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Nachfolgend wird ein Kugelgelenk, insbesondere ein Fahrwerksgelenk, für Kraftfahrzeuge beschrieben.
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Kugelgelenke werden in Kraftfahrzeugen in vielfältiger Weise verwendet. Ein wichtiger Einsatzort für Kugelgelenke sind Fahrwerke der Kraftfahrzeuge. Dort werden Kugelgelenke als Führungsgelenke oder Traggelenke benötigt. Die Gelenke werden hoch belastet und müssen über lange Zeit zuverlässig funktionieren, da die Fahrsicherheit direkt von der ordnungsgemäßen Funktion der entsprechenden Kugelgelenke abhängt. Die Kugelgelenke müssen daher sehr hochwertig ausgebildet sein, um Fehlerquellen so weit wie möglich eliminieren zu können.
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Herkömmliche Kugelgelenke weisen ein Gelenkgehäuse und einen in dem Gelenkgehäuse geführten Kugelzapfen mit einer daran angeordneten Gelenkkugel auf. In aller Regel weist das Gelenkgehäuse eine Gelenkschale zur Aufnahme der Gelenkkugel des Kugelzapfens auf. Die Gelenkkugel ist in dem Gehäuse verspannt. Eine bekannte Ausführungsform weist kegelförmige Kontaktflächen für die Gelenkschale auf, wodurch die Gelenkschale axial verspannt wird. Dadurch entstehen örtlich begrenzt hohe Flächenpressungen gegen die Gelenkkugel des Zapfens. Diese Flächenpressung zusammen mit dem Reibungsbeiwert der aneinander reibenden Flächen von Gelenkkugel und Gelenkschale erzeugt ein hohes Grundreibmoment im Gelenk. Das Grundreibmoment im Gelenk wirkt sich negativ auf den Abrollkomfort des Fahrzeugs aus. Zudem ist der entsprechende Aufbau sehr toleranzempfindlich. Insoweit ist der Fertigungsaufwand recht hoch, da zur Minimierung von Reibung und Toleranzkette jedes einzelne Elemente toleranzoptimiert sein muss und sehr viel Aufwand für eine korrekte Montage notwendig ist.
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Die
DE 10 2008 006 846 A1 offenbart ein Kugelgelenk, insbesondere für ein Fahrwerksystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem zumindest abschnittsweise kugelförmig ausgebildeten Gelenkkörper, welcher mit einem Kugelzapfen gekoppelt und mittels einer Lagerschale drehbar innerhalb einer Aufnahme eines Gehäuses gelagert ist, wobei zwischen der Lagerschale und dem Gelenkkörper ein Gelenkspalt ausgebildet ist, wobei das Gehäuse eine Ausnehmung umfasst, in welche die Lagerschale zumindest abschnittsweise eingesetzt ist. Weiterhin ist ein Kugelgelenk offenbart, wobei die Lagerschale wenigstens einen ersten und einen zweiten Lagerschalenbereich umfasst und der Gelenkspalt zwischen dem Gelenkkörper und den Lagerschalenbereichen jeweils unterschiedlich groß ausgebildet ist.
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Damit stellt sich die Aufgabe, ein Kugelgelenk der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass es eine geringere Toleranzempfindlichkeit aufweist und zudem geringere Grundreibwerte hat.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Kugelgelenk gemäß Anspruch 1. Weiterführende Ausgestaltungen des Kugelgelenks sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das nachfolgend beschriebene Kugelgelenk ist insbesondere ein Fahrwerksgelenk eines Kraftfahrzeugs. Das Kugelgelenk weist ein Gelenkgehäuse und einen in dem Gelenkgehäuse geführten Zapfen bzw. Kugelzapfen auf, wobei der Zapfen mit einer Gelenkkugel ausgestattet ist. Das Gelenkgehäuse weist eine Aufnahme für den Kugelzapfen auf, wobei in der Aufnahme eine Gelenkschale verspannt ist, die mittels eines Verschlussrings gesichert ist.
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Dabei ist vorgesehen, dass die Aufnahme und der Verschlussring je zumindest überwiegend kegelfömige Anlageflächen zur Gelenkschale aufweisen, wobei die Gelenkschale entsprechende kegelförmige Gegenanlageflächen aufweist.
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Dies ermöglicht das direkte Einsetzen der Gelenkschale in die Aufnahme des Gelenkgehäuses und des Verschlussrings. Zudem wird dadurch bewirkt, dass die Kräfte beim Montieren der Lagerschale durch die Wände der Ausnehmungen beider Teile definiert aufgenommen werden.
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Die Anlageflächen können auch vollständig kegelförmig ausgebildet sein.
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In einer ersten weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Gelenkschale Spannflächen zum Verspannen in dem Gelenkgehäuse aufweist, die einer Winkel von 90° ± 15° zu einer axialen Erstreckungsrichtung des Zapfens in neutraler Stellung aufweisen. Insbesondere kann der Winkel 90° betragen. Hierdurch wird erreicht, dass die Verspannung der Gelenkschale im Wesentlichen in axialer Erstreckungsrichtung des Zapfens stattfindet, sodass keine bzw. nur eine geringe durch die Deformation der Gelenkschale entstehende Flächenpressung im Kontaktbereich zwischen Gelenkschale und Gelenkkugel auftritt. Hierdurch werden die Grundreibungskräfte im Gelenk verringert und reibungsbedingte Abnutzung reduziert. Zudem ist diese Art der Einspannung weniger toleranzempfindlich, sodass der Fertigungs- und Montageaufwand reduziert ist.
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In einer weiterführenden Ausgestaltung ist der Verschlussring eingepresst. Durch das Einpressen des Verschlussrings kann die Gelenkschale nebst Gelenkkugel sicher gehalten werden. Dadurch, dass die Gelenkschale Spannflächen zum Verspannen quer zu einer axialen Erstreckungsrichtung aufweist, wirken die Presskräfte des Verschlussrings ebenfalls in axialer Richtung, sodass eine Deformation der Gelenkschale weitgehend vermieden werden kann. Des Weiteren ist ein steilerer Anstieg des Kraft-Pressweg-Verlaufs zu erwarten, sodass eine kraftgesteuerte Einpressung möglich ist, die trotzdem präzise Ergebnisse erlaubt.
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In einer anderen weiterführenden Ausgestaltung beträgt ein Kegelwinkel einer oder beider kegelförmigen Anlageflächen relativ zur axialen Richtung zwischen 0,1° und 30° oder zwischen 10° und 20°. Mit solchen Kegelwinkeln lässt sich eine präzise Positionierung der Gelenkschale erreichen.
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Gemäß einer anderen weiterführenden Ausgestaltung können der Kegelwinkel und die angrenzende Spannfläche einen Winkel von 90° zueinander aufweisen. Dies kann auch für die entsprechenden Kegelwinkel und Gegenspannflächen der Gelenkschale gelten. Hierdurch lassen sich Flächenpresskräfte auf die Gelenkkugel weiter reduzieren.
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In einer darüber hinausgehenden weiterführenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die kegelförmigen Anlageflächen von Gelenkgehäuse und Verschlussring aneinanderstoßen. Hierdurch lässt sich die Anzahl der Anlageflächen zwischen der Gelenkschale und dem Gelenkgehäuse sowie dem Verschlussring reduzieren, sodass die Toleranzkette verkürzt wird.
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In einer weiterführenden Ausgestaltung kann die Gegenanlageflächen der Gelenkschale einen Doppelkegel bilden.
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In einer anderen weiterführenden Ausgestaltung kann das Gelenkgehäuse eine Anschlagfläche für den Verschlussring aufweisen. Hierdurch wird der Einpressweg für den Verschlussring exakt definiert.
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In einer darüber hinausgehenden weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die kegelförmige Anlagefläche des Gelenkgehäuses in die Anschlagfläche für den Verschlussring übergeht. Hierdurch kann die Toleranzkette verkürzt werden und der konstruktive Aufwand sowie der Fertigungsaufwand werden reduziert.
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In einer anderen weiterführenden Ausgestaltung kann das Gelenkgehäuse eine Gegenspannfläche für die Gelenkschale aufweisen. Weitere gelenkgehäuseseitigen Bauteile zur Verspannung sind dann nicht erforderlich.
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In einer darüber hinausgehenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Gelenkschale Ausbuchtungen aufweist. Diese Ausbuchtungen können unter anderem als Fettdepots dienen, sie können jedoch auch so angebracht werden, dass die Flächenpressung für das Kugelgelenk reduziert werden.
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In einer anderen weiterführenden Ausgestaltung kann das Kugelgelenk als Führungsgelenk ausgebildet sein.
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In einer alternativen Ausgestaltung kann das Kugelgelenk als Traggelenk ausgebildet sein.
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In einer anderen weiterführenden Ausgestaltung kann die Gelenkkugel in einer Fettpackung laufen. Hierdurch lässt sich die Toleranzempfindlichkeit reduzieren, da die Fettpackung gewisse Toleranzen ausgleichen kann.
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Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Dabei zeigen schematisch:
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1 einen Querschnitt durch ein Führungsgelenk sowie
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2 einen Querschnitt durch eine Führungsgelenk nach dem Stand der Technik;
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1 zeigt ein Führungsgelenk 2.
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Das Führungsgelenk 2 weist einen Kugelzapfen 4 mit einer Gelenkkugel 6 auf. Der Kugelzapfen 4 ist in einem Gelenkgehäuse 8 gehalten.
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Der Kugelzapfen 4 ist in seiner Neutralstellung dargestellt. In dieser Neutralstellung ist der Kugelzapfen 4 relativ zum Gelenkgehäuse 8 zentriert und die möglichen Hübe nach links und rechts sowie je nach Ausgestaltung möglicherweise auch nach vorne und nach hinten sind gleich groß. In der dargestellten Schnittansicht sind Führungsgelenk 2 und Gelenkgehäuse 8 im Wesentlichen spiegelsymmetrisch, wobei die jeweiligen Symmetrieachsen übereinanderfallen. Der Kugelzapfen 4 weist eine axiale Richtung X auf.
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Das Gelenkgehäuse 8 weist eine Ausnehmung 10 auf, in die der Kugelzapfen 4 mit seiner Gelenkkugel 6 eintaucht.
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Die Gelenkkugel 6 wird formschlüssig von einem Verschlussring 12 gehalten, der in das Gelenkgehäuse 8 eingepresst ist. Dadurch bildet sich am Gelenkgehäuse 8 eine umlaufende Wulst 14, die den Verschlussring 12 an Ort und Stelle hält.
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Zwischen Verschlussring 12 und Gelenkkugel 6 ist eine Gelenkschale 16 angeordnet, die im Wesentlichen entlang ihrer Innenflächen der Form der Gelenkkugel 6 angepasst ist. Details hierzu sind in 2 dargestellt.
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Zwischen Gelenkkugel 6 und Gelenkschale 16 ist eine Fettpackung 18 vorgesehen. Die Fettpackung 18 reduziert die Reibungskräfte des Führungsgelenks 2 und gleichzeitig den Verschleiß.
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Die Gelenkschale 16 weist Spannflächen 20, 22 auf. Die Spannflächen 20, 22 sind im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung x ausgerichtet. Die Spannflächen 20, 22 werden von Gegenspannflächen 24, 26 verspannt. Die Gegenspannfläche 24 ist am Verschlussring 12 ausgebildet, die Gegenspannfläche 26 am Gelenkgehäuse 8. Durch die Orientierung der Spannflächen 20, 22 und Gegenspannflächen 24, 26 werden Spannkräfte im Wesentlichen in axialer Richtung x ausgeübt. Die daraus resultierende Deformation der Gelenkschale 16 ist minimal. Die minimale Deformation der Gelenkschale 16 geschieht zudem in einer Weise, in der nur minimale Flächenpresskräfte auf die Gelenkkugel 6 entstehen. Dadurch wird eine Grundreibung im Führungsgelenk 2 minimiert, sodass das Führungsgelenk leichtläufig ist und Losbrechkräfte gering sind. Zudem wird der Verschleiß reduziert.
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Die Gelenkschale 16 liegt an ihrer der Gelenkkugel 6 abgewandten Außenseite mit einer Gegenanlagefläche K1 an einer Anlagefläche K3 des Gelenkgehäuses 8 an. Mit einer Gegenanlagefläche K2 liegt die Gelenkschale 16 an einer Gegenanlagefläche K4 des Verschlussrings 12 an. Die Flächen K1, K2, K3 und K4 sind jeweils kegelförmig ausgebildet, wobei die Kegelwinkel der korrespondierenden Anlageflächen K1, K2, K3, K4 je ca. 5° zur axialen Richtung x betragen.
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Die Gegenanlageflächen K1 und K2 der Gelenkschale 16 bilden wie die Anlageflächen K3 und K4 einen Doppelkegel.
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Der Spannring 12 wird gegen eine Anschlagfläche 30 gepresst, die in dem Gelenkgehäuse 8 ausgebildet ist. Die Anschlagfläche 30 geht in die Anlagefläche K3 über.
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2 zeigt ein Führungsgelenk 102 aus dem Stand der Technik.
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Das Führungsgelenk 102 weist einen Kugelzapfen 104 mit einer Gelenkkugel 106 auf. Der Kugelzapfen 104 ist in einem Gelenkgehäuse 108 gehalten.
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Das Gelenkgehäuse 108 weist eine Ausnehmung 110 auf, in die der Kugelzapfen 104 mit seiner Gelenkkugel 106 eintaucht.
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Die Gelenkkugel 106 wird formschlüssig von einem Verschlussring 112 gehalten.
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Zwischen Verschlussring 112 und Gelenkkugel 106 ist eine Gelenkschale 116 angeordnet, die im Wesentlichen entlang ihrer Innenflächen der Form der Gelenkkugel 106 angepasst ist.
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Zwischen Gelenkkugel 106 und Gelenkschale 116 ist eine Fettpackung 118 vorgesehen. Die Fettpackung 118 reduziert die Reibungskräfte des Traggelenks 102 und gleichzeitig den Verschleiß.
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Die Gelenkschale 116 weist Spannflächen 120, 122 auf, die durch Gegenspannflächen 124, 126 verspannt werden, die im Wesentlichen in Richtung eines Kugelmittelpunkts der Gelenkkugel 106 ausgerichtet sind. Dadurch werden hohe Flächenspannkräfte auf die Gelenkkugel 106 ausgeübt. Hierdurch wird eine hohe Grundreibungskraft und ein erhöhtes Losbrechmoment gegenüber den Ausführungsformen nach 1 und 2 bedingt. Zudem ist dieser Aufbau sehr toleranzempfindlich, sodass die Toleranzen sehr eng gehalten werden müssen.
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Für den Verschlussring 112 ist im Gelenkgehäuse 108 eine Anschlagfläche 128 vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Führungsgelenk
- 4
- Kugelzapfen
- 6
- Gelenkkugel
- 8
- Gelenkgehäuse
- 10
- Ausnehmung
- 12
- Verschlussring
- 14
- Wulst
- 16
- Gelenkschale
- 18
- Fettpackung
- 20
- Spannfläche
- 22
- Spannfläche
- 24
- Gegenspannfläche Gelenkgehäuse
- 26
- Gegenspannfläche Verschlussring
- 30
- Anschlagfläche
- 102
- Führungsgelenk
- 104
- Kugelzapfen
- 106
- Gelenkkugel
- 108
- Gelenkgehäuse
- 110
- Ausnehmung
- 112
- Verschlussring
- 116
- Gelenkschale
- 118
- Fettpackung
- 120
- Spannfläche
- 122
- Spannfläche
- 124
- Gegenspannfläche
- 126
- Gegenspannfläche
- 128
- Anschlag
- K1
- Gegenanlagefläche Gelenkschale-Gelenkgehäuse
- K2
- Gegenanlagefläche Gelenkschale-Spannring
- K3
- Kontaktfläche Gelenkschale-Spannring
- K4
- Anlagefläche Gelenkschale-Gelenkkugel
- x
- Axiale Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008006846 A1 [0004]
