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BEZUGNAHME AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese PCT-Anmeldung beansprucht die Priorität der am 9. August 2017 eingereichten
U.S. Patentanmeldung Nr. 15/673,127 , deren Inhalt hier durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Kugelpfannenbaugruppe und insbesondere auf Kugelpfannenbaugruppen mit einer Manschette, die gegenüber einem Gehäuse und einem Schaftabschnitt eines Bolzens abgedichtet ist.
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Verwandte Technologien
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Fahrzeug-Lenkungs- und Aufhängungssysteme umfassen in der Regel eine Vielzahl von Kugelpfannen-Baugruppen zur Verbindung eines Achsschenkels mit einer Spurstange und mit einem oder mehreren Querlenkern. Jede Kugelpfannenbaugruppe umfasst ein Gehäuse bzw. eine Kugelpfanne und einen Kugelzapfen, die so konfiguriert sind, dass sie sich während des Betriebs des Fahrzeugs relativ zueinander drehen und gelenkig gelagert werden können. Der Kugelzapfen hat einen Kugelabschnitt, der in einer Innenbohrung des Gehäuses bzw. der Kugelpfanne aufgenommen wird, und einen Schaftabschnitt, der durch ein offenes Ende des Gehäuses aus der Innenbohrung herausragt. Eine elastomere Manschette steht in flüssigkeitsdichtem Dichtungseingriff sowohl mit dem Gehäuse als auch mit dem Schaftabschnitt des Kugelzapfens, um ein Schmiermittel (z.B. Fett) in der Innenbohrung des Gehäuses zurückzuhalten und das Eindringen von Verunreinigungen (wie Wasser, Schmutz oder Salz) in die Innenbohrung zu verhindern. Bei einigen Kugelpfannenbaugruppen wird die Elastomer-Manschette gegen eine Außenfläche des Gehäuses abgedichtet, bei anderen wird ein Ende der Elastomer-Manschette in die Innenbohrung aufgenommen und gegen eine Innenfläche des Gehäuses abgedichtet.
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Es besteht nach wie vor die Notwendigkeit, die Flüssigkeitsdichtung zwischen der Elastomer-Manschette und dem Gehäuse auf kosteneffiziente und robuste Weise zu verbessern.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG UND DER VORTEILE
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Kugelpfannenbaugruppe. Die Kugelpfannenbaugruppe umfasst ein Gehäuse mit einer Innenfläche, die eine Innenbohrung umgibt, die sich entlang einer zentralen Achse erstreckt. Ein Bolzen wird teilweise in der Innenbohrung des Gehäuses aufgenommen und umfasst einen Schaftabschnitt, der sich durch ein offenes Ende des Gehäuses aus der Innenbohrung heraus erstreckt. Die Kugelpfannenbaugruppe umfasst ferner eine Manschette, die aus einem Elastomermaterial hergestellt ist und sich von einem ersten Manschettenende, das mit dem Gehäuse abgedichtet ist, bis zu einem zweiten Manschettenende erstreckt, das mit dem Schaftabschnitt des Bolzens abgedichtet ist. Das erste Manschettenende wird in der Innenbohrung aufgenommen und mit der Innenfläche des Gehäuses abgedichtet. In der Innenbohrung des Gehäuses wird ein Einsatz aufgenommen, der als separates Stück von der Manschette gefertigt wird. Der Einsatz hat einen Außenumfang, der eine Vielzahl von Zähnen aufweist, die sich radial nach außen erstrecken und in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Die Zähne sind in einem spitzen Winkel zur Mittelachse angeordnet und komprimieren Teile des Elastomermaterials des ersten Manschettenendes der Manschette, um die Abdichtung zwischen dem ersten Manschettenende der Manschette und der Innenfläche des Gehäuses zu verbessern.
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Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Einsatz ferner einen im Allgemeinen planaren Basisabschnitt, und die Vielzahl der Zähne erstreckt sich vom Basisabschnitt radial nach außen. Die Zähne sind relativ zum Basisabschnitt abgewinkelt.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind alle Zähne des Einsatzes im Verhältnis zum planaren Basisabschnitt abgewinkelt.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat der Einsatz eine Öffnung, durch die der Schaftabschnitt des Bolzens hindurchgeht.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Öffnung im Allgemeinen rechteckig, elliptisch oder rund.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist mindestens ein Lager in der Innenbohrung des Gehäuses angeordnet und steht in gleitendem Kontakt mit dem Bolzen, so dass der Bolzen relativ zum Gehäuse gelenkig oder drehbar ist.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Einsatz zusammengedrückt, um den planaren Basisabschnitt gegen das Lager vorzuspannen, um das Lager gegen den Bolzen vorzuspannen.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Bolzen ein Kugelabschnitt mit einem Kugelabschnitt, das in der Innenbohrung des Gehäuses angeordnet ist.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Schaftanordnung. Die Methode umfasst den Schritt der Vorbereitung eines Gehäuses mit einer Innenfläche, die eine Innenbohrung umgibt, die sich entlang einer zentralen Achse erstreckt. Das Verfahren wird mit dem Schritt fortgesetzt, einen Teil des Bolzens in die Innenbohrung des Gehäuses so einzuführen, dass ein Schaftabschnitt des Bolzens aus der Innenbohrung herausragt. Das Verfahren fährt mit dem Schritt des Einführens eines ersten Manschettenendes einer Elastomer-manschette in die Innenbohrung des Gehäuses fort. Die Methode wird mit dem Schritt des Abdichtens des ersten Manschetteendes der Elastomer-manschette mit dem Gehäuse fortgesetzt. Das Verfahren fährt mit dem Schritt des Abdichtens eines zweiten Manschettenendes der elastomeren Manschette gegen den Schaftabschnitt des Bolzens fort. Das Verfahren fährt mit dem Schritt des Einsetzens eines Einsatzes in die Innenbohrung des Gehäuses fort, wobei der Einsatz einen Außenumfang hat, der eine Vielzahl von Zähnen aufweist, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Das Verfahren fährt mit dem Schritt fort, Teile des ersten Manschettenendes der Elastomermanschettes mit den Zähnen des Einsatzes zu komprimieren, um die Dichtung zwischen dem ersten Manschettenende der Elastomermanschette und dem Gehäuse zu verbessern.
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Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Einsatz ferner einen allgemein planaren Basisabschnitt, und die Vielzahl der Zähne erstreckt sich vom planaren Basisabschnitt radial nach außen und ist relativ zum planaren Basisabschnitt abgewinkelt.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das erste Manschettenende der Elastomer-Manschette einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch auf, die Innenfläche des Gehäuses weist eine sich radial nach innen erstreckende Lippe auf, und der sich radial nach außen erstreckende Flansch der Elastomer-Manschette steht in direktem, flächigem Kontakt mit der sich radial nach innen erstreckenden Lippe.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind alle Zähne relativ zum planaren Basisabschnitt abgewinkelt.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren ferner den Schritt des Einsetzens eines Lagers in die offene Bohrung des Gehäuses und in Oberflächenkontakt mit einem Teil des Bolzens.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren ferner den Schritt der elastischen Verformung des Einsatzes, um eine Vorspannkraft auf das Lager zu übertragen, die das Lager gegen den Bolzen vorspannt.
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Figurenliste
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Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden eingehend erläutert, da diese durch die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden werden, wobei
- 1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer verbesserten Kugelpfannenbaugruppe ist, die nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung konstruiert wurde;
- 2 ist eine Querschnittsansicht der Kugelpfannenbaugruppe aus 1;
- 3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Querschnitts der Querschnittsansicht von 2;
- 4 ist eine weitere vergrößerte Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels der Kugelpfannenbaugruppe, die aus einer anderen Perspektive als 3 aufgenommen wurde;
- 5 ist eine Querschnitts- und Explosionsdarstellung des Ausführungsbeispiels der Kugelpfannenbaugruppe;
- 6 ist eine perspektivische Draufsicht eines Einsatzes für das Ausführungsbeispiel der Kugelpfannenbaugruppe;
- 7 ist eine Draufsicht auf den Einsatz von 6; und
- 8 ist eine Frontalansicht des Einsatzes von 6.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen die entsprechenden Teile in den verschiedenen Ansichten bezeichnen, wird in den FigurFiguren 1 und 2 im Allgemeinen ein Ausführungsbeispiel einer verbesserten Kugelpfannenbaugruppe 20 gezeigt. Die Kugelpfannenbaugruppe 20 besteht aus einem Gehäuse bzw. Kugelpfanne 22 und einem Kugelzapfen 24, die sich im Betrieb relativ zueinander frei drehen können und ein Gelenk bilden. Eine Manschette 26 steht in flüssigkeitsdichtem Dichtungseingriff mit dem Gehäuse 22 und dem Kugelzapfen 24. Wenn sich der Kugelzapfen 24 und das Gehäuse 22 drehen und relativ zueinander gelenkig sind, biegt sich die Manschette 26 elastisch, um die flüssigkeitsdichten Verbindungen mit dem Gehäuse 22 und dem Kugelzapfen 24 aufrechtzuerhalten. In dem Ausführungsbeispiel ist die Kugelpfannenbaugruppe 20 ein Spurstangenkopf zur funktionsfähigen Verbindung einer Spurstange (nicht abgebildet) mit einem Achsschenkel (nicht abgebildet) eines Fahrzeug-Lenk- und Aufhängungssystems. Es soll jedoch festgehalten werden, dass die Kugelpfannenbaugruppe so konfiguriert bzw. ausgebildet werden kann, dass ein Querlenker (nicht abgebildet) mit dem Achsschenkel oder für eine Reihe anderer automobiler und nicht-automobiler Zwecke verbunden werden kann.
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Wie in den 2 und 5 dargestellt, hat das Gehäuse 22 eine Innenfläche, die eine Innenbohrung definiert, und die Innenbohrung erstreckt sich entlang einer zentralen Achse A von einem offenen ersten Ende 28 des Gehäuses 22 zu einem offenen zweiten Ende 30. Angrenzend an das offene erste Ende 28 weist die Innenfläche eine Lippe 32 auf, die sich radial nach innen zur Mittelachse A hin erstreckt. In dem Ausführungsbeispiel ist die Lippe 32 in die Innenfläche des Gehäuses 22 eingearbeitet. Das Gehäuse 22 wird vorzugsweise als einzelnes, monolithisches Stück aus einem Metall, wie z.B. Stahl oder einem legierten Stahl, hergestellt. Es kann jedoch jedes geeignete Material verwendet werden.
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In dem Ausführungsbeispiel umfasst der Kugelzapfen 24 einen Kugelabschnitt 34 und einen Schaftabschnitt 36, die einteilig miteinander verbunden sind. Der Kugelabschnitt 34 wird in der Innenbohrung des Gehäuses 22 aufgenommen und hat eine halbkugelförmig gekrümmte Außenfläche. Der Schaftabschnitt 36 erstreckt sich entlang der Mittelachse A vom Kugelabschnitt 34 über das offene erste Ende 28 bis zu einem mit einem Gewinde versehenen distalen Ende 38. Die Kugel- und Schaftabschnitte 34, 36 werden vorzugsweise als ein einziges, monolithisches Stück Metall, wie Stahl oder legierter Stahl, hergestellt. Es kann jedoch jedes geeignete Material verwendet werden.
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In dem Ausführungsbeispiel ist ein einteiliges Lager 40 in der Innenbohrung des Gehäuses 22 zwischen dem Kugelabschnitt 34 des Kugelzapfens 24 und der Innenfläche des Gehäuses 22 angeordnet. Das Lager 40 hat eine halbkugelförmig gekrümmte Lagerfläche, die in flächigem Kontakt mit der halbkugelförmig gekrümmten Außenfläche des Kugelabschnitts 34 des Kugelzapfens 24 steht, um die oben erwähnte freie Dreh- und Gelenkigkeit des Kugelzapfens 24 und des Gehäuses 22 relativ zueinander zu ermöglichen. Das Lager 40 besteht vorzugsweise aus Kunststoff oder Metall, und die gekrümmte Oberfläche des Lagers 40 enthält vorzugsweise mindestens eine Schmiermittelnut zur Führung eines Schmiermittels (z.B. Fett) durch die gesamte Innenbohrung des Gehäuses 22. Es soll festgehalten werden, dass das Lager 40 eine Reihe verschiedener Konfigurationen annehmen kann und dass zwei oder mehr Lager in der Innenbohrung und in Gleitkontakt mit dem Kugelabschnitt 34 des Kugelzapfens 24 angeordnet werden können. Es sollte auch festgehalten werden, dass zwei oder mehr Lager in der Innenbohrung des Gehäuses und den Lagern zur Unterstützung der gegenüberliegenden Halbkugeln des Kugelabschnitts des Kugelzapfens eingebaut werden können.
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Die Manschette 26 wird als einzelnes, monolithisches Stück aus einem Elastomermaterial wie Neopren oder einem anderen Gummi oder einem gummiähnlichen Material hergestellt. Die Manschette 26 erstreckt sich entlang der Mittelachse A von einem ersten Manschettenende 42 bis zu einem zweiten Manschettenende 44. Das erste Manschettenende 42 wird in der offenen Bohrung aufgenommen und gegen die Innenfläche der radial nach innen verlaufenden Lippe 32 des Gehäuses 22 abgedichtet, und das zweite Manschettenende 44 wird gegen den Schaftabschnitt 36 des Kugelzapfens 24 außerhalb der Innenbohrung des Gehäuses 22 abgedichtet. Das erste Manschettenende 42 weist einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch 42 auf, der axial zwischen einer unteren Stirnfläche des Lagers 40 und der sich radial nach innen erstreckenden Lippe 32 des Gehäuses 22 angeordnet ist. Der sich radial nach außen erstreckende Flansch 42 hat eine untere Fläche, die in direktem, flächigem Kontakt mit der Lippe 32 des Gehäuses 22 steht.
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Eine Endkappe 46 verschließt das offene zweite Ende 30 des Gehäuses 22, um den Kugelabschnitt 34 und das Lager 40 in der Innenbohrung des Gehäuses 22 aufzunehmen. In der beispielhaften Ausführung ist die Endkappe 46 in eine Nut eingepresst, die in die Innenfläche des Gehäuses 22 eingeformt ist. Es sollte jedoch festgehalten werden, dass die Endkappe 46 mit dem Gehäuse 22 mit jedem geeigneten Mittel befestigt werden kann.
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Ein ringförmiger Einsatz 48 ist in der offenen Bohrung angeordnet und wird zwischen dem Flansch 42 der Manschette 26 und der Stirnseite des Lagers 40 eingeklemmt. Wie in den 2 und 6-8 zu sehen ist, hat der Einsatz 48 einen im Allgemeinen planaren Basisabschnitt 50, der eine Öffnung 52 aufweist, die die Mittelachse A umgibt. In der Innenbohrung des Gehäuses 22 erstreckt sich der Schaftabschnitt 36 des Kugelzapfens 24 durch die Öffnung 52. Der Einsatz 48 weist auch eine Vielzahl von Zähnen 54 auf, die vom planaren Basisabschnitt 50 radial nach außen ragen. Die Zähne 54 sind in Umfangsrichtung voneinander beabstandet, und jeder Zahn 54 hat eine Außenfläche 56, die sich in Umfangsrichtung erstreckt, und ein Paar Seitenflächen 58, die vom Basisabschnitt 50 bis zur Außenfläche 56 zusammenlaufen. Die Materialstärke des Einsatzes 48 ist im Allgemeinen über den planaren Basisabschnitt 50 und die Zähne 54 konstant Der Einsatz 48 kann durch einen Stanz- und Biegevorgang oder durch jedes andere geeignete Verfahren hergestellt werden.
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Wenn sich der Einsatz 48 im Ruhezustand befindet, sind die Zähne 54 relativ zum planaren Basisabschnitt 50 so abgewinkelt, dass sich jeder Zahn 54 auch axial zum Flansch 42 der Manschette 26 erstreckt. Wenn die Endkappe 46 auf das offene zweite Ende 30 des Gehäuses 22 aufgesetzt wird, werden die Zähne 54 des Einsatzes 48 elastisch und federnd verformt, so dass innere Spannungen in den Einsatz 48 eingeleitet werden. Die inneren Spannungen spannen den Basisabschnitt 50 des Einsatzes 48 gegen das Lager 40, um die gekrümmte Oberfläche des Lagers 40 gegen die gekrümmte Außenfläche des Kugelabschnitts 34 des Kugelzapfens 24 zu drücken, um jegliches Spiel zwischen dem Lager 40 und dem Kugelabschnitt 34 zu beseitigen.
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Wie in 4 dargestellt, drücken die inneren Spannungen auch die Außenflächen bzw. die Außenabschnitte 56 der Zähne 54 gegen den Flansch 42 der Manschette 26, so dass die Zähne 54 in die Teile 34, 36, 50 des Elastomermaterials der Manschette 26 eindringen. Im Gegensatz dazu wird, wie in 3 dargestellt, in den Zahnlücken 54 das Elastomermaterial der Kabine nicht komprimiert. Der abwechselnd komprimierte und nicht komprimierte Teil des Elastomermaterials des Flansches 42 hat sich als eine verbesserte flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen dem Flansch 42 der Manschette 26 und der Innenfläche des Gehäuses 22 erwiesen. In der beispielhaften Ausführung sind die Zähne 54 in der Regel in gleichmäßigem Abstand um die Mittelachse A angeordnet.
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Die Öffnung 52 des Einsatzes 48 hat im Allgemeinen eine rechteckige, runde oder elliptische Form. In der beispielhaften Ausführung hat die Öffnung 52 zwei Sätze paralleler Seiten und abgerundeter Ecken. Diese Form der Öffnung 52 schränkt den Bereich ein, in dem sich der Kugelzapfen 24 und das Gehäuse 22 relativ zueinander in einer Drehrichtung im Vergleich zu einer anderen Drehrichtung bewegen können. Somit schränkt der Einsatz 42 auch die Bewegung ein, in der sich der Kugelzapfen 24 und das Gehäuse 22 relativ zueinander bewegen können. Der Einsatz 48 schützt auch das Gummimaterial der Elastomer-Manschette 26 vor dem Einklemmen oder Abschneiden beim Kontakt mit dem Metallkugelzapfen 24 und dem Metallgehäuse 22.
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Die Einlage 48 wird vorzugsweise als einzelnes, monolithisches Stück aus einem elastisch biegsamen Material, wie z.B. Federstahl, hergestellt. Es sollte jedoch festgehalten werden, dass jedes geeignete Material verwendet werden kann.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Kugelpfannenbaugruppe 20, wie die oben diskutierte Kugelpfannenbaugruppe 20 der 1 und 2. Das Verfahren umfasst den Schritt der Vorbereitung des Gehäuses 22. Das Verfahren geht mit dem Schritt des Einführens der Elastomer-Manschette 26 in die Innenbohrung durch das zweite offene Ende des Gehäuses 22 weiter. Das Verfahren wird mit dem Schritt fortgesetzt, den Einsatz 48 in die offene Bohrung des Gehäuses 22 so einzusetzen, dass der Einsatz 48 direkt mit der Elastomer-Manschette 26 in Kontakt kommt. Das Verfahren wird mit dem Schritt fortgesetzt, das Lager 40 in die offene Bohrung des Gehäuses zu pressen, so dass der Einsatz 48 zwischen der Elastomer-Manschette 26 und dem Lager 40 eingeklemmt wird. Das Verfahren wird mit dem Schritt fortgesetzt, den Kugelabschnitt 34 des Kugelzapfens 24 durch das zweite offene Ende des Gehäuses 22 in das Lager 40 so einzuführen, dass der Schaftabschnitt 36 aus der Innenbohrung durch das erste offene Ende des Gehäuses 22 herausragt. Das Verfahren wird mit den Schritten des Abdichtens des ersten Manschettenendes 42 der Elastomer-Manschette 26 mit dem Gehäuse 22 und des Abdichtens des zweiten Manschettenendes 44 der Elastomer-Manschette 26 gegen den Schaftabschnitt 36 des Kugelzapfens 24 fortgesetzt.
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Das Verfahren fährt mit dem Schritt des Verschließens des zweiten offenen Endes des Gehäuses 22 mit der Endkappe 46 fort, um den Einsatz 48 so zusammenzudrücken, dass die Zähne 54 des Einsatzes 48 Teile des Flansches 42 der Elastomer-Manschette 26 zusammendrücken oder in sie beißen, um die Abdichtung zwischen dem ersten Manschettenende 42 der Elastomer-Manschette 26 und dem Gehäuse 22 zu verbessern.
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Natürlich sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Lichte der obigen Lehren möglich und können im Rahmen der beigefügten Ansprüche anders als spezifisch beschrieben praktiziert werden. Zusätzlich ist zu verstehen, dass alle Merkmale aller Ansprüche und alle Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, solange sie sich nicht widersprechen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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