EP2315953A1 - Kugelgelenk - Google Patents

Kugelgelenk

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Publication number
EP2315953A1
EP2315953A1 EP09776137A EP09776137A EP2315953A1 EP 2315953 A1 EP2315953 A1 EP 2315953A1 EP 09776137 A EP09776137 A EP 09776137A EP 09776137 A EP09776137 A EP 09776137A EP 2315953 A1 EP2315953 A1 EP 2315953A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bearing shell
ball joint
ball
joint according
teeth
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.)
Ceased
Application number
EP09776137A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Sokolihs
Frank Grundmann
Sonja Ahlert
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 EP2315953A1 publication Critical patent/EP2315953A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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
    • F16C11/0619—Ball-joints; Other joints having more than one degree of angular freedom, i.e. universal joints the female part comprising a blind socket receiving the male part
    • F16C11/0623—Construction or details of the socket member
    • F16C11/0628—Construction or details of the socket member with linings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49636—Process for making bearing or component thereof
    • Y10T29/49643—Rotary bearing
    • Y10T29/49647—Plain bearing
    • Y10T29/49648—Self-adjusting or self-aligning, including ball and socket type, bearing and component making
    • Y10T29/49655—Self-adjusting or self-aligning, including ball and socket type, bearing and component making having liner
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T403/00—Joints and connections
    • Y10T403/32—Articulated members
    • Y10T403/32606—Pivoted
    • Y10T403/32631—Universal ball and socket

Definitions

  • the invention relates to a ball joint and a method for producing such a ball joint.
  • Ball joints as used for example in wheel suspensions of motor vehicles, have basically a similar structure. So they consist of a housing and a ball stud, the ball joint is rotatably and pivotally received in a bearing shell, which may also be formed from several bearing shell parts.
  • a bearing shell which may also be formed from several bearing shell parts.
  • an elasticity of the bearing shell is desired in ball joints to compensate, for example, to a limited extent, movements of the ball stud within the ball joint or tolerances can .
  • a multi-part and made of a plastic-metal composite bearing shell and a ball joint equipped therewith is apparent from the example of an axial joint of EP 0 922 868 A2.
  • the ball joint described further also has a damping ring.
  • Another way to perform the bearing shell for a ball joint elastic is to introduce grooves and / or slots in the bearing shell.
  • Such a solution is for example known from DE-AS 1 098 377 and is suitable for both one-piece, as well as multi-part bearing shells.
  • DE 195 45 567 C2 also describes a ball joint with a one-piece bearing shell, which is equipped with a film hinge.
  • the film hinge is used in accordance with the disclosure content of the publication to be able to use the ball joint of the ball stud in the bearing shell, before the thus created assembly is used in total in a housing.
  • the film hinge has after the installation of the ball joint on the possibility of a limited flexibility of the bearing shell and thus to ensure additional elasticity, which means that the ball pin is mounted movable in the direction transverse to its longitudinal axis in the housing.
  • the invention has for its object to provide a ball joint available, the bearing shell allows a defined elasticity compensation and thus has restoring properties without having to accept losses in terms of the required stability of the bearing shell. Furthermore, a method is to be specified that allows the production of such a ball joint. The invention solves this problem with the features of the independent claims.
  • a ball and socket joint for a motor vehicle with a housing and a ball stud, the ball joint of which is rotatably and pivotably mounted in a bearing shell, has been developed in accordance with the invention such that the bearing shell is replaced by a separation method, such as e.g. one
  • Circuit board cutting or punching produced and formed sheet metal strip contains.
  • the metal strip has recesses on at least one side, so that teeth or teeth are formed on the bearing shell.
  • the ends of the serrations or teeth point after the deformation of the metal strip to the spherical bearing shell shape inwardly toward the central axis of the ball stud. Furthermore, the ends of the serrations or teeth are spaced apart.
  • the recesses or prongs or teeth may be V-shaped. In that case, the teeth or teeth are tapered. Another favorable form of the teeth or teeth is a trapezoidal training. Of course, the recesses may be trapezoidal.
  • the ratio of depth of the recesses or prongs or teeth to the width or the spacing of the serrated or tooth ends is about 2/3 to 1/3.
  • the bearing shell consists of several bearing shell parts and at least one bearing shell part contains a metal strip.
  • the multi-part design of a bearing shell of a ball joint allows a much wider design freedom in the design.
  • At least one bearing shell part as a whole consists of a metallic material or contains metal.
  • the friction can be extremely minimized.
  • such a designed ball joint is able to take higher loads than conventional designs.
  • the "breakaway moments" that prove problematic in ball joints in motor vehicles, which can occur between the friction partners bearing shell and ball joint, especially after prolonged standstill of a ball joint, can be avoided with such designs.
  • the breakaway torques mentioned lead to increased wear and thus the risk of premature failure of a ball joint.
  • the bearing shell part with the metal strip consists of a composite material and has at least one plastic layer.
  • the positive damping properties of a plastic and its tolerances balancing properties can be combined in a very advantageous manner with the aforementioned elasticities and strengths of the metallic strip.
  • the metallic strip can be embedded between two layers of plastic.
  • Another embodiment is the fact that the metallic strip comes directly to one of its surfaces on the corresponding inner surface of the housing to the plant.
  • all the bearing shell parts can also consist of different materials or material compositions. It is particularly advantageous if the bearing shell parts are each inserted under an axial and / or radial biasing force into the housing.
  • the orientation of the biasing force in the axial or radial direction depends on the design of the corresponding ball joint.
  • An additional increase in the elasticity of the ball joint according to the invention and the bearing shell contained therein can be achieved by a gap or gap distance in the sense of a parting line is present in the assembled ball joint on the bearing shell part with the metal strip.
  • the parting line is used according to the invention to allow a compensation of the movement of the bearing shell relative to the ball stud.
  • the parting line according to the invention may have a gap distance between 0.3 and 0.7 millimeters. However, a preferred gap distance is 0.5 millimeter. In this case, optimal elasticity values have been found on a bearing shell according to the invention.
  • the bearing shell designed to be elastic and at least one bearing shell part has a conical contact surface with which it is supported on a corresponding inner surface of the housing. Due to the conical configuration of the mutually corresponding contact surfaces of the bearing shell and the housing forces can be optimally intercepted both in the axial and in the radial direction.
  • Such a fitted joint can be designed both as an axial joint and a radial joint.
  • the method according to the invention for producing a ball joint has at least the following method steps:
  • the specified method is very simple to carry out in terms of production engineering and moreover makes it possible to provide bearing shells which can be designed to be optimal and load-dependent.
  • the serrated or tooth-like contour of a longitudinal side of the bearing shell blank allows for the finished bearing shell an additional improvement of the elastic properties of this bearing shell.
  • the production of the bearing shell blank can be done at least partially by punching.
  • the use of a stamping process allows a very short cycle time for the production of bearing shell blanks.
  • the punching method or a blanking method can be used both for producing perforations and for producing the serrated or tooth-like contour.
  • board cutters are feasible with high precision, so that even structurally small dimensions, as they occur in the present case during the manufacture of a bearing shell, can be performed. Therefore, such manufacturing methods are applicable particularly advantageous in the present case.
  • a rolling process can be used for forming the bearing shell blank and the formation of a spherical bearing shell or a spherical bearing shell part. Due to the rolling process, the spherical contour of the bearing surface of the Bearing shell or the bearing shell part are produced optimally and with high precision.
  • the preload force allows the finished assembled ball joint balancing the forces introduced via the ball pin in the bearing shell forces, at least to a limited extent and acts tolerance-compensating.
  • FIG. 1 is a broken perspective view of a ball joint according to the invention
  • FIG. 2 shows a stage plan for the production of a bearing shell component
  • FIG. 3 shows a partial section through a first section Embodiment of a multilayer running bearing shell
  • Figure 4 shows a detail of a second variant of a multilayer bearing shell in section.
  • FIG. 1 shows a spherical joint in a spatial view, which in the present case is an axial joint.
  • the ball joint has a housing 1, in which a ball pin 2 is pivotally and rotatably mounted.
  • the ball stud 2 is mounted in the housing 1 via a ball joint 3 formed on the ball stud.
  • This ball 3 is received in a bearing shell designated as a whole by 6.
  • the bearing shell 6 consists in the ball joint shown in Figure 1 of two bearing shell parts 4 and 5.
  • the bearing shell part 4 was made in the embodiment of a plastic limited elasticity, while the bearing shell part 5 consists of a metallic material, or has a metal strip 7.
  • the bearing shell part 5 Since the sheet metal strip 7 is produced by a rolling process, and thus is formed into a spherical contour of the bearing shell part 5, the bearing shell part 5 has a gap spacing 9, which forms a parting line 9 of this bearing shell part 5.
  • the top of Figure 1, consisting of plastic bearing shell part 4 also has a contact surface 10 which is conical. This contact surface 10 corresponds to a conical contact surface of the inner surface 11 of the housing 1.
  • the contact surface 10 of the bearing shell part 4 is located directly against this inner surface 11 of the housing 1.
  • slots 17 are present, which improve the elasticity of the bearing shell part 4.
  • this has a Kugelzapfenhals 12.
  • the ball stud neck 12 is reduced in cross section compared to the stud portion 13 and has a groove-like, curved contour.
  • the ball joint has a Sealing bellows 14. This is fastened by means of a clamping ring 15 on the outer surface of the housing 1. The opposite end of the sealing bellows 14 is fixed with a clamping ring 16 on the journal portion 13 of the ball stud 2. Since it is an axial joint in the illustrated ball joint, this has for attachment in a motor vehicle on a housing pin 18 which is located on the housing 1 on the pin portion 13 opposite side of the ball joint and may have a connecting thread.
  • FIG. 2 shows a stadia plan consisting of the individual phases a, b and c for producing a bearing shell part 5. Thereafter, firstly a bearing shell blank made of a metallic strip or sheet metal strip 7 is produced. This has a rectangular geometry, as can be seen from the image part a) of Figure 2.
  • bores 20 are subsequently introduced into the sheet metal strip 7 at the same distance from each other.
  • a board cut or punching is then the introduction of recesses or notches 19 on one side of the sheet-metal strip 7, which thus receives on one side a serrated or tooth-like contour.
  • an arrow A is also shown, which indicates the subsequent transformation of the metal strip 7 to a bearing shell part 5.
  • This forming process takes place in the present case by a rolling process.
  • the rolling tool is not shown here for reasons of simplification.
  • a bearing shell part 5 is shown in section, as it may look in the finished state. This has the usual contour of the bearing shell of a ball joint.
  • FIG 3 is a first embodiment of a
  • Bearing shell part 5 shown.
  • the peculiarity of the bearing shell part 5 shown partly in section in FIG. 3 is that it has a metal strip 7 which is completely enveloped by a plastic layer 8 on its inner and outer circumferential surfaces.
  • the bearing shell of Figure 4 has only one plastic layer 8. This is with the Sheet metal strip 7 connected and present on the inside of the bearing shell part 5.
  • sheet metal strip 7 and plastic layer can be reversed.
  • the distance 22 in FIG. 4 shows the distance between the ends of the serrations or teeth in the installed state.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pivots And Pivotal Connections (AREA)

Abstract

Es wird ein Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse (1) und einem Kugelzapfen (2) vorgestellt, dessen Gelenkkugel (3) in einer Lagerschale (6) dreh- und schwenkbar gelagert ist. Erfindungsgemäß weist die Lagerschale (6) einen mit Ausnehmungen versehenen und zur Bildung der Lagerschale umgeformten Blechstreifen auf. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bestandteiles einer Lagerschale eines derartigen Kugelgelenkes beschrieben.

Description

Kugelgelenk
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kugelgelenkes.
Kugelgelenke, wie sie beispielsweise in Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen, weisen grundsätzlich einen ähnlichen Aufbau auf. So bestehen sie aus einem Gehäuse und einem Kugelzapfen, dessen Gelenkkugel in einer Lagerschale, die auch aus mehreren Lagerschalenteilen gebildet sein kann, dreh- und schwenkbar aufgenommen ist. Bei der Montage eines Kugelgelenkes ist darauf zu achten, dass zwischen der Gelenkkugel und der diese umschließenden Lagerschale eine möglichst geringe Reibung vorhanden ist. Als Gradmesser der Reibung dient dabei das am Kugelzapfen messbare Drehmoment, wenn der Kugelzapfen aus seiner Neutrallage heraus verschwenkt oder gedreht wird. Dieses Drehmoment ist neben den eingesetzten Materialien der Lagerschale sowie der Oberfläche der Gelenkkugel auch von den Vorspannkräften abhängig, die sich montageabhängig ausgehend von der Lagerschale auf die Gelenkkugel und damit den Kugelzapfen und dessen Beweglichkeit auswirken.
Man unterscheidet Axialgelenke und Radialgelenke, wobei ein maßgebliches Kriterium für diese Unterscheidung die Richtung der hauptsächlich in das Kugelgelenk eingeleiteten Kräfte ist. Wirken diese Kräfte bezogen auf die Längsachse des Gehäuses, die bei nicht ausgelenktem Kugelzapfen mit der Längsachse des Kugelzapfens zusammenfällt, in radialer Richtung, geht man von einem Radialgelenk aus. Ebenso verhält es sich beim Axialgelenk, dessen Krafteinleitung hauptsächlich in axialer Richtung erfolgt.
Zum Teil ist bei Kugelgelenken eine Elastizität der Lagerschale gewünscht, um beispielsweise in begrenztem Umfang Bewegungen des Kugelzapfens innerhalb des Kugelgelenkes oder Toleranzen ausgleichen zu können .
Eine mehrteilige und aus einem Kunststoff-Metall-Verbundwerkstoff hergestellte Lagerschale und ein hiermit ausgestattetes Kugelgelenk geht am Beispiel eines Axialgelenkes aus der EP 0 922 868 A2 hervor. Neben dem Umstand, dass die Lagerschale nach dieser Druckschrift eine Eigenelastizität aufweist und damit einer Bewegung des Kugelzapfens in gewissen Grenzen nachgibt, weist das beschriebene Kugelgelenk ferner zusätzlich einen Dämpfungsring auf.
Eine weitere Möglichkeit, die Lagerschale für ein Kugelgelenk elastisch auszuführen, besteht darin, in die Lagerschale Nuten und/oder Schlitze einzubringen. Eine solche Lösung geht zum Beispiel aus der DE-AS 1 098 377 hervor und ist sowohl für einteilige, wie auch für mehrteilige Lagerschalen geeignet.
Die DE 195 45 567 C2 beschreibt darüber hinaus ein Kugelgelenk mit einer einteiligen Lagerschale, welche mit einem Filmscharnier ausgestattet ist. Das Filmscharnier dient gemäß dem Offenbarungsgehalt der Druckschrift dazu, die Gelenkkugel des Kugelzapfens in die Lagerschale einsetzen zu können, bevor die somit geschaffene Baueinheit insgesamt in ein Gehäuse eingesetzt wird. Das Filmscharnier weist nach der Montage des Kugel-gelenkes die Möglichkeit auf, eine begrenzte Nachgiebigkeit der Lager-schale und damit eine zusätzliche Elastizität zu gewährleisten, was bedeutet, dass der Kugelzapfen in Richtung quer zu seiner Längsachse in dem Gehäuse bewegbar gelagert ist.
Insbesondere bei Kugelgelenken mit einer mehrteiligen Lagerschale konnte jedoch festgestellt werden, dass ein hinreichender Elastizitätsausgleich mit durch das Material und die Geometrie der Lagerschale definierten Eigenschaften bei gleichzeitig befriedigender Stabilität der Lagerschale bei den bekannten Lösungen nicht gegeben ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kugelgelenk zur Verfügung zu stellen, dessen Lagerschale einen definierten Elastizitätsausgleich ermöglicht und somit Rückstelleigenschaften aufweist, ohne Einbußen hinsichtlich der erforderlichen Stabilität der Lagerschale hinnehmen zu müssen. Ferner ist ein Verfahren anzugeben, dass die Herstellung eines derartigen Kugelgelenks ermöglicht. Die Erfindung löst diese Aufgabenstellung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben .
Ein Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse und einem Kugelzapfen, dessen Gelenkkugel in einer Lagerschale dreh- und schwenkbar gelagert ist, wurde erfindungsgemäß dahingehend weitergebildet, dass die Lagerschale einen durch ein Trennverfahren, wie z.B. einen
Platinenschnitt oder Stanzen, hergestellten und umgeformten Blechstreifen enthält.
Der Blechstreifen weist zumindest einseitig Ausnehmungen auf, so dass an der Lagerschale Zacken oder Zähne gebildet sind. Die Enden der Zacken oder Zähne weisen nach der Umformung des Blechstreifens zur kugelförmigen Lagerschalenform nach innen zur Mittelachse des Kugelzapfens hin. Des Weiteren weisen die Enden der Zacken oder Zähne einen Abstand auf.
Die Ausnehmungen oder Zacken oder Zähne können V-förmig ausgebildet sein. In dem Fall laufen die Zacken oder Zähne spitz zu. Eine weitere günstige Form der Zacken oder Zähne ist eine trapezartige Ausbildung. Selbstverständlich können auch die Ausnehmungen trapezartig sein.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Verhältnis von Tiefe der Ausnehmungen oder Zacken oder Zähne zur Breite bzw. des Abstands der Zacken- oder Zahnenden etwa 2/3 zu 1/3 beträgt.
Durch den Blechstreifen an oder in der Lagerschale weist diese eine verbesserte Stabilität auf. Die Kombination elastischer Eigenschaften und höherer Festigkeiten bei der erfindungsgemäßen Lagerschale ergibt insgesamt eine reibungsoptimierte Bauteilpaarung .
Entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Lagerschale aus mehreren Lagerschalenteilen besteht und zumindest ein Lagerschalenteil einen Blechstreifen enthält. Die mehrteilige Ausführung einer Lagerschale eines Kugelgelenkes gestattet einen wesentlich breiteren Gestaltungsspielraum bei der Auslegung. So ist es beispielsweise möglich, unterschiedliche Materialien oder Mateπalzusammensetzungen für die Lagerschalenteile zu verwenden, was eine weitere Optimierung der Reibbeiwerte mit sich bringt.
Darüber hinaus kann es von erheblichem Vorteil sein, wenn zumindest ein Lagerschalenteil insgesamt aus einem metallischen Material besteht oder Metall enthält. Durch eine derartige Ausführung kann die Reibung extrem minimiert werden. Zudem ist ein derartig ausgelegtes Kugelgelenk in der Lage, höhere Belastungen aufzunehmen, als herkömmliche Bauformen. Insbesondere die sich bei Kugelgelenken in Kraftfahrzeugen als problematisch erweisenden „Losbrechmomente", die sich insbesondere nach längerem Stillstand eines Kugelgelenkes zwischen den Reibpartnern Lagerschale und Gelenkkugel einstellen können, sind mit derartigen Ausführungen vermeidbar. Somit kann auch die Lebensdauer eines derart ausgestatteten Kugelgelenkes entscheidend verbessert werden, denn insbesondere die erwähnten Losbrechmomente führen zu verstärktem Verschleiß und damit der Gefahr eines vorzeitigen Ausfalls eines Kugelgelenkes. Insbesondere aufgrund des Platinenschnittes der metallischen Schicht des Lagerschalenteiles bleibt dieses auch als Metallteil elastisch.
Eine weitere sehr vorteilhafte Lösung wird ferner darin gesehen, dass das Lagerschalenteil mit dem Blechstreifen aus einem Verbundwerkstoff besteht und wenigstens eine KunststoffSchicht aufweist. Hierbei können die positiven Dämpfungseigenschaften eines Kunststoffes sowie seine Toleranzen ausgleichenden Eigenschaften in sehr vorteilhafter Weise mit den zuvor genannten Elastizitäten und Festigkeiten des metallischen Bandes kombiniert werden. Dabei ist es möglich, eine oder mehrere Kunststoffschichten vorzusehen. Folglich kann das metallische Band zum Beispiel zwischen zwei Kunststoffschichten eingebettet werden. Eine andere Ausführungsvariante ist darin zu sehen, dass das metallische Band unmittelbar mit einer seiner Oberflächen an der korrespondierenden Innenoberfläche des Gehäuses zur Anlage kommt. Diesem Erfindungsgedanken folgend können auch sämtliche Lagerschalenteile aus unterschiedlichen Materialien beziehungsweise Mateπalzusammensetzungen bestehen. Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Lagerschalenteile jeweils unter einer axialen und/oder radialen Vorspannkraft in das Gehäuse eingesetzt werden. Die Ausrichtung der Vorspannkraft in axialer oder radialer Richtung richtet sich nach der Ausführung des entsprechenden Kugelgelenkes. Auch hierbei unterscheidet man Axialgelenke und Radialgelenke . Die auf die Lagerschale beziehungsweise die Lagerschalenteile aufgebrachte Vorspannkraft ermöglicht später den Ausgleich der auf das Kugelgelenk einwirkenden Kräfte im Rahmen der bereits vorhandenen Vorspannkraft.
Eine zusätzliche Steigerung der Elastizität des erfindungsgemäßen Kugelgelenkes und der darin enthaltenen Lagerschale lässt sich erreichen, indem im fertig montierten Kugelgelenk an dem Lagerschalenteil mit dem Blechstreifen ein Abstand bzw. Spaltabstand im Sinne einer Trennfuge vorhanden ist. Die Trennfuge wird erfindungsgemäß dazu genutzt, einen Ausgleich der Bewegung der Lagerschale gegenüber dem Kugelzapfen zu ermöglichen .
Die Trennfuge kann erfindungsgemäß einen Spaltabstand zwischen 0,3 und 0,7 Millimeter aufweisen. Ein bevorzugter Spaltabstand beträgt jedoch 0,5 Millimeter. Hierbei haben sich optimale Elastizitätswerte an einer erfindungsgemäßen Lagerschale herausgestellt.
Zur verbesserten Kompensierung der über den Kugelzapfen in das Kugelgelenk eingeleiteten Kräfte ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn die Lagerschale elastisch ausgeführt und zumindest ein Lagerschalenteil eine konische Anlagefläche aufweist, mit der sich diese an einer korrespondierenden Innenoberfläche des Gehäuses abstützt. Aufgrund der konischen Ausgestaltung der miteinander korrespondierenden Anlageflächen der Lagerschale und des Gehäuses können Kräfte sowohl in axialer als auch in radialer Richtung optimal abgefangen werden. Ein derartig ausgestattetes Gelenk kann sowohl als Axialgelenk als auch Radialgelenk ausgeführt sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenkes weist mindestens die nachfolgenden Verfahrensschritte auf:
Herstellung eines bandförmigen Lagerschalenrohlings aus einem
Blechstreifen, - Einbringung einer zacken- oder zahnartigen Kontur in eine Längsseite des Lagerschalenrohlings mittels eines Trennverfahrens, sodass der Lagerschalenrohling die Geometrie einer Abwicklung der Lagerschale aufweist,
Umformung des Lagerschalenrohlings, sodass eine Lagerschale mit einer kugelförmigen Lagerfläche beziehungsweise ein Lagerschalenteil mit einer kugelförmigen Lagerfläche gebildet wird.
Das angegebene Verfahren ist fertigungstechnisch sehr einfach durchzuführen und ermöglicht darüber hinaus die Bereitstellung von Lagerschalen, die optimal und belastungsabhängig ausgelegt werden können. Die zacken- oder zahnartige Kontur einer Längsseite des Lagerschalenrohlings ermöglicht bei der fertig gestellten Lagerschale eine zusätzliche Verbesserung der elastischen Eigenschaften dieser Lagerschale .
Entsprechend einer Ausgestaltung dieser Erfindung kann die Erzeugung des Lagerschalenrohlings zumindest teilweise durch Stanzen erfolgen. Die Anwendung eines Stanzverfahrens ermöglicht eine sehr kurze Taktzeit zur Herstellung der Lagerschalenrohlinge.
Das Stanzverfahren oder ein Platinenschneidverfahren können dabei sowohl zur Erzeugung von Lochungen als auch zur Herstellung der zacken- oder zahnartigen Kontur zum Einsatz kommen. Darüber hinaus ist es denkbar, einen erfindungsgemäßen Lagerschalenrohling insgesamt und in einem Arbeitsgang durch ein Stanzverfahren oder ein Platinenschneidverfahren herzustellen .
Insbesondere Platinenschmtte sind mit einer hohen Präzision durchführbar, so dass auch baulich kleine Abmessungen, wie sie vorliegend bei der Fertigung einer Lagerschale auftreten, ausgeführt werden können. Deshalb sind derartige Fertigungsverfahren vorliegend besonders vorteilhaft anwendbar.
Zur Umformung des Lagerschalenrohlings und der Bildung einer kugelförmigen Lagerschale beziehungsweise eines kugelförmigen Lagerschalenteiles kann ein Rollverfahren angewendet werden. Durch das Rollverfahren kann die kugelförmige Kontur der Lagerfläche der Lagerschale beziehungsweise des Lagerschalenteiles optimal und mit hoher Präzision erzeugt werden.
Wie eingangs bereits erwähnt wurde, ist es von Vorteil, bei der Montage des Kugelgelenkes eine Vorspannkraft auf die Lagerschale aufzubringen. Die Vorspannkraft ermöglicht beim fertig montierten Kugelgelenk den Ausgleich der über den Kugelzapfen in die Lagerschale eingebrachten Kräfte zumindest in begrenztem Umfang und wirkt Toleranz-ausgleichend.
Um die Reibungswerte und das damit einhergehende Losbrechmoment des Kugelzapfens innerhalb des Kugelgelenkes vorab möglichst genau definieren zu können, wird ferner vorgeschlagen, dass während der Montage der Kugelgelenkbauteile die zur Bewegung des Kugelzapfens innerhalb der Lagerschalen erforderlichen Drehmomente in definierten Abständen gemessen werden und das Kugelgelenk erst bei Erreichung eines vorgegebenen Drehmomentes verschlossen wird, so dass das zuletzt ermittelte Drehmoment erhalten bleibt. Auf diese Weise lassen sich die Reibbeiwerte und die innerhalb des Kugelgelenkes auftretenden Drehmomente zuverlässig einstellen und auch für eine Großserienproduktion wiederholbar gestalten. Die somit erzeugten Kugelgelenke weisen eine gleich bleibende Qualität auf .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Die gezeigten Ausführungsbeispiele stellen keine Einschränkung auf die dargestellten Varianten dar, sondern dienen lediglich der Erläuterung des Prinzips der Erfindung. Um die erfindungsgemäße Funktionsweise veranschaulichen zu können, sind in den Figuren nur stark vereinfachte Pπnzipdarstellungen gezeigt, bei denen auf die für die Erfindung nicht wesentlichen Bauteile verzichtet wurde. Dies bedeutet jedoch nicht, dass derartige Bauteile bei einer erfindungsgemäßen Lösung nicht vorhanden sind.
Es zeigen:
Figur 1 eine aufgebrochene perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kugelgelenkes,
Figur 2 einen Stadienplan der Herstellung eines Lagerschalenbauteiles, Figur 3 ausschnittsweise einen Teilschnitt durch eine erste Ausführungsvariante einer mehrschichtig ausgeführten Lagerschale und
Figur 4 ausschnittsweise eine zweite Variante einer mehrschichtig ausgeführten Lagerschale im Schnitt .
In der Figur 1 ist ein Kugelgelenk in einer räumlichen Ansicht gezeigt, bei dem es sich vorliegend um ein Axialgelenk handelt. Das Kugelgelenk weist ein Gehäuse 1 auf, in dem ein Kugelzapfen 2 schwenk- und drehbar gelagert ist. Die Lagerung des Kugelzapfens 2 in dem Gehäuse 1 erfolgt über eine an dem Kugelzapfen ausgebildete Gelenkkugel 3. Diese Gelenkkugel 3 ist in einer insgesamt mit 6 bezeichneten Lagerschale aufgenommen. Die Lagerschale 6 besteht bei dem in Figur 1 gezeigten Kugelgelenk aus zwei Lagerschalenteilen 4 und 5. Das Lagerschalenteil 4 wurde bei dem Ausführungsbeispiel aus einem Kunststoff begrenzter Elastizität hergestellt, während das Lagerschalenteil 5 aus einem metallischen Werkstoff besteht, beziehungsweise ein Blechstreifen 7 aufweist. Da der Blechstreifen 7 durch ein Rollverfahren hergestellt wird, und somit zu einer kugelförmigen Kontur des Lagerschalenteiles 5 umgeformt ist, weist das Lagerschalenteil 5 einen Spaltabstand 9 auf, der eine Trennfuge 9 dieses Lagerschalenteils 5 bildet. Das in der Figur 1 obere, aus Kunststoff bestehende Lagerschalenteil 4 weist zudem eine Anlagefläche 10 auf, die konisch ausgeführt ist. Diese Anlagefläche 10 korrespondiert mit einer konischen Anlagefläche der Innenoberfläche 11 des Gehäuses 1. Die Anlagefläche 10 des Lagerschalenteiles 4 liegt dabei unmittelbar an dieser Innenoberfläche 11 des Gehäuses 1 an . In dem Lagerschalenteil 4 sind zudem Schlitze 17 vorhanden, die die Elastizität des Lagerschalenteils 4 verbessern.
Im Übergangsbereich zwischen der Gelenkkugel 3 und einem Zapfenabschnitt 13 des Kugelzapfens 2 weist dieser einen Kugelzapfenhals 12 auf. Der Kugelzapfenhals 12 ist verglichen mit dem Zapfenabschnitt 13 in seinem Querschnitt reduziert und verfügt über eine nutartige, geschwungene Kontur.
Zur Abdichtung der inneren Gelenkbauteile gegen das Eindringen von Verunreinigungen oder Feuchtigkeit verfügt das Kugelgelenk über einen Dichtungsbalg 14. Dieser ist mittels eines Spannringes 15 an der Außenoberfläche des Gehäuses 1 befestigt. Das gegenüberliegende Ende des Dichtungsbalges 14 wird mit einem Spannring 16 am Zapfenabschnitt 13 des Kugelzapfens 2 festgelegt. Da es sich bei dem dargestellten Kugelgelenk um ein Axialgelenk handelt, weist dieses zur Befestigung in einem Kraftfahrzeug einen Gehäusezapfen 18 auf, der sich am Gehäuse 1 auf der dem Zapfenabschnitt 13 gegenüberliegenden Seite des Kugelgelenkes befindet und ein Anschlussgewinde aufweisen kann.
Die Figur 2 zeigt einen Stadienplan, bestehend aus den einzelnen Phasen a, b und c zur Herstellung eines Lagerschalenteiles 5. Danach wird zunächst ein Lagerschalenrohling aus einem metallischen Band oder Blechstreifen 7 hergestellt. Dieser weist eine rechteckige Geometrie auf, wie dies aus dem Bildteil a) der Figur 2 hervorgeht.
In einem weiteren, im Bildteil b) in Figur 2 gezeigten Fertigungsschritt werden im Anschluss daran in den Blechstreifen 7 mit gleichem Abstand zueinander Bohrungen 20 eingebracht. Mittels eines Platinenschnittes oder Stanzen erfolgt dann die Einbringung von Ausnehmungen oder Ausklinkungen 19 auf einer Seite des Blechstreifens 7, das somit einseitig eine zacken- oder zahnartige Kontur erhält. Im Bildteil b der Figur 2 ist ferner ein Pfeil A gezeigt, der die sich anschließende Umformung des Blechstreifens 7 zu einem Lagerschalenteil 5 andeutet. Dieser Umformvorgang erfolgt im vorliegenden Fall durch ein Rollverfahren. Das Rollwerkzeug ist aus Vereinfachungsgründen hierbei nicht dargestellt.
Im Bildteil c) der Figur 2 ist beispielhaft ein Lagerschalenteil 5 im Schnitt gezeigt, wie es im fertig gestellten Zustand aussehen kann. Dieses weist die übliche Kontur der Lagerschale eines Kugelgelenkes auf.
In der Figur 3 ist eine erste Ausführungsvariante eines
Lagerschalenteiles 5 gezeigt. Die Besonderheit des in Figur 3 teilweise im Schnitt dargestellten Lagerschalenteils 5 besteht darin, dass dieses einen Blechstreifen Band 7 aufweist, das an seiner Innen- und seiner Außenmantelfläche vollständig von einer KunststoffSchicht 8 umhüllt ist.
Im Unterschied zur Darstellung in Figur 3 verfügt die Lagerschale nach der Figur 4 über nur eine KunststoffSchicht 8. Diese ist mit dem Blechstreifen 7 verbunden und an der Innenseite des Lagerschalenteils 5 vorhanden .
Bei einem weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Lage von Blechstreifen 7 und KunststoffSchicht umgekehrt erfolgen.
Der Abstand 22 zeigt in der Figur 4 den Abstand der Enden der Zacken oder Zähne im Einbauzustand.
Be zugs zeichenliste
Gehäuse
Kugelzapfen
Gelenkkugel
Lagerschalenteil
Lagerschalenteil
Lagerschale
Metallisches Band/Schicht, Blechstreifen (Lagerschalenrohling)
KunststoffSchicht
Spaltabstand, Abstand, Trennfuge
Anlagefläche
Innenoberfläche des Gehäuses
Kugel zapfenhals
Zapfenabschnitt mit Anschlussgewinde
Dichtungsbalg
Spannring
Spannring
Schlitz
Gehäusezapfen
Ausnehmung, Ausklinkung
Bohrung
Zacken, Zähne
Abstand

Claims

KugelgelenkPatentansprüche
1. Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse (1) und einem Kugelzapfen (2), dessen Gelenkkugel (3) in einer Lagerschale (6) dreh- und schwenkbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale (6) einen mit Ausnehmungen versehenen und zur Bildung der Lagerschale oder eines Bestandteils der Lagerschale umgeformten Blechstreifen (7) enthält.
2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ausnehmungen (19) zumindest einseitig an der Lagerschale Zacken oder Zähne gebildet sind, wobei die Enden der Zacken oder Zähne nach dem Einbau der Lagerschale in das Kugelgelenk nach innen zur Mittelachse des Kugelzapfens hin gerichtet sind und einen Abstand zueinander aufweisen.
3. Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen V-förmig ausgebildet sind.
4. Kugelgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne oder Zacken trapezförmig ausgebildet sind.
5. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Tiefe zu Breite der Ausnehmungen bzw. Abstand der Zacken oder Zähne etwa 2/3 zu 1/3 beträgt .
6. Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des zur Lagerschalenform umgeformten Blechstreifens einen Abstand nach Art einer Trennfuge (9) zueinander aufweisen.
7. Kugelgelenk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennfuge (9) zwischen 0,3 und 0,7 mm beträgt.
8. Kugelgelenk nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennfuge (9) 0,5 mm beträgt.
9. Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschalenteile (4, 5) aus unterschiedlichen Materialien oder Mateπalzusammensetzungen gebildet sind.
10. Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale (6) aus mehreren Lagerschalenteilen (4, 5) besteht und zumindest ein Lagerschalenteil (4, 5) aus Metall gebildet ist.
11. Kugelgelenk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein
Lagerschalenteil (4, 5) aus einem Verbundwerkstoff besteht und aus einem Blechstreifen (7) mit wenigstens einer KunststoffSchicht (8) gebildet ist.
12. Kugelgelenk nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Lagerschalenteil (4, 5) eine konische Anlagefläche (10) aufweist, mit der sich dieses an einer korrespondierenden Innenoberfläche (11) des Gehäuses (1) abstützt.
13. Verfahren zur Herstellung eines Bestandteiles einer Lagerschale Kugelgelenkes nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: -Herstellung eines bandförmigen Lagerschalenrohlings aus einem Blechstreifen (7),
-Einbringung einer zacken- oder zahnartigen artigen Kontur in eine Längsseite des Lagerschalenrohlings (7) mittels eines Trennverfahrens, sodass der Lagerschalenrohling (7) die Geometrie einer Abwicklung der Lagerschale (6) aufweist,
-Umformung des Lagerschalenrohlings (7), sodass eine Lagerschale (6) mit einer kugelförmigen Lagerfläche beziehungsweise ein Lagerschalenteil (4, 5) mit einer kugelförmigen Lagerfläche gebildet wird.
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