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Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk zur Integration in einer Lenkanordnung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Lenkanordnung für ein Fahrzeug mit dem Kugelgelenk mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage des Kugelgelenks mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
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Kugelgelenke werden üblicherweise in einer Lenkanordnung für ein Fahrzeug im Bereich einer Radaufhängung des Fahrzeugs eingesetzt, um eine über eine Spurstange übertragene Lenkbewegung auf Räder des Fahrzeugs zu übertragen. Derartige Kugelgelenke umfassen oftmals einen Kugelbolzen mit einem Scharnierzapfen und mit einer Gelenkkugel, die in einem Gehäuse drehbar gelagert ist. Um eine Drehbewegung der Gelenkkugel in dem Gehäuse zu erleichtern ist dort üblicherweise ein Schmiermittel vorgesehen.
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Beispielsweise beschreibt die Druckschrift
EP 10 96161 B1 ein Kugelgelenk, insbesondere für Fahrwerkteile von Kraftfahrzeugen. Das Kugelgelenk weist ein Gelenkgehäuse, eine Lageraufnahme und einen Gelenkzapfen mit einer Gelenkkugel auf. Es umfasst eine Abdichtmanschette und ein integriertes Schmiermittel zur Erhöhung der Lebensdauer des Kugelgelenkes.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein funktional verbessertes und langlebiges Kugelgelenk bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Kugelgelenk zur Integration in einer Lenkanordnung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Lenkanordnung für ein Fahrzeug mit dem Kugelgelenk mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und durch ein Verfahren zur Montage des Kugelgelenks mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung und/oder den beigefügten Figuren.
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Es wird ein Kugelgelenk vorgeschlagen, das zur Integration in einer Lenkanordnung für ein Fahrzeug, z.B. für einen PKW oder Lkw, ausgebildet ist. Beispielsweise ist das Kugelgelenk als ein Winkelgelenk und/oder als ein Axialgelenk ausgebildet. Vorzugsweise ist das Kugelgelenk zur Anordnung an einer Spurstange der Lenkanordnung im Bereich einer Radaufhängung des Fahrzeugs ausgebildet. Insbesondere ist die Spurstange mit dem Kugelgelenk wirkverbunden. Dadurch ist eine Lenkbewegung über die Spurstange auf das Kugelgelenk und über das Kugelgelenk auf das entsprechende Rad des Fahrzeugs übertragbar.
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Das Kugelgelenk umfasst einen Kugelbolzen, ein Gelenkgehäuse und optional ergänzend einen Dichtungsring, eine Muffe und eine Ringfeder. Vorzugsweise ist der Kugelbolzen durch eine Kugel und durch einen von der Kugel abstehen Gewindezapfen gebildet. Optional ist das Gelenkgehäuse als eine Gelenkpfanne ausgebildet, die eine Pfanne mit einer Pfannenöffnung und eine Anbindungseinrichtung aufweist. Vorzugsweise ist die Anbindungseinrichtung rohrförmig ausgebildet und ragt von der Pfanne seitlich ab.
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Der Kugelbolzen ist in dem Gelenkgehäuse drehbar gelagert. Vorzugsweise ist der Kugelbolzen in der Pfanne drehbar angeordnet. Beispielsweise ist die Anbindungseinrichtung dazu ausgebildet, eine Anbindung des Kugelgelenks an die Spurstange zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß umfasst das Kugelgelenk ein weiteres Gehäuse, das gemeinsam mit dem Kugelbolzen in dem Gelenkgehäuse angeordnet ist. Vorzugsweise ist das weitere Gehäuse als eine hohlzylinderförmige Buchse, z.B. aus einer Metalllegierung, insbesondere Stahllegierung, ausgebildet. Im Folgenden wird das weitere Gehäuse als Buchse bezeichnet. Insbesondere ist die Buchse zusammen mit dem Kugelgelenk durch die Pfannenöffnung in die Pfanne eingesteckt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Buchse einen z.B. schalenförmigen Aufnahmeraum für das Kugelgelenk auf. Insbesondere ist die Kugel des Kugelgelenks in dem Aufnahmeraum angeordnet, wogegen der Gewindebolzen aus dem Aufnahmeraum herausragt. Besonders bevorzugt ist, dass das Kugelgelenk in dem Aufnahmeraum drehbar gelagert ist.
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In einer bevorzugten konstruktiven Umsetzung der Erfindung weist der Aufnahmeraum der Buchse eine gekrümmte, insbesondere kugelwandförmige Innenseite auf. Vorzugsweise entspricht ein Radius und/oder Radienverlauf der Innenseite einem Radius und/oder Radienverlauf der Kugel. Dadurch ist der Kugelbolzen in dem Aufnahmeraum frei drehbar. Besonders bevorzugt ist, dass die Kugel in dem Aufnahmeraum kontaktlos und oder berührungsfrei zu der Innenseite angeordnet ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Kugelgelenk zahlreiche Laufkugeln. Beispielsweise sind die Laufkugeln aus einer Metalllegierung, insbesondere aus einer Stahllegierung, gebildet. Vorzugsweise ist ein Durchmesser der Laufkugeln erheblich kleiner als ein Durchmesser der Kugel des Kugelbolzens. Insbesondere sind die Laufkugeln zwischen der Kugel des Kugelbolzens und der Innenseite des Aufnahmeraums angeordnet. Dadurch bilden die Laufkugeln eine Laufbahn für die in dem Aufnahmeraum angeordnete Kugel des Kugelbolzens. Vorteilhaft ist, dass durch die Laufkugeln eine durch eine Drehung der Kugel in dem Aufnahmeraum erzeugte Reibung reduziert werden kann. Gegenüber dem Stand der Technik, in dem ein Schmiermittel zur Reibungsreduzierung vorgesehen ist, ist die vorliegende Lösung mit den Laufkugeln zu bevorzugen, da diese im Betrieb nicht verbraucht werden und deshalb nicht nachgefüllt werden müssen. Insbesondere ist keine aufwändige Wartung des Kugelgelenks in Form eines Nachfüllens des Schmiermittels notwendig.
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In einer besonders bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung bilden die Buchse, die Laufkugeln und der Kugelbolzen eine vormontierte Einheit. Vorzugsweise ist die Einheit in das Gelenkgehäuse, insbesondere in die Pfanne, eingesetzt. Im Speziellen ist die Einheit in einer Übermaß- und/oder Presspassung in der Pfanne formschlüssig angeordnet. Somit ist die Einheit insbesondere ortsfest und/oder bewegungsstarr in der Pfanne angeordnet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Dichtungsring des Kugelgelenks in einem Randbereich der Pfanne unterhalb der Pfannenöffnung angeordnet. Vorzugsweise ist der Dichtungsring in einer Ringnut in einem Innenumfang des Randbereichs formschlüssig angeordnet. Dort dichtet der Dichtungsring insbesondere einen Passbereich zwischen dem Innenumfang der Pfanne und einem Außenumfang der Buchse gegen Feuchtigkeit und Schmutzpartikel ab. Optional ragt der Gewindezapfen durch die Pfannenöffnung hindurch und ist von dem Dichtungsring umgeben, wobei der Dichtungsring beanstandet von dem Gewindezapfen angeordnet ist. Beispielsweise ist der Dichtungsring aus einer Stahllegierung gebildet.
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Beispielsweise handelt es sich bei der Muffe um ein rotationssymmetrisches Bauteil, insbesondere aus Gummi. Vorzugsweise ist die Muffe auf die Pfanne aufgesetzt. Insbesondere ist die Muffe an der Pfanne form- und/oder kraftschlüssig befestigt, im Speziellen mit dieser verklipst und/oder verrastet. Vorzugsweise weist die Muffe hierfür ein Rastelement auf, das in eine entsprechende Rastaufnahme der Pfanne eingreift.
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Optional weist die Muffe einen kragenartigen Fortsatz mit einem Durchlass auf. Vorzugsweise ist der Durchlass in einer Draufsicht von oben überlappend und/oder deckungsgleich zu der Pfannenöffnung angeordnet. Insbesondere ragt der Gewindezapfen des Kugelbolzens durch die Pfannenöffnung und den Durchlass heraus. Besonders bevorzugt ist, dass die Ringfeder den Fortsatz umschließt, sodass der Fortsatz an dem durch den Durchlass hindurchragenden Gewindezapfen elastisch befestigt ist.
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Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet eine Lenkanordnung für ein Fahrzeug mit dem Kugelgelenk nach der bisherigen Beschreibung und/oder nach den Ansprüchen 1-8.
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Ein Verfahren zur Montage eines Kugelgelenks nach der bisherigen Beschreibung und/ oder nach den Ansprüchen 1-8 bildet einen weiteren Gegenstand der Erfindung. Im Rahmen des Verfahrens werden die Laufkugeln und der Kugelbolzen in dem Aufnahmeraum der Muffe angeordnet, sodass eine vormontierte Einheit gebildet wird. Die Einheit wird im Rahmen des Verfahrens in das Gelenkgehäuse, insbesondere in die Pfanne, eingesetzt.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:
- 1 ein Kugelgelenk mit einem Kugelbolzen, einem Gelenkgehäuse, einer Muffe und einem Federring;
- 2 eine Lenkanordnung für ein Fahrzeug mit dem Kugelgelenk aus 1;
- 3 eine Explosionsdarstellung des Kugelgelenks aus 1;
- 4a ein Längsschnitt durch das Kugelgelenk aus 1 entlang einer Rotationsachse eines Kugelbolzens des Kugelgelenks;
- 4b eine Detaildarstellung des Längsschnitts aus 4a.
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Einander entsprechende oder gleiche Teile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Kugelgelenk 1, das zur Integration in einer Lenkanordnung 20 (siehe 2) für ein Fahrzeug, z.B. für einen Pkw oder Lkw, ausgebildet ist. Insbesondere ist das Kugelgelenk 1 mit einer Spurstange 21 der Lenkanordnung 20 wirkverbunden und im Bereich einer Radaufhängung angeordnet und/oder anordbar.
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Das Kugelgelenk 1 weist ein Gelenkgehäuse 2 aus einer Metalllegierung, insbesondere aus einer Stahllegierung, auf. Es ist als eine Gelenkpfanne ausgebildet, die eine Pfanne 3 und eine rohrförmige Anbindungseinrichtung 4 umfasst. Die Anbindungseinrichtung 4 ist dazu ausgebildet, das Kugelgelenk 1 an die Spurstange 21 (2) anzubinden. Die Pfanne 3 ist als ein hohlzylindrischer Behälter mit einem Pfannenboden 3a und einer dem Boden 3a gegenüberliegenden Pfannenöffnung 3b ausgebildet.
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Das Kugelgelenk 1 weist weiterhin einen Kugelbolzen 5 auf. Dieser umfasst eine Kugel 5a (4a, 4b) und einen Gewindezapfen 5b, der von der Kugel 5a absteht. Der Kugelbolzen 5 ist in dem Gelenkgehäuse 2, insbesondere in der Pfanne 3, um eine Rotationsachse R drehbar angeordnet.
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Die Pfannenöffnung 3b ist durch eine rotationsymmetrische Muffe 6, die z.B. aus Gummi gebildet ist, verschlossen. Hierfür ist die Muffe 6 auf die Pfanne 3 aufgesetzt.
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Die Muffe 6 weist einen kragenartigen Fortsatz 6a mit einem Durchlass 6b für den Gewindezapfen 5b auf. Dieser ragt durch den Durchlass 6b hindurch und steht axial von dem Gelenkgehäuse 2 und quer, insbesondere rechtwinklig, zu der Anbindungseinrichtung 4 ab. Der Fortsatz 6a und der Gewindezapfen 5b sind von einer Ringfeder 7 umschlossen.
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2 zeigt die Lenkanordnung 20. Die Lenkanordnung 20 umfasst das Kugelgelenk 1 aus 1. Dieses ist im Bereich der Radaufhängung 22 eines Rades 23 des Fahrzeugs angeordnet. Das Kugelgelenk 1 ist über die Anbindungseinrichtung 4 mit der Spurstange 21 wirkverbunden. Die Spurspurstange 21 ist getriebetechnisch mit einer Lenksäule 24 des Fahrzeugs verbunden. Dadurch kann eine über eine Lenksäule 24 übertragene Lenkbewegung durch die Spurstange 21 und das Kugelgelenk 1 auf das Rad 23 übertragen werden.
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In 3 ist eine Explosionsdarstellung des Kugelgelenks 1 aus 1 gezeigt. Das Kugelgelenk 1 umfasst das Gelenkgehäuse 2, den Kugelbolzen 5, die Muffe 6 und die Ringfeder 7 gebildet. Weiterhin umfasst das Kugelgelenk 1 einen elastischen Dichtungsring 9, der z.B. aus einer Stahllegierung gebildet ist.
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Das Kugelgelenk 1 umfasst außerdem ein weiteres Gehäuse 8, das als eine hohlzylindrische Buchse ausgebildet ist. Der Kugelbolzen 5, insbesondere die Kugel 5a, ist in einem Aufnahmeraum 8a der Buchse 8 angeordnet und darin drehbar gelagert. Der Aufnahmeraum 8a ist von einer Innenseite 8b (4a, 4b) der Buchse 8 umgeben. Um die Drehbarkeit in dem Aufnahmeraum 8a zu gewährleisten entspricht ein Radius und/oder Radienverlauf der Innenseite 8b einem Radius und/oder Radienverlauf der Kugel 5a.
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Zwischen der Kugel 5a und der Innenseite 8b ist eine Vielzahl an Laufkugeln 11 ( 4a, 4b) angeordnet, die eine Laufbahn für die Kugel 5a bilden. Dadurch ist die Kugel 5a berührungslos und/oder kontaktlos zu der Innenseite 8b der Buchse 8 angeordnet. Insbesondere reduzieren die Laufkugeln 11 eine Reibung, die durch eine Drehbewegung der Kugel 5a in dem Aufnahmeraum 8a, insbesondere gegenüber der Innenseite 8b, erzeugt wird.
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Die Buchse 8, die Laufkugeln 11 und der Kugelbolzen 5 bilden eine vormontierte Einheit 10. Die Einheit 10 ist in das Gelenkgehäuse 2, insbesondere in die Pfanne 3, unter Kraftaufbringung F einsetzbar und/oder eingesetzt.
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In 4a ist eine Schnittdarstellung des Kugelgelenks 1 aus 1 gezeigt, wobei eine Schnittebene durch die Rotationsachse R (1) und gleichgerichtet zu der Anbindungseinrichtung 4 verläuft. 4b zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Kugelgelenks 1 aus der Schnittdarstellung der 4a.
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Die Einheit 10, die aus der Buchse 8, den Laufkugeln 11 und dem Kugelbolzen 5 gebildet ist, ist durch die Pfannenöffnung 3b in die Pfanne 3 eingesteckt. Zwischen der Pfanne 3 und der Einheit 10 besteht eine Press- und/oder Übermaßpassung. Dadurch ist die Einheit 10 formschlüssig und bewegungsstarr in der Pfanne 3 gehalten.
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Die Muffe 6 ist auf die Pfanne 3 aufgesetzt und in diese eingeklipst und/oder eingerastet. Hierfür weist die Muffe 6 ein randseitiges umlaufendes Rastelement 12 auf, das in eine Rastaufnahme 13 der Pfanne 3 eingreift. Die Rastaufnahme 13 ist als eine Ringnut ausgebildet, die in einem Außenumfang der Pfanne 3a in einem Randbereich unterhalb der Pfannenöffnung 3b eingebracht ist.
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Der durch die Pfannenöffnung 3b und den Durchlass des Fortsatzes 6a der Muffe 6 hervorragende Gewindezapfen 5b ist von dem Fortsatz 6a abschnittsweise umgeben. Die Ringfeder 7 umschließt den Fortsatz 6a und befestigt diesen dadurch an dem Gewindezapfen 5b.
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Der Dichtungsring 9 ist formschlüssig in einer Ringnut 14 angeordnet, die in einem Innenumfang der Pfanne 3 in dem Randbereich unterhalb der Pfannenöffnung 3b eingebracht ist. Der Dichtungsring 9 dichtet dort einen Passbereich zwischen dem Innenumfang der Pfanne 3 und einem Außenumfang der Buchse 8 ab, sodass keine Feuchtigkeit und/oder Schmutzpartikel eindringen können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kugelgelenk
- 2
- Gelenkgehäuse
- 3
- Pfanne
- 3a
- Pfannenboden
- 3b
- Pfannenöffnung
- 4
- Anbindungseinrichtung
- 5
- Kugelbolzen
- 5a
- Kugel
- 5b
- Gewindezapfen
- 6
- Muffe
- 6a
- Fortsatz
- 7
- Ringfeder
- 8
- weiteres Gehäuse, Buchse
- 8a
- Aufnahmeraum
- 8b
- Innenseite
- 9
- Dichtungsring
- 10
- Einheit
- 11
- Laufkugeln
- 12
- Rastelement
- 13
- Rastaufnahme
- 14
- Ringnut
- 20
- Lenkanordnung
- 21
- Spurstange
- 22
- Radaufhängung
- 23
- Rad
- 24
- Lenksäule
- A
- Rotationsachse
- F
- Kraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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