DE102011081935A1

DE102011081935A1 - Kugelgelenk

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Publication number: DE102011081935A1
Application number: DE102011081935A
Authority: DE
Inventors: Andreas Hagemann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2013-03-07

Abstract

Kugelgelenk, insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfassend einen zumindest zweiteiligen Kugelzapfen, wobei der Kugelzapfen einen Zapfen und ein mit dem Zapfen verbundenes Kugelstück aufweist, wobei das Kugelstück dreh- und/oder schwenkbeweglich in einer Kugelaufnahme gelagert ist, wobei der Durchmesser des Kugelstücks variierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk, insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfassend einen zumindest zweiteiligen Kugelzapfen, wobei der Kugelzapfen einen Zapfen und ein mit dem Zapfen verbundenes Kugelstück aufweist, wobei das Kugelstück dreh- und/oder schwenkbeweglich in einer Kugelaufnahme gelagert ist.
Bei Kugelgelenken mit ein- oder mehrteiligen Kugelzapfen gemäß dem Stand der Technik ist das Kugelstück bzw. die Kugel des Zapfens in einer Kugelaufnahme dreh- und/oder schwenkbeweglich gelagert. Besteht die Kugel aus Kunststoff, so kann eine ansonsten eingesetzte Kugelschale zwischen Kugel und Kugelaufnahme entfallen. Nach der Montage von Kugelzapfen und Kugelaufnahme, z.B. in einem Kugelgelenkgehäuse, liegt in jedem Fall ein so genanntes Losbrechmoment bzw. Bewegungsmoment vor. Der Kugelzapfen lässt sich dann nicht leichtgängig in der Kugelaufnahme bewegen. Es muss eine gewisse Kraft aufgewendet werden, um letztlich das Losbrech- und oder Bewegungsmoment zu überwinden, um den Kugelzapfen in der Kugelaufnahme bewegen zu können. Dieses Verhalten ist durchaus gewünscht und es wird bei herkömmlichen Kugelgelenken zum einen über die Materialpaarung und die Maßverhältnisse von Kugel zu Kugelaufnahme bestimmt. Es ist beabsichtigt, dass sich bei der Montage eine gewisse Vorspannung der Bauteile zueinander ergibt. Durch die besagten Maßverhältnisse wird diese Vorspannung bzw. die Größe der Losbrech- bzw. Bewegungsmomente beim Verschließen des Kugelgelenks eingestellt.
Das Gebrauchsmuster DE 1854243 U zeigt einen zweiteiligen Kugelzapfen bestehend aus Zapfen und einer aufgeschraubten Kugel bzw. ein aufgeschraubtes Kugelstück. Der Durchmesser der Kugel ist durch die Fertigung des Kugelstücks festgelegt und ist während oder nach der Montage des Kugelzapfens oder des Kugelgelenks, unverändert, wenn der Kugelzapfen in ein Kugelgelenkgehäuse eingebaut wird.
Zur Einhaltung der Maßverhältnisse ist bei Herstellung von Kugel und Kugelaufnahme ein hoher Fertigungsaufwand zu betreiben, um die erforderlichen Maße bzw. Toleranzen einhalten zu können. Auf der anderen Seite nutzen sich Kugel- bzw. Kugelaufnahmenoberfläche mit der Zeit ab, so dass Kugel und Kugelaufnahme nicht mehr die erforderlichen Maßverhältnisse zueinander aufweisen. Das Kugelgelenk wird mit der Zeit unbrauchbar und muss ausgetauscht werden.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Stand der Technik weiterzubilden, so dass ein in der Herstellung kostengünstiges Kugelgelenk vorliegt, das eine hohe Laufzeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Kugelgelenk nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen des Kugelgelenks sind in den Unteransprüchen gegeben.
Das Kugelgelenk umfasst einen zumindest zweiteiligen Kugelzapfen für ein Fahrzeug, vorzugsweise ein Kraftfahrzeug, wobei der Kugelzapfen einen Zapfen und ein mit dem Zapfen verbundenes Kugelstück aufweist, wobei das Kugelstück dreh- und/oder schwenkbeweglich in einer Kugelaufnahme gelagert ist, wobei der Durchmesser des Kugelstücks variierbar ist.
Ist das Kugelstück auf dem Zapfen montiert, so bilden diese Bauteile einen Kugelzapfen. Das Kugelstück und der Bereich des Zapfens, auf den das Kugelstück montiert ist, bilden eine Kugel aus. Das Kugelstück ist somit von dem Zapfen in seiner gesamten axialen Erstreckung durchgriffen. Ein solcher Kugelzapfen entspricht in Funktion und Wirkung einem einstückigen Kugelzapfen herkömmlicher Bauart.
Ist der Durchmesser variierbar, so kann der Durchmesser der Kugel vergrößert oder aber verringert werden. Bei Vergrößerung tritt eine Erhöhung des Losbrech- oder Bewegungsmoments ein, da die Kugelaufnahme ein unveränderbares Maß aufweist. Der Innendurchmesser der hohlkugelförmigen Kugelaufnahme ist durch die Herstellung derselben festgelegt. Der Kugelzapfen lässt sich mit zunehmendem Durchmesser der Kugel schwergängiger in der Kugelaufnahme bewegen. Bei Verringerung des Durchmessers der Kugel werden Losbrech- und/oder Bewegungsmoment verringert. Somit lässt sich der Kugelzapfen in der Kugelaufnahme zunehmend leichtgängiger bewegen.
Es kann somit während der Montage eine Einstellung der benötigten Momente, je nach Anwendungsfall, individuell erfolgen.
Wenn das Kugelgelenk verschleißt, nehmen Losbrech- und/oder Bewegungsmomente ab. Das Kugelgelenk erfährt ein Spiel der Bauteile zueinander, wobei das Spiel zunimmt je weiter der Verschleiß voranschreitet. Dieses geschieht zunehmend, da aufgrund der Abnutzung der Kugel deren Durchmesser abnimmt. Es kann auch der Innendurchmesser der Kugelaufnahme durch Abnutzung zunehmen. Es können auch beide, Kugel und Kugelaufnahme, dem Verschleiß unterliegen, wobei dieses je nach Anwendungsfall, Art der Belastung und Materialpaarung unterschiedlich auftritt bzw. auftreten kann. Dieses hat jeweils den Effekt zur Folge, dass Losbrech- und/oder Bewegungsmoment abnehmen. In der Wirkung wird das Kugelgelenk immer leichtgängiger – der Zapfen lässt sich zunehmend leichter in der Kugelaufnahme bewegen. Dieses Verhalten ist innerhalb festgelegter Grenzen tolerierbar. Bei Überschreiten von festgelegten Werten bzw. Toleranzen, je nach Anwendungsfall, wird das Kugelgelenk jedoch unbrauchbar.
Bei einem herkömmlichen Kugelgelenk, das keine im Durchmesser variierbare Kugel aufweist, muss dieses bei Verschleiß ausgetauscht werden. Das Kugelgelenk gemäß Anspruch 1 kann jedoch vorteilhafterweise auch nach der Montage eingestellt oder nachgestellt werden. Mit anderen Worten kann der Durchmesser des Kugelstücks bzw. der Kugel auch im zusammen gebauten Zustand variiert bzw. eingestellt werden. Liegt ein Verschleiß vor, der sich bei einem im Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges eingesetzten Kugelgelenk z.B. durch Geräusche (Klappern, Knarzen) äußert, so kann eine Fachwerkstatt das Kugelgelenk wieder quasi in den Neuzustand versetzen, in dem der Durchmesser der Kugel vergrößert wird, bis das notwendige Losbrech- und oder Bewegungsmoment erreicht ist. Vorteilhafterweise ist dieses sogar ohne Ausbau des Kugelgelenkes möglich. Die Einstellung kann vorteilhafter Weise durch geeignete Werkzeuge wie Steckschlüssel und/oder Maulschlüssel erfolgen.
Die Änderung des Durchmessers kann bevorzugt durch Verspannen von Kugel und Zapfen in axialer Richtung erfolgen. Die axiale Richtung entspricht dabei der Richtung entlang der Längsmittelachse des Kugelzapfens. Ein Verspannen tritt ein, wenn die Kugel (bzw. konkret das Kugelstück) auf den Zapfen zu bewegt wird. Beim Verspannen tritt demnach eine Vergrößerung des Durchmessers ein. Die Vergrößerung des Durchmessers tritt in Folge der Stauchung und/oder Aufweitung der Kugel bzw. des Kugelstücks auf. In entgegen gesetzter, ebenfalls axialer Richtung tritt demnach die Verringerung des Durchmessers der Kugel ein.
Kugelstück und Zapfen sind bevorzugt formschlüssig miteinander verbunden. Die Bauteile weisen einen flächigen Verbindungsbereich auf, so dass Kugelstück und Zapfen an diesem Verbindungsbereich mit ihren jeweils planen Flächen aneinander liegen. Das Verspannen erfolgt dabei besonders vorteilhaft, wenn der Verbindungsbereich kegelstumpfförmig oder konisch ausgebildet ist. Bei einem Verbindungsbereich, der lediglich radial verläuft, also senkrecht zur Längsmittelachse des Kugelzapfens, würde das Kugelstück gestaucht, wenn es auf den Zapfen zu bewegt wird. Ein kegelstumpfförmiger oder konischer Verbindungsbereich bewirkt hingegen eine Aufweitung des Kugelstücks. Der nach innen zur Längsmittelachse des Kugelzapfens gerichtete Verbindungsbereich wirkt auf das Kugelstück quasi wie ein Keil. Somit ist eine gleichmäßige und effiziente Vergrößerung des Durchmessers ermöglicht, als dieses durch Stauchung ermöglicht ist. Es versteht sich, dass die Vergrößerung des Kugeldurchmessers in sehr engen Grenzen möglich und auch beabsichtigt ist. So ist davon auszugehen, dass der Durchmesser des Kugelstücks im Tausendstelmillimeter- bzw. bis maximal im Millimeterbereich variierbar ist.
Wenn der Zapfen an seinem Ende, an dem das Kugelstück aufmontiert wird oder sitzt, konisch oder kegelstumpfförmig ausgebildet ist, so kann das Kugelstück bevorzugt mittels einer Gewindeverbindung mit dem Zapfen verbunden sein. Die Gewinde (Außengewinde beim Zapfen und Innengewinde beim Kugelstück) sind dann mittels einer kegeligen Gewindeverbindung miteinander formschlüssig verbunden. Die Gewindeverbindung kann bevorzugt als Trapezgewinde ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Kugelstück aber auch mittels eines Klemmelementes auf dem Zapfen gehalten bzw. mit diesem verbunden sein. In diesem Fall kann der Zapfen zur Aufnahme des Kugelstücks eine zylindrische Außenkontur, wie bei einem Rohr, aufweisen. Das Kugelstück weist eine zylindrische Durchgangsöffnung, vorzugsweise Durchgangsbohrung, auf. Das Kugelstück wird bei der Montage auf den Zapfen aufgesteckt bis es an einer Schulter des Kugelzapfens zur Anlage gelangt, wobei das kugelseitige Zapfenende das Kugelstück nicht vollständig durchgreift. Auf dieser Seite weist das Klemmelement ein Außengewinde auf und bildet somit einen Gewindezapfen. Das Klemmelement weist bevorzugt die Form einer Flachkopfschraube auf und wird bei dieser Ausführungsform mit seinem Gewindezapfen in das Innengewinde des Kugelzapfens eingeschraubt. Das Klemmelement ist somit formschlüssig mit dem Kugelzapfen verbunden. Es wird soweit in den Zapfen geschraubt, bis die Unterseite des Kopfes des Klemmelementes an dem Kugelstück und das Kugelstück an der gegenüberliegenden Seite an der Schulter des Zapfens zur Anlage gelangt. Wird das Klemmelement ab dieser Position weiter in den Zapfen geschraubt, so erfolgt eine Stauchung des Kugelstücks, da es zwischen einer Anlageschulter des Zapfens bzw. Kugelzapfens und Klemmelement verspannt wird. Dadurch tritt eine Vergrößerung des Durchmessers auf. Beim Herausdrehen verringert sich die Stauchung – der Durchmesser verringert sich.
In bevorzugter Weise weisen das Klemmelement an seiner dem Kugelstück zugewandten Seite und das Kugelstück auf beiden Seiten einen flächigen Verbindungsbereich auf. Dieser Verbindungsbereich ist vorzugsweise kegelstumpfförmig oder konisch ausgebildet. Der kegelstumpfförmige oder konische Verbindungsbereich bewirkt statt der Stauchung jetzt eine Aufweitung des Kugelstücks, weil das Kugelstück an den kegelförmigen bzw. konischen flächigen Verbindungsbereichen aufgleitet. Durch die nach innen zur Längsmittelachse des Kugelzapfens gerichteten Verbindungsbereiche wird auf das Kugelstück quasi eine Keilwirkung erzielt. Somit ist eine gleichmäßige und effiziente Vergrößerung des Durchmessers ermöglicht. Sind somit zwei kegelstumpfförmige oder konische Verbindungsbereiche vorhanden, kann eine besonders effiziente und zudem gleichmäßige Aufweitung der Kugel bzw. des Kugelstücks erzielt werden, da das Kugelstück an beiden axial äußeren Enden gleichsam aufgeweitet wird.
Alternativ kann in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Zapfen in axialer Richtung und parallel zu seiner Längsmittelachse verlaufend eine Durchgangsbohrung aufweisen. Bei dieser Variante durchgreift das Klemmelement den gesamten Zapfen. Klemmelement und Zapfen können über die gesamte Länge formschlüssig über ein Gewinde miteinander verbunden sein. Das Klemmelement wird dann in den Zapfen eingeschraubt und über die axiale Stellung von Klemmelement zu Kugelstück kann die Stauchung bzw. Aufweitung des Kugelstücks eingestellt werden. Hierzu können zapfenendseitig sowohl an dem Klemmelement als auch an der der Kugel abgewandten Seite des Zapfens Werkzeug-ein bzw. -angriffsflächen vorgesehen sein. In dem Klemmelement kann bspw. eine herkömmliche Innensechskantöffnung eingebracht sein. Am Zapfenende, also der dem Kugelstück abgewandten Seite, kann außen eine Schlüsselweite für einen Maulschlüssel vorhanden sein. Mittels Inbusschlüssel und Maulschlüssel können so die beiden Bauteile gezielt zueinander verdreht und somit die Verspannung und schlussendlich der Durchmesser des Kugelstücks variiert werden.
Das Klemmelement kann bevorzugt auch einen Schaft aufweisen, der dort kein Gewinde aufweist, wo dieser den Zapfen durchgreift. Der Schaft des Klemmelements ist dann beschaffen wie ein glattwandiges Rohr. Der Zapfen weist bei dieser Ausführung somit auch kein Innengewinde auf. Lediglich an seinem äußeren, zapfenseitigen Ende weist das Ende des Klemmelements ein Außengewinde auf, das aus dem Zapfen herausragt. Auf dieses Gewinde kann eine Klemmmutter aufgeschraubt werden. Die Klemmmutter weist ebenfalls eine Innensechskantöffnung auf. Das Zapfenende weist eine Werkzeugangriffsfläche mit einer Schlüsselweite für einen Maulschlüssel auf. So ist auch hier die Möglichkeit der Einstellung der Verspannung und somit der Einstellung des Durchmessers des Kugelstückes gegeben.
Am äußeren, dem der Kugel abgewandten Ende des Kugelzapfens kann ein Anschlussbauteil, z.B. ein Fahrwerkslenker, montiert sein. Die Kugelaufnahme kann mit der Karosserie oder einem weiteren Fahrwerksbauteil verbunden sein.
Damit sich die Kugel während der Bewegung in der Kugelaufnahme nicht auf dem Zapfen dreht, kann eine formschlüssige Verdrehsicherung z.B. in Form einer Nut-Feder-Verbindung vorgesehen sein.
Die Verbindungsbereiche zwischen Kugelstück und Zapfen bzw. zwischen Kugelstück und Klemmelement sind, wie zuvor weiter oben beschrieben, kegelstumpfförmig oder konisch ausgebildet. Für alle der genannten Verbindungsbereiche gilt, dass diese Teile bzw. Abschnitte der Mantelfläche eines geraden Kreiskegels sind. Die Verbindungsbereiche sind damit als Fläche um die Längsmittelachse des Kugelzapfens herum angeordnet. Ein gerader Kreiskegel weist eine Mantellinie auf, die sich von der Grundfläche des Kegels bis zu seiner Spitze erstreckt. In Bezug auf die Verbindungsbereiche verlaufen die Mantellinien durch den Verbindungsbereich und parallel zu diesem. Mit anderen Worten verlaufen die Mantellinien genau dort, wo Kugelstück und Zapfen und/oder Kugelstück und Klemmelement aneinander anliegen. Die Kegelspitze des jeweiligen geraden Kreiskegels liegt somit auf der Längsmittelachse des Kugelzapfens. Die Mantellinie schneidet die Längsmittelachse auf jeden Fall in der Spitze des (gedachten) Kegels. Mantellinie und Längsmittelachse schließen somit einen Winkel α (alpha) ein. Dieser Winkel α ist vorteilhafter Weise annähernd 45°, vorzugsweise genau 45°.
Die Mantellinien der beiden Verbindungsbereiche schneiden sich in einem Winkel β (beta), der in vorteilhafter Weise annähernd 90°, vorzugsweise genau 90° beträgt.
Bei den vorgenannten Winkeln ergibt sich eine besonders effektive Aufweitung des Kugelstücks, wenn dieses durch die Verspannung in axialer Richtung auf den Zapfen zu bewegt bzw. zwischen Zapfen und Klemmelement gespannt wird.
Besonders vorteilhaft lässt sich die Verspannung einstellen, wenn das Kugelstück aus einem elastisch verformbaren Werkstoff gebildet ist. Als elastisch verformbarer Werkstoff eignet sich insbesondere ein Kugelstück aus Kunststoff, vorzugsweise aus Polyamid.
Die Kugelaufnahme ist vorteilhafter Weise in ein Fahrwerksbauteil integriert oder wird durch ein separates Kugelgelenkgehäuse gebildet. Auch kann ein Kugelgelenkgehäuse in ein Fahrwerksbauteil integriert sein. In jedem Fall wird die Kugel des Kugelzapfens dreh- und/oder schwenkbeweglich in der Kugelaufnahme oder in dem Kugelgelenkgehäuse aufgenommen. Nach der Montage des Kugelzapfens wird das Kugelgelenk insgesamt verschlossen. Das Verschließen kann durch einen Verschlussdeckel oder einen Verschlussring erfolgen. Z.B. durch Zurollen oder eine andere geeignete Umformmaßnahme wird der Kugelzapfen in dem Kugelgelenk eingeschlossen bzw. gesichert. Durch das Verschließen des Kugelgelenkes kann eine Vorspannung bzw. Verspannung der Bauteile zueinander vorgenommen werden. Auf diese Weise kann ein Losbrech- und/oder Bewegungsmoment eingestellt werden.
Das Kugelgelenk wird bevorzugt an der nicht verschlossenen Seite durch einen Dichtungsbalg vor Korrosion geschützt. Der Dichtungsbalg umschließt den Zapfen und umgreift das Kugelgelenkgehäuse bzw. die Kugelaufnahme und ist insbesondere aus einem elastischen Material, vorzugsweise aus Gummi oder einem gummiähnlichen Werkstoff. Ein Eindringen von Feuchtigkeit und/oder Schmutzpartikeln kann auf diese Weise wirkungsvoll verhindert werden.
Wenn die eingestellte Vorspannung durch Verschleiß von Kugel oder Kugelaufnahme bzw. Kugelgelenkgehäuse nicht mehr ausreichend sein sollte, so kann diese durch die oben genannten Ausgestaltungen je nach Anwendungsfall wieder hergestellt werden.
Das Spiel, welches sich bei zunehmendem Verschleiß ergibt, kann insbesondere durch einen Sensor, vorzugsweise durch einen in das Kugelgelenk integrierten berührungslosen Magnetsensor ermittelbar sein.
Wenn das Kugelgelenk ohne oder mit nur geringer Vorspannung montiert bzw. geschlossen wird, so kann nach der Montage eine Einstellung mit einer der oben genannten Ausgestaltungen erfolgen.
Der Zapfen kann an seiner von der Kugel abgewandten Seite mit einem Karosseriebauteil oder mit einem Fahrwerksbauteil, wie z.B. einem Lenker formschlüssig verbunden, insbesondere verschraubt sein. Die Kugelaufnahme oder das Kugelgelenkgehäuse können ebenfalls mit der Karosserie oder einem weiteren Fahrwerksbauteil formschlüssig verbunden, insbesondere verschraubt sein. Alternativ können Zapfen oder Kugelaufnahme bzw. Kugelgelenkgehäuse auch stoffschlüssig mit den genannten Bauteilen verbunden sein, insbesondere durch eine Schweiß- oder Klebeverbindung.
Das Kugelgelenk kann in den oben genannten Ausführungen in einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs verwendet werden. Dabei kann es als präzises gelenkiges Verbindungsbauteil zwischen Fahrwerksbauteilen, z.B. Lenkern oder aber zwischen Karosserie und Fahrwerk mit größtmöglichem Freiheitsgrad verwendet werden. Durch die Änderung der Losbrech- und/oder Bewegungsmomente kann in Grenzen auch die Fahrwerkseigenschaft verändert werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Einstellung von Losbrech- und/oder Bewegungsmoment bei Kugelgelenken, wobei ein Kugelzapfen von einer Kugelaufnahme oder einem Kugelgelenkgehäuse dreh- und/oder schwenkbeweglich aufgenommen ist. Die Einstellung der Losbrech- und/oder Bewegungsmomente kann während und/oder nach der Montage des Kugelgelenkes erfolgen, in dem der Kugelaußendurchmesser der Kugel variiert wird. Die Einstellung des Außendurchmessers erfolgt durch Verspannen der Kugel bzw. Kugelstücks auf dem Zapfen bzw. durch Verspannen der Kugel bzw. des Kugelstücks zwischen Zapfen und einem Klemmelement. Die Anordnung von Kugel bzw. Kugelstück und Zapfen kann gemäß allen erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 einen zweiteiligen Kugelzapfen mit teilweise im Schnitt gezeigtem Kugelstück gemäß Stand der Technik,
2 in Schnittdarstellung einen Kugelzapfen nach einer ersten Ausführungsform,
3 in Schnittdarstellung einen Kugelzapfen nach einer zweiten Ausführungsform,
4 in Schnittdarstellung einen Kugelzapfen nach einer dritten Ausführungsform.
Aus 1 ist ein Kugelzapfen gemäß Stand der Technik ersichtlich. Der Kugelzapfen 200 weist einen Zapfen 210 sowie ein Kugelstück auf, das formschlüssig auf dem einen Ende des Zapfens 210e mittels einer Gewindeverbindung 400 festgelegt ist. Der Durchmesser d der Kugel ist durch ihre Herstellung festgelegt und ändert sich nicht, wenn das Kugelstück auf den Zapfen aufgeschraubt ist oder wird.
Aus 2 ist ein Kugelgelenk 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich. Ein Kugelzapfen 20 ist aus einem Zapfen 21 und einem Kugelstück 22 gebildet. Der Kugelzapfen ist dreh- und/oder schwenkbeweglich in einer hohlkugelförmig ausgebildeten Kugelaufnahme 23 gelagert und weist an seiner, der Kugel abgewandten Seite eine Innensechskantöffnung 70 für einen Steckschlüssel, insbesondere Inbusschlüssel auf. Die Kugelaufnahme 23 wird von einem Kugelgelenkgehäuse 23 gebildet, wobei keine Lagerschale vorgesehen ist, da die Kugel bzw. das Kugelstück 22 aus Kunststoff, vorzugsweise Polyamid hergestellt ist. Das Kugelgelenk 10 ist mit einem Verschlussdeckel 24 verschlossen, wobei der Verschlussdeckel 24 durch die zugerollten Enden des Gelenkgehäuses gehalten wird. Auf der gegenüberliegenden Seite durchragt der Kugelzapfen 20 das Kugelgelenkgehäuse 23. Damit zwischen Kugelzapfen 20 und Kugelgelenkgehäuse 23 keine Feuchtigkeit oder unerwünschte Schmutzpartikel eindringen können, ist auf dieser Seite des Kugelgelenks ein Dichtungsbalg 80 vorgesehen. Der Dichtungsbalg ist sowohl an dem Kugelgelenkgehäuse als auch am Kugelzapfen selbst über einen Federring 85 gehalten. Der Dichtungsbalg 80 ist vorzugsweise aus einem elastischen Material, wie z.B. aus Gummi.
Das Kugelstück 22 ist mittels einer Trapezgewindeverbindung 40 auf dem Zapfenende 21e aufgeschraubt. Es ergibt sich so ein flächiger und kegelförmiger bzw. konischer Verbindungsbereich 30, wobei das Zapfenende 21e das Kugelstück 22 vollständig durchgreift. Aufgrund der konischen bzw. kegelförmigen Ausbildung des Zapfenendes 21e des Zapfens 21 lässt sich der Durchmesser d des Kugelstücks 22 variieren. Wenn das Kugelstück 22 in axialer Richtung a entlang der Längsmittelachse L auf den Zapfen 21 zu bewegt wird, vergrößert sich der Durchmesser d durch Aufweitung des Kugelstücks 22. Das Kugelstück 22 bewegt sich auf den Zapfen 21 zu, wenn Kugelstück 22 und Zapfen 21 im Sinne des weiteren Aufschraubens gegeneinander verdreht werden. Eine Verdrehung in entgegen gesetzter Richtung bewirkt im Sinne des Losschraubens eine Durchmesserverringerung. Für die Verdrehung von Zapfen 21 und Kugelstück 22 nach der Montage kann eine nicht gezeigte Anlagemöglichkeit für das Kugelstück 22 vorgesehen sein, die sich in der vorliegenden Ausführung im Gehäusedeckel bzw. Verschlussdeckel befinden kann und bei extremer, im Normalbetrieb nicht auftretender Auslenkung das Kugelstück im Gehäuse festlegt. Es kann in dieser extremen Auslenkung mittels eines Steckschlüssels, z.B. Inbusschlüssel, der Zapfen gegenüber dem Kugelstück verdreht werden.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Kugelgelenks 10, bei der das Kugelstück 22 eine zylindrische Innenkontur und der Zapfen 21 eine zylindrische Außenkontur aufweisen. Das Kugelstück 22 wird hierbei auf das Zapfenende 21e aufgesteckt und mittels eines Klemmelements 50 auf dem Zapfenende 21e gehalten. Das Zapfenende 21e durchgreift hierbei das Kugelstück 22 nicht vollständig. Es verbleibt ein Abstand e zwischen der Unterseite 52 des Kopfes 53 des Klemmelementes 50 und dem Zapfen 21. Das Kugelstück 22 wird zwischen einer an dem Zapfen 21 angeformten Anlageschulter 32 und dem Kopf 53 des Klemmelements 50 verspannt, wenn das Klemmelement 50 mit seinem Gewindezapfen in das kugelstückseitige Ende 21e des Zapfens 21 eingeschraubt wird. Hierzu weist der Zapfen 21 an seinem kugelstückseitigen Ende 21e ein Innengewinde auf. Die Verspannung des Kugelstücks 22 ist über den Bereich des Abstandes e möglich. In dieser Ausführung kann in dem Verschlussdeckel eine z.B. durch eine Schraube wieder verschließbare Öffnung vorhanden sein (nicht gezeigt), durch die ein Steckschlüssel in eine Innensechskantöffnung des Klemmelementes 50 eingreifen kann (nicht gezeigt). So können Klemmelement 50 und Zapfen 21 ebenfalls gegeneinander verdreht werden, wenn der Kugelzapfen 20 nicht ausgelenkt ist (Längsmittelachse L und Längsmittelachse des Gehäuses fluchten bzw. liegen auf einer Linie).
Sowohl Kugelstück 22, Anlageschulter 32 des Zapfens 21 als auch die dem Kugelstück 22 zugewandte Kontur des Klemmelements 50 weisen kegelstumpfförmige bzw. konische flächige Verbindungsbereiche 30, 31 auf. Die kegelstumpfförmigen Verbindungsbereiche 30, 31 sind dabei so ausgelegt, dass bei einer Verspannung des Kugelstücks 22 zwischen Klemmelement 50 und Anlageschulter 32 des Zapfens 21 eine Aufweitung des Kugelstücks 22 erfolgt. Ein Verspannen tritt ein, wenn Klemmelement 50 und Zapfen 21 durch Einschrauben des Klemmelements 50 in den Zapfen 21 aufeinander zu bewegt werden. Die zur Mitte der Längsmittelachse L gerichteten kegelstumpfförmigen bzw. konischen Verbindungsbereiche 30 von Anlageschulter 32 und Klemmelement 50 haben dabei eine Keilwirkung, wodurch die Aufweitung und somit die Durchmesservergrößerung des Kugelstücks 22 bewirkt wird.
In der in 4 gezeigten Ausführungsform wird das Kugelstück 22 ebenfalls zwischen der Anlageschulter 32 des Zapfens 21 und dem Kopf 53 des Klemmelements 50 verspannt. Hierzu weist der Zapfen 21 eine Durchgangsbohrung 60 auf, der von dem Zapfen 51 des Klemmelements 50 durchgriffen wird. Bei dieser Variante weist der Zapfen 51 des Klemmelements 50 allerdings nur an seinem äußeren, dem Kugelstück 22 abgewandten Ende ein Außengewinde 54 auf. Auf dieses Außengewinde 54, das den Zapfen 21 durchragt, wird eine Klemmmutter 55 aufgeschraubt. Durch die Klemmmutter 55 kann das Kugelstück 22 zwischen Anlageschulter 32 des Zapfens 21 und dem Kopf 53 des Klemmelementes 50 verspannt werden, in dem Klemmmutter 55 und Klemmelement 50 gegeneinander verdreht bzw. die Klemmmutter 55 weiter auf das Ende des Klemmelementes 50 aufgeschraubt wird. Die Klemmmutter 55 kann dabei mittels eines Steckschlüssels bewegt werden. Der Zapfen 21 weist an seinem Ende eine Schlüsselweite 75 auf, an der ein Maulschlüssel angreifen kann. So kann mittels dieser üblichen Werkzeuge auf einfachem Wege eine Verdrehung von Klemmmutter 55 und Zapfen 21 erreicht werden, um somit Zapfen 21 und Klemmelement 50 aufeinander zu bewegen zu können oder aber voneinander zu entfernen. Auch hier tritt durch Aufeinanderzubewegen die Keilwirkung zur Aufweitung des Kugelstücks 22 auf, wie schon zu 3 beschrieben. Die Einstellung ist ebenfalls über den Bereich des Abstandes e analog zur Ausführung in 3 möglich.
Mit den genannten Ausführungen ist es auf einfachem Wege möglich, den Durchmesser des Kugelstücks innerhalb eines Kugelgelenkes von außen zu verstellen. Die Erfindung ist allerdings nicht auf die hier genannten Ausführungen beschränkt.
Bezugszeichenliste

10: Kugelgelenk
20, 200: Kugelzapfen
21, 210: Zapfen
21e, 210e: Zapfenende
22, 220: Kugel, Kugelstück
23: Kugelaufnahme, Kugelgelenkgehäuse
24: Verschlussdeckel, Verschlussring
30: Verbindungsbereich
31: Verbindungsbereich
32: Anlageschulter des Zapfens 21
40, 400: Gewindeverbindung
50: Klemmelement
51: (Gewinde-)Zapfen des Klemmelementes 50
52: Unterseite des Kopfes des Klemmelementes
53: Kopf des Klemmelements
54: Außengewinde des Klemmelementes
55: Klemmmutter
60: Durchgangsbohrung
70: Innensechskantöffnung
75: Schlüsselweite, Werkzeugangriffsfläche
80: Dichtungsbalg
85: Federring
a: axiale Richtung
d: Durchmesser Kugelstück
e: Abstand (Klemmelement zu Zapfen 21)
M: Mantellinien
L: Längsmittelachse
α: Winkel alpha
β: Winkel beta

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1854243 U [0003]

Claims

Kugelgelenk (10) für ein Fahrzeug, umfassend einen zumindest zweiteiligen Kugelzapfen (20), wobei der Kugelzapfen einen Zapfen (21) und ein mit dem Zapfen verbundenes Kugelstück (22) aufweist, wobei das Kugelstück dreh- und/oder schwenkbeweglich in einer Kugelaufnahme (23) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) des Kugelstücks (22) variierbar ist.
Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) des Kugelstücks (22) durch Verspannen des Kugelstücks (22) und des Zapfens (21) in axialer Richtung (a) variierbar ist.
Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelstück (22) und der Zapfen (21) formschlüssig über zumindest einen flächigen Verbindungsbereich (30) miteinander verbunden sind, der insbesondere kegelstumpfförmig oder konisch ausgebildet ist.
Kugelgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Verbindungsbereich (30), als Gewindeverbindung (40) ausgebildet ist.
Kugelgelenk nach einem der Ansprüche von 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelstück (22) mittels eines Klemmelements (50) auf dem Zapfen (21) gehalten ist, wobei das Klemmelement formschlüssig mit dem Zapfen verbunden ist.
Kugelgelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (50) auf seiner dem Kugelstück (22) zugewandten Seite einen zumindest flächigen Verbindungsbereich (31) mit dem Kugelstück aufweist, der insbesondere kegelstumpfförmig oder konisch ausgebildet ist.
Kugelgelenk nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (21) eine in seiner axialen Richtung (a) verlaufende Durchgangsbohrung (60) aufweist, wobei das Klemmelement (50) den Zapfen durchgreift und auf seiner dem Kugelstück (22) abgewandten Seite ein den Zapfen durchragendes Ende (21e) aufweist, das mit einer Klemmmutter (55) formschlüssig verbunden ist.
Kugelgelenk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das die formschlüssige Verbindung zwischen Klemmelement (50) und Klemmmutter (55) durch eine Gewindeverbindung (40) gebildet ist.
Kugelgelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche von 5–8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mantellinie (M) des wenigstens einen kegelstumpfförmigen oder konischen Verbindungsbereichs (30, 31) mit der Längsmittelachse (L) des Zapfens (21) sich in einem Winkel (α) von annähernd 45°, vorzugsweise 45° schneiden.
Kugelgelenk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantellinien (M) der kegelstumpfförmigen Verbindungsbereiche zwischen dem Kugelstück (22) und dem Zapfen (21) sowie dem Kugelstück (22) und dem Klemmelement (50) sich in einem Winkel (β) von annähernd 90°, vorzugsweise 90° schneiden.
Kugelgelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelstück (22) aus einem elastisch verformbaren Werkstoff gebildet ist.
Kugelgelenk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelstück (22) aus Kunststoff, vorzugsweise aus Polyamid gebildet ist.
Kugelgelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelaufnahme (23) durch ein separates Kugelgelenkgehäuse (23) oder in ein Fahrwerksbauteil integriertes Kugelgelenkgehäuse (23) oder in das Fahrwerksbauteil integrierte Kugelaufnahme (23) gebildet ist.
Verwendung eines Kugelgelenks im Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kugelgelenk (10) als Verbindungsbauteil zwischen Karosserie und Fahrwerksbauteilen oder zwischen Fahrwerksbauteilen einsetzbar ist oder eingesetzt werden kann.
Verfahren zur Einstellung von Losbrech- und/oder Bewegungsmomenten bei Kugelgelenken nach Anspruch 1–13, dadurch gekennzeichnet, dass während und/oder nach der Montage des Kugelgelenkes (10) die Einstellung der Losbrech- und/oder Bewegungsmomente ermöglicht ist, in dem der Kugeldurchmesser (d) variierbar ist.