9 im Bereich der Materialverstärkung 8 möglich. Die dem Innenraum 2 abgewandte Stirnfläche der Materialverstärkung 8 ist hier flach ausgebildet, kann alternativ aber auch spitz oder abgerundet sein. Auf ihrer dem Innenraum 2 zugewandten Seite weist die Wandung 3 eine sphärische Lagerfläche 10 auf.
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Gemäß 2 wird zur Montage eines Kugelgelenks 11 (siehe 3) ein eine Gelenkkugel 12 umfassender Kugelzapfen 13 mit seiner Gelenkkugel 12 durch die Montageöffnung 4 hindurch in den Innenraum 2 eingebracht. Der Außendurchmesser der Gelenkkugel 12 ist dabei größer als der Durchmesser der kreisförmig ausgebildeten Montageöffnung 4, sodass der Kugelzapfen 13 mit seiner Gelenkkugel 12 in die Lagerschale 1 eingeschnappt wird. Die in den Innenraum 2 eingebrachte Gelenkkugel 12 liegt mit ihrer kugelförmigen Außenfläche nun gleitfähig an der Lagerfläche 10 an. Der Kugelzapfen 13 weist an seiner Gelenkkugel 12 eine abgeflachte Polfläche 14 auf, die dem mit der Materialverstärkung 8 versteiften Bodenbereich 7 unmittelbar gegenüberliegt. Zwischen der Polfläche 14 und der Lagerfläche 10 im Bodenbereich 7 ist somit ein Zwischenraum 15 ausgebildet.
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Gemäß 3 wird die Lagerschale 1 nach dem Einbringen der Gelenkkugel 12 in den Innenraum 2 mit einem Kunststoff umspritzt, der nach seinem Aushärten ein Kugelgelenkgehäuse 16 bildet, welches mit einer Zapfenöffnung 17 versehen ist, durch welche hindurch sich der Kugelzapfen 13 aus dem Gehäuse 16 heraus erstreckt. Während des Umspritzens verhindert die Materialverstärkung 8 ein Eindrücken des Bodenbereichs 7 in den Zwischenraum 15, sodass die Lagerschale 1 den Spritzvorgang unbeschadet übersteht. Obwohl hier Kunststoff als Spritzmaterial verwendet wird, kann alternativ auch ein anderes aushärtbares Material, wie z.B. Metall, als Spritzmaterial für das Umspritzen der Lagerschale 1 eingesetzt werden.
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Bei dem Spritzvorgang kann gleichzeitig ein Bauteil 18, z.B. in Form eines stangenförmigen Verbindungselements von dem Spritzmaterial umspritzt und dadurch mit dem Gehäuse 16 fest verbunden werden. Das Bauteil 18 bildet insbesondere ein erstes Maschinen- oder Fahrwerkbauteil. Ferner ist oder wird der Kugelzapfen 13 bevorzugt mit einem zweiten Maschinen- oder Fahrwerkbauteil 19 fest verbunden, welches lediglich schematisch angedeutet ist.
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Aus 4 ist eine Schnittansicht einer Lagerschale 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit eingesetztem Kugelzapfen 13 ersichtlich, wobei zu der ersten Ausführungsform ähnliche oder identische Merkmale mit denselben Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform bezeichnet sind. Die Materialverstärkung 8 ist an ihrer Außenseite zusätzlich mit Verstärkungsrippen 20 versehen, die im Abstand zueinander rings der Längssachse 5 vorgesehen sind. Die Verstärkungsrippen 20 ragen dabei von der Außenfläche der Materialverstärkung 8 vor. Abgesehen von den Rippen 20 stimmt die Lagerschale gemäß der zweiten Ausführungsform mit der Lagerschale gemäß der ersten Ausführungsform überein, sodass zur weiteren Beschreibung der zweiten Ausführungsform auf die Beschreibung der ersten Ausführungsform verwiesen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lagerschale
- 2
- kugelförmiger Innenraum der Lagerschale
- 3
- Wandung der Lagerschale
- 4
- Montageöffnung der Lagerschale
- 5
- Längsachse der Lagerschale
- 6
- Öffnungsfläche der Montageöffnung
- 7
- Bodenbereich
- 8
- Materialverstärkung
- 9
- Außenfläche der Wandung
- 10
- sphärische Lagerfläche der Wandung
- 11
- Kugelgelenk
- 12
- Gelenkkugel des Kugelzapfens
- 13
- Kugelzapfen
- 14
- Polfläche des Kugelzapfens
- 15
- Zwischenraum zwischen Polfläche und Bodenbereich
- 16
- Kugelgelenkgehäuse
- 17
- Zapfenöffnung
- 18
- Bauteil
- 19
- Bauteil
- 20
- Rippe
