DE19842198A1

DE19842198A1 - Kugelgelenk mit erhöhter Ausreißfestigkeit

Info

Publication number: DE19842198A1
Application number: DE19842198A
Authority: DE
Inventors: Klaus Broeker
Original assignee: ZF Lemfoerder GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1998-09-15
Filing date: 1998-09-15
Publication date: 2000-04-06
Anticipated expiration: 2018-09-16
Also published as: DE19842198C2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kugelgelenk mit erhöhter Ausreißfestigkeit. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, es, die in eine Ausnehmung des Gelenkgehäuses eingeordnete Lagerschale, in welcher die Gelenkkugel des Gelenkzapfens gelagert ist, gegen ein Verrutschen zu fixieren und dabei gleichzeitig die Festigkeit des Kugelgelenkes gegenüber axial wirkenden Zugkräften zu erhöhen. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der die Lagerschale im Gelenkgehäuse verspannende Verschlußring auf seiner Außenkontur eine Ausformung aufweist, mittels der dieser in das Gelenkgehäuse einzupressende Verschlußring mit einer Ausnehmung der Innenfläche des Gelenkgehäuses lagefixiert in Eingriff gebracht ist. Vorteilhaft ist die Ausformung auf der Außenkontur des Verschlußrings, als ein widerhakenartig in eine Nut auf der Innenfläche des Gelenkgehäuses eingreifender Ring ausgebildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kugelgelenk mit erhöhter Ausreißfestigkeit.

Kugelgelenke finden auf vielfältigsten Gebieten, aber insbesondere im Fahrzeugbau, in Baugruppen für die Radaufhängung Einsatz. Prinzipiell bestehen die Gelenke aus einem Gelenkgehäuse mit einer Gehäuseausnehmung, in welcher die Gelenkkugel eines Gelenkzap fens gelagert ist. Zwischen der Gehäuseinnenwand und der Gelenkkugel des Gelenkzapfens ist eine in den meisten Fällen aus einem Kunststoff bestehende Lagerschale eingeordnet. Die La gerschale wird durch einen das Gelenkgehäuse gegen den Gelenkzapfen verschließenden Verschlußring gegen das Gelenkgehäuse verspannt. Der in der Regel flanschförmige Verschlußring seinerseits liegt an einem durch teilweises Umbördeln des Gelenkgehäuses entstandenen Gehäusekragen an.

Sehr wesentlich für die Funktion des Kugelgelenks ist es dabei, konstruktive Maßnahmen zu treffen, die eine Verschiebung der Lagerschale im Gelenkgehäuse bei Belastung des Lagers verhindern und eine hohe Ausreißfestigkeit des Lagers, also eine hohe das Ausreißen des Gelenkzapfen verhindernde Widerstandsfähigkeit gegen axial wirkende Zugkräfte, gewährleisten.

Ein solches Lager ist beispielsweise aus der DE 43 38 916 C1 bekannt. Bei dem in der Schrift beschriebenen Lager weist der Verschlußring einen Radialbund auf, der an den an seinem Ende umgebördelten Gelenkgehäuse zur Anlage gelangt. Im Herstellungsprozeß wird die Lagerschale vorgespannt, in die Gehäuseausnehmung des Gelenkgehäuses eingebracht, anschließend die Gelenkkugel an der Lagerschale zur Anlage gebracht und dann der Verschlußring eingepreßt. Danach erfolgt das Umbördeln der Randbereiche des Gelenkgehäu ses. Hierbei tritt vielfach des Problem auf, daß sich bereits bei dem teilweisen Umbördeln des Gelenkgehäuses die Lagerschale verschiebt, da die Rollkante beim Umbördeln meist zunächst den Verschlußring nur einseitig berührt und an dieser Seite somit eine Druckkraft ausgeübt wird, welche zur Verschiebung der Lagerschale führt.

Diesem Problem wird in der DE 43 38 916 C1 durch die Ausbildung der Lagerschale mit dem umlaufenden Radialbund begegnet, indem dieser Radialbund während des Umbördelns zwischen einem Absatz des Gelenkgehäuses und dem Verschlußring eingespannt wird. Durch die dargestellte Lösung wird jedoch die Ausreißfestigkeit des Lagers gegenüber der bisher bekannt gewordener Lager nicht erhöht. Diese wird im wesentlichen dadurch bestimmt, bis zu welcher Kraft die den Verschlußring abstützende, durch das Umbördeln des Gelenkgehäuses gebildete Auflagefläche des Gehäusekragens einer radial wirkenden Zugkraft standhält.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Lagerschale in dem Gelenkgehäuse gegen ein Verrutschen zu fixieren und gleichzeitig die Ausreißfestigkeit des Kugelgelenkes zu erhöhen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kugelgelenk mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Kugelgelenk weist der mit seiner Innenkontur durch eine Abschrägung oder einen ausgebildeten Radius der Außenkontur der Lagerschale im wesentlichen folgende Verschlußring auf seiner Außenkontur eine Ausformung auf, mittels welcher der in das Gelenkgehäuse einzupressende Verschlußring mit einer Ausnehmung der Innenfläche des Gelenkgehäuses lagefixiert in Eingriff gebracht ist.

Gemäß der Erfindung weist die Ausformung auf der Außenkontur des Verschlußringes gegenüber den benachbarten Bereichen seiner Außenkontur vorteilhafterweise eine Höhe zwischen 0,2 und 0,3 mm auf. Dies ist ausreichend, um durch den Eingriff dieser Ausformung in einer Ausnehmung des Gelenkgehäuses mit einer der Höhe der Ausformung unter Berücksichtigung von Toleranzen entsprechenden Tiefe eine signifikante Erhöhung der Aus reißfestigkeit zu erreichen. Gleichzeitig wird im Fertigungsprozeß, insbesondere beim Umbör deln der Endbereiche des Gelenkgehäuses während des Verrollens eine Verschiebung der Lagerschale im Gelenkgehäuse verhindert. Es wird damit vermieden, daß zwischen den Mittel achsen des Verschlußringes und des Gelenkgehäuses ein unerwünschter Achsversatz auftritt. Bei der gebrauchsgemäßen Beanspruchung des Gelenkes gewährleistet die erfindungsgemäße Lösung eine sichere Fixierung der Lagerschale gegen ein Verrutschen infolge von bei der zu lässigen Taumelbewegung des Gelenkzapfens auftretenden Kräften.

In vorteilhafter Weise ist das erfindungsgemäße Kugelgelenk so ausgebildet, daß die am Verschlußring ausgebildete die Form eines auf seiner Außenkontur umlaufenden Ringes aufweist, der in eine an der Innenfläche des Gelenkgehäuses umlaufenden Nut eingreift. Bei einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung besitzt die an der Außenkontur dieses Verschlußringes umlaufende ringförmige Ausformung eine sägezahnförmige Kontur. Dabei ist die sägezahnförmige Kontur vorzugsweise so gestaltet, daß eine Flanke des sich bei einem Schnitt in radialer Richtung durch den die Ausformung bildenden Ring ergebenden Sägezahns gegenüber seiner anderen Flanke verlängert ist, wodurch der Ring in Richtung der Öffnung der Gehäuseausnehmung eine Neigung aufweist. Durch diese Neigung ist er nach der Art eines Widerhakens mit der, eine gleiche Neigung aufweisenden, an der Innenfläche des Ge lenkgehäuses umlaufenden Nut verzahnend, in Eingriff gebracht. Auf diese Weise hält die Aus formung den Verschlußring und mit ihm die durch ihn verspannte Lagerschale auch bei großen in axialer Richtung auftretenden Zugkräften am Gelenkgehäuse fest.

Dabei ist es, unter Erfüllung der Aufgabe, zur Verringerung des Lagergewichtes auch möglich, die an der Außenkontur des Verschlußringes ausgebildete ringförmig umlaufende Ausformung bereichsweise unterbrochen auszubilden. Jedoch wird hierbei die zu erreichende Erhöhung der Ausreißfestigkeit weniger signifikant sein.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Lagerschale in den an der Innenkontur des Verschlußringes anliegenden Bereich in ihrer Wandstärke gegenüber den übrigen Bereichen reduziert. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß ohne Einbußen bei der axialen Ausreißfestigkeit eine Verringerung der Axialelastizität der Schale erreicht wird. Die wünschenswerte Verringerung der Axialelastizität wird dabei auch schon erreicht, wenn die Wandstärke der Lagerschale nur abschnittsweise reduziert ist.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dabei zeigen die:

Fig. 1: Eine Gesamtansicht des erfindungsgemäßen Kugelgelenkes in einer Schnittdarstel lung,

Fig. 2: Die Einzelheit X gemäß der Fig. 1,

Fig. 3: Die Einzelheit Y gemäß der Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt die Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Kugelgelenks. Die Darstellung wurde zur besseren Veranschaulichung in zwei Teile unterteilt. Links der Symmetrieachse 6 ist das Lager vor dem Einpressen des Verschlußringes 7 und dem nachfolgenden teilweisen Umbördeln des Gelenkgehäuses 1 dargestellt. Der Teil rechts der Symmetrieachse 6 veran schaulicht dann das Lager im fertigen Zustand, also mit eingepreßtem Verschlußring 7. Wie zu erkennen, ist die Gelenkkugel 3 des Gelenkzapfens 4 gemeinsam mit der ihn umgebenden La gerschale 5 durch die Gehäuseausnehmung 2 des Gelenkgehäuses 1 aufgenommen. Die Lager schale 5 ist an mehreren Positionen der Innenfläche 13 des Gelenkgehäuses 1 gegen die von der napfartigen Gehäuseausnehmung 2 gebildete Innenfläche 13 abgestützt. Der Verschluß ring 7 ist wiederum aufgrund seiner in Richtung des Gelenkzapfens 4 flanschförmigen Ausbil dung an der durch das Umbördeln der Enden 11 des Gelenkgehäuses 1 entstandenen ringför mig umlaufenden Fläche 12 abgestützt. Lagerschale 1 und Verschlußring 7 sind beispielsweise aus Kunststoff gefertigt. Das Kugelgelenk weist auf der dem Gelenkzapfen 4 abgewandten Seite einen Anschlagdeckel 14 mit einem darauf befestigten Dämpfungselement 16 auf. Der Anschlagdeckel 14 wird unter einer Vorspannung um die dargestellte, spezielle Gehäusekontur herum verformt, sodaß er einerseits eine Eigenelastizität aufweist und sich andererseits nicht selbsttätig lösen kann. Die Elastizität des Anschlagdeckels 14 unterstützt zusätzlich die dämpfende Wirkung des Dämpfungselementes 16, das das Kugelgelenk vor Beschädigungen schützt. In der Fig. 1 ist angedeutet, daß die Konstruktion entsprechend der Funktion eines Kugelgelenks ein Schwenken des Lagerzapfens 4 in einem Winkelbereich von 30° gegenüber der Symmetrieachse 6 ermöglicht.

Die Fig. 2 und 3, welche Einzelheiten X und Y der Fig. 1 in vergrößerter Darstellung zeigen, verdeutlichen die Ausbildung des Verschlußringes 7 nochmals im Detail. Wie zu erkennen, folgt der Verschlußring 7 an seiner Innenkontur im wesentlichen dem Verlauf der Außenkontur der Lagerschale 5. An der Außenkontur des Verschlußringes 7 ist die Ausformung 8 ausgebildet.

In dem dargestellten Beispiel ist diese Ausformung 8 entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ringförmig an der Außenkontur des Verschlußringes 7 umlaufend ausgebildet und weist einen sägezahnförmigen Querschnitt auf. Insbesondere aus der Fig. 2 zu erkennen, daß die eine Flanke 9 dieses sägezahnförmigen Querschnitts gegenüber der anderen Flanke 10 verlängert ist, so daß die ringförmig umlaufende Ausformung 8 in Richtung der Öffnung der Gehäuseausnehmung 2 geneigt verläuft. Dadurch gelangt sie in der Art eines Widerhakens in einer an der Innenfläche des Gehäuses 1 umlaufenden und eine korrespondierende Neigung aufweisenden Nut zum Eingriff, welche aus der Figur nicht zu ersehen ist. Es hat sich gezeigt, daß eine Ausbildung des Verschlußringes 7, bei der die an seiner Außenkontur ausgebildete Ausformung 8 eine Höhe von 0,2 bis 0,3 mm gegenüber der übrigen Außenfläche aufweist, eine Ausreißfestigkeit bewirkt, welche nahezu doppelt so hoch wie die Ausreißkraft herkömmlicher, ohne eine entsprechende Ausformung des Verschlußrin ges ausgebildeter Kugelgelenke ist. Ähnliche Verhältnisse konnten bei der Messung der Wider standsfähigkeit gegen ein Aushebeln des Gelenkzapfens 4 aus dem Gelenkgehäuse 1 festge stellt werden.

Die Fig. 2 zeigt das Detail des Kugelgelenks vor dem Einpressen des Verschlußringes 7. Das äußere Ende 11 des Gelenkgehäuses 1 ist in dieser Herstellungsphase noch nicht umgebördelt. Der Verschlußring 7 mit seiner Ausformung 8 wird zwischen das Gelenkgehäuse 1 und die Lagerschale 5 in die Ausnehmung 2 eingebracht und dort durch die Kraft F eingepreßt. Dabei gelangt die ringförmige Ausnehmung 8 mit einer nicht dargestellten Ausnehmung bzw. Nut an der Innenfläche 13 des Gelenkgehäuses 1 in Eingriff. Da der Verschlußring 7 somit sicher innerhalb des Gelenkgehäuses 1 fixiert ist, unterbleibt bei dem anschließenden Umbördeln des Endbereiches 11 des Gelenkgehäuses das ansonsten durch die an der Rollkante auftretenden Kräfte vielfach auftretende Verschieben von Verschlußring 7 und Lagerschale 5 innerhalb der Ausnehmung 2 des Gelenkgehäuses 1. Dadurch ist sichergestellt, daß zwischen der Mittelachse des Verschlußringes 7 und der Mittelachse des Gelenkgehäuses 1 kein unerwünschter Versatz auftritt. Nach dem Umbördeln des Gelenkgehäuses 1 wird der bereits durch seine Ausformung 8 im Gelenkgehäuse 1 fixierte Verschlußring 7 durch den sich dabei bildenden Gehäusekragen mit der Fläche 12 abgestützt. Durch den widerhakenähnlichen Eingriff des Verschlußringes 7 werden in axialer Richtung auftretende Zugkräfte nicht, wie üblich, ausschließlich von der Fläche 12 aufgenommen, so daß sich die Ausreißfestigkeit des Kugelgelenkes und seine Widerstandsfähigkeit gegen auftretende Hebelkräfte deutlich erhöhen.

Aus der Fig. 2 ist weiterhin zu erkennen, daß die Lagerschale 5 in dem Bereich 15 an dem der Verschlußring 7, wie aus der Fig. 3 ersichtlich, nach dem Einpressen, zur Anlage gelangt, eine geringere Wandstärke aufweist. Dies führt in vorteilhafter Weise zu einer Herabsetzung der Axialelastizität. Zwar ist diese vorteilhafte Wirkung auch schon dann gegeben, wenn die Wandstärke der Lagerschale 5 in diesem Bereich 15 in bezug auf ihren Umfang nur abschnittsweise in ihrer Wandstärke reduziert ist, jedoch ist es vorteilhaft, wenn dieser Bereich 15 verringerter Wandstärke auf dem gesamten Umfang der Lagerschale 5 umlaufend ausgebildet ist.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

1

Gelenkgehäuse

2

Ausnehmung

3

Gelenkkugel

4

Gelenkzapfen

5

Lagerschale

6

Symmetrieachse

7

Verschlußring

8

Ausformung

9

Flanke

10

Flanke

11

Endbereich Gelenkgehäuse

12

Fläche

13

Innenfläche

14

Anschlagdeckel

15

Bereich

16

Dämpfungselement

Claims

1. Kugelgelenk mit erhöhter axialer Ausreißfestigkeit, bestehend aus einem Gelenkgehäuse mit einer Gehäuseausnehmung, einem in der Gehäuseausnehmung des Gelenkgehäuses mit seiner Gelenkkugel gelagerten Gelenkzapfen, einer zwischen dem Gelenkgehäuse und der Gelenkkugel eingeordneten Lagerschale sowie einem die Gehäuseausnehmung des Gelenkgehäuses gegen den Gelenkzapfen verschließenden und die darin eingeordnete La gerschale im Gelenkgehäuse verspannenden, an der dem Gelenkzapfen zugewandten Seite flanschförmig ausgebildeten Verschlußring, dadurch gekennzeichnet, daß der mit seiner Innenkontur durch eine Abschrägung oder einen ausgebildeten Radius der Außenkontur der Lagerschale (5) im wesenlichen folgende Verschlußring (7) auf seiner Außenkontur eine Ausformung (8) aufweist, mittels der der in das Gelenkgehäuse (1) einzupressende Ver schlußring (7) mit einer Ausnehmung der Innenfläche (13) des Gelenkgehäuses (1) lagefi xiert in Eingriff gebracht ist.

2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausformung (8) auf der Außenkontur des Verschlußringes (7) gegenüber den benachbarten Bereichen seiner Außenkontur eine Höhe zwischen 0,2 mm und 0,3 mm hat

3. Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausformung (8) auf der Außenkontur des Verschlußringes (7) die Form eines umlaufenden Rings aufweist, der in eine an der Innenfläche (13) des Gelenkgehäuses (1) umlaufende Nut eingreift.

4. Kugelgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Außenkontur des Verschlußringes (7) umlaufende ringförmige Ausformung (8) eine sägezahnförmige Kontur aufweist, wobei eine Flanke (9) dieser sägezahnförmigen Kontur gegenüber der anderen Flanke (10) verlängert ist und dadurch die in Richtung der Öffnung der Gehäuseausneh mung (2) geneigt verlaufende Ausformung (8) mit der eine gleiche Neigung aufweisenden an der Innenfläche (13) des Gelenkgehäuses (1) umlaufenden Nut verzahnend in Eingriff gebracht ist.

5. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Außenkontur des Verschlußringes (7) ausgebildete, ringförmig umlaufende Ausformung (8) bereichsweise unterbrochen ist.

6. Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale (5) in dem an der Innenkontur des Verschlußringes (7) anliegenden Bereich (15) eine gegenüber ihrer sonstigen Wandstärke reduzierte Wandstärke aufweist.

7. Kugelgelenk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Innenkontur des Verschlußringes (7) anliegende Bereich (15) der Lagerschale (5) in bezug auf den Umfang der Lagerschale (S) abschnittsweise eine verringerte Wandstärke aufweist.

8. Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das über eine Gehäuseausnehmung (2) verfügende Gelenkgehäuse (1) auf der der Ausnehmung gegenüberliegenden Seite eine radialflanschähnliche Kontur aufweist, die von einem elastischen Anschlagdeckel (14) umgriffen wird.

9. Kugelgelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Anschlagdeckel (14) ein Dämpfungselement (16) befestigt ist.