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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kugelgelenk, das an einem schwingenden Teil einer Aufhängung eines Automobils verwendet wird, und insbesondere auf eine Verbesserung bei einem Kugelgelenk, umfassend einen Kugelzapfen, eine Kugelpfanne zum schwenkbaren Halten eines kugelförmigen Kopfes des Kugelzapfens mit einem dazwischen eingefügten Lager, einen Haltering mit einem zylindrischen Teil, der an einem Schaft des Kugelzapfens angebracht ist, und ein Paar von großen und kleinen Flanschen, die von axialen äußeren bzw. inneren Enden des zylindrischen Teiles vorstehen, sowie eine Muffe mit ersten und zweiten ringförmigen Wülsten, die an dem Haltering bzw. an der Kugelpfanne angebracht sind, wobei der erste Befestigungswulst mit einem Innenumfangs-Dichtungsteil und einem Endflächen-Dichtungsteil gebildet ist und wobei diese Dichtungsteile imstande sind, mit dem zylindrischen Teil bzw. mit dem Flansch des Halterings in engen Kontakt zu gelangen.
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Beschreibung der verwandten Technik
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Ein derartiges Kugelgelenk ist bereits bekannt; es ist beispielsweise in der
JP 11-063245 A angegeben.
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Bei dem konventionellen Kugelgelenk ist der erste Befestigungswulst der Muffe mittels eines Paars von großen und kleinen Flanschen des Halterings festgeklemmt, wodurch deren axiale Bewegung derart eingeschränkt ist, dass eine Trennung bzw. ein Loslösen des ersten Befestigungswulstes an dem Haltering verhindert ist.
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Wenn jedoch bei dem konventionellen Kugelgelenk der Kugelzapfen relativ zu der Kugelpfanne in einem Zustand geschwenkt wird, in welchem die Muffe aufgrund des Gefrierens von Schmutz oder Schnee hart geworden ist bzw. verhärtet ist, der sich auf der Muffe und dergleichen niedergeschlagen hat, dann wird der erste Befestigungswulst stark gegen den kleinen Flansch des Halterings auf einer Seite gedrückt, wo eine Ziehkraft auf die Muffe ausgeübt wird. Aus diesem Grunde besteht eine Möglichkeit dafür, dass eine übermäßige Beanspruchung in dem ersten Befestigungswulst hervorgerufen wird, was zu einer verschlechterten Beständigkeit des ersten Befestigungswulstes führt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Demgemäß besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Kugelgelenk bereitzustellen, bei dem sogar dann, wenn der Kugelzapfen und die Kugelpfanne relativ zueinander in dem Zustand geschwenkt werden, in welchem sich die Muffe aufgrund des Gefrierens von Schmutz oder Schnee verhärtet hat, der sich auf der Muffe und dergleichen niedergeschlagen hat, die Erzeugung einer übermäßigen Beanspruchung in dem ersten Befestigungswulst vermieden werden kann, um die Beständigkeit des ersten Befestigungswulstes zu gewährleisten.
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Um das obige Ziel zu erreichen bzw. die obige Aufgabe zu lösen, ist gemäß einem ersten Aspekt und Merkmal der vorliegenden Erfindung ein Kugelgelenk geschaffen, umfassend einen Kugelzapfen, eine Kugelpfanne zum schwenkbaren Festhalten eines kugelförmigen Kopfes des Kugelzapfens, mit einem dazwischen eingefügten Lager, einen Haltering mit einem zylindrischen Teil, der an einem Schaft des Kugelzapfens angebracht ist, und mit einem Paar von großen und kleinen Flanschen, die von axial äußeren und inneren Enden des zylindrischen Teiles abstehen, sowie eine Muffe mit ersten und zweiten ringförmigen Wülsten, die an dem Haltering bzw. der Kugelpfanne befestigt sind, wobei der erste Befestigungswulst mit einem Innenumfangs-Dichtungsteil und einem Endflächen-Dichtungsteil geformt ist und wobei die betreffenden Dichtungsteile imstande sind, mit dem zylindrischen Teil bzw. dem großen Flansch des Halterings in engen Kontakt zu gelangen. Dabei ist zwischen dem ersten Befestigungswulst und dem kleinen Flansch ein Zwischenraum vorgesehen, der die Bewegung des ersten Befestigungswulstes zu dem kleinen Flansch hin ermöglicht.
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Der Endflächen-Dichtungsteil und der Innenumfangs-Dichtungsteil entsprechen einer Endflächen-Dichtungslippe 26 bzw. einer Innenumfangs-Dichtungslippe 27 bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die nachstehend beschrieben wird.
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Mit dem ersten Merkmal wird, wenn die Muffe sich in einem Zustand befindet, in welchem sie verhärtet ist, und zwar aufgrund des Gefrierens von Schmutz oder Schnee, der sich auf einer äußeren Umfangsfläche der Muffe niedergeschlagen hat, sogar dann, wenn der Kugelzapfen und die Kugelpfanne relativ zueinander geschwenkt werden, der erste Befestigungswulst zu dem kugelförmigen Kopf hin gezogen und zu dem kleinen Flansch hin bewegt, während ein Gleiten innerhalb des zylindrischen Teiles des Halterings erfolgt, und zwar auf eine Seite, wo die Ziehkraft der Muffe ausgeübt wird. Damit ist es möglich, die Erzeugung einer übermäßigen Beanspruchung in der Muffe zu vermeiden, um die Dauerhaftigkeit der Muffe zu gewährleisten.
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Falls die Bewegung des ersten Befestigungswulstes zu dem kleinen Flansch hin übermäßig wäre, kann die Trennung bzw. das Loslösen des ersten Befestigungswulstes von dem Haltering durch die Anlage der inneren Endfläche des ersten Befestigungswulstes an dem kleinen Flansch verhindert werden.
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Durch Ausbilden des kleinen Flansches des Halterings und der inneren Endfläche des ersten ringförmigen Wulstes gegenüber dem kleinen Flansch in zugespitzten Formen derart, dass sie zu dem kugelförmigen Kopf in einer radial nach außen verlaufenden Richtung hin geneigt sind, kann in dem Fall, dass der erste ringförmige Wulst übermäßig zu dem kleinen Flansch hin bewegt wird, wodurch dessen innere Endfläche in Anlage an dem kleinen Flansch gebracht wird bzw. ist, ein Anlagestoss radial nach außen durch die gegenseitig anliegenden abgeschrägten Flächen der inneren Endfläche und des kleinen Flansches verteilt werden, wodurch die Beschädigung des ersten ringförmigen Wulstes aufgrund des Anlagestosses verhindert werden kann. Die Ausbildung der inneren Endfläche und des kleinen Flansches in zugespitzt verlaufende Formen, wie oben beschrieben, stellt sicher, dass ein bestimmter Zwischenraum zwischen der inneren Endfläche und dem kleinen Flansch bereitgestellt werden kann, ohne dass die axiale Abmessung des zylindrischen Teiles des Halterings auf einen speziell großen Wert festgelegt wird, wodurch eine Zunahme in der Größe des Kugelgelenks vermieden ist.
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Die Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1A und 1B zeigen Seitenansichten eines Ausschnittes einer Aufhängung eines Automobils, die mit einem Kugelgelenk der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
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2 zeigt eine Vertikal-Schnittansicht des in 1 dargestellten Kugelgelenks.
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3 zeigt in einer vergrößerten Ansicht einen in 2 mit 3 bezeichneten Teil bzw. Bereich.
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4 zeigt eine ähnliche Ansicht wie 3 zur Erläuterung der Arbeitsweise.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Zunächst wird auf die 1A und 1B Bezug genommen; ein Verbindungsglied bzw. Gelenk L und ein Gelenkarm N einer Aufhängung eines Automobils sind durch ein Kugelgelenk J gemäß dieser Ausführungsform derart miteinander verbunden, dass sie relativ zueinander in Bezug auf eine vertikale Bewegung oder Drehung eines Rades, wie in 1A und 1B veranschaulicht, geschwenkt werden können.
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Wie in 2 und 3 gezeigt, enthält das Kugelgelenk J einen Kugelzapfen 1 mit einem kugelförmigen Kopf 4, der an einem Ende eines Schaftes 3 mit diesem zusammenhängend gebildet ist, sowie eine Kugelpfanne 2 zum Festhalten des kugelförmigen Kopfes 4 mit einem dazwischen eingefügten Lagerring 5. Sodann ist der Kugelzapfen 1 in einer Verbindungsbohrung 6 angebracht, die einen Schlitz 7 in dem Gelenkarm N aufweist, und er ist mit dem Gelenkarm N durch Zusammenziehen des Schlitzes 7 mittels eines Bolzens 8 verbunden. In diesem Falle dient eine Seite des Bolzens 8 als Arretierungs- bzw. Sperrteil für den Schaft 3 durch Anlage in einer in einer Seite des Schaftes 3 festgelegten Nut 9.
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Die Kugelpfanne 2 weist einen Pfannen- bzw. Lagerkörper 10, der mit einem Gehäuse 11 ausgebildet ist, welches den kugelförmigen Kopf 4 zusammen mit dem Lager 5 aufnimmt, einen von einer Seite des Lagerkörpers 10 abstehenden Verbindungsarm 12 und eine Kappe 13 zum Verschließen einer Öffnung 11b in dem Gehäuse 11 gegenüber einer Öffnung 11a auf, von der der Schaft 3 der Kugelpfanne 2 absteht. Der Verbindungsarm 12 ist mit dem Gelenk bzw. Verbindungsglied L verbunden.
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Eine Muffe 14 erstreckt sich zwischen dem Schaft 3 und dem Lager- bzw. Pfannenkörper 10, um die Öffnung 11a im Gehäuse 11 abzudichten, und eine geeignete Menge an Fett 15 zum Schmieren des Umfangs des kugelförmigen Kopfs ist in die Muffe 14 eingefüllt.
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Die Muffe 14 besteht aus einem elastischen Material, wie aus Gummi, und enthält einen beutel- bzw. taschenförmigen Muffenkörper 16 sowie erste und zweite ringförmige Befestigungswulste 17 und 18, die an gegenüberliegenden Enden des Muffenkörpers 16 mit diesen zusammenhängend gebildet sind. Der zweite Befestigungs- bzw. Anbringungswulst 18 weist einen größeren Durchmesser auf als der erste Befestigungswulst 17. Der erste Befestigungswulst 17 ist an einem Haltering 19 angebracht, der im Presssitz am Schaft 3 des Kugelzapfens 1 befestigt und mit diesem verbunden ist, und der zweite Befestigungswulst 18, wie beim Stand der Technik üblich, in einer ringförmigen Nut 20 untergebracht, die im Außenumfang des Seitenendes der Öffnung 11a im Lagerkörper 10 festgelegt ist, und durch einen Passring 21 zusammengezogen.
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Der Haltering 19 besteht aus einer Stahlplatte und weist einen zylindrischen Teil 19a sowie ein Paar von großen und kleinen Flanschen 19b und 19c auf, die von axial gegenüberliegenden Enden des zylindrischen Teiles 19a radial abstehen. Der zylindrische Teil 19a ist im Presssitz an einem Presssitzteil 3a des Schaftes 3 des Kugelzapfens 1 befestigt und mit diesem verbunden; der Presssitzteil 3a ist von dem Gelenkarm N zu dem kugelförmigen Kopf 4 hin freigelegt und weist einen Durchmesser auf, der etwas größer ist als jener eines anderen Teiles bzw. Bereiches, während der große Flansch 19b sich gegenüber einer Seite des Gelenkarms N befindet. In diesem Falle ist eine kleine ringförmige Ausnehmung 23 zwischen dem großen Flansch 19b und dem Schaft 3 festgelegt.
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Genauer gesagt ist die kleine ringförmige Ausnehmung 23 zwischen einer äußeren Umfangsfläche des Schaftes 3 und einer kleinen gekrümmten Fläche 22 festgelegt, die auf der Außenseite eines umgeklappten Teiles bzw. Bereiches zwischen dem zylindrischen Teil 19a und dem großen Flansch 19b gebildet ist, wenn der Haltering 19 durch Pressen gebildet wird. Die kleine ringförmige Ausnehmung 23 wird zwischen einer inneren Umfangsfläche des großen Flansches 19b und der äußeren Umfangsfläche des Schaftes 3 außerdem dadurch festgelegt, dass eine ringförmige Stufe 3b zwischen dem Presssitzteil 3a des Schaftes 3 und einem einen geringen Durchmesser aufweisenden Bereich bzw. Teil geschaffen wird, der oberhalb des Presssitzteiles 3a von dem großen Flansch 19b zu dem zylindrischen Teil 19a hin vorgesehen ist.
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Ein Flüssigkeits-Dichtungsmittel 24 wird an die kleine ringförmige Ausnehmung 23 abgegeben. Damit füllt das Dichtungsmittel 24 die kleine ringförmige Ausnehmung 23 und dringt durch Kapillarwirkung in einen sehr kleinen Zwischenraum ein, der zwischen Presssitz bzw. Presspassungsflächen des Schaftes 3 und des zylindrischen Teiles 19a verblieben ist, und wird sodann verfestigt.
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Andererseits ist ein ringförmiger Verstärkungsring 25 in dem ersten Befestigungswulst 17 eingebettet, wie dies in 3 gezeigt ist. Ein Paar von großen und kleinen Endflächen-Dichtungslippen 26, 26 ist konzentrisch in einer axial äußeren Endfläche des ersten Befestigungswulstes 17 gebildet, und ein Paar von inneren Umfangsdichtungslippen 27, 27 ist axial in einer inneren Umfangsfläche des ersten Befestigungswulstes 17 gebildet. Der erste Befestigungswulst 17 ist an dem Haltering 19 in einer solchen Weise angebracht, dass die Endflächen-Dichtungslippen 26, 26 in engem Kontakt mit einer Innenseitenfläche des großen Flansches 19b sind und dass die Innenumfangs-Dichtungslippen 27, 27 mit einer äußeren Umfangsfläche des zylindrischen Teiles 19a in engem Kontakt sind. Die enge Kontaktkraft der Endflächen-Dichtungslippen 26, 26 mit dem großen Flansch 19b hängt von einer axialen Streckkraft des Muffenkörpers 16 ab, und die enge Kontaktkraft der Innenumfangs-Dichtungslippen 27, 27 mit dem zylindrischen Teil 19a hängt von einem radialen Eingriff ab, der bezüglich des ersten Befestigungswulstes 17 vorgesehen ist.
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Zwischen dem kleinen Flansch 19c und der inneren Endfläche 17a des ersten Befestigungswulstes 17 gegenüber dem kleinen Flansch 19c ist ein bestimmter Zwischenraum 28 vorgesehen, der imstande ist, die Bewegung des ersten Befestigungswulstes 17 zu dem kleinen Flansch 19c zu ermöglichen, wenn die Endflächen-Dichtungslippen 26, 26 in engem Kontakt mit dem großen Flansch 19b sind. In diesem Falle sind der kleine Flansch 19c und die innere Endfläche 17a des ersten Befestigungswulstes 17 gegenüber dem kleinen Flansch 19c in zugespitzt verlaufenden Formen derart ausgebildet, dass sie zu dem kugelförmigen Kopf 4 in einer radialen nach außen verlaufenden Richtung hin geneigt sind.
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Um den kleinen Flansch 19c des Halterings 19 zu bilden, wird bei der Ausführungsform der erste Befestigungswulst 17 an dem zylindrischen Teil 19a angebracht, und ein offenes Ende eines bestimmten zylindrischen Teiles 19a, welches zuvor an einem vorderen bzw. spitzen Ende des zylindrischen Teiles 19a festgelegt ist, wird dann von der Seite des zweiten Befestigungswulstes 18 durch ein Dehnungswerkzeug derart einem Druck ausgesetzt, dass das offene Ende sich aufweitet. Auf diese Weise wird der kleine Flansch 19c gebildet.
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Nachstehend wird die Arbeitsweise dieser Ausführungsform beschrieben.
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In der Muffe 14 des Kugelgelenks J werden die Endflächen-Dichtungslippen 26, 26 des ersten Befestigungswulstes 17 üblicherweise in engem Kontakt mit dem großen Flansch 19b des Halterings 19 durch die axiale Streckkraft des Muffenkörpers 16 selbst gehalten, und sogar dann, wenn der Kugelzapfen 1 und die Kugelpfanne 2 relativ zueinander geschwenkt werden, wie dies in 1A und 1B veranschaulicht ist, wird der Muffenkörper 16 lediglich elastisch verformt, und der enge Kontakt der Endflächen-Dichtungslippen 26, 26 des ersten Befestigungswulstes 17 mit dem großen Flansch 19b wird beibehalten. Daher ist es möglich, den Eintritt von Wasser, Schmutz und Sand in die Muffe 14 durch eine Abdichtungsfunktion der Endflächen-Dichtungslippen 26, 26 gegenüber dem großen Flansch 19b und durch eine Abdichtungsfunktion der Innenumfangs-Dichtungslippen 27, 27 gegenüber dem zylindrischen Teil 19a zu verhindern.
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Die kleine ringförmige Ausnehmung 23, die zwischen dem inneren Umfang des großen Flansches 19b des Halterings 19 und dem Schaft 3 des Kugelzapfens 1 festgelegt ist, wird mit dem Dichtungsmittel 24 gefüllt, das in diese Ausnehmung abgegeben wird, und ein Teil des Dichtungsmittels dringt außerdem in den sehr kleinen Zwischenraum ein, der zwischen den Presssitzteilen des zylindrischen Teiles 19a des Halterings 19 und des Schaftes 3 des Kugelzapfens 1 verblieben ist, um den betreffenden sehr kleinen Zwischenraum auszufüllen. Daher ist es möglich, den Eintritt von Wasser, Schmutz und Sand von den Presssitzteilen in die Muffe 14 zuverlässig zu verhindern. Deshalb ist dem sehr kleinen Zwischenraum ermöglicht, zwischen den Presssitzteilen des Schaftes 3 und des Halterings 19 zu verbleiben, und damit kann die Zuverlässigkeit der Abdichtbarkeit der Presssitzteile verbessert werden, während Zunahmen in akzeptablen Bereichen bezüglich der Größe und der Oberflächenrauhigkeit der Presssitzteile und einer Presssitzlast bzw. -kraft ermöglicht sind. Darüber hinaus ist eine Kostensteigerung aufgrund der Verwendung des Dichtungsmittels äußerst gering.
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Die kleine ringförmige Ausnehmung 23 ist zwischen der äußeren Umfangsfläche des Schaftes 3 und der kleinen gekrümmten Fläche 22 festgelegt, die außerhalb des gefalteten Bereiches zwischen dem zylindrischen Teil 19a und dem großen Flansch 19b gebildet ist, wenn der Haltering 19 durch Druckausübung bzw. Pressen geformt wird. Damit ist es unnötig, eine spezielle Arbeit oder Verarbeitung bezüglich des Schaftes 3 und des Halterings 19 zur Bildung der kleinen gekrümmten Fläche 22 durchzuführen, was zu einer Kostenverringerung beitragen kann.
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Die kleine ringförmige Ausnehmung 23 ist zwischen der inneren Umfangsfläche des großen Flansches 19b und der äußeren Umfangsfläche des Schaftes 3 dadurch festgelegt, dass die ringförmige Stufe 3b zwischen dem Presssitzteil 3a des Schaftes 3 und dem oberhalb des Presssitzteiles 3a von dem großen Flansch 19b aus vorgesehene Bereich geringeren Durchmessers zu dem zylindrischen Teil 19a vorgesehen wird, weshalb es auch in diesem Falle unnötig ist, eine spezielle Arbeit oder Verarbeitung bezüglich des Schaftes 3 und des Halterings 19 zur Bildung der kleinen gekrümmten Fläche 22 durchzuführen, was zu einer Kostenreduzierung beitragen kann.
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Falls Schmutz oder Schnee, die sich auf der äußeren Umfangsfläche der Muffe 14 niedergeschlagen haben, während des Parkens des Automobils in einem kalten Gebiet gefrieren, wird die Muffe 14 hart bzw. sich verhärten. Falls das Automobil in einem derartigen Zustand gestartet und der Kugelzapfen 1 sowie die Kugelpfanne 1 relativ zueinander beim Start des Automobils geschwenkt werden, wird der erste Befestigungswulst 17 zu dem kugelförmigen Kopf 4 auf einer Seite hingezogen, auf der die Spannkraft der Muffe wirkt bzw. angewandt ist. Da der Zwischenraum 28 zwischen der inneren Endfläche 17a des ersten Befestigungswulstes 17 und dem kleinen Flansch 19c des Halterings 19 vorgesehen ist, wird der erster Befestigungswulst 17 jedoch zu dem kleinen Flansch 19c hin bewegt, während die Innenumfangs-Dichtungslippen 27, 27 an dem zylindrischen Teil 19a des Halterings 19 gleiten. Deshalb ist es möglich, die Erzeugung einer übermäßigen Beanspruchung auf den ersten Befestigungswulst 17 und den Muffenkörper 16 zu vermeiden, um die Beständigkeit der Muffe 14 zu gewährleisten.
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Falls sich der Schmutz oder Schnee im gefrorenen Zustand von der Muffe 14 durch die leichte Ausbiegung des Muffenkörpers 16 während einer derartigen Bewegung des ersten Befestigungswulstes 17 ablösen, zeigt die Muffe 14 eine eigene Streckkraft, um den ersten Befestigungswulst 17 zu dem großen Flansch 19b zurückzudrücken, wodurch die Endflächen-Dichtungslippen 26, 26 in engem Kontakt mit dem großen Flansch 19b verbleiben können.
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Falls die Bewegung des ersten Befestigungswulstes 17 zu dem kleinen Flansch 19c übermäßig wäre, wird die Trennung des ersten Befestigungswulstes 17 von dem Haltering 19 durch Anlage der inneren Endfläche 17a des ersten Befestigungswulstes 17 an dem kleinen Flansch 19c unterbunden. Da in diesem Falle die innere Endfläche 17a und der kleine Flansch 19c, die aneinander anliegen, solche abgeschrägten Formen aufweisen, dass sie zu dem kugelförmigen Kopf 4 in der radial nach außen verlaufenden Richtung hin geneigt sind, wie dies oben beschrieben worden ist, kann ein Stoß auf die Anlage hin radial nach außen verteilt werden, wodurch die Beschädigung des ersten Befestigungswulstes 17 aufgrund des Anlagestoßes verhindert werden kann. Die Formung der inneren Endfläche 17a und des kleinen Flansches 19c in zugespitzt verlaufende Formen, derart, dass diese zu dem kugelförmigen Kopf 4 in der radial nach außen verlaufenden Richtung hin geneigt sind, stellt sicher, dass der bestimmte Zwischenraum 28 zwischen der inneren Endfläche 17a und dem kleinen Flansch 19c bereitgestellt werden kann, wodurch eine Zunahme in der Größe des Kugelgelenks J vermieden ist.
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Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben worden sind, dürfte einzusehen sein, dass verschiedene Modifikationen im Design ohne Abweichung vom Erfindungsgedanken vorgenommen werden können, wie er in den Patentansprüchen erfasst ist. So kann beispielsweise zur Abdichtung der Presssitzteile des Schaftes 3 des Kugelzapfens 1 und des zylindrischen Teiles 19a des Halterings 19 anstelle der Abgabe des Dichtungsmittels 24 der gesamte Umfang des zylindrischen Teiles 19a an dem Schaft 3 mittels eines Laserstrahls angeschweißt sein.