EP1769165A1 - Gelenkgehäuse - Google Patents

Gelenkgehäuse

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Publication number
EP1769165A1
EP1769165A1 EP05769709A EP05769709A EP1769165A1 EP 1769165 A1 EP1769165 A1 EP 1769165A1 EP 05769709 A EP05769709 A EP 05769709A EP 05769709 A EP05769709 A EP 05769709A EP 1769165 A1 EP1769165 A1 EP 1769165A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
joint housing
shaft
function
joint
groove
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05769709A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Kunze
Sören KNOPP
Matthias Gercke
Wilfried Lustig
Franz-Josef Marquardt
Manfred Buhl
Jens Eismann
Wolfgang Ratermann
Matthias Quaing
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP1769165A1 publication Critical patent/EP1769165A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C7/00—Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads
    • F16C7/02—Constructions of connecting-rods with constant length
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C11/00—Pivots; Pivotal connections
    • F16C11/04—Pivotal connections
    • F16C11/06—Ball-joints; Other joints having more than one degree of angular freedom, i.e. universal joints
    • F16C11/0695—Mounting of ball-joints, e.g. fixing them to a connecting rod
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2326/00—Articles relating to transporting
    • F16C2326/01—Parts of vehicles in general
    • F16C2326/05—Vehicle suspensions, e.g. bearings, pivots or connecting rods used therein

Definitions

  • the invention relates to a joint housing, in particular for receiving the bearing shell of a ball joint or for receiving a molecular joint, according to the preamble of patent claim 1.
  • Generic joint housings are used, for example, in the area of the chassis or the suspension of motor vehicles.
  • the joint housing serve in most cases the connection of a bearing point, so for example a ball joint or a molecular joint, with the rod-like profile or the hollow profile of a subsequent to the joint housing ⁇ joint rod.
  • the generic joint housing on the one hand have a housing portion which serves to receive the bearing shell of the ball joint or the inclusion of the molecular joint, and on the other hand, a fastening shaft which is connectable in a suitable manner with the rod profile or the hollow profile of the articulated rod.
  • Fastening shank adapts to the grooved surface of the fastening shaft by appropriate deformation, whereby a not only frictional, but also form-fitting press connection between the pipe end and mounting shaft is formed.
  • the cross-sectional shape and / or the depth profile of the grooves arranged on the attachment shaft are usually determined empirically.
  • this may result in that the attachment shaft of the joint housing, the grooves of the attachment shaft, or the press connection between the attachment shaft and pipe end are not performed with optimal structural strength, with optimal material utilization or not with optimal strength values.
  • Patent claim 1 solved. Preferred embodiments are the subject of the subclaims.
  • the joint housing comprises, in a manner known per se, a housing area and a fastening shaft.
  • the bearing shell of a ball joint or a molecular joint can be arranged in the interior of the joint housing or in the interior of the housing region.
  • the attachment shaft can be inserted into the recess of the end region of a hollow profile and can be pressed with the end region of the hollow profile.
  • the attachment shaft of the joint housing has a groove arrangement with at least one groove, wherein the groove arrangement along at least parts of the Schaftmaye s is arranged circumferentially on the mounting shank.
  • the joint housing is characterized in that the profile of the at least one groove in the longitudinal shank section coincides with a section of at least one mathematical curve function. This means in other words that the groove profile is no longer as in the state
  • the technique is present in the form of a substantially based on empirical approach in tool making form, but rather defined coincides with a mathematical curve function.
  • the groove profile is determined by joined sections of at least two mathematical curve functions, the at least two curve functions preferably tangentially merge into each other, or which may also be different mathematical curve functions.
  • the constructive freedom in the design or shaping of the groove profile on the mounting shaft is additionally increased, which can be achieved even further optimization and even greater resilience of the press connection between mounting shank and hollow profile.
  • the grooves of the groove profile have a profile or groove depth which varies along the circumference of the shank.
  • Optimierbar speed of the press connection in this case in particular the torsional strength of the press connection between the mounting shank and the hollow profile in a joint housing.
  • the increase in the torsional strength in this embodiment of the joint housing according to the invention is due to the fact that ramps are created by the variable depth of the grooves along the circumference of the attachment shaft, whose slope extends in the circumferential direction of the attachment shaft. In this way, a force acting in the circumferential direction positive connection between the mounting shank and the hollow profile, which reliably prevents twisting of the mounting shank or the joint housing relative to the hollow profile.
  • the profile depth of the groove, measured along the circumference of the shaft coincides with at least one mathematical curve function.
  • the course of the profile base of the groove along a transverse shaft direction coincides with at least one mathematical curve function.
  • These two embodiments serve as alternatives which allow as universal a definition as possible of the profile of the groove depth or of the course of the profile base of the groove, either along the circumference of the shank or along a shank transverse direction.
  • the at least one mathematical curve function which describes the profile of the groove in the shank longitudinal section or the course of the profile depth of the groove in the shank cross section, preferably originates from the set of the following curve functions:
  • the attachment shaft is integrally connected to the housing portion or formed integrally with the housing portion.
  • Mounting shank arranged at least one material recess or at least one breakthrough. This recess or breakthrough is located in those areas of the transition section, which contribute only a small proportion to the axial and polar area moment of inertia of the transition section.
  • the presently considered embodiment engages with the material recess or with the opening in the transition section between the housing region and mounting shank, since in this way the advantageous tangential start-up of the transition section on the housing region can be selected without having to accept the disadvantage of increased component weight ,
  • the arrangement of the recess or of the breakthrough results in that the material of the transitional section which is located in the region of the transitional section, in particular in the vicinity of gravity lines or in the vicinity of the center of gravity of the shaft cross section, and thus only slightly to the strength or Stiffness of the transition section contributes, due to the at least one material recess is removed from the transition section.
  • a joint housing which has an optimized, particularly low component weight with almost unchanged stiffness values.
  • the recess or the breakthrough in the shaft longitudinal section has a substantially triangular cross-sectional shape.
  • the triangular cross-sectional shape is particularly well adapted to the shape of the transition region between the housing portion and mounting shank and thus leads to the optimization of the
  • the edges and / or the surface transitions of the recess or of the opening are rounded. This design leads to a reduction of the notch effect, which can emanate from the recess or the breakthrough in the transition region.
  • Figure 1 is a schematic perspective view of an embodiment of a joint housing according to the present invention with a matching hollow profile.
  • Figure 2 is a schematic representation of the shaft of the joint housing of Figure 1 in cross section.
  • Fig. 3 in a schematic perspective view of a further embodiment of a joint housing.
  • the joint housing 1 has a housing portion 2, in the interior of which 2 1, for example - not shown here - bearing shell of a ball joint or the also not shown elastomer component of a molecular joint can be arranged. Furthermore, the joint housing 1 has a shank region 3 or a fastening shank 3, which can be introduced into the hollow end of a hollow profile 4, for example a joint rod 4, which is only partially shown here. For better visibility, the mounting shaft 3 is not yet introduced into the hollow section 4 in the illustration of FIG. 1. After the insertion of the attachment shaft 3 into the hollow profile 4, a press connection between the hollow profile 4 and the attachment shaft 3 can be produced with a suitable pressing tool. This is based on the am
  • Attachment shaft 3 of the joint housing 1 arranged groove assembly 5 generates a positive press connection between the mounting shank 3 and hollow section 4.
  • the course of the groove surface of the groove profile along the longitudinal axis of the shaft is in accordance with the invention in accordance with a section of at least one defined mathematical curve function.
  • the dimensions and properties of the grooves 5, in particular the depth of the grooves 5, the transition radii to the surface of the mounting shank 3, the groove volume, angle and shape of the groove flanks and the respective resulting groove properties and strength and stiffness values of the positive interference fit define or determine exactly analytic between mounting shaft 3 and hollow section 4.
  • the properties, strength values and in particular the load capacity of the connection between mounting shank 3 and hollow profile 4 can be optimized particularly well by means of analytical procedures.
  • Fig. 2 shows a schematic, compared to FIG. 1 enlarged representation of a cross section through the shaft 3 of the joint housing 1 according to FIG. 1 in the region of one of the grooves 5 of the groove arrangement. It can be seen that the profile depth of the groove 5 along the shaft circumference of one at '12: 00 clock 1 or '6:00 o'clock 1 maximum changed to a in each case at' 3:00 o'clock 1 and '9:00 o'clock located minimum.
  • the course of the depth of the groove 5 along the circumference of the shank, or the course of the profiled ground 6 of the groove 5 applied over the shank transverse direction again coincides with a section from a defined mathematical curve function.
  • the press connection between the mounting shank 3 and the hollow profile 4, in particular the torsional strength of the press connection is additionally optimized.
  • the increase in the torsional strength results from the fact that, based on the variable depth of the groove along the circumference 5 ramps 6, the slope of which runs in the circumferential direction of the mounting shank 3, whereby in the shaft circumferential direction positive connection of the connection between the shaft 3 and hollow section 4 is created.
  • a rotation of the attachment shaft 3 and the joint housing 1 relative to the hollow profile 4 is reliably prevented.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a joint housing 1.
  • Transition portion 7 between the housing portion 2 and mounting shaft 3 on both sides of an approximately triangular recess 8, wherein in the illustration of FIG. 3, only the drawing-related upwardly facing recess 8 is visible.
  • These recesses 8 are arranged in those areas of the transition section 7, which only a small proportion of the area moment of inertia of the cross section of the transition section. 7 exhibit. This means in other words that thanks to the recesses 8 material is saved in particular in the vicinity of the center of gravity of the torsion or in the vicinity of the bending line of the cross section of the transition section 7, whereby the weight of the joint housing 1 can be reduced.
  • the invention makes it possible to optimize the geometry, in particular of the groove arrangement determining the properties of the press connection between the housing shaft and the hollow profile, with respect to the highest possible component strength with a low component weight.
  • this optimization can take place as far as possible on the basis of analytical procedures.
  • joint housings can be designed, dimensioned and constructed faster and more cost-effectively.
  • the invention thus makes a significant contribution to the particularly economical production of high-quality and lightweight joint housings for ball joints, wheel suspensions, stabilizers and the like. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pivots And Pivotal Connections (AREA)
  • Fishing Rods (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)
  • Mutual Connection Of Rods And Tubes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gelenkgehäuse (1), in dessen Innenraum (2') beispielsweise eine Lagerschale oder ein Molekulargelenk anordenbar ist. Das Gelenkgehäuse (1) besitzt einen Gehäusebereich (2) und einen Befestigungsschaft (3), wobei der Befestigungsschaft (3) in eine Ausnehmung des Endbereichs eines Hohlprofils (4) einsetzbar und mit dem Endbereich des Hohlprofils (4) verpressbar ist. Dabei ist der Befestigungsschaft (3) mit einer zumindest teilweise umlaufenden Rillenanordnung (5) zur Herstellung einer formschlüssigen Pressverbindung zwischen Befestigungsschaft (3) und Hohlprofil (4) versehen. Das erfindungsgemäße Gelenkgehäuse (1) zeichnet sich dadurch aus, dass das Profil der Rillen (5) der Rillenanordnung im Schaftlängsschnitt mit einem Abschnitt zumindest einer mathematischen Kurvenfunktion übereinstimmt. Die Erfindung führt zu einer wirtschaftlichen Produktion von hochfesten, leichten Gelenkgehäusen für Kugelgelenke, Radaufhängungen, Stabilisatoren und dergleichen. Dies wird insbesondere dadurch möglich, dass die Geometrie der die Eigenschaften der Pressverbindung zwischen Gehäuseschaft und Hohlprofil bestimmenden Rillenanordnung dank der Erfindung anhand analytischer Verfahren optimiert werden kann.

Description

Gelenkgehäuse
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Gelenkgehäuse, insbesondere zur Aufnahme der Lagerschale eines Kugelgelenks oder zur Aufnahme eines Molekulargelenks, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Gattungsgemäße Gelenkgehäuse kommen beispielsweise im Bereich des Fahrwerks bzw. der Radaufhängung von Kraftfahrzeugen zum Einsatz. Die Gelenkgehäuse dienen dabei in den meisten Fällen der Verbindung eines Lagerpunktes, also beispielsweise eines Kugelgelenks oder eines Molekulargelenks, mit dem stangenartigen Profil bzw. dem Hohlprofil einer sich an das Gelenkgehäuse anschließender} Gelenkstange. Hierzu besitzen die gattungsgemäßen Gelenkgehäuse einerseits einen Gehäusebereich, der der Aufnahme der Lagerschale des Kugelgelenks oder der Aufnahme des Molekulargelenks dient, und andererseits einen Befestigungsschaft, der auf geeignete Weise mit dem Stangenprofil bzw. dem Hohlprofil der Gelenkstange verbindbar ist.
Es ist bekannt, den Befestigungsschaft von Gelenkgehäusen dadurch mit dem Hohlprofil einer Gelenkstange zu verbinden, dass der Befestigungsschaft in das offene Ende der durch das Hohlprofil, beispielsweise durch ein Rohr, gebildeten Gelenkstange eingeführt wird, und anschließend das Rohrende und der eingeführte Befestigungsschaft kalt miteinander verpresst werden. Zur Verbesserung der Verankerung der Pressverbindung zwischen Befestigungsschaft und Rohrende ist es ebenfalls bekannt, an der im Wesentlichen zylindrischen Oberfläche des Befestigungsschaftes eine zumeist eine Anzahl von Rillen umfassende Rillenanordnung anzubringen. Dies führt dazu, dass die Kontur des Rohrendes beim Verpressen von Rohrende und
Befestigungsschaft sich der gerillten Oberfläche des Befestigungsschaftes durch entsprechende Verformung anpasst, wodurch eine nicht nur kraftschlüssige, sondern auch formschlüssige Pressverbindung zwischen Rohrende und Befestigungsschaft entsteht.
Beim Stand der Technik werden jedoch die Querschnittsform und/oder der Tiefenverlauf der am Befestigungsschaft angeordneten Rillen zumeist empirisch festgelegt. Dies kann jedoch dazu führen, dass der Befestigungsschaft des Gelenkgehäuses, die Rillen des Befestigungsschaftes, bzw. die Pressverbindung zwischen Befestigungsschaft und Rohrende nicht mit optimaler Gestaltfestigkeit, mit optimaler Materialausnutzung bzw. nicht mit optimalen Festigkeitswerten ausgeführt werden.
Als diesbezüglich mit entscheidende Kriterien sind insbesondere, jedoch keineswegs ausschließlich, zu nennen der Faserverlauf des Materials des Befestigungsschaftes im Bereich der Rillenanordnung, die Schwächung des Querschnitts des Befestigungsschaftes im Bereich der Rillen, die Kerbwirkung der durch die Rillen verursachten Querschnittsänderungen bzw. der anhand der Rillen eingebrachten Kanten und Radien, sowie die Festigkeit und der Grad der Formschlüssigkeit der Pressverbindung zwischen Befestigungsschaft und Rohr ende. Mit diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gelenkgehäuse zu schaffen, das die genannten Nachteile des Standes der Technik überwindet. Dabei soll insbesondere die Pressverbindung zwischen dem Schaft des Gelenkgehäuses und dem Rohrende des Hohlprofils in Bezug auf hohe Festigkeit und geringes Bauteilgewicht optimiert werden, wobei die Optimierung im Unterschied zum Stand der Technik nicht empirisch vorgenommen werden, sondern vielmehr so weit wie möglich anhand analytischer Verfahren erfolgen soll.
Diese Aufgabe wird durch ein Gelenkgehäuse mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unter ansprüche .
Das Gelenkgehäuse gemäß der vorliegenden Erfindung weist in an sich zunächst bekannter Weise einen Gehäusebereich und einen Befestigungsschaft auf. Dabei kann im Innenraum des Gelenkgehäuses bzw. im Innenraum des Gehäusebereichs insbesondere die Lagerschale eines Kugelgelenks oder ein Molekulargelenk angeordnet werden. Der Befestigungsschaft ist in die Ausnehmung des Endbereichs eines Hohlprofils einsetzbar und kann mit dem Endbereich des Hohlprofils verpresst werden. Um eine formschlüssig
Pressverbindung zwischen Befestigungsschaft und Hohlprofil zu erhalten, weist der Befestigungsschaft des Gelenkgehäuses eine Rillenanordnung mit zumindest einer Rille auf, wobei die Rillenanordnung entlang zumindest Teilen des Schaftumfange s umlaufend am Befestigungsschaft angeordnet ist. Erfindungsgemäß zeichnet sich das Gelenkgehäuse jedoch dadurch aus, dass das Profil der zumindest einen Rille im Schaftlängsschnitt mit einem Abschnitt aus zumindest einer mathematischen Kurvenfunktion übereinstimmt. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass das Rillenprofil nicht mehr wie im Stand der Technik in Form einer im Wesentlichen anhand empirischen Vorgehens im Werkzeugbau entstandenen Form vorliegt, sondern vielmehr definiert mit einer mathematischen Kurvenfunktion übereinstimmt. Dadurch sind insbesondere, jedoch keineswegs ausschließlich, Eigenschaften der Rillen wie beispielsweise Rillentiefe, Übergangsradien bzw. Übergangsbereiche zum Befestigungsschaft des Gelenkgehäuses, Volumen der Rillen, Steigungswinkel und Höhe der Rillenflanken, sowie die daraus resultierenden Eigenschaften und Festigkeitswerte des Formschlusses zwischen Befestigungsschaft und Hohlprofil exakt definiert. Auf diese Weise können sämtliche Eigenschaften, Festigkeitswerte und die Belastungsfähigkeit der Pressverbindung zwischen
Befestigungsschaft und Hohlprofil Gegenstand analytischer Untersuchung bzw. Optimierung sein.
Gemäß bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ist das Rillenprofil durch aneinandergefügte Abschnitte zumindest zweier mathematischer Kurvenfunktionen bestimmt, wobei die zumindest zwei Kurvenfunktionen bevorzugt tangential ineinander übergehen, bzw. wobei es sich vorzugsweise auch um unterschiedliche mathematische Kurvenfunktionen handeln kann. Auf diese Weise wird die konstruktive Freiheit bei der Gestaltung bzw. Formgebung des Rillenprofils am Befestigungsschaft zusätzlich vergrößert, wodurch sich eine noch weitergehende Optimierung und noch größere Belastbarkeit der Pressverbindung zwischen Befestigungsschaft und Hohlprofil erreichen lässt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzen die Rillen des Rillenprofils eine entlang des Schaftumfanges veränderliche Profil¬ bzw. Rillentiefe. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die Rillen des Rillenprofils am Befestigungsschaft entlang des Umfangs des Befestigungsschaftes nicht gleichmäßig tief sind. bzw. nicht entlang des vollständigen Umfangs des Befestigungsschaftes umlaufen, sondern vielmehr unterschiedliche Tiefen in unterschiedlichen Bereichen des Umfangs des Befestigungsschaftes aufweisen.
Auch dies führt zur weiteren Optimierbar keit der Pressverbindung, hierbei insbesondere der Torsionsfestigkeit der Pressverbindung zwischen Befestigungsschaft und Hohlprofil bei einem Gelenkgehäuse. Die Erhöhung der Torsionsfestigkeit bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gelenkgehäuses hängt damit zusammen, dass durch die veränderliche Tiefe der Rillen entlang des Umfangs des Befestigungsschaftes Rampen geschaffen werden, deren Steigung in Umfangsrichtung des Befestigungsschaftes verläuft. Auf diese Weise entsteht ein auch in Umfangsrichtung wirkender Formschluss zwischen Befestigungsschaft und Hohlprofil, der ein Verdrehen des Befestigungsschaftes bzw. des Gelenkgehäuses gegenüber dem Hohlprofil zuverlässig verhindert.
Dabei stimmt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Profiltiefe der Rille, entlang des Schaftumfangs gemessen, mit zumindest einer mathematischen Kurvenfunktion überein. Gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung stimmt der Verlauf des Profilgrunds der Rille entlang einer Schaftquerrichtung mit zumindest einer mathematischen Kurvenfunktion überein. Diese beiden Ausführungsformen dienen als Alternativen, die eine möglichst universelle Definition des Verlaufs der Rillentiefe bzw. des Verlaufs des Profilgrunds der Rille, entweder entlang des Schaftumfanges oder entlang einer Schaftquerrichtung betrachtet, erlauben. Die zumindest eine mathematische Kurvenfunktion, die das Profil der Rille im Schaftlängsschnitt bzw. den Verlauf der Profiltiefe der Rille im Schaftquerschnitt beschreibt, entstammt dabei vorzugsweise der Menge der folgenden Kurvenfunktionen:
- Kreisbogenabschnitt (Radius) Dreieck
- Trapez
- Sprungfunktion
Ganzrationale Funktion 1. Grades bis n-ten Grades der Form
- Potenzfunktion der Form f(x) = axk
- Wurzelfunktion der Form f(x) = aχp/i Exponentialfunktion der Form f(x) = ax
- Logarithmische Funktion der Form f(x) = In x - Trigonometrische Funktion der Form f (x) = sin x f(x) = cos x f (x) = tan x f (x) = cot x - Arcusfuktion der Form f(x) = aresin x • f(x) = arecos x f (x) = aretan x f(x) = arecot x - Hyperbelfunktion der Form f (x) = hsin x f(x) = hcos x f (x) = htan x • f(x] = hcot x
• f(x) = seh x
• f(x) = esch x
- Areafunktion der Form • f (x) = arsinh x f(x) = arcosh x
• f (x) = artanh x
• f(x) = arcoth x Algebraische Kurve n-ter Ordnung - Evolvente
- Zykloide
- Spirallinie
- Kettenlinie
- Traktix - Gaußsche Normalverteilung oder artverwandte Funktion
- Polygon
Diese elementaren Kurvenfunktionen besitzen insbesondere den Vorteil, dass sie mathematisch leicht beschreibbar bzw. definierbar und daher analytisch gut handhabbar sind. Dies führt zu einer exakten Definition der Rillengeometrie und damit zu einer wenig fehleranfälligen und zuverlässigen Berechenbarkeit insbesondere der Eigenschaften der Pressverbindung zwischen Befestigungsschaft und Hohlprofil.
Für die Verwirklichung der Erfindung ist es zunächst nicht von Belang, auf welche Weise Gehäusebereich und Befestigungsschaft des Gelenkgehäuses miteinander verbunden sind, solange diese Verbindung zwischen Befestigungsschaft und Gehäusebereich zumindest denselben Belastungen standhält wie das Gelenk selbst, bzw. wie die Verbindung zwischen Befestigungsschaft und Hohlprofil. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch der Befestigungsschaft einstückig mit dem Gehäusebereich verbunden bzw. einstückig mit dem Gehäusebereich ausgebildet. Ein dergestalt ausgeführtes Gelenkgehäuse besitzt Vorteile insbesondere bezüglich Bauteilgewicht, Herstellungskosten und spezifischer B auteilf e stigkeit.
Nach weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist in einem Übergangsabschnitt zwischen dem Gehäusebereich und dem
Befestigungsschaft zumindest eine Materialausnehmung bzw. zumindest ein Durchbruch angeordnet. Diese Ausnehmung bzw. dieser Durchbruch befindet sich in denjenigen Bereichen des Übergangsabschnitts, die lediglich einen geringen Anteil zum axialen bzw. polaren Flächenträgheitsmoment des Übergangsabschnitts beitragen.
Der Hintergrund für diese Ausgestaltung liegt darin, dass der Übergang zwischen dem Gehäusebereich und dem Schaftbereich bzw. Befestigungsschaft für die Gestaltfestigkeit des Gehäuses von entscheidender Bedeutung ist. Gattungsgemäße Gelenkgehäuse nach dem Stand der Technik weisen an dieser Stelle beispielsweise Kreisbögen als geometrische Gestaltung des Übergangs zwischen Gehäusebereich und Schaftbereich auf. Ebenfalls bekannt ist der am Gehäusebereich erfolgende Anschluss mittels einer tangentialen Geraden, welche mit einem Radius in den Schaftbereich ausläuft. Der tangentiale Anlauf ist dabei unter dem Aspekt der Gestaltfestigkeitsoptimierung jedoch zu bevorzugen, da die einen Kreisbogen bzw. Radius umfassende Alternative erheblich größere Kerbspannungen verursacht. Ein Nachteil des am Gehäusebereich erfolgenden tangentialen Anschlusses zwischen Gehäusebereich und Schaftbereich ist allerdings das im Vergleich zum Anschluss mittels Kreisbogen höhere Bauteilgewicht, das zudem auch zu höheren Bauteilkosten führt. An dieser Stelle greift die vorliegend betrachtete Ausführungsform mit der Materialausnehmung bzw. mit dem Durchbruch im Übergangsabschnitt zwischen Gehäusebereich und Befestigungsschaft, da auf diese Weise der vorteilhafte tangentiale Anlauf des Übergangsabschnitts am Gehäusebereich gewählt werden kann, ohne damit den Nachteil erhöhten Bauteilgewichts in Kauf nehmen zu müssen.
Die Anordnung der Ausnehmung bzw. des Durchbruchs führt mit anderen Worten dazu, dass dasjenige Material des Übergangsabschnitts, das sich vor allem in der Nähe von Schwerlinien bzw. in der Nähe des Schwerpunkts des Schaftquerschnittes im Bereich des Übergangsabschnitts befindet und damit nur wenig zur Festigkeit bzw. Steifigkeit des Übergangsabschnitts beiträgt, aufgrund der zumindest einen Materialausnehmung aus dem Übergangsabschnitts entfernt wird. Auf diese Weise erhält man ein Gelenkgehäuse, das bei nahezu unveränderten Steifigkeitswerten ein optimiertes, besonders geringes Bauteilgewicht aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Ausnehmung bzw. der Durchbruch im Schaftlängsschnitt eine im Wesentlichen dreieckige Querschnittsform auf. Die dreieckige Querschnittsform ist besonders gut an die Form des Übergangsbereichs zwischen Gehäusebereich und Befestigungsschaft angepasst und führt damit zur Optimierung des
Verhältnisses zwischen Massereduktion und Steifigkeit des Übergangsbereichs. Nach einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform sind die Kanten und/oder die Flächenübergänge der Ausnehmung bzw. des Durchbruchs abgerundet. Diese Gestaltung führt zu einer Reduktion der Kerbwirkung, die von der Ausnehmung bzw. vom Durchbruch in den Übergangsbereich ausgehen kann.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellender Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 in schematischer perspektivischer Darstellung eine Ausführungsform eines Gelenkgehäuses gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem passenden Hohlprofil;
Fig. 2 in schematischer Darstellung den Schaft des Gelenkgehäuses gemäß Fig. 1 im Querschnitt; und
Fig. 3 in schematischer perspektivischer Darstellung eine weitere Ausführungsform eines Gelenkgehäuses.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung zunächst ein Gelenkgehäuse 1. Das Gelenkgehäuse 1 weist einen Gehäusebereich 2 auf, in dessen Innenraum 21 beispielsweise die - hier nicht dargestellte - Lagerschale eines Kugelgelenks oder das ebenfalls nicht dargestellte Elastomerbauteil eines Molekulargelenks angeordnet werden kann. Ferner besitzt das Gelenkgehäuse 1 einen Schaftbereich 3 bzw. einen Befestigungsschaft 3, der in das hohle Ende eines hier nur teilweise dargestellten Hohlprofils 4, beispielsweise einer Gelenkstange 4, eingeführt werden kann. Der besseren Erkennbarkeit halber ist der Befestigungsschaft 3 in der Darstellung der Fig. 1 noch nicht in das Hohlprofil 4 eingeführt. Nach dem Einführen des Befestigungsschaftes 3 in das Hohlprofil 4 lässt sich mit einem geeigneten Presswerkzeug eine Pressverbindung zwischen Hohlprofil 4 und Befestigungsschaft 3 herstellen. Hierbei wird anhand der am
Befestigungsschaft 3 des Gelenkgehäuses 1 angeordneten Rillenanordnung 5 eine formschlüssige Pressverbindung zwischen Befestigungsschaft 3 und Hohlprofil 4 erzeugt.
Der Verlauf der Rillenoberfläche des Rillenprofils entlang der Schaftlängsachse stimmt dabei erfindungsgemäß mit einem Abschnitt zumindest einer definierten mathematischen Kurvenfunktion überein. Auf diese Weise lassen sich die Abmessungen und Eigenschaften der Rillen 5, insbesondere die Tiefe der Rillen 5, die Übergangsradien zur Oberfläche des Befestigungsschaftes 3, das Rillenvolumen, Winkel und Form der Rillenflanken sowie die daraus jeweils resultierenden Rilleneigenschaften sowie Festigkeits- und Steifigkeitswerte der formschlüssigen Pressverbindung zwischen Befestigungsschaft 3 und Hohlprofil 4 exakt analytisch definieren bzw. ermitteln. Dies bedeutet, dass dank der Erfindung die Eigenschaften, Festigkeitswerte und insbesondere die Belastungsfähigkeit der Verbindung zwischen Befestigungsschaft 3 und Hohlprofil 4 anhand analytischer Vorgehensweisen besonders gut optimiert werden können.
Fig. 2 zeigt in schematischer, gegenüber Fig. 1 vergrößerter Darstellung einen Querschnitt durch den Schaft 3 des Gelenkgehäuses 1 gemäß Fig. 1 im Bereich einer der Rillen 5 der Rillenanordnung. Man erkennt, dass sich die Profiltiefe der Rille 5 entlang des Schaftumfanges von einem jeweils bei '12:00 Uhr1 bzw. '6:00 Uhr1 befindlichen Maximum zu einem jeweils bei '3:00 Uhr1 bzw. '9:00 Uhr' befindlichen Minimum verändert.
Dabei stimmt der Verlauf der Tiefe der Rille 5 entlang des Schaftumfanges, bzw. der über der Schaftquerrichtung aufgetragene Verlauf des Profilgrunds 6 der Rille 5 wiederum mit einem Abschnitt aus einer definierten mathematischen Kurvenfunktion überein.
Auf diese Weise wird die Pressverbindung zwischen Befestigungsschaft 3 und Hohlprofil 4, insbesondere die Torsionsfestigkeit der Pressverbindung zusätzlich optimiert. Die Erhöhung der Torsionsfestigkeit ergibt sich daraus, dass anhand der entlang des Schaftumfanges veränderlichen Tiefe der Rille 5 Rampen 6 entstehen, deren Steigung in Umfangsrichtung des Befestigungsschaftes 3 verläuft, wodurch auch in Schaftumfangsrichtung Formschlüssigkeit der Verbindung zwischen Schaft 3 und Hohlprofil 4 geschaffen wird. Hierdurch wird ein Verdrehen des Befestigungsschaftes 3 bzw. des Gelenkgehäuses 1 gegenüber dem Hohlprofil 4 zuverlässig verhindert.
Fig. 3 schließlich zeigt eine weitere Ausführungsform eines Gelenkgehäuses 1. Das in Fig. 3 schematisch dargestellte Gelenkgehäuse 1 weist im
Übergangsabschnitt 7 zwischen Gehäusebereich 2 und Befestigungsschaft 3 beidseitig eine etwa dreieckförmige Ausnehmung 8 auf, wobei in der Darstellung der Fig. 3 lediglich die zeichnungsbezogen nach oben weisende Ausnehmung 8 sichtbar ist.
Diese Ausnehmungen 8 sind in denjenigen Bereichen des Übergangsabschnitts 7 angeordnet, die lediglich einen geringen Anteil am Flächenträgheitsmoment des Querschnitts des Übergangsabschnittes 7 aufweisen. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass dank der Ausnehmungen 8 Material insbesondere in der Nähe des Torsionsschwerpunkts bzw. in der Nähe der Biegeschwerlinie des Querschnitts des Übergangsabschnitts 7 eingespart wird, wodurch das Gewicht des Gelenkgehäuses 1 reduziert werden kann.
Da die auf diese Weise eingesparten Massenbereiche sich in schwerpunktsnahen Abschnitten des Übergangsabschnittes 1 befinden, wird dadurch das polare bzw. axiale Trägheitsmoment und damit die Torsions- bzw. Biegesteifigkeit des Übergangsabschnittes 7 praktisch nicht reduziert. Dies bedeutet, dass auf diese Weise Gelenkgehäuse 1 erhalten werden, die bei praktisch unveränderten Steifigkeits- bzw. Festigkeitswerten deutlich leichter ausfallen können.
Im Ergebnis wird somit deutlich, dass die Erfindung es ermöglicht, die Geometrie insbesondere der die Eigenschaften der Pressverbindung zwischen Gehäuseschaft und Hohlprofil bestimmenden Rillenanordnung bezüglich höchstmöglicher Bauteilfestigkeit bei geringem Bauteilgewicht zu optimieren. Dabei kann diese Optimierung insbesondere so weit wie möglich anhand analytischer Vorgehensweise erfolgen. Auf diese Weise lassen sich Gelenkgehäuse schneller und kostensparender konzipieren, dimensionieren und konstruieren.
Die Erfindung leistet damit einen erheblichen Beitrag zur besonders wirtschaftlichen Produktion von qualitativ hochwertigen und dabei leichten Gelenkgehäusen für Kugelgelenke, Radaufhängungen, Stabilisatoren und dergleichen. Bezugszeichenliste
Gelenkgehäuse
Gehäusebereich
Innenraum
Befestigungsschaft
Hohlprofil
Rille
Profilgrund
Übergangsabschnitt
Ausnehmung, Durchbruch

Claims

GelenkgehäusePatentansprüche
1. Gelenkgehäuse (1), in dessen Innenraum (2') insbesondere eine Lagerschale oder ein Molekulargelenk anordenbar ist, das Gelenkgehäuse (1) aufweisend einen Gehäusebereich (2) und einen Befestigungsschaft (3), wobei der Befestigungs¬ schaft (3) in eine Ausnehmung des Endbereichs eines Hohlprofils (4) einsetzbar und mit dem Endbereich des Hohlprofils (4) verpressbar ist, der Befestigungs¬ schaft (3) aufweisend eine entlang zumindest Teilen des Schaftumfanges umlaufende, zumindest eine Rille (5) umfassende Rillenanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der zumindest einen Rille (5) im Schaftlängsschnitt mit einem
Abschnitt zumindest einer mathematischen Kurvenfunktion übereinstimmt.
2. Gelenkgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rillenprofil (5) durch zumindest zwei aneinander gefügte Abschnitte mathematischer Kurvenfunktionen bestimmt ist.
3. Gelenkgehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei mathematischen Kurvenfunktionen tangential ineinander übergehen.
4. Gelenkgehäuse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei tangential ineinander übergehenden Abschnitte unterschiedlichen mathematischen Kurvenfunktionen entstammen.
5. Gelenkgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Schaftquerschnitt die Profiltiefe der zumindest einen Rille (5) sich entlang des Schaftumfanges verändert.
6. Gelenkgehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Profiltiefe der zumindest einen Rille (5) entlang des Schaftumfanges mit einem Abschnitt zumindest einer mathematischen Kurvenfunktion übereinstimmt.
7. Gelenkgehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Profilgrunds (6) der zumindest einen Rille (5) entlang einer Schaftquerrichtung mit einem Abschnitt zumindest einer mathematischen Kurvenfunktion übereinstimmt.
8. Gelenkgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine mathematische Kurvenfunktion in der Menge der folgenden Kurvenfunktionen enthalten ist:
- Kreisbogenabschnitt (Radius)
- Dreieck Trapez
Sprungfunktion
Ganzrationale Funktion 1. Grades bis n-ten Grades der Form
Potenzfunktion der Form f (x) = axk
Wurzelfunktion der Form f(x) = aχp/i
Exponentialfunktion der Form f(x) = ax
Logarithmische Funktion der Form f(x) = In x
Trigonometrische Funktion der Form
• f (x) = sin x f(x) = cos x
• f (x) = tan x
• f(x) = cot x Arcusfuktion der Form f(x) = aresin x
• f(x) = arecos x
• f (x) = aretan x
• f(x) = arecot x Hyperbelfunktion der Form
• f (x) = hsin x
• f(x) = hcos x
• f (x] = htan x
• f (x) = hcot x
• f(x) = seh x f(x) = esch x
Areafunktion der Form f (x] = arsinh x
• f(x) = arcosh x • f [x] = artanh x f (x) = arcoth x
- Algebraische Kurve n-ter Ordnung Evolvente
Zykloide
Spirallinie
Kettenlinie
- Traktix
Gaußsche Normalverteilung oder artverwandte Funktion
- Polygon
9. Gelenkgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsschaft (3) einstückig mit dem Gehäusebereich (2) des Gelenkgehäuses (1) verbunden ist.
10. Gelenkgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Übergangsabschnitt (7) zwischen Gehäusebereich (3) und Befestigungsschaft (2) in Bereichen mit geringem Anteil am Flächenträgheitsmoment zumindest eine Ausnehmung (8) angeordnet ist.
11. Gelenkgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Übergangsabschnitt (7) zwischen Gehäusebereich (3) und Befestigungsschaft (2) in Bereichen mit geringem Anteil am Flächenträgheitsmoment zumindest ein Durchbruch (8) angeordnet ist.
12. Gelenkgehäuse nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass
Ausnehmung (8) bzw. Durchbruch (8) im Schaftlängsschnitt eine im Wesentlichen dreieckige Querschnittsform aufweisen.
13. Gelenkgehäuse nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten bzw. Flächenübergänge der Ausnehmung (8) bzw. des Durchbruchs (8j abgerundet sind.
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