KR20160062150A - 하중 최적화된 볼 쉘을 구비한 볼 조인트 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 하우징(2), 이 하우징(2)의 내부 공간에 배치된 조인트 볼(3) 및 이 둘 사이에 배치된 볼 쉘(4)을 구비한 볼 조인트로서, 상기 볼 쉘의 외부면(7)이 하우징 내부면(6)에 접하고, 볼 쉘의 내부면(8)은 볼 표면(5)에 접하는, 특히 자동차 휠 서스펜션용 볼 조인트에 관한 것으로, 상기 볼 쉘(4)은 조인트 볼(3)을 슬라이딩 운동이 가능하게 수용하며, 볼 조인트(1)에 힘(11)이 작용할 때 조인트 볼(3)이 하우징(2)에 대해 변위될 수 있도록 탄력적으로 형성된다. 본 발명에 따라, 볼 쉘(4)은 볼 중심점(18)을 통과하여 형성되는 하나 이상의 횡단면에서, 작용력(11)이 원주방향으로 특히 더 큰 영역에 걸쳐 균일하게 볼 쉘(4)에 분배되도록, 원주 방향으로 변하는 방사 방향 두께를 갖는다.

Description

하중 최적화된 볼 쉘을 구비한 볼 조인트{BALL JOINT WITH A LOADING-OPTIMIZED BALL SHELL}

본 발명은, 특허 청구항 1의 전제부에 상세하게 규정된 유형에 따른 볼 조인트에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 볼 조인트의 용도 및 볼 조인트를 제조하기 위한 방법과도 관련된다.

선행 기술에 공지된 볼 조인트는 내부에는 볼이 배치되어 있는 하우징을 포함한다. 상기 볼은, 하우징의 개구로부터 외부로 돌출하는 볼 스터드(ball stud)의 부분이다. 볼과 하우징 사이에는 볼 쉘이 위치하며, 이 볼 쉘의 두께는 공통 축을 중심으로 하는 원주 상에서 일정한 두께를 갖는다. 상기 볼 쉘이 방사 방향으로 하중을 받으면, 스터드 또는 볼의 하중이 증가함에 따라 하우징에 대한 볼의 상대적인 방사 방향 변위가 나타난다. 이와 같은 변위는 힘 방향에 평행하게 실시되며, 힘 방향으로 최대인 볼 쉘의 압축을 야기한다. 힘에 대한 횡방향으로는 볼 쉘이 압축되지 않음으로써 하중을 받지 않는데, 그 이유는 이 경우에는 볼의 변위가 볼 쉘의 표면에 평행하게 실시되기 때문이다. 볼의 둘레 또는 이퀘이터(equator)를 따라서, 볼 쉘의 압축 및 이와 더불어 하중이 힘 방향에 대한 표면 법선의 벡터 비율에 따라 변한다. 이로 인해 볼 쉘이 매우 불균일하게 하중을 받게 되고, 그 결과 특히 하중이 높은 경우에는 상대적으로 더 높은 하중을 받는 영역에서 볼 쉘의 과하중이 발생할 수 있다. 그럼으로써, 볼 조인트의 지속적인 손상이 야기될 수 있다.

하중이 모든 영역에 균일하게 분배되면, 볼 조인트의 최대 하중 수용 능력이 증가할 수 있으며, 그 결과 하중이 가급적 넓은 각도 범위에 걸쳐 방사 방향 힘 방향과 이에 대해 수직으로 연장되는 양측 횡방향(가로축 및 수직축) 사이에서 균일하게 분배된다. 이때, 수직축은 조인트 하우징의 세로축에 상응한다.

세로축에 평행하게 정렬된 수직축의 경우, 볼 쉘의 두께가 일정하지 않고, 오히려 상이한 하우징 내부 윤곽(원통형이거나 부분적으로 구형인 윤곽, 하나의 경사면 또는 2중 경사면을 갖는 윤곽)에 상응하게 볼의 극(pole) 쪽으로 가면서 증가하거나 변하는 벽 두께를 갖는 점이 공지되어 있다. 다른 말로 표현하자면, 볼 쉘의 두께가 수직축의 방향으로 가변적이다.

이퀘이터 평면에 평행하게 연장되는 가로축의 경우, 볼 쉘의 벽 두께가 선행 기술에 따라 항상 일정한 벽 두께를 갖는데, 그 이유는 하우징 개구들이 예컨대 보링을 통해 생성되고, 수직축에 대해 방사 대칭으로 형성되기 때문이다.

본 발명의 과제는, 볼 조인트의 하중 수용 능력을 증가시키고 볼 조인트를 더욱 비용 효율적으로 제조하는 것이다.

상기 과제는, 특허 청구항 1항의 특징들 및 방법 청구항 14항의 특징들에 의해서 해결된다. 다른 바람직한 실시예들은 종속 청구항들 및 도면들을 참조한다.

특히 자동차 휠 서스펜션의 섀시 부품용 볼 조인트가 제안되며, 이 경우 볼 조인트는 하우징과, 상기 하우징의 내부 공간에 배치된 조인트 볼과, 이 둘 사이에 배치된 볼 쉘을 구비한다. 조인트 볼은 바람직하게 볼 스터드의 부분이다. 이 경우, 볼 스터드는 연결 영역에서 볼과 특히 일체로 연결된다. 볼 쉘의 외부면은 하우징 내부면에 접하고, 볼 쉘의 내부면은 볼 표면에 접한다. 이로 인해 볼 쉘의 내부면은 바람직하게 볼 표면의 대응 형상부(counterpart)로서 형성된다. 볼 쉘은 조인트 볼을 슬라이딩 운동이 가능하게 수용한다. 또한, 볼 쉘은, 볼 조인트에 힘이 작용할 때 조인트 볼이 하우징에 대해 변위될 수 있도록 탄력적으로 형성된다. 이를 위해, 볼 쉘은 바람직하게 플라스틱으로 형성된다.

볼 쉘은 하나 이상의 횡단면에서, 특히 볼 중심점을 통과하여 형성된 횡단면의 경우, 수직축에 대해 수직으로, 원주 방향으로 변하는 방사 방향 두께를 갖는다. 볼 쉘의 방사 방향 두께는, 작용력이 둘레를 기준으로 균일하게, 그리고 적어도 주로 하중을 받는 영역에서는 둘레에 걸쳐 일정한 방사 방향 두께를 갖는 볼 셀의 경우보다 더 우수하게 전체 볼 쉘에 분배되도록, 가변적으로 형성된다.

원주 방향으로 가변적인 볼 쉘의 두께로 인해, 바람직하게는 실질적으로 점 형태로 또는 국부적으로 작용하는 힘이 볼 쉘의 더 큰 표면 영역에 분배될 수 있다. 이로 인해, 볼 쉘의 더 균일한 하중이 구현될 수 있음으로써, 전체적으로 볼 때 볼 쉘의 최대 하중 수용 능력이 더 높아질 수 있다. 그럼으로써, 이와 같은 방식으로 형성된 볼 조인트의 하중 수용 능력은, 볼의 공칭 크기가 동일한 경우, 공지된 볼 조인트에 비해 약 20 내지 30%만큼 증가할 수 있다. 또한, 볼 조인트의 전체 크기가 줄어들 수 있는데, 그 이유는 동일한 힘을 수용하기 위해 전체 크기가 덜 크게 설계되어야 하기 때문이다. 그 결과, 상기 볼 조인트는 더욱 유리하게 제조될 수 있다. 또한, 이와 같은 볼 쉘의 가변적인 방사 방향 두께로 인해 볼 조인트의 수명이 증가할 수 있다.

볼 조인트는 주 하중축 및 상기 주 하중축에 대해 수직으로 정렬된 가로축을 갖는다. 볼 조인트의 유형에 따라, 예컨대 방사 방향으로 하중을 받는 앵글 조인트(angle joint)인지 아니면 지지 조인트인지에 따라, 주 하중축이 상이하게 배향된다. 이로써, 주 하중축은 볼 조인트의 방향으로 힘, 특히 가장 크게 발생하는 힘이 작용하는 볼 조인트의 축으로서 정의된다. 이와 같은 힘을 더 큰 영역에 또는 볼 쉘의 더 큰 표면에 균일하게 분배할 수 있기 위해서는, 볼 쉘이 횡단면으로 볼 때 가로축의 영역에서보다 주 하중축의 영역에서 더 두껍게, 특히 2배 더 두껍게 형성되는 것이 바람직하다.

볼 쉘의 방사 방향 두께가 원주 방향으로 주 하중축에서 출발하여 가로축의 방향으로 적어도 임의의 각도 범위 이내에서 감소하는 경우, 매우 우수한 힘 분배 및 볼 쉘의 최적의 설계가 구현될 수 있다. 바람직하게, 볼 쉘의 방사 방향 두께는 주 하중축에서 출발하여 각각 가로축의 방향으로 실질적으로 일정하게 또는 연속으로 감소한다. 하중 방향과 표면의 국부적 법선 벡터 사이의 각도에 상응하게, 힘 방향(주 하중 방향)으로 최대값을 갖고 가로 방향으로 최소값을 갖는 코사인 형태의 두께 프로파일이 이상적이다. 이것이 의미하는 바는, 두께 또는 다른 말로 재료 두께가 최대 횡단면에서부터 최소 횡단면까지 코사인 형태로 감소한다는 것이다.

마찰 공학적 단점(예컨대 하우징 내에 볼이 끼이는 현상)을 야기하는 무한히 얇은 베어링 쉘은 어떠한 베어링 쉘에도 부합하지 않을 것이다. 가로 방향으로 임의로 얇은 벽 두께는 공차 상태(볼 및 하우징의 제작에 가산되어야 하는 공차)로 인해 볼 및 하우징과 상이한 오버랩(끼임 또는 간극)을 더 이상 보상할 수 없고, 금속성 표면들을 마찰 공학적으로 상호 분리할 수 없다. 임의적으로 얇은 베어링 쉘이 제조될 수 없고, 결국 가로 방향 근처에서의 볼 쉘의 면적분은 상당한 정도의 힘 비율을 수용하지 않기 때문에, 가로 방향으로의 두께 프로파일의 경우 코사인 프로파일과 상이한 프로파일 그리고 이와 더불어 유한한 두께가 바람직하다.

각도 범위가 힘 방향 또는 주 하중축으로부터 가로 방향까지 30° 내지 80°, 바람직하게는 60°인 것이 바람직하다. 이러한 각도 범위 안에서는, 볼 쉘의 방사 방향 두께가 상기 범위 안에서 가로축의 방향으로 감소하는 경우, 주 하중축의 양측으로 작용력의 매우 양호한 분배가 구현될 수 있다.

볼 쉘의 외부 윤곽이 횡단면으로 볼 때 자신의 두 부분 세그먼트 중 적어도 하나의 부분 세그먼트에서는 제1 및 제2 부분원으로 형성되는 경우에 매우 양호한 힘 분배가 이루어질 수 있으며, 이들 부분원은 바람직하게 각도 범위의 개별 단부의 영역 내에서 서로 교차된다. 따라서, 이와 같은 사실에 의해 바람직하게 제1 부분원이 작용력의 분배를 위해 최적으로 설계될 수 있다. 그와 달리, 제2 부분원은, 볼 쉘이 힘에 의해 주 하중 방향으로 상당한 정도로 압축되지 않는 영역에서는 이 볼 쉘이 유한한 두께를 가짐으로써, 재차 전술한 공차 및 제작의 문제점이 회피될 수 있도록, 설계될 수 있다.

다른 말로 표현하자면, 주 하중 영역에서는 힘 방향으로의 내부 윤곽의 변위에 의해 볼 쉘의 외부 윤곽의 제1 부분 세그먼트가 발생한다. 이로써, 힘 방향으로 돌출하는 볼 쉘의 두께가 상기 부분 세그먼트 내에서는 어디서든지 동일하다. 주 하중 영역 밖에서는 볼 쉘이 약간만 압축되기 때문에 자신의 제2 부분 세그먼트 내에서 유한한 두께를 가지며, 이로 인해 재차 공차 및 제조의 문제점이 회피될 수 있다.

양호한 하중 분배를 위해서는, 제1 부분원의 중심점이 볼 중심점에 대해 편심으로 그리고 주 하중축 상에 배치되는 것이 바람직하다. 추가로 또는 대안적으로는, 제1 부분원의 반경이 볼 반경과 일치하는 것도 바람직하다.

더 나아가서는, 제2 부분원의 중심점이 볼 중심점에 대해 동심으로 배치되고 제2 부분원의 반경이 볼 반경보다 크게 형성되는 것도 바람직하다. 이로 인해 볼 쉘은, 전혀 압축되지 않거나 약간만 압축되는 영역에서도 충분한 두께를 갖게 되고, 이로써 공차 및 제조의 문제점이 회피될 수 있다.

하우징 윤곽의 제조 비용 및 궁극적으로 볼 조인트의 제조 비용을 줄이기 위해서는, 2개 부분원에 의해 형성된 이상적인 볼 쉘이, 상기 볼 쉘에 근접하게, 그러나더 가볍게 제작될 형상부에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 이 목적을 위해, 바람직하게는 2개의 부분 세그먼트 또는 부분원의 천이점에서 양측의 윤곽이 근접하게 됨으로써, 결과적으로 이들 윤곽은 바람직하게 접선 방향으로 상호 천이된다. 이와 같은 접근 방식으로부터, 주 하중 방향 또는 힘 방향으로 돌출하거나 발생하는 두께가 주 하중 영역에서 각도 범위에 따라, 주 하중 영역 외부에서의 방사 방향 두께의 약 1배 내지 3배에 이르는 결과가 나타난다.

따라서, 이와 관련해서는, 볼 쉘의 외부 윤곽이 자신의 두 부분 세그먼트 중 적어도 하나의 부분 세그먼트에서 적어도 특히 볼 조인트 중심점에 대해 동심인 하나의 타원체 또는 타원의 부분으로서 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우에는 바람직하게 주 하중축이 이 타원체 또는 타원의 주축을 형성한다. 적어도 부분적으로 타원체 또는 타원 형태인 이와 같은 윤곽은 공지된 제조 방법(예컨대 CNC-밀링 기술)에 의해서 매우 정확하고도 비용 효율적으로 형성될 수 있다.

또한, 볼 쉘의 외부 윤곽이 특히 두 부분 세그먼트에 걸쳐서 완전한 타원체로서 또는 타원체와 유사한 윤곽으로서 연장되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이로써, 실질적으로 점 형태로 또는 국부적으로 작용하는 힘을 주 하중축의 영역에서 볼 쉘의 충분히 큰 표면에 매우 양호하게 분배할 수 있는, 간단하게 구성될 볼 쉘의 두께 프로파일이 형성될 수 있다.

볼 쉘을 3차원적으로 관찰할 때에는, 이 볼 쉘이 가로 방향으로뿐만 아니라 수직축 또는 세로축의 방향으로도, 적어도 타원체의 부분, 타원형의 바닥면을 갖는 실린더의 부분, 또는 타원의 부분으로서 형성되는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 작용력이 원주 방향으로 2차원적으로 분배될 수 있을 뿐만 아니라, 3차원적으로도 전술된 상응하는 3차원 몸체의 한 부분 면에 걸쳐서 분배될 수 있다. 그 결과, 볼 조인트는 더 높은 하중을 수용할 수 있게 된다. 상응하는 하우징 윤곽들이 양쪽 축 방향으로 전환되는 경우, 이와 같은 볼 쉘의 제조 또는 조립이 더 복잡해지기 때문에, 전술한 윤곽들이 예컨대 하우징 바닥 쪽의 축방향으로만 이용되는지의 여부, 그리고 수직축의 방향으로 윤곽들이 상기 축방향에 평행하게, 예컨대 타원형의 바닥면을 갖는 프리즘으로서 형성될는지의 여부가 고려되어야 한다.

하우징 내부 윤곽 및/또는 하우징 내부면은 볼 쉘의 외부 윤곽 및/또는 외부면의 대응 형상에 상응하는 것이 바람직하다. 이로써, 볼 쉘이 하우징 내부 윤곽 및/또는 하우징 내부면에 같은 높이에서 접하는 것이 보장될 수 있으며, 이로 인해 이외의 경우에는 점 형태로 또는 국부적으로 작용하는 힘이 볼 쉘의 더 큰 영역에 분배될 수 있게 된다. 앞에서 사용된 "윤곽"이라는 용어는, 특히 볼 쉘의 단면도에서 2차원적으로 연장되는 형상을 기술하는 반면, "면"이라는 용어는 3차원적으로 연장되는 형상을 기술한다.

볼 쉘의 두께는 1mm 내지 3mm의 범위 사이에서 변하는 것이 바람직하다. 이와 같이 작은 편차로 인해, 바람직하게는 원형 커버 또는 폐쇄 링도 사용될 수 있다. 이로써, 볼 쉘의 최대 벽 두께에 대한 최소 벽 두께의 비율은 약 1:3이 된다.

볼 조인트의 열 팽창을 보상할 수 있기 위해서는, 볼 쉘이 하나 또는 복수의 슬롯을 구비하고, 이(들) 슬롯이 볼의 원주 방향으로 상호 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하다. 이들 슬롯이 실질적으로 주 하중 방향으로 연장되지 않는다는 것은 자명하다. 볼 쉘이 가로 방향으로는 거의 하중을 받지 않고, 원래 임의로 얇을 수 있기 때문에, 슬롯을 가로 방향으로 위치 설정하는 것이 바람직하다. 슬롯에 의해, 볼 조인트가 볼 쉘에 의해 끼이는 현상이 방지될 수 있는데, 그 이유는 볼 쉘이 열을 받으면 이들 슬롯으로 인해 소정의 공차 범위 내에서 원주 방향으로 팽창할 수 있기 때문이다.

본 발명은 또한, 전술한 볼 조인트용 하우징을 제조하기 위한 방법과도 관련이 있다. 이 방법에서는 원형의 내부 윤곽으로부터 벗어나는, 특히 타원체 형태의 또는 타원형의 내부 윤곽이 바람직하기 때문에, 주 하중 방향으로 보강된 타원체 형태의 또는 타원형의 외부 윤곽을 갖는 볼 쉘이 수용될 수 있다. 하우징은 바람직하게 냉간 변형에 의해서 제조된다. 특히, 하우징은 내부 윤곽의 절삭 가공 또는 추후 가공 없이 제조된다. 정밀 피팅된 내부 윤곽은 하나 또는 소수의 변형 공정들에서, 특히 최종 변형 공정에서 생성된다. 최종의 또는 유일한 변형 공정에서 내부 윤곽이 교정된다(최종 치수로 마감됨). 이로써, 하우징 또는 종국적으로는 전체 볼 조인트의 매우 비용 효율적인 제조가 가능해진다. 대안적으로, 내부 윤곽은 예컨대 NC-밀링 기술을 이용한 절삭 가공에 의해서 제조될 수 있다.

바람직하게는, 고유한 하우징 내부 윤곽을 갖는 볼 조인트는 앵글 조인트, 레이디얼 조인트, 지지 조인트 또는 슬리브 조인트로서 제조된다. 볼 조인트는 예컨대 2점 조인트, 다중점 서스펜션 암 등과 같은 섀시 부품에서 다양한 형상으로 사용된다.

냉간 변형 방법과 관련해서는, 볼 조인트가 압입 조인트로서, 특히 슬리브 조인트로서 제조되는 것이 바람직하며, 이 경우 하우징은 실린더 모양의 외부면을 갖고, 이 외부면에는 설치 방향을 설정하기 위한 홈 또는 편평부(예컨대 열쇠 면)가 형성되어 있다. 슬리브 조인트의 하우징은 자체의 대칭 형상으로 인해 냉간 변형 방법으로 매우 유리하게 제조될 수 있다.

볼 조인트는 하나의 기선(polar axis) 및 하나의 이퀘이터를 갖는다. 정의에 따르면 여기서 기선은 상호 간격을 두고 배치된 조인트 볼의 양측 극점 사이에서 연장되며, 이때 이들 극점 중 하나는 볼 스터드와의 연결 영역에 배치된다. 이퀘이터는 기선에 대해 동심으로 연장되고, 조인트 볼의 중심 평면 내에 수직으로 정렬된다. 기선 및 이퀘이터의 상기 방향 설정은 볼 조인트가 편향되지 않은 상태에 상응한다.

볼 조인트는 방사 방향으로 하중을 받는, 예컨대 앵글 조인트 또는 가이드 조인트로서 형성되는 것이 바람직하며, 이때 이 적용예에서는 기선에 대해 가로로, 특히 수직으로 정렬된 주 하중축이 이퀘이터 평면에 놓인다. 추가로 또는 대안적으로, 볼 조인트가 지지 조인트로서 형성되는 것도 바람직하며, 이때 이 적용예에서는 주 하중축이 극 평면과 이퀘이터 평면 사이에 놓인다.

이하에서는, 도면들을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명할 것이다.

도 1은 볼 조인트의 부분 단면도이다.
도 2는 도 1에 따른 볼 조인트를 절단선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 볼 쉘을 절단선 Ⅲ-Ⅲ을 따라 절단한 특수 부분도이다.

도 1은, 하우징(2) 및 볼 스터드(3a)에서 단부 측에 배치된 볼(2)을 구비한 볼 조인트(1)를 부분 절단된 도면으로 보여준다. 볼(3)과 하우징(2) 사이에는 볼 쉘(4)이 제공되어 있다. 볼 조인트(1)는 편향되지 않은 모습으로 도시되어 있다. 하우징(2)의 세로축(2a)은 볼 스터드(2a)의 세로축 및 대칭축 상에 놓여 있다. 도 2 및 도 3과 관련되는 절단선 Ⅱ-Ⅱ 및 Ⅲ-Ⅲ이 도시되어 있다.

도 2는, 볼 조인트(1)를 횡단면도로 보여준다. 하우징(2)은 볼 형태의 외부면을 구비하고, 이 외부면에는 설치 방향을 설정하기 위한 홈(24)이 형성되어 있다. 조인트 볼(3)은 하우징(2)의 내부 공간에 배치되어 있다. 조인트 볼(3)은 도 1에 도시된 볼 스터드(2a)의 부분으로서 형성되어 있다. 볼 쉘(4)은 방사 방향으로 조인트 볼(3)과 하우징(2) 사이에 배치되어 있다. 조인트 볼(3)은 구형으로 형성된 볼 표면(5)을 갖는다. 그와 달리, 하우징(2)은 이와 같은 형상으로부터 벗어나는 하우징 내부면(6)을 가지며, 이 하우징 내부면은 이하에서 더 상세하게 설명될 것이다. 볼 쉘(4)은 자신의 외부면(7)에서 하우징 내부면(6)에 같은 높이로 접한다. 또한, 볼 쉘(4)의 내부면(8)도, 조인트 볼(3)이 슬라이딩 운동이 가능하게 볼 쉘(4)에 의해서 수용되도록 볼 표면(5)에 접한다. 윤활 홈들이 있을 수 있으나, 도시되어 있지는 않다.

볼 조인트(1)는, 주 하중축(9) 및 이 주 하중축에 대해 수직으로 정렬된 가로축(10)을 갖는다. 또한, 볼 조인트는, 하우징의 세로축과 일치하는 수직축(2a)을 갖는다. 주 하중축(9)은, 자신의 방향으로 외부 힘(11)이 볼 조인트(1)에 작용하도록 규정되어 있다. 볼 쉘(4)은, 이와 같은 힘 작용시에 조인트 볼(3)이 하우징(2)에 대해 상대적으로 변위되도록 탄력적으로 형성된다.

선행 기술에 공지된 볼 쉘(4)은 원주 방향으로 일정한 방사 방향 두께를 갖는다. 하지만, 이 경우, 볼 쉘(4)이 실질적으로 점 형태로 또는 국부적으로 작용하는 힘(11)에 의해 주 하중축(9)의 영역에서는 매우 강하게 하중을 받고, 주 하중축(9)으로부터 간격을 두고 배치된 영역에서는 오히려 덜 강하게 하중을 받는다는 단점이 있다. 그 결과, 주 하중축(9)의 영역에서는 볼 쉘(4)의 과하중이 나타난다.

이와 같은 문제점을 피하기 위해, 도 2에 따른 볼 쉘(4)은 도 2에 도시된 횡단면도에서, 작용력(11)이 원주 방향으로 볼 쉘(4)의 더 큰 영역에 균일하게 분배되도록 원주 방향으로 변하는 방사 방향 두께를 갖는다. 이를 위해, 볼 쉘(4)은 횡단면에서 볼 때, 가로축(10)의 영역에서보다 주 하중축(9)의 영역에서 약 2배 더 두껍게 형성되어 있다. 도 2에 도시된 볼 쉘(4)의 구체적인 실시예에 따라, 볼 쉘은 상기 평면에서 타원형으로 형성된 외부 윤곽(12)을 갖는다. 하우징(2)은 하우징 내부 윤곽(23) 및/또는 하우징 내부면(6)을 가지며, 이들은 볼 쉘(4)의 외부 윤곽(12) 및/또는 외부면(7)의 대응 형상부로서 형성된다. 이때, "윤곽"이라는 용어는 도 2에 도시된 단면도에 따라 2차원적으로 연장되는 형상을 기술하는 반면, "면"이라는 용어는 이하에서 3차원적인 형상에 대해 사용된다.

도 2에 따르면, 볼 쉘(4)의 방사 방향 두께는, 2개 부분 세그먼트 중 단 하나만을 관찰했을 때, 원주 방향으로 주 하중축(9)에서 출발하여 가로축(10)의 방향으로 각도 범위(13)에 걸쳐 일정하게 감소한다. 본 실시예에서, 각도 범위(13)는 실질적으로 60°이며, 이 경우에는 30° 내지 80°의 각도 범위도 생각할 수 있다. 볼 쉘(4)의 외부 윤곽(12)의 타원 형상에 의해서는, 실질적으로 점 형태로 또는 국부적으로 작용하는 힘(11)이 각도 범위(13) 안에서 주 하중축(9)의 양측에 실질적으로 균일하게 분배됨으로써, 볼 쉘(4)의 과하중이 방지된다. 볼 쉘(4)의 둘레 영역 및/또는 표면 영역으로 분할된 힘(14)은 도 2에서 힘(11)에 비해 작은, 서로 동일한 길이의 화살표로 지시되어 있다.

도 3은, 볼 쉘(4)의 개략적인 단면도를 부분 세그먼트 도면으로 보여준다. 앞에서 이미 설명된 바와 같이, 결정적인 사실은, 힘(11)이 도입되는 영역(도 2 참조)에서는 볼 쉘(4)이 주 하중축(9)으로부터 간격을 두고 양측에 배치된 영역들에서보다 큰 방사 방향 두께를 갖는다는 것이다.

도 3에 도시된 볼 쉘(4)의 제1 실시예에 따라, 볼 쉘(4)에 대한 힘(11)의 최적의 분배는, 횡단면도에서 볼 쉘(4) 또는 이 볼 쉘의 외부 윤곽(12a)이 본 도면에 도시되지 않은 절반 세그먼트 도면에서는 제1 부분원(15) 및 제2 부분원(16)으로 구성됨으로써 야기될 수 있다. 이 경우에, 제1 부분원(15)의 중심점(17)은 볼 중심점(18)에 대해 편심으로 변위된 상태로 배치되어 있다. 또한, 제1 반원(15)의 중심점(17)도 주 하중축(9) 상에 놓인다. 최상의 방사 방향 두께 적응을 위해, 제1 반원(15)의 반경은 볼 반경과 같게 형성된다.

그와 달리, 제2 부분원(16)의 중심점(19)은 볼 중심점(18)에 대해 동심으로 또는 볼 중심점(18) 상에 배치되어 있다. 하지만, 제2 부분원(16)의 반경은 볼 반경보다 크게 형성되어 있다. 2개의 부분원(15, 16)은 각각 본 실시예에 도시된 절반 세그먼트 도면에서는 제1 및 제2 교차점(20, 21)에서 서로 교차하고, 이로써 외부 윤곽(12a)을 형성한다. 바람직하게, 이들 2개 교차점(20, 21)은 각각 주 하중축(9)에서 출발하여 가로축(10)의 방향으로 개별 각도 범위(13) - 그 중에 본 실시예에서는 단 하나만 기재되어 있음 - 의 단부에 형성되어 있다. 제1 및 제2 부분원(15, 16)으로 구성된 이와 같은 외부 윤곽(12a)은 각도 범위(13)에 걸쳐 힘(11)의 매우 양호한 분배를 야기한다. 하지만, 본 실시예에서는 외부 윤곽이 구성된 상태로 도시되어 있다.

마찬가지로 도 3에 도시된, 원형 쉘(4)의 한 대안적인 제2 실시예에 따라, 이 원형 쉘의 외부 윤곽(12b)은 타원 형상을 갖는다. 이와 같은 타원형의 외부 윤곽(12b)은 제1 실시예에서의 외부 윤곽(12a)에 근접한다. 하지만, 타원 형상으로 인해, 볼 쉘(4)의 외부 윤곽(12b)은 더 가볍게 제조될 수 있으며, 이 경우 힘 분배와 관련하여 약간의 손실만 감수하면 된다. 다른 말로 표현하자면, 볼 쉘을 제조할 때 교차점(21)이 외부 윤곽(12b) 상으로 변위됨으로써, 전체적으로 균일한 외부 윤곽 파형이 나타나게 된다.

도 2 및 도 3에 도시된 볼 쉘(4)의 타원형 외부 윤곽(12)은, 3차원적으로 관찰했을 때, 볼 쉘(4)의 외부면(7)을 형성한다. 이 외부면(7)은 본 도면에 도시되지 않은 실시예에서는 타원체로서 형성될 수 있거나, 타원형의 바닥면을 갖는 실린더로서 형성될 수 있다. 그럼으로써, 타원체의 경우에는 힘이 2차원적으로 원주 방향으로 분배될 수 있을 뿐만 아니라, 3차원적으로 볼 쉘(4)의 상응하는 힘 수용 면에도 분배될 수 있다. 바닥 측 절반 공간이 타원체로서 형성되고, 하우징 개구 쪽을 향하는 절반 공간이 타원형의 바닥면을 갖는 실린더로서 형성되도록, 하우징의 3차원 공동부 또는 내부 윤곽을 구현하는 것이 바람직하다. 이와 같은 형상은 유리하게 냉간 변형에 의해 제조될 수 있다.

본 발명은, 도면에 도시되고 기술된 실시예에만 한정되지 않는다. 특징들이 상이한 실시예들에 설명되고 기술되어 있더라도, 이들 특징의 조합과 마찬가지로 특허청구범위의 범주 내에서의 변형이 가능하다.

1: 볼 조인트
2: 하우징
2a: 세로축, 수직축
3: 조인트 볼
4: 볼 쉘
5: 볼 표면
6: 하우징 내부면
7: 볼 쉘의 외부면
8: 볼 쉘의 내부면
9: 주 하중축, 주 하중 방향
10: 가로축
11: 힘
12, 12a, 12b: 볼 쉘의 외부 윤곽
13: 각도 범위
14: 분할된 힘
15: 제1 부분원
16: 제2 부분원
17: 제1 부분원의 중심점
18: 볼 중심점
19: 제2 부분원의 중심점
20: 제1 교차점
21: 제2 교차점
22: 볼 쉘의 내부 윤곽
23: 하우징 내부 윤곽
24: 홈

Claims (15)

1. 하우징(2), 상기 하우징(2)의 내부 공간에 배치된 조인트 볼(3) 및 이 둘 사이에 배치된 볼 쉘(4)을 구비한 볼 조인트로서, 상기 볼 쉘의 외부면(7)이 하우징 내부면(6)에 접하고, 내부면(8)은 볼 표면(5)에 접하며, 상기 볼 쉘(4)은 조인트 볼(3)을 슬라이딩 운동이 가능하게 수용하고, 볼 조인트(1)에 힘(11)이 작용할 때 조인트 볼(3)이 하우징(2)에 대해 변위될 수 있도록 탄력적으로 형성되는, 특히 자동차 휠 서스펜션용 볼 조인트에 있어서,
   상기 볼 쉘(4)은 볼 중심점(18)을 통과하여 형성되는 하나 이상의 횡단면에서, 작용력(11)이 원주 방향으로, 특히 바람직하게 확대된 부분 영역에서, 볼 쉘(4)에 균일하게 분배되도록, 원주 방향으로 변하는 방사 방향 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
2. 제1항에 있어서, 볼 조인트(1)는 주 하중축(9) 및 상기 주 하중축에 대해 수직으로 정렬된 가로축(10)을 가지며, 실질적으로 상기 주 하중축(9)의 방향으로 작용하는 힘(11)이 작용할 때에는, 볼 쉘(4)이 횡단면으로 볼 때 가로축(10)의 영역에서보다 주 하중축(9)의 영역에서 더 두껍게, 특히 2배 더 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서, 볼 쉘(4)의 방사 방향 두께는 가로축(10)에 의해 형성된 2개의 부분 세그먼트 중 적어도 하나의 부분 세그먼트에서 원주 방향으로 주 하중축(9)에서 출발하여 상기 가로축(10)의 방향으로 적어도 임의의 각도 범위(13) 이내에서, 특히 실질적으로 연속으로, 감소하는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서, 각도 범위(13)는 30° 내지 80°, 바람직하게는 60°인 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서, 볼 쉘(4)의 외부 윤곽(12a)은 횡단면으로 볼 때 자신의 양측 부분 세그먼트 중 적어도 하나의 부분 세그먼트에서 제1 및 제2 부분원(15; 16)으로 형성되며, 상기 부분원들은 바람직하게 개별 각도 범위(13)의 영역에서 서로 교차하는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서, 제1 부분원(15)의 중심점(17)은 볼 중심점(18)에 대해 편심으로 그리고 주 하중축(9) 상에 놓이도록 배치되고/배치되거나, 상기 제1 부분원(15)의 반경은 볼 반경과 일치하는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서, 제2 부분원(16)의 중심점이 볼 중심점(18)에 대해 동심으로 배치되며/배치되거나, 상기 제2 부분원(16)의 반경이 볼 반경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서, 볼 쉘(4)의 외부 윤곽(12b)은 횡단면으로 볼 때 자신의 양측 절반 세그먼트 반부 중 적어도 하나의 절반 세그먼트에서는 적어도, 특히 볼 중심점(18)에 대해 동심인 하나의 타원체 또는 타원의 부분으로서 형성되며, 이때 바람직하게는 주 하중축(9)이 상기 타원체 또는 타원의 주축을 형성하는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서, 볼 쉘(4)의 외부면(7)은 자신의 두 부분 세그먼트 중 적어도 하나의 세그먼트에서는 적어도 타원체의 부분, 타원형의 바닥면을 갖는 실린더의 부분, 또는 타원의 부분으로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서, 하우징 내부 윤곽(23) 및/또는 하우징 내부면(6)이 볼 쉘(4)의 외부 윤곽(12) 및/또는 외부면(7)의 대응 형상에 상응하는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서, 볼 쉘(4)의 두께는 1mm 내지 3mm의 범위 사이에서 변하는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서, 하우징(2)은 외부면을 가지며, 상기 외부면에 장착 방향 설정을 위한 홈(24) 또는 평탄부가 형성된 것을 특징으로 하는, 볼 조인트.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 볼 조인트를 자동차용 섀시 부품에, 특히 방사 방향으로 하중을 받는 조인트 또는 다중점 서스펜션 암에 사용하는, 볼 조인트의 용도.
14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 볼 조인트를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    하우징(2), 및 특히 타원형의 하우징 내부 윤곽(23)은 하나의 단계로 또는 다단계로 수행되는 냉간 변형 기법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트 제조 방법.
15. 제14항에 있어서, 하우징 내부 윤곽(23)이 전적으로 절삭 가공 없이 형성되는 것을 특징으로 하는, 볼 조인트 제조 방법.

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