DE102017203711A1

DE102017203711A1 - Kugelgelenk

Info

Publication number: DE102017203711A1
Application number: DE102017203711.3A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Gräber
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-03-07
Filing date: 2017-03-07
Publication date: 2018-09-13
Also published as: WO2018162169A1; US20190390706A1; EP3592997A1; KR20190119137A; KR102452897B1; JP2020509301A; CN110382885A

Abstract

Kugelgelenk mit einem eine Gehäuseöffnung (4) umfassenden Gehäuse (2), dem eine sich in einer axialen Richtung (z) erstreckende und durch die Gehäuseöffnung (4) hindurch verlaufende Mittelachse (5) zugeordnet ist, einem eine Gelenkkugel (11) umfassenden Kugelzapfen (12), der mit seiner Gelenkkugel (11) beweglich in dem Gehäuse (2) gelagert ist und sich aus diesem durch die Gehäuseöffnung (4) hindurch heraus erstreckt, und einem fest in dem Gehäuse (2) sitzenden, die Mittelachse (5) umringenden und die Gelenkkugel (11) in axialer Richtung (z) abstützenden Verschlussring (13), der eine Verschlussringöffnung (25) begrenzt, durch welche sich der Kugelzapfen (12) hindurch erstreckt, wobei die Verschlussringöffnung (25) in einer quer zur Mittelachse (5) verlaufenden Längsrichtung (x) größer ausgebildet ist als in einer quer zur Mittelachse (5) und zur Längsrichtung (x) verlaufenden Querrichtung (y).

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk mit einem eine Gehäuseöffnung umfassenden Gehäuse, dem eine sich in einer axialen Richtung erstreckende und durch die Gehäuseöffnung hindurch verlaufende Mittelachse zugeordnet ist, einem eine Gelenkkugel umfassenden Kugelzapfen, der mit seiner Gelenkkugel beweglich in dem Gehäuse gelagert ist und sich aus diesem durch die Gehäuseöffnung hindurch heraus erstreckt, und einem fest in dem Gehäuse sitzenden, die Mittelachse umringenden und die Gelenkkugel in axialer Richtung abstützenden Verschlussring, der eine Verschlussringöffnung begrenzt, durch welche sich der Kugelzapfen hindurch erstreckt.
Ein derartiges Kugelgelenk wird beispielsweise im Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs eingesetzt und ist z.B. aus der DE 10 2015 211 005 A1 bekannt.
Zur axialen Abstützung der Gelenkkugel überdeckt der Verschlussring die Gelenkkugel und/oder eine die Gelenkkugel aufnehmende Kugelschale in axialer Richtung. Diese Überdeckung ist umso geringer, je größer die gewünschte Auslenkung des Kugelzapfens relativ zu dem Gehäuse ist, sodass eine größere Auslenkbarkeit mit einer geringeren Fähigkeit zur axialen Abstützung der Gelenkkugel bei ansonsten unverändertem Kugelgelenk einhergeht. Die Verringerung der Überdeckung reduziert somit die Belastbarkeit des Kugelgelenks in axialer Richtung. Um diese Verringerung der Belastbarkeit zu kompensieren, wird das Kugelgelenk häufig größer gebaut. Aufgrund des begrenzten Bauraums in Kraftfahrzeugen ist ein größeres Gelenk aber unerwünscht. Ferner erhöht ein größeres Gelenk das Gewicht des Kraftfahrzeugs und somit den Kraftstoffverbrauch. Schließlich verteuert die Vergrößerung des Gelenks, allein schon wegen des erhöhten Materialeinsatzes, die Herstellungskosten des Gelenks.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die axiale Belastbarkeit eines Kugelgelenks der eingangs genannten ohne signifikante Vergrößerung des Gelenks, erhöhen zu können.
Diese Aufgabe wird durch ein Kugelgelenk nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen dieses Kugelgelenks sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung gegeben.
Das eingangs genannte Kugelgelenk mit einem eine Gehäuseöffnung umfassenden Gehäuse, dem eine sich in einer axialen Richtung erstreckende und durch die Gehäuseöffnung hindurch verlaufende Mittelachse zugeordnet ist, einem eine Gelenkkugel umfassenden Kugelzapfen, der mit seiner Gelenkkugel beweglich in dem Gehäuse gelagert ist und sich aus diesem durch die Gehäuseöffnung hindurch heraus erstreckt, und einem fest in dem Gehäuse sitzenden, die Mittelachse umringenden und die Gelenkkugel in axialer Richtung abstützenden Verschlussring, der eine Verschlussringöffnung begrenzt, durch welche sich der Kugelzapfen hindurch erstreckt, ist insbesondere dadurch weitergebildet, dass die Verschlussringöffnung in einer quer zur Mittelachse verlaufenden Längsrichtung größer ausgebildet ist als in einer quer zur Mittelachse und zur Längsrichtung verlaufenden Querrichtung.
Somit ist es möglich, in Längsrichtung die gewünschte Auslenkbarkeit des Kugelzapfens gegenüber dem Gehäuse zu realisieren, wohingegen in Querrichtung die axiale Überdeckung und somit die axiale Belastbarkeit des Kugelgelenks erhöht wird. Dies ist möglich, da in vielen praktischen Anwendungen die Auslenkung des Kugelzapfens gegenüber dem Gehäuse in lediglich einer Richtung maximal wird und in anderen Richtungen deutlich geringer ausfällt. Eine kreisförmige Verschlussringöffnung ist somit nicht zwingend erforderlich.
Die erhöhte axiale Überdeckung in Querrichtung führt insbesondere zu einem zusätzlichen Flächenanteil, der zur axialen Abstützung zur Verfügung steht, sodass die Flächenpressung in axialer Richtung gesenkt werden kann. Dies führt in vorteilhafter Weise auch zu einer Reduzierung des Verschleißes. Der zusätzliche Flächenanteil ist insbesondere ferner für die Messung der Federsteifigkeit nach Verschleißtests vorteilhaft und kann ggf. auch als zusätzliches Nachstellelement bezeichnet werden. Zwar ist das Kugelgelenk aufgrund der nicht kreisförmigen Verschlussringöffnung in der Regel orientiert und/oder gerichtet einzubauen, dies ist aufgrund der Bauraum-, Gewichts- und Kostenvorteile aber hinnehmbar. Insbesondere dürfte das gerichtete Einbauen bei einem integrierten Traggelenk kein Problem darstellen, selbst wenn das Einbauen rein kraftschlüssig erfolgt.
Die Mittelachse verläuft bevorzugt durch den Mittelpunkt der Gelenkkugel. Eine oder jedwede quer zur Mittelachse und/oder zur axialen Richtung verlaufende Richtung wird insbesondere als radiale Richtung bezeichnet.
Das Gehäuse umfasst vorzugsweise einen Gehäuseinnenraum. Bevorzugt ist der Kugelzapfen mit seiner Gelenkkugel beweglich in dem Gehäuseinnenraum gelagert. Vorteilhaft geht der Gehäuseinnenraum, insbesondere in axialer Richtung, in die Gehäuseöffnung über.
Der Verschlussring sitzt z.B. in der Gehäuseöffnung und/oder in dem Gehäuseinnenraum. Bevorzugt sitzt der Verschlussring in einem der Gehäuseöffnung zugewandten Bereich des Gehäuseinnenraums. Beispielsweise sitzt der Verschlussring, insbesondere in axialer Richtung, zwischen der Gelenkkugel und der Gehäuseöffnung. Vorzugsweise sitzt der Verschlussring, insbesondere in axialer Richtung, zwischen der Gelenkkugel und einer Innenschulter des Gehäuses, die insbesondere im Bereich Gehäuseöffnung vorgesehen ist. Vorteilhaft ist der Verschlussring in axialer Richtung an der Innenschulter abgestützt. Bevorzugt liegt der Verschlussring, vorzugsweise mit seiner der Gelenkkugel abgewandten Stirnseite, insbesondere in axialer Richtung, an der Innenschulter an. Die Innenschulter ist vorzugsweise ringförmig.
Bevorzugt überdeckt der Verschlussring die Gelenkkugel in axialer Richtung. Vorzugsweise ist die Verschlussringöffnung, beispielsweise in einer quer zur Mittelachse verlaufenden Ringebene, oval und/oder elliptisch und/oder als Langloch ausgebildet. Bevorzugt ist die Projektion der Verschlussringöffnung auf eine quer zur Mittelachse verlaufenden Projektionsebene oval und/oder elliptisch und/oder langloch-förmig ausgebildet. Vorteilhaft verläuft die Mittelachse mittig durch die Gehäuseöffnung und/oder die Verschlussringöffnung hindurch. Die Gehäuseöffnung ist vorzugsweise größer als die Verschlussringöffnung. Bevorzugt sind die Verschlussringöffnung und die Gehäuseöffnung in axialer Richtung hintereinander und/oder aufeinanderfolgend vorgesehen. Vorteilhaft liegt die Verschlussringöffnung in axialer Richtung zwischen der Gelenkkugel und der Gehäuseöffnung.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst das Gehäuse einen die Gehäuseöffnung begrenzenden Gehäuserand, der bevorzugt nach innen umgebogen ist und/oder vorzugsweise den Verschlussring in axialer Richtung übergreift. Somit ist der Verschlussring in axialer Richtung insbesondere formschlüssig in dem Gehäuse festlegt. Das Umbiegen des Gehäuserands erfolgt bevorzugt durch druckbelastete Rollen und wird daher auch als Verrollen bezeichnet. Die Innenschulter ist insbesondere durch den nach innen umgebogenen Gehäuserand gebildet.
Gemäß einer Ausgestaltung liegt die der Gelenkkugel abgewandte, Stirnseite des Verschlussrings in einer quer zur Mittelachse verlaufenden Stirnseitenebene, die beispielsweise auch als äußere Stirnseitenebene bezeichnet wird. Dies ist mit dem Vorteil verbunden, dass herkömmliche Techniken zum Verschließen des Kugelgelenks einsetzbar sind, wie z.B. das Verrollen.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Außenumfangsfläche des Verschlussrings, insbesondere bezüglich der Mittelachse, rotationssymmetrisch und/oder kreisförmig und/oder kreiszylindrisch. Dies gilt vorzugsweise über die gesamte axiale Erstreckung des Verschlussrings. Somit ist es z.B. möglich, die Gehäuseöffnung und/oder den Gehäuseinnenraum und/oder den der Gehäuseöffnung zugewandten Bereich des Gehäuseinnenraums bezüglich der Mittelachse rotationssymmetrisch auszubilden, was mit Kostenvorteilen bei der Gehäuseherstellung verbunden ist. Bevorzugt ist oder sind die Gehäuseöffnung und/oder der Gehäuseinnenraum und/oder der der Gehäuseöffnung zugewandte Bereich des Gehäuseinnenraums, insbesondere bezüglich der Mittelachse, rotationssymmetrisch und/oder kreisförmig und/oder kreiszylindrisch. Die Außenumfangsfläche des Verschlussrings liegt vorzugsweise an einer Innenumfangsfläche des Gehäuses an. Vorteilhaft ist diese Innenumfangsfläche des Gehäuses, insbesondere bezüglich der Mittelachse, rotationssymmetrisch und/oder kreisförmig und/oder kreiszylindrisch. Bevorzugt ist diese Innenumfangsfläche des Gehäuses in der Gehäuseöffnung und/oder in dem Gehäuseinnenraum und/oder in dem der Gehäuseöffnung zugewandten Bereich des Gehäuseinnenraums vorgesehen.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Gelenkkugel in dem Gehäuse unter Zwischenschaltung einer Kugelschale, insbesondere beweglich, gelagert. Bevorzugt sitzt die Gelenkkugel, insbesondere gleitfähig, in der Kugelschale. Vorteilhaft ist die Kugelschale im Gehäuseinnenraum angeordnet. Der Kugelzapfen ist mit seiner Gelenkkugel vorzugsweise gelenkig in dem Gehäuse und/oder in der Kugelschale gelagert. Vorteilhaft ist der Kugelzapfen mit seiner Gelenkkugel drehbar und/oder auslenkbar in dem Gehäuse und/oder in der Kugelschale gelagert. Bevorzugt besteht die Kugelschale aus Kunststoff, insbesondere aus einem thermoplastischen Kunststoff. Der Kunststoff ist beispielsweise frei von Fasern. Alternativ ist der Kunststoff z.B. mit Fasern versetzt und/oder verstärkt, die beispielsweise Glasfasern umfassen. Vorteilhaft ist die Kugelschale, insbesondere bezüglich der Mittelachse, rotationssymmetrisch.
Bevorzugt umfasst die Kugelschale, insbesondere auf ihrer der Gehäuseöffnung zugewandten Seite, eine Kugelschalenöffnung, durch welche hindurch sich der Kugelzapfen, insbesondere aus der Kugelschale heraus, erstreckt. Vorteilhaft umfasst die Kugelschale einen die Kugelschalenöffnung umringenden und/oder begrenzenden Überdeckungsbereich, der die Gelenkkugel in axialer Richtung überdeckt. Bevorzugt ist der Überdeckungsbereich in Richtung der Gehäuseöffnung gegenüber der Mittelachse nach innen geneigt. Insbesondere ist oder wird der Überdeckungsbereich in axialer Richtung von dem Verschlussring überdeckt. Vorteilhaft verläuft die Mittelachse, insbesondere mittig, durch die Kugelschalenöffnung hindurch.
Bevorzugt sitzt der Verschlussring, insbesondere in axialer Richtung, zwischen der Kugelschale und der Gehäuseöffnung. Vorzugsweise sitzt der Verschlussring, insbesondere in axialer Richtung, zwischen der Kugelschale und der Innenschulter des Gehäuses. Vorteilhaft ist die Kugelschale in axialer Richtung an dem Verschlussring abgestützt. Bevorzugt liegt die Kugelschale, vorzugsweise in oder mit ihrem Überdeckungsbereich, insbesondere in axialer Richtung, an dem Verschlussring an. Vorteilhaft begrenzt der Überdeckungsbereich zusammen mit der oder einer Innenumfangsfläche des Gehäuses einen Ringraum. Bevorzugt ist der Ringraum in axialer Richtung durch die Innenschulter begrenzt. Vorzugsweise ist der Ringraum in dem Gehäuseinnenraum vorgesehen. Insbesondere ist der Verschlussring in dem Ringraum angeordnet und/oder der Verschlussring sitzt insbesondere in dem Ringraum. Der Ringraum ist im Querschnitt vorzugsweise keilförmig. Insbesondere kann eine der Kugelschale zugewandte Seite und/oder mittels der Kugelschale definierte Seite des Ringraums im Querschnitt gerade ausgebildet sein. Alternativ kann die der Kugelschale zugewandte Seite und/oder mittels der Kugelschale definierte Seite des Ringraums im Querschnitt gebogen, insbesondere nach Innen gewölbt, ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausgestaltung weist der Verschlussring einen der Gelenkkugel abgewandten Ringbereich und einen der Gelenkkugel zugewandten Ringbereich auf. Insbesondere ist jeder der Ringebereiche ringförmig ausgebildet. Bevorzugt weist der der Gelenkkugel zugewandte Ringbereich eine um die Mittelachse umlaufende Innenumfangsfläche auf. Vorteilhaft ist diese Innenumfangsfläche, insbesondere bezüglich der Mittelachse, rotationssymmetrisch. Vorzugsweise weist der der Gelenkkugel zugewandte Ringbereich die oder eine, insbesondere bezüglich der Mittelachse, rotationssymmetrische Innenumfangsfläche auf. Die Innenumfangsfläche kann im Querschnitt gerade oder gebogen, insbesondere nach Innen oder zu einer gewölbten Kontur der Kugelschale korrespondierend gewölbt, ausgebildet sein. Ein Übergang kann zwischen der Innenumfangsfläche des der Gelenkkugel abgewandten Ringbereichs und der Innenumfangsfläche des der Gelenkkugel zugewandten Ringbereichs vorhanden sein. Hierbei kann der Übergang eine Angleichung zwischen der rotationssymmetrischen Innenumfangsfläche des der Gelenkkugel zugewandten Ringbereichs und der nicht-rotationssymmetrischen Innenumfangsfläche des der Gelenkkugel abgewandten Ringbereichs realisieren. Insbesondere ist der Übergang nichtrotationssymmetrische ausgebildet.
Der Ringraum und/oder der Verschlussring kann einen im Wesentlichen keilartigen oder keilförmigen Querschnitt aufweisen. Alternativ kann der Ringraum und/oder der Schlussring mindestens teilweise einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Insbesondere hat der Ringraum und/oder der Verschlussring im Wesentlichen in einer Ebene in Querrichtung einen rechteckigen Querschnitt. Im Wesentlichen in einer Ebene in Längsrichtung kann der Ringraum und/oder der Verschlussring einen Querschnitt aufweisen, der keilartig ausgebildet ist. Hierbei kann dieser Querschnitt eine Schräge aufweisen, die quer zur Mittelachse ausgerichtet ist. Die Schräge ist derart ausgebildet, dass sich diese mit zunehmendem Abstand zum Mittelpunkt der Gelenkkugel nach außen erweitert. Hierdurch ergibt sich konisch erweiternder Querschnitt des Verschlussringes in einer Ebene in Längsrichtung. Dadurch kann für die Beweglichkeit des Kugelzapfens, insbesondere in Längsrichtung, ein größerer Winkelbereich realisiert werden. Somit sind für den Kugelzapfen in Längsrichtung größere Winkelausschläge realisierbar als in Querrichtung. Der Verschlussring kann als ein Flachring ausgebildet sein. Insbesondere ist die Höhe des Verschlussrings oder Flachrings geringer als die Breite des Verschlussrings oder Flachrings.
Bevorzugt weist der der Gelenkkugel zugewandte Ringbereich eine um die Mittelachse umlaufende Außenumfangsfläche auf. Vorteilhaft ist die oder eine Außenumfangsfläche des der Gelenkkugel zugewandten Ringbereichs, insbesondere bezüglich der Mittelachse, rotationssymmetrisch und/oder kreisförmig und/oder kreiszylindrisch. Vorzugsweise verjüngt sich die Innenumfangsfläche des der Gelenkkugel zugewandten Ringbereichs mit zunehmendem Abstand zum Mittelpunkt der Gelenkkugel. Vorteilhaft liegt die der Gelenkkugel zugewandte Stirnseite des Verschlussrings und/oder des der Gelenkkugel zugewandten Ringbereichs in einer quer zur Mittelachse verlaufenden Stirnseitenebene, die beispielsweise auch als innere Stirnseitenebene bezeichnet wird. Die vorgenannten Maßnahmen sind, insbesondere für sich und/oder in Kombination, vorteilhaft, da der Verschlussring den Überdeckungsbereich der Kugelschale in herkömmlicherweise gegen die Gelenkkugel drücken kann. Eine besonders gestaltete Kugelschale und/oder ein besonders gestaltetes Gehäuse sind dafür insbesondere nicht erforderlich. Vorzugsweise sind die Ringbereiche des Verschlussrings in axialer Richtung, insbesondere unmittelbar, hintereinander und/oder aneinander angrenzend und/oder aufeinander folgend angeordnet. Vorteilhaft gehen die Ringbereiche des Verschlussrings in axialer Richtung ineinander über.
Bevorzugt weist der der Gelenkkugel abgewandte Ringbereich eine um die Mittelachse umlaufende Innenumfangsfläche auf. Vorteilhaft weist die oder eine Innenumfangsfläche des der Gelenkkugel abgewandten Ringbereichs in Längsrichtung einen größeren Durchmesser als in Querrichtung auf. Vorzugsweise ist die Innenumfangsfläche des der Gelenkkugel abgewandten Ringbereichs, beispielsweise in der oder einer quer zur Mittelachse verlaufenden Ringebene, oval und/oder elliptisch und/oder langloch-förmig ausgebildet. Bevorzugt ist die Projektion der Innenumfangsfläche des der Gelenkkugel abgewandten Ringbereichs auf die oder eine quer zur Mittelachse verlaufende Projektionsebene oval und/oder elliptisch und/oder langloch-förmig ausgebildet. Vorzugsweise definiert der der Gelenkkugel abgewandte Ringbereich und/oder dessen Innenumfangsfläche die Verschlussringöffnung und/oder die Geometrie oder Form der Verschlussringöffnung und/oder die Abmessungen der Verschlussringöffnung. Bevorzugt weist der der Gelenkkugel abgewandte Ringbereich eine um die Mittelachse umlaufende Außenumfangsfläche auf. Vorteilhaft ist die oder eine Außenumfangsfläche des der Gelenkkugel abgewandten Ringbereichs, insbesondere bezüglich der Mittelachse, rotationssymmetrisch und/oder kreisförmig und/oder kreiszylindrisch.
Der Verschlussring ist entlang seines Umfangs z.B. vollständig geschlossen ausgebildet. Alternativ ist der Verschlussring als offener oder geschlitzter Ring ausgebildet und/oder mit einem Schlitz und/oder mit einer Trennfuge versehen. Beispielsweise besteht der Verschlussring aus Draht. Vorzugsweise bildet der Verschlussring einen einstückigen und/oder materialhomogenen und/oder monolithischen Körper. Bevorzugt besteht der Verschlussring aus Metall, insbesondere aus einem Eisenwerkstoff, wie z.B. Stahl.
Gemäß einer Weiterbildung ist der Überdeckungsbereich der Kugelschale, insbesondere rings der Mittelachse oder die Mittelachse umlaufend oder koaxial zur Mittelachse, von dem der Gelenkkugel zugewandten Ringbereich in axialer Richtung überdeckt. Eine darüber hinausgehende Überdeckung des Überdeckungsbereichs der Kugelschale in axialer Richtung erfolgt vorzugsweise in oder nur in Querrichtung durch den der Gelenkkugel abgewandten Ringbereich und/oder ist vorzugsweise in oder nur in Querrichtung durch den der Gelenkkugel abgewandten Ringbereich gegeben. Insbesondere ergibt sich die darüber hinausgehende Überdeckung in einem Winkelbereich von etwa ± 60° rechtwinklig zur Längsrichtung. Bevorzugt liegt die Kugelschale und/oder der Überdeckungsbereich, insbesondere rings der Mittelachse, an dem der Gelenkkugel zugewandten Ringbereich und/oder an dessen Innenumfangsfläche in axialer Richtung an. Vorteilhaft liegt die Kugelschale und/oder der Überdeckungsbereich, in Querrichtung an dem der Gelenkkugel abgewandten Ringbereich in axialer Richtung an. Vorzugsweise liegt die Kugelschale auch in Längsrichtung an dem der Gelenkkugel abgewandten Ringbereich in axialer Richtung an. Insbesondere gilt, dass je größer der Überdeckungsbereich in Querrichtung ist desto besser. Der Überdeckungsbereich, der sich im Wesentlich in Querrichtung ergibt, kann größer sein als der Überdeckungsbereich, der sich im Wesentlichen in Längsrichtung ergibt. Hierdurch können in Querrichtung größere Kräfte aufgenommen werden als in Längsrichtung.
Bevorzugt ist die Innenfläche des der Gelenkkugel abgewandten Ringbereichs in Querrichtung in zwei axial übereinander liegende Flächenbereiche unterteilt, von denen ein erster Flächenbereich der Gelenkkugel zugewandt und ein zweiter Flächenbereich der Gelenkkugel abgewandt ist. Vorzugsweise verjüngt sich die Innenfläche des ersten Flächenbereichs mit zunehmendem Abstand zum Mittelpunkt der Gelenkkugel. Insbesondere bildet der erste Flächenbereich eine Fortsetzung und/oder Verlängerung der Innenumfangsfläche des der Gelenkkugel zugewandten Ringbereichs. Bevorzugt ist der zweite Flächenbereich in axialer Richtung und/oder in von der Gelenkkugel wegweisenden Richtung gegenüber der Mittelachse nach außen geneigt. Vorteilhaft ist die Innenfläche des der Gelenkkugel abgewandten Ringbereichs in Längsrichtung in axialer Richtung und/oder in von der Gelenkkugel wegweisenden Richtung gegenüber der Mittelachse nach außen geneigt.
Ein Winkelbereich des Gelenks und/oder des Kugelzapfens kann aufgrund eines Gehäuserandes, insbesondere einer Rollkante, auf unerwünschte Weise beschränkt sein. Um eine größere Auswinkelung oder einen größeren Winkelbereich für das Gelenk und/oder den Kugelzapfen zu ermöglichen, kann der eine Gehäuseöffnung definierende Gehäuserand in Bezug zum Verschlussring nach außen und/oder unterhalb einer durch den Verschlussring bestimmten Höhe verlagert sein. Insbesondere bildet der Verschlussring, vorzugsweise in Längsrichtung und/oder in Querrichtung, einen den Winkelbereich begrenzenden Anschlag für das Gelenk und/oder den Kugelzapfen. Beispielsweise kann der Verschlussring eine von der Gelenkkugel abgewandte Stufe aufweisen. In diese Stufe des Verschlussringes kann der Gehäuserand eingreifen.
Das Gehäuse besteht bevorzugt aus Kunststoff oder aus Metall. Beispielsweise besteht das Gehäuse aus einem Eisenwerkstoff, wie z.B. Stahl. Vorteilhaft ist das Gehäuse, insbesondere bezüglich der Mittelachse, rotationssymmetrisch oder näherungsweise rotationssymmetrisch ausgebildet.
Der Kugelzapfen besteht bevorzugt aus Metall. Beispielsweise besteht der Kugelzapfen aus einem Eisenwerkstoff, wie z.B. Stahl. Vorteilhaft ist der Kugelzapfen bezüglich einer Kugelzapfenachse rotationssymmetrisch oder näherungsweise rotationssymmetrisch ausgebildet. Bevorzugt verläuft die Kugelzapfenachse durch den Mittelpunkt der Gelenkkugel.
Die oder eine Auslenkung des Kugelzapfgens relativ zu dem Gehäuse und/oder gegenüber dem Gehäuse ist insbesondere durch einen Winkel gegeben oder definiert, der zwischen der Mittelachse und der Kugelzapfenachse eingeschlossen ist oder wird. Im nicht ausgelenkten Zustand des Kugelzapfens fällt die Kugelzapfenachse vorzugsweise mit der Mittelachse zusammen.
Das Kugelgelenk ist insbesondere für ein Fahrzeug vorgesehen, welches vorzugsweise ein Kraftfahrzeug ist. Bevorzugt ist das Kugelgelenk im Fahrwerk und/oder in einer Radaufhängung und/oder in einer Achsaufhängung des oder eines Fahrzeugs angeordnet. Vorteilhaft ist das Gehäuse mit einem ersten Fahrzeugbauteil verbunden, wobei der Kugelzapfen mit einem zweiten Fahrzeugbauteil verbunden ist. Insbesondere sind die Fahrzeugbauteile durch das Kugelgelenk, vorzugsweise gelenkig, miteinander verbunden. Bevorzugt ist eines der Bauteile durch einen Radträger oder Achsschenkel gebildet. Ferner ist ein anderes der Bauteile bevorzugt durch einen Lenker gebildet, der insbesondere ein Fahrwerklenker ist. Vorzugsweise bildet der Lenker einen Querlenker und/oder Traglenker. Bevorzugt bildet das Kugelgelenk ein Traggelenk.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

1 eine Schnittansicht eines Kugelgelenks gemäß einer Ausführungsform,
2 eine vergrößerte Darstellung des in 1 mit A gekennzeichneten Bereichs mit einem Verschlussring,
3 die Darstellung nach 2, aber um 90° um eine Mittelachse des Kugelgelenks gedreht,
4 eine schematische Draufsicht auf den Verschlussring und
5 eine schematische Draufsicht auf einen Verschlussring gemäß einer Abwandlung.

Aus 1 ist eine Schnittansicht eines Kugelgelenks 1 gemäß einer Ausführungsform ersichtlich, welches ein Gehäuse 2 mit einem Innenraum 3 und einer Gehäuseöffnung 4 aufweist, wobei der Innenraum 3 in einem der Gehäuseöffnung 4 zugewandten Bereich durch eine um eine Mittelachse 5 herum verlaufende zylindrische Innenumfangsfläche 6 des Gehäuses 2 begrenzt ist. Die Mittelachse 5 verläuft dabei in einer axialen Richtung z. Ferner sind eine Längsrichtung x und eine Querrichtung y dargestellt, wobei die Längsrichtung x quer zur axialen Richtung z verläuft und die Querrichtung y quer zur axialen Richtung z und quer zur Längsrichtung x verläuft. Gemäß 1 verläuft die Querrichtung y in die Blattebene hinein.
In dem Innenraum 3 ist eine zu der Gehäuseöffnung 4 hin offenen Kugelschale 7 angeordnet, die auf ihrer der Gehäuseöffnung 4 zugewandten Seite einen Überdeckungsbereich 8 aufweist, der eine Kugelschalenöffnung 9 der Kugelschale 7 begrenzt. Der Überdeckungsbereich 8 ist ferner in Richtung der Gehäuseöffnung 4 gegenüber der Mittelachse 5 nach innen geneigt und begrenzt zusammen mit der zylindrischen Innenumfangsfläche 6 des Gehäuses 2 einen Ringraum 10. In der Kugelschale 7 ist ein eine Gelenkkugel 11 umfassender Kugelzapfen 12 mit seiner Gelenkkugel 11 gleitbeweglich gelagert, der sich durch die Kugelschalenöffnung 9 und die Gehäuseöffnung 4 hindurch aus dem Gehäuse 2 heraus erstreckt. Dabei ist der Mittelpunkt der Gelenkkugel 11 mit dem Bezugszeichen M gekennzeichnet.
In den durch den Überdeckungsbereich 8 und die zylindrischen Innenumfangsfläche 6 des Gehäuses 2 begrenzten Ringraum 10 ist ein Verschlussring 13 eingesetzt, der axial zwischen der Kugelschale 7 und einer im Bereich der Gehäuseöffnung 4 vorgesehenen Innenschulter 14 des Gehäuses 2 festgelegt ist, die durch einen nach innen umgebogenen Gehäuserand 15 des Gehäuses 2 gebildet ist. Dabei ist der Verschlussring 13 auf seiner der Gehäuseöffnung 4 abgewandten Seite an der Kugelschale 7 abgestützt. Ferner wird der Verschlussring 13 durch die Innenschulter 14 axial gegen die Kugelschale 7 gedrückt, sodass diese unter Vorspannung steht. Der Verschlussring 13 weist eine an der zylindrischen Innenumfangsfläche 6 des Gehäuses 2 anliegende, zylindrische Außenumfangsfläche 16 und eine an dem Überdeckungsbereich 8 der Kugelschale 7 anliegende und in Richtung der Gehäuseöffnung 4 gegenüber der Mittelachse 5 nach innen geneigte Anlagefläche 17 auf. Die Flächen 16 und 17 bilden im Querschnitt einen Keil, wobei die zylindrische Innenumfangsfläche 6 des Gehäuses 2 und der Überdeckungsbereich 8 der Kugelschale 7 dem Ringraum 10 im Querschnitt ebenfalls eine keilförmige Gestalt verleihen. Der Verschlussring 13 weist ferner eine der Gehäuseöffnung 4 zugewandte und in Richtung der Gehäuseöffnung 4 gegenüber der Mittelachse 5 nach außen geneigte freie Öffnungsfläche 18 auf. Eine vergrößerte Darstellung des in 1 mit A gekennzeichneten Bereichs ist aus 2 ersichtlich.
Wie insbesondere aus 2 ersichtlich, lässt sich der Verschlussring 13 in einen der Gelenkkugel 11 zugewandten, ersten Ringbereich 19 und in einen der Gelenkkugel 11 abgewandten, zweiten Ringbereich 20 unterteilen, wobei die Ringbereiche 19 und 20 jeweils ringförmig ausgebildet sind und an einem Übergang 21 in axialer Richtung z ineinander übergehen. Der Übergang 21 ist durch den Übergang der Anlagefläche17 in die Öffnungsfläche 18 gemäß der 1 und 2 gegeben. Dabei bildet die Anlagefläche 17 eine Innenumfangsfläche des ersten Ringbereichs 19 und ist bezüglich der Mittelachse 5 rotationssymmetrisch. Die um die Mittelachse 5 umlaufende Innenumfangsfläche des zweiten Ringbereichs 20 ist hingegen in Längsrichtung x größer ausgebildet als in Querrichtung y.
Die 1 und 2 zeigen Schnittansichten des Kugelgelenks in der z-x Ebene, wohingegen 3 die Ansicht nach 2 in der y-z-Ebene zeigt. Gemäß 2 ist die Innenfläche des zweiten Ringbereichs 20 durch die Öffnungsfläche 18 gebildet, wohingegen gemäß 3 die Innenfläche des zweiten Ringbereichs 20 durch zwei Flächenbereiche 22 und 23 gegeben ist, von denen der Flächenbereich 22 als innerer Flächenbereich 22 und der Flächenbereich 23 als äußerer Flächenbereich bezeichnet wird. Dabei ist der innere Flächenbereich 22 der Gelenkkugel zugewandt, wohingegen der äußere Flächenbereich 23 der Gelenkkugel 11 abgewandt ist. Ferner gehen die Flächenbereiche 22 und 23 in axialer Richtung z an oder in einem Übergang 24 ineinander über.
Aus 3 ist erkennbar, dass sich die Innenfläche des zweiten Ringbereichs 20 ausgehend vom ersten Ringbereich 19 zunächst im inneren Flächenbereich 22 mit zunehmendem Abstand zum Mittelpunkt M der Gelenkkugel 11 verjüngt und erst im axialen Abstand zum ersten Ringbereich 19 im äußeren Flächenbereich 23 gegenüber der Mittelachse 5 nach außen geneigt ist. Der Flächenbereich 22 bildet dabei eine Fortsetzung und/oder Verlängerung der Anlagefläche 17 des ersten Ringbereichs 19. Somit wird mittels des Flächenbereichs 22 und der Anlagefläche 17 ein Abstützbereich für die Gelenkkugel 11 realisiert, der in Querrichtung y größer ist als ein Abstützbereich ausschließlich gemäß der Anlagefläche 17 in Längsrichtung x gemäß 2.
Am Übergang 24 der Flächenbereiche 22 und 23 ist der Abstand des Verschlussrings 13 zu der Mittelachse 5 somit geringer als am Übergang 21, sodass die Projektion der von dem Verschlussring 13 begrenzten Verschlussringöffnung 25 auf eine quer zur Mittelachse 5 verlaufenden Ebene eine ovale Fläche bildet. Dies ist aus 4 ersichtlich, die eine schematische Draufsicht auf den Verschlussring 13 zeigt.
Die Verschlussringöffnung 25 ist in Längsrichtung x größer als Querrichtung y. Dabei liegt die aus 4 in Draufsicht ersichtliche Innenumfangslinie 26 der Verschlussöffnung nicht in einer Ebene, sondern weist in Längsrichtung x einen geringeren axialen Abstand zum Mittelpunkt M der Gelenkkugel 11 auf als in Querrichtung y. Ferner ist die axiale Überdeckung der Gelenkkugel 11 durch den Verschlussring 13 in Querrichtung y größer als in Längsrichtung x. Dafür ist jedoch die Auslenkbarkeit des Kugelzapfens 12 gegenüber dem Gehäuse 2 in Längsrichtung x größer als in Querrichtung y.
5 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Verschlussring 13 gemäß einer Abwandlung, wobei der Verschlussring einen Schlitz 27 aufweist und als geschlitzter oder offener Ring ausgebildet ist. Abgesehen von diesem Unterschied ist der Verschlussring gemäß 5 mit dem Verschlussring gemäß der 1 bis 4 identisch, sodass zur weiteren Beschreibung des Verschlussrings gemäß 5 auf den Verschlussring gemäß der 1 bis 4 verweisen wird. Insbesondere kann der Verschlussrings gemäß 5 den Verschlussring gemäß der 1 bis 4 ersetzen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Schlitz 27 rechtwinklig zur Längsrichtung x bzw. in Querrichtung y ausgerichtet. In alternativen Ausführungsformen kann der Schlitz 27 an einer beliebigen anderen Stelle, beispielsweise quer zur Längsrichtung x und/oder quer zur Querrichtung y, angeordnet sein.
Bezugszeichenliste

1: Kugelgelenk
2: Gehäuse des Kugelgelenks
3: Innenraum des Gehäuses
4: Gehäuseöffnung
5: Mittelachse des Gehäuses
6: Innenumfangsfläche des Gehäuses
7: Kugelschale
8: Überdeckungsbereich der Kugelschale
9: Kugelschalenöffnung
10: Ringraum
11: Gelenkkugel des Kugelzapfens
12: Kugelzapfen
13: Verschlussring
14: Innenschulter
15: Gehäuserand
16: Außenumfangsfläche des Verschlussrings
17: Anlagefläche des Verschlussrings
18: Öffnungsfläche des Verschlussrings
19: erster Ringbereich des Verschlussrings
20: zweiter Ringbereich des Verschlussrings
21: Übergang zwischen den Ringbereichen
22: innerer Flächenbereich des zweiten Ringbereichs
23: äußerer Flächenbereich des zweiten Ringbereichs
24: Übergang zwischen den Flächenbereichen
25: Verschlussringöffnung
26: Innenumfangslinie
27: Schlitz
x: Längsrichtung
y: Querrichtung
z: axiale Richtung
M: Mittelpunkt der Gelenkkugel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015211005 A1 [0002]

Claims

Kugelgelenk mit einem eine Gehäuseöffnung (4) umfassenden Gehäuse (2), dem eine sich in einer axialen Richtung (z) erstreckende und durch die Gehäuseöffnung (4) hindurch verlaufende Mittelachse (5) zugeordnet ist, einem eine Gelenkkugel (11) umfassenden Kugelzapfen (12), der mit seiner Gelenkkugel (11) beweglich in dem Gehäuse (2) gelagert ist und sich aus diesem durch die Gehäuseöffnung (4) hindurch heraus erstreckt, und einem fest in dem Gehäuse (2) sitzenden, die Mittelachse (5) umringenden und die Gelenkkugel (11) in axialer Richtung (z) abstützenden Verschlussring (13), der eine Verschlussringöffnung (25) begrenzt, durch welche sich der Kugelzapfen (12) hindurch erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussringöffnung (25) in einer quer zur Mittelachse (5) verlaufenden Längsrichtung (x) größer ausgebildet ist als in einer quer zur Mittelachse (5) und zur Längsrichtung (x) verlaufenden Querrichtung (y).
Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussringöffnung (25) oval, elliptisch oder als Langloch ausgebildet ist.
Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenumfangsfläche (16) des Verschlussrings (13) bezüglich der Mittelachse (5) rotationssymmetrisch ist.
Kugelgelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussring (13) eine kreiszylindrische Außenumfangsfläche (16) aufweist.
Kugelgelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Gelenkkugel (11) abgewandte Stirnseite des Verschlussrings (13) in einer quer zur Mittelachse (5) verlaufenden Stirnseitenebene liegt.
Kugelgelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussring (13) die Gelenkkugel (11) in axialer Richtung (z) überdeckt.
Kugelgelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkkugel (11) in dem Gehäuse (2) unter Zwischenschaltung einer Kugelschale (7) gelagert ist, die eine Kugelschalenöffnung (9) und einen die Kugelschalenöffnung (9) begrenzenden Überdeckungsbereich (8) aufweist, der die Gelenkkugel (11) in axialer Richtung (z) überdeckt und in axialer Richtung (z) von dem Verschlussring (13) überdeckt ist, wobei sich der Kugelzapfen (12) durch die Kugelschalenöffnung (9) hindurch erstreckt.
Kugelgelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussring (13) einen der Gelenkkugel (11) abgewandten Ringbereich (20) und einen der Gelenkkugel (11) zugewandten Ringbereich (19) aufweist, der eine bezüglich der Mittelachse (5) rotationssymmetrische Innenumfangsfläche (17) aufweist, wohingegen die Innenumfangsfläche des der Gelenkkugel (11) abgewandten Ringbereichs (20) in Längsrichtung (x) einen größeren Durchmesser als in Querrichtung (y) aufweist, insbesondere ist ein Übergang (24) zwischen der Innenumfangsfläche des der Gelenkkugel (11) abgewandten Ringbereichs (20) und der Innenumfangsfläche des der Gelenkkugel (11) zugewandten Ringbereichs (19) vorhanden.
Kugelgelenk nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdeckungsbereich (8) der Kugelschale (7) von dem der Gelenkkugel (11) zugewandten Ringbereich (19) die Mittelachse (5) umlaufend in axialer Richtung (z) überdeckt ist und eine darüber hinausgehende Überdeckung des Überdeckungsbereichs (8) der Kugelschale (7) in axialer Richtung (z) nur in Querrichtung (y), insbesondere in einem Winkelbereich von ± 60° rechtwinklig zur Längsrichtung (x), durch den der Gelenkkugel abgewandten Ringbereich (20) gegeben ist.
Kugelgelenk nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenumfangsfläche (17) des der Gelenkkugel (11) zugewandten Ringbereichs (19) sich mit zunehmendem Abstand zum Mittelpunkt (M) der Gelenkkugel (11) verjüngt.