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Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk, welches insbesondere für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges Anwendung findet und bevorzugt in der Art eines Führungsgelenkes ausgebildet ist.
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Derartige Führungsgelenke weisen ein Gehäuse auf, in dem eine Kugel eines Kugelzapfens schwenkbar gelagert ist. Die Kugel sitzt dabei meist in einer Gleitschale. An das Gehäuse schließt sich ein Befestigungselement an, um das Kugelgelenk an einem Bauteil zu adaptieren.
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Aus
DE 203 11 595 U1 ist ein Kugelgelenk mit einem Gehäuse bekannt, wobei das Gehäuse einen Schweißabschnitt aufweist, mittels dem es an einem Bauteil angeschweißt werden kann. Das Bauteil ist zu diesem Zweck mit einer Öffnung versehen, deren Durchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Gehäuses. Bei dem Bauteil kann es sich beispielsweise um einen Fahrwerkslenker eines Kraftfahrzeugs handeln. Das Kugelgelenk weist ein Gehäuse auf, das einstückig und ohne spanende Nachbearbeitung durch Fließpressen hergestellt ist. Im Inneren des Gehäuses ist ein Kugelzapfen angeordnet, der um einen konstruktiv vorgegebenen Winkel relativ zum Gehäuse schwenkbar ist.
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Das Gehäuse ist mit einem Schweißabschnitt versehen, der als umlaufender Flansch ausgebildet ist. An seinem radial außen liegenden Ende ist der Flansch mit einem umlaufenden, konisch zulaufenden Randabschnitt versehen. Dieser Randabschnitt ist zur Befestigung des Kugelgelenks am Bauteil vorgesehen. Nachteilig ist, dass die Kugel mit ihrer Gleitschale vor dem Schweißen im Gehäuse positioniert ist. Der Wärmeeintrag beim Schweißen kann zum Verzug des Gehäuses und zur Beschädigung der Gleitschale führen, die meist aus Kunststoff besteht.
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In
DE 102006008252 A1 wird eine ähnliche Lösung beschrieben. Dabei hat das Gehäuse einen Vorsprung, der auf einer Außenfläche des Gehäuses vorgesehen ist und zum Verschweißen des Gehäuses mit einem Trägerteil dient. Der Vorsprung ist dabei mit zwei Schweißflächen versehen, die aufeinander entgegen gesetzten Seiten des Vorsprungs angeordnet sind, so dass zwei Haltelaschen des Trägerteiles damit verbunden werden können. Das Einsetzen des in der Gleitschale aufgenommenen Kugelzapfens erfolgt nach dem Schweißvorgang. Die Befestigung des Kugelzapfens und der Gleitschale erfolgt mittels zweier zusätzlicher Bauteile, wodurch sich der Montageprozess relativ aufwendig gestaltet.
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Aus der Druckschrift
DE 899 170 B geht ein Kugelgelenk hervor, dessen Gehäuse mit einen radial nach außen weisendem Flansch an einem Lenkergestänge befestigt wird, wodurch neben einem großen Bauraumbedarf ein hohes Gewicht zu verzeichnen ist.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenkes wird in
DE 26 30 083 B 2 beschrieben Dabei wird ein mit einem Umfangsflansch versehenes Gehäuse dadurch hergestellt, dass man für das Gehäuse einen Rohrabschnitt verwendet, auf den man als Flansch einen Blechring aufschiebt, dessen Außenkontur der gewünschten Flanschkontur entspricht und den man auf dem Rohrabschnitt festlegt, indem den Rohrabschnitt axial so staucht, dass beidseits des Blechrings auf dem Außenmantel des Rohrabschnittes je eine Umfangswulst entsteht, worauf man ein Ende des Rohrabschnittes radial nach innen umbördelt, vom anderen Ende her die Kugelschale und den Kugelzapfen einsetzt und schließlich dieses andere Ende des Rohrabschnittes durch axiale Krafteinwirkung an den Kugelkopf des Kugelzapfens anformt. Dieses Verfahren ist relativ aufwendig und nur für dünnwandige Gehäuse geeignet. Gehäuse mit relativ großen Wanddicken und hohen Festigkeiten sind damit nicht herstellbar.
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Aus der Druckschrift
WO 03/069171 A1 ist eine Kugelgelenk-Lenkergehäuseverbindung bekannt, wobei der Kugelzapfen 1 in einer Lagerschale gelagert ist, welche formschlüssig zwischen zwei Kugelgelenkgehäuseteilen angeordnet ist. Die Kugelgelenkgehäuseteile und das Anschlussteil sind so angeordnet, dass die drei Teile an einer Stelle miteinander verschweißt werden können, wobei die Schweißnaht eine Bewegung beider Gehäuseteile in Bezug auf die Längsachse des unausgelenkten Kugelzapfens in axialer Richtung verhindern soll. Nachteilig hierbei ist die zweiteilige direkt miteinander und mit dem Anschlussteil verbundene Ausbildung des Gehäuses, wodurch sichergestellt werden muss, dass sowohl die beiden Gehäusehälften als auch das Anschlussteil zueinander so positioniert werden, dass alle drei Teile mit nur einer Schweißnaht fügbar sind.
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Nachteilig ist bei beiden vorgenannten Lösungen der umlaufende Flansch am Gehäuse, der einen erhöhten fertigungstechnischen Aufwand darstellt. Weiterhin ist es in beiden Fällen nicht möglich, den Kugelzapfen relativ zum Gehäuse ausgehend von seiner Nulllage anders zu positionieren.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kugelgelenk, welches insbesondere in der Art eines Führungsgelenkes ausgebildet ist, zu entwickeln, welches einfach und kostengünstig herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das Kugelgelenk ist insbesondere in der Art eines Führungsgelenkes mit einem Befestigungsteil und einem Gehäuse ausgebildet, wobei das Gehäuse mit einer zumindest einseitig offenen Ausnehmung zur Aufnahme einer Kugel eines Kugelzapfens des Kugelgelenkes versehen ist und das Gehäuse entweder einteilig ausgebildet ist,wobei der Bereich zwischen der Ausnehmung des Gehäuses und der Kugel des Kugelzapfens oder zwischen der Ausnehmung des Gehäuses und einer die Kugel des Kugelzapfens aufnehmenden Lagerschale mit Kunststoff ausgespritzt ist und wobei ein Kunststoffteil, welches aus dem injiziertem Kunststoff geformt ist oben und unten Randbereiche aufweist, die an Stirnseiten des Gehäuses anliegen und wobei das Gehäuse einteilig ausgebildet ist und an seinem Außenumfang einen im Wesentlichen absatzlosen Umfangsbereich ohne radial nach außen weisende Vorsprünge und die zwei Stirnseiten aufweist und am Befestigungsteil mit seinem Umfangsbereich durch Schweißen befestigt ist, wobei das Befestigungsteil als Blechformteil ausgebildet ist und das Befestigungsteil und das Gehäuse zueinander in einem Winkel geneigt sind und die Neigung des Gehäuses durch einen umgeformten Bereich des Blechformteils erzeugt ist, wobei
das Blechformteil Z-förmig gebogen ist und drei Bereiche 2A, 2B, 2C aufweist, wobei am Bereich 2A das Gehäuse befestigt ist
oder
das Blechformteil L-förmig gebogen ist und zwei Bereiche 2A, 2B aufweist, wobei am Bereich 2A das Gehäuse befestigt ist.
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Das Gehäuse kann dabei an zumindest einer ersten Stirnseite einen radial zurückgesetzten Bereich aufweisen und an diesem radial zurückgesetzten Bereich umfangsseitig und/oder stirnseitig mit dem Befestigungsteil stoffschlüssig verbunden sein.
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Bevorzugt ist das Gehäuse in seinem Umfangsbereich und/oder im radial zurückgesetzten Bereich im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet oder weist einen konischen Verlauf auf.
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Der Aufbau des Kugelgelenkes wird durch die zweiteilige Ausführung aus einteiligem Gehäuse ohne einen radialen Vorsprung oder Flansch und Befestigungsteil wesentlich vereinfacht, dazu kommt, dass das Gehäuse durch die fehlenden radialen flanschartigen Erweiterungen kostengünstig und materialsparend gefertigt werden kann. Weiterhin ist vorteilhaft, dass das hülsenartige Gehäuse separat ausgebildet ist, wodurch Gehäuse und das Befestigungsteil in unterschiedlichsten Werkstoffpaarungen kombiniert werden können.
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Das hülsenartige Gehäuse ist in seinem Umfangsbereich im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet oder weist einen konischen Verlauf auf.
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Vorteilhafter Weise ist das Befestigungsteil als Blechformteil ausgebildet, wobei es möglich ist, das Befestigungsteil und das Gehäuse zueinander geneigt anzuordnen.
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Das Blechformteil weist dabei insbesondere in seinem Anbindungsbereich, der mit entsprechenden Bohrungen versehen sein kann, eine erste Längsachse AB und das Gehäuse eine Gehäuselängsachse AG auf, wobei die Achsen AB und AG in einem Winkel von 90° geneigt sein können, aber auch andere Neigungswinkel im Bereich von 0° bis 180° möglich sind. Es ist möglich, das Blechformteil vor oder nach der Befestigung des Gehäuses entsprechend umzuformen.
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Die Neigung des Gehäuses kann beispielsweise durch einen umgeformten Bereich des Befestigungsteils erzeugt werden.
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Ist das Befestigungsteil flanschartig ausgebildet, kann ein Teil des Flansches zur Erzeugung der Neigung entsprechend umgeformt werden.
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Dies ist z.B. dadurch möglich, dass der Randbereich des Befestigungsteils, der sich unmittelbar an das Gehäuse anschließt, entsprechend gebogen wird und das Gehäuse die dadurch vorgegebene Winkelstellung einnimmt. Es ist auch möglich, das Befestigungsteil/Blechformteil z.B. in Richtung zu seiner Längsachse L-förmig, Z-förmig oder anderweitig abzuwinkeln, wodurch das Gehäuse eine entsprechende Winkelstellung zum Anbindungsbereich des Blechformteiles einnimmt.
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Das Befestigungsteil/Blechformteil weist eine Aussparung auf, in welcher das Gehäuse sitzt, wobei die Aussparung umfangsseitig geschlossen oder umfangsseitig bereichsweise offen und durchgängig ist oder einen Boden aufweisen kann.
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Das Gehäuse wird nur an seinem Außenumfang in Bezug auf die Aussparung des Blechformteils aufgenommen.
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Vorzugsweise werden das Befestigungsteil und das Gehäuse miteinander stoffschlüssig verbunden, z.B. je nach Materialpaarung geklebt, gelötet oder verschweißt.
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Nachdem das Gehäuse mit dem Befestigungsteil verbunden wurde, wird die Kugel des Kugelzapfens darin positioniert und anschließend zumindest der Bereich zwischen der Ausnehmung des Gehäuses und der Kugel des Kugelzapfens mit aushärtendem Werkstoff, bevorzugt Kunststoff, ausgespritzt. Dabei kann die Kugel auch in einer Lagerschale aus Kunststoff aufgenommen werden, die dann ebenfalls umspritzt wird. Es ist möglich, gleichzeitig auch Außenbereiche des Gehäuses zu umspritzen, und so z.B. eine Aufnahme für einen Dichtungsbalg anzuformen. Die Lagerschale kann das Gehäuse auf der dem Zapfen gegenüberliegenden Seite überragen und wird in diesem Bereich ebenfalls umspritzt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 Gehäuse in Seitenansicht,
- 2 dreidimensionale Darstellung des Gehäuses und des Befestigungsteils vor dem Fügen,
- 3 dreidimensionale Darstellung von Gehäuse und Befestigungsteil nach dem Fügen,
- Figur 4 Längsschnitt gemäß 3,
- 5 Lagerschale,
- 6 Einzelteildarstellung des Teils, welches aus injiziertem Kunststoff geformt wurde,
- Figur 7 Längsschnitt durch ein Kugelgelenk mit angedeutetem Kugelzapfen,
- 8 Befestigungsteil, welches Z-förmig gebogen ist und wobei das Gehäuse mit einem radial zurückgesetzten Absatz in einer durchgängigen Ausnehmung des Befestigungsteils sitzt,
- 9 Darstellung ähnlich 8, jedoch mit einem anderen Winkel α und einer zusätzlichen Strebe,
- 10 Darstellung ähnlich 8, jedoch mit einem weiteren anderen Winkel α und einer anderen zusätzlichen Strebe,
- 11 Befestigungsteil, welches eine Ausnehmung mit einem Boden aufweist, auf welchem das Gehäuse aufliegt,
- 12 Darstellung wie 11, jedoch mit einem Durchbruch im Boden,
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Ein Gehäuse 1 mit einer Gehäuselängsachse AG in Seitenansicht ist in 1 dargestellt. Dieses ist im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und weist an seiner Unterseite 1a einen radial nach innen zurückgesetzten ringförmigen ersten Absatz 1.1 und an seiner Oberseite 1b einen sich radial verjüngenden konischen Bereich 1.2 mit einem sich anschließenden ebenfalls radial nach innen zurückgesetzten ringförmigen zweiten Absatz 1.3 auf. Das Gehäuse 1 besitzt eine Ausnehmung 1.4, in welche die Kugel eines Kugelzapfens schwenkbar befestigt werden kann.
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2 zeigt die dreidimensionale Darstellung des Gehäuses 1 gemäß 1 und des Befestigungsteils 2 vor dem Fügen. In das Befestigungsteil 2, welches aus Blech gefertigt wurde und im Wesentlichen flächig ausgebildet ist, wurde eine durchgängige Ausnehmung 2.1 zur Aufnahme des Gehäuses 1 eingebracht und es besitzt zwei Befestigungsbohrungen 2.2 zur Anbindung an ein nicht dargestelltes Bauteil.
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In 3 wird die dreidimensionale Darstellung von Gehäuse 1 und Befestigungsteil 2 nach dem Fügen gezeigt. Das Gehäuse 1 sitzt mit seinem absatzlosen Bereich des Außendurchmessers in der Ausnehmung 2.1 des Befestigungsteils 2 und wurde in Richtung zu seiner Unterseite mit dem Befestigungsteil 2 verschweißt, so dass die Schweißnaht in dieser Darstellung nicht sichtbar ist. Das Gehäuse 1 weist dabei keine Durchmessererweiterungen auf.
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4 zeigt den Längsschnitt gemäß 3, aus dem ersichtlich ist, dass die Schweißnaht S zwischen Gehäuse 1 und Befestigungsteil 2 in Richtung zur Unterseite des Gehäuses 1 liegt. Das Gehäuse 1 weist einen Hohlraum 1.4 auf, dessen Wandung dem Verlauf der Kugel bzw. der Lagerschale, in der die Kugel des Kugelzapfens aufnehmenden Lagerschale (hier nicht dargestellt) angepasst ist.
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Gemäß eines nicht dargestellten Ausführungsbeispiels kann das Gehäuse 1 auch in die Ausnehmung 2.1 des Befestigungsteils 2 eingepresst sein. Das Einpressen kann zum Beispiel mit einer Längspressverbindung oder einer Querpressverbindung erfolgen.
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Die dreidimensionale Darstellung einer geschlitzten Lagerschale 3 wird in 5 gezeigt. Die Lagerschale 3 ist zur Aufnahme der hier nicht dargestellten Kugel des Kugelzapfens oben offen und weist vom oberen Rand ausgehend vier Schlitze 3.1 auf, die ein Auffedern beim Einsetzen der Kugel gewährleisten.
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Die Einzelteildarstellung des Kunststoffteils, welches aus injiziertem Kunststoff 4 (der anschließend ausgehärtet ist) geformt wurde, zeigt 6. Dieses weist oben und unten Randbereiche 4.1, 4.2 auf, die an den Stirnseiten des hier nicht dargestellten Gehäuses anliegen. Zwischen den Randbereichen 4.1, 4.2 ist das Kunststoffteil aus injiziertem Kunststoff 4 außen der Innenkontur des Gehäuses und innen der Außenkontur der Gleitschale bzw. der Kugel angepasst.
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In 7 ist der Längsschnitt durch ein Kugelgelenk mit einer aus Gehäuse 1, Befestigungsteil 2, Lagerschale 3, injiziertem ausgehärteten Kunststoff 4 und mit gestrichelt angedeutetem Kugelzapfen 5 in seiner Nulllage dargestellt, der eine Kugel 5.1 und einen Zapfen 5.2 aufweist und mit der Kugel 5.1 von der Lagerschale 3 aufgenommen wird. Der Hohlraum zwischen der Innenwand des Gehäuses 1 und der Lagerschale 3 wurde mit dem Kunststoff 4 ausgespritzt, wodurch die Kugel 5.1 mit der Lagerschale 3 im Gehäuse 1 befestigt ist. Durch den injizierten Kunststoff 4 werden Toleranzen und eventueller Verzug des Gehäuses 1 durch den Wärmeeintrag beim Schweißen ausgeglichen. Der Kunststoff 4 erstreckt sich mit den Randbereichen 4.1, 4.2 auch über die beiden Stirnseiten des Gehäuses 1 und liegt somit beidseitig an den Stirnseiten des Gehäuses an, so dass axiale Kräfte sicher aufgenommen werden. Die Gleitschale 3 und die Kugel 5.1 ragen durch das Gehäuse 1 an dessen Unterseite etwas hindurch und die Kugelschale 3 ist in diesem Bereich ebenfalls von Kunststoff 4 ummantelt. Die Längsachse A5 des Kugelzapfens 5 liegt in der Nulllage des Kugelzapfens 5, die in 7 dargestellt ist, im Wesentlichen auf der Gehäuselängsachse AG.
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Ein Befestigungsteil 2, welches im Wesentlichen Z-förmig gebogen ist und wobei das Gehäuse 1 mit einem radial zurückgesetzten ersten Absatz 1.1 in einer durchgängigen Ausnehmung 2.1 des Befestigungsteiles 2 sitzt und mit der durch den Absatz 1.1 gebildeten Schulter 1.4 an der Oberseite des Befestigungsteils 2 anliegt, ist in den 8, 9, 10 im Schnitt durch das Befestigungsteil 2 dargestellt. Das Befestigungsteil 2, welches z.B. ein Blechformteil ist, weist drei Bereiche 2A, 2B, 2C auf, die jeweils im Winkel zueinander gebogen sind, wobei am Bereich 2A das Gehäuse 1 befestigt ist und sich am Bereich 2C der Anbindungsbereich des Befestigungsteiles 2 mit Befestigungsbohrungen 2.2 befindet. Der Bereich 2B verbindet die Bereiche 2A und 2C miteinander. Die drei Bereiche 2A, 2B, 2C sind zueinander gebogen, so dass sich im Ergebnis ein Winkel α zwischen der Längsachse AB des Befestigungsteils 2 im Bereich 2C und der Gehäuselängsachse AG ergibt. Das Gehäuse 1 weist an dem ersten radial zurückgesetzten Absatz 1.1 eine abschließende radial nach innen weisende Fase 1.1' auf, die an dem Befestigungsteil 2 mittels einer Schweißnaht S verschweißt wurde. Die Schweißnaht befindet sich zwischen der Fase 1.1' und dem Innendurchmesser der Ausnehmung 2.1 des Befestigungsteils 2.
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Im Unterschied zu 11 wurden bei den Ausführungen nach 12 und 13 zusätzliche Streben 2.3 zwischen dem Befestigungsteil 2 und dem Gehäuse 1 angeschweißt, wobei die Strebe 2.3 in 12 aus dem Bereich 2C und in 13 aus dem Bereich 2B laschenartig ausgestanzt und entsprechend gebogen wurde, so dass sie mit dem Außenumfang des Gehäuses 1 verschweißt werden konnten (s. Schweißnaht S1).
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In den 8 bis 10 werden jeweils unterschiedliche Winkel α realisiert. In 8 ca. 90°, in 12 ca. 75° und in 13 ca. 105°. Durch unterschiedliche Biegewinkel zwischen den Bereichen 2A, 2B, 2C kann auf einfache Art und Weise der Winkel α verändert werden. Es ist selbstverständlich auch möglich, das Befestigungsteil nur L-förmig oder anderweitig zu biegen, so dass die gewünschte Winkelstellung des Gehäuses 1 erzielt wird.
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In 11 ist ein weiteres Beispiel dargestellt, wobei das sich im Wesentlichen geradlinig erstreckende Befestigungsteil 2 eine Ausnehmung 2.1 mit einem Boden 2.4 aufweist und das Gehäuse 1 in der Ausnehmung 2.1 sitzt und auf dem Boden 2.4 aufliegt. Die Schweißnaht S befindet sich zwischen Außendurchmesser des hier absatzlosen Gehäuses 1 und Oberseite 2a des Befestigungsteils 2.
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12 zeigt ein Beispiel ähnlich wie 13, im Längsschnitt jedoch mit einem Durchbruch 2.5 im Boden 2.4, durch welchen die Lagerschale 3 ragt, in welcher die Kugel 5.1 des Kugelzapfens 5 aufgenommen ist, so dass das Gehäuse 1 eine geringere Höhe wie bei der Ausführung nach 14 besitzt. Der Raum zwischen der Ausnehmung 1.4 des Gehäuses 1 und der Lagerschale 3 wurde mit Kunststoff 4 ausgespritzt, der über die Oberseite 1A des Gehäuses 1 ragt und mit dieser eine Nut N zur Aufnahme eines Dichtungsbalges (nicht dargestellt) bildet. Der Kunststoff 4 ragt auch über die Unterseite 2b des Befestigungsteils 2 und umschließt nur teilweise die darüber hinaus ragende Lagerschale 3. In 11 und 12 sind die Gehäuse 1 umfangsseitig mittels einer Schweißnaht S mit der Oberseite 2a des Befestigungsteiles 2 verschweißt. Es ist selbstverständlich möglich, auch hier das Befestigungsteil 2, wie in den 8 bis 10 beschrieben oder auch anders, zu biegen, um eine andere Winkelstellung des Gehäuses 1 zu erzielen.
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Zum stoffschlüssigen Verbinden des Gehäuses 1 mit dem Befestigungsteil 2 können verschiedene Schweißverfahren Anwendung finden, z. B. Reibschweißen, Widerstandsschweißen oder Laserschweißen. Alternativ ist auch eine Lötverbindung oder eine Klebeverbindung oder eine Verbindung durch Ummanteln mit Kunststoff möglich.
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Weiterhin kann auch eine Pressverbindung oder eine kombinierte Fügeverbindung Anwendung finden, z. B. Kraftschluss/Stoffschluss oder Kraftschluss/Formschluss bzw. Stoffschluss/Formschluss. Die nicht dargestellte kraftschlüssige Verbindung kann durch eine Pressverbindung zwischen Außendurchmesser des Gehäuses 1 und Innendurchmesser der Ausnehmung 2.1 hergestellt werden, die ebenfalls nicht dargestellte formschlüssige Verbindung durch ineinandergreifende Formelemente von Gehäuse und Befestigungsteil.
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Es ist ebenfalls möglich, wie bereits beschrieben, das Gehäuse am Befestigungsteil durch Umspritzen zu befestigen. Zur Erhöhung der Sicherheit kann diese Verbindung auch mit einem Kraftschluss (Pressverbindung) zwischen Gehäuse und Befestigungsteil kombiniert werden.
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Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsvariante kann das Befestigungsteil und/oder das Gehäuse auch mit dem injizierten Kunststoff oder einem anderen Kunststoff komplett umspritzt werden, so dass dadurch ein hervorragender Korrosionsschutz gewährleistet ist. Als Kunststoff kann verstärkter z.B. faserverstärkter Kunststoff verwendet werden.
