WO2012126458A1 - Cage for ball joint and ball joint - Google Patents

Cage for ball joint and ball joint Download PDF

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ball joint
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Martin Lehmann
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Neumayer Tekfor Holding Gmbh
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    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/20—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members
    • F16D3/22—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts
    • F16D3/223—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts
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    • F16D2003/22303—Details of ball cages

Definitions

  • the invention relates to a cage for a ball joint, wherein the cage is configured substantially annular, wherein the cage has an inner surface, an outer surface, two bordering the inner surface and the outer surface edge regions, an equator and at least one window, and wherein the inner surface enclosing an interior of the cage. Furthermore, the invention relates to a ball joint. Ball joints are used, for example, in the drive train of vehicles to transmit the torque of the engine to a tire axis. Here, balls are used to transmit force and moment between an outer and an inner hub of the joint, and a cage with windows keeps the balls in a plane to allow a bend of the joint. In the prior art, different embodiments of the cage are known (see, for example, the non-prepublished applications of the applicant DE 10 2010 010 479 and DE 10 2010 010 487).
  • the object of the invention is to propose a cage, which has a higher strength for the balls and which is inexpensive to manufacture.
  • the invention solves the problem in that the inner surface of the cage at the height of the equator has at least one extending along the equator depression, wherein a width of the recess is smaller than a height of the window.
  • the width of the recess and the height of the window preferably relate to the maximum width of the recess perpendicular to the equator and / or to the minimum height of the window perpendicular to the equator.
  • a plurality of windows are preferably provided, which are spaced around the equator from each other.
  • the recess is a relatively narrow strip which is in particular narrower than the window height.
  • An embodiment of the cage according to the invention includes that the recess is bounded by a circular arc, which belongs to a circle whose center lies in the interior of the cage and which has a predeterminable radius.
  • the shape of a cross section of the depression corresponds to a circular arc with a circle whose center is preferably located on the plane in which also the equator is located.
  • the circular arc forms a semicircle.
  • the cage is adapted to the joint in such a way that the center of the circle substantially coincides with the center of the joint. In this case, the distance between the cage and the inner hub remains constant regardless of the articulation angle of the joint.
  • Deepening is designed substantially symmetrically to the equator.
  • An embodiment of the cage according to the invention includes that the side facing the interior of the limiting edge regions in Essentially designed straight cylindrical. The edge areas thus have a straight course on the inside.
  • Outside surface at the height of the equator has at least one around the equator groove structure.
  • the invention relates to a ball joint with an inner hub, an outer hub, at least one ball and a cage according to one of the embodiments described above.
  • the number of balls is preferably equal to the number of windows of the cage.
  • inner and outer hubs for the balls on raceways are preferably explained in more detail with reference to FIGS. Showing:
  • FIG. 1 shows a spatial representation of a cage according to the invention
  • Fig. 1 the cage 1 is shown with the interior 8.
  • the outer surface 3 is designed spherical and has a groove structure 15.
  • Edge regions 4, 5 of the inner surface 2 are straight and cylindrical.
  • a circumferential recess 10 is provided in the inner surface 2, which reduces the wall thickness of the cage 1 in this area.
  • the recess 10 is in this example in
  • Fig. 2 shows a cage 1 according to the invention as part of a ball joint.
  • the cage 1 is arranged between the inner hub 20 and the outer hub 21 and receives the balls 22 in the windows 7.
  • 2 shows in the region of one of the balls 22.
  • the edge regions 4, 5 of the cage 1 have a straight cylindrical profile on the inner surface 2 and a spherical configuration on the outer surface 3.
  • FIG. 4 shows a further section through the ball joint of FIG. 3.
  • FIG. 5 a section between two windows of the cage 1 is shown enlarged.
  • the inner surface of the cage 1 is on the
  • Edge regions each designed straight-cylindrical and has at the height of the equator, the circular arc-shaped recess 10. The depth of the
  • Recess 10 depends on the design of the inner hub 20 and after the cage 1 and inner hub 20 distance to be achieved. Of the Cage 1 is designed in particular in one piece. Furthermore, the depth of the recess is designed such that insertion of the inner hub 20 as an integral element in the cage 1 is possible.

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Abstract

The invention relates to a cage (1) for a ball joint, wherein the inner surface (2) of the cage has a recess (10) at the height of the equator that extends along the equator, the width of the recess being less than the height of the window. The invention further relates to a corresponding ball joint.

Description

Käfig für Kugelgelenk und Kugelgelenk  Cage for ball joint and ball joint
Die Erfindung bezieht sich auf einen Käfig für ein Kugelgelenk, wobei der Käfig im Wesentlichen ringförmig ausgestaltet ist, wobei der Käfig eine Innenfläche, eine Außenfläche, zwei die Innenfläche und die Außenfläche begrenzende Randbereiche, einen Äquator und mindestens ein Fenster aufweist, und wobei die Innenfläche einen Innenraum des Käfigs umschließt. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Kugelgelenk. Kugelgelenke werden beispielsweise im Antriebsstrang von Fahrzeugen verwendet, um das Drehmoment des Motors auf eine Reifenachse zu übertragen. Dabei dienen Kugeln der Kraft- und Momentenübertragung zwischen einer Außen- und einer Innennabe des Gelenks, und ein Käfig mit Fenstern hält die Kugeln in einer Ebene, um ein Abwinkein des Gelenks zu erlauben. Im Stand der Technik sind unterschiedliche Ausgestaltungen des Käfigs bekannt (siehe z.B. die nicht vorveröffentlichten Anmeldungen der Anmelderin DE 10 2010 010 479 und DE 10 2010 010 487). The invention relates to a cage for a ball joint, wherein the cage is configured substantially annular, wherein the cage has an inner surface, an outer surface, two bordering the inner surface and the outer surface edge regions, an equator and at least one window, and wherein the inner surface enclosing an interior of the cage. Furthermore, the invention relates to a ball joint. Ball joints are used, for example, in the drive train of vehicles to transmit the torque of the engine to a tire axis. Here, balls are used to transmit force and moment between an outer and an inner hub of the joint, and a cage with windows keeps the balls in a plane to allow a bend of the joint. In the prior art, different embodiments of the cage are known (see, for example, the non-prepublished applications of the applicant DE 10 2010 010 479 and DE 10 2010 010 487).
Eine Problematik der Kugelkäfige besteht darin, dass die Kugeln gegen die Berandung der Fenster drücken und dass es durch die auftretenden A problem of the ball cages is that the balls press against the edge of the windows and that it is caused by the occurring
Temperaturen, hohen Druckkräfte und Relativ- bzw. Gleitbewegungen der Kugeln zu einer Beschädigung kommen kann. Im Stand der Technik werden daher beispielsweise die Wandstärken gezielt im Bereich der Fenster erhöht. Das damit verbundene Herstellungsverfahren ist jedoch aufwändig und kostenintensiv.  Temperatures, high pressure forces and relative or sliding movements of the balls can be damaged. In the prior art, for example, the wall thicknesses are therefore increased specifically in the area of the windows. However, the associated production process is complicated and cost-intensive.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Käfig vorzuschlagen, welcher eine höhere Festigkeit für die Kugeln aufweist und welcher kostengünstig zu fertigen ist. Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass die Innenfläche des Käfigs auf der Höhe des Äquators mindestens eine längs des Äquators verlaufende Vertiefung aufweist, wobei eine Breite der Vertiefung kleiner als eine Höhe des Fensters ist. Die Breite der Vertiefung und die Höhe des Fensters beziehen sich dabei vorzugsweise auf die maximale Breite der Vertiefung senkrecht zum Äquator und/oder auf die minimale Höhe des Fensters senkrecht zum Äquator. In dem Käfig sind vorzugsweise mehrere Fenster vorgesehen, welche um den Äquator herum voneinander beabstandet angeordnet sind. Auf der Höhe des Äquators ist auf der Innenfläche des erfindungsgemäßen Käfigs eine Vertiefung - z.B. in Art einer Nut - vorgesehen, welche entlang des Äquators verläuft. Erfindungsgemäß ist die Vertiefung ein relativ schmaler Streifen, der insbesondere schmäler als die Fensterhöhe ist. The object of the invention is to propose a cage, which has a higher strength for the balls and which is inexpensive to manufacture. The invention solves the problem in that the inner surface of the cage at the height of the equator has at least one extending along the equator depression, wherein a width of the recess is smaller than a height of the window. The width of the recess and the height of the window preferably relate to the maximum width of the recess perpendicular to the equator and / or to the minimum height of the window perpendicular to the equator. In the cage, a plurality of windows are preferably provided, which are spaced around the equator from each other. At the level of the equator, a depression-for example in the manner of a groove-is provided on the inner surface of the cage according to the invention, which runs along the equator. According to the invention, the recess is a relatively narrow strip which is in particular narrower than the window height.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Käfigs beinhaltet, dass die Vertiefung von einem Kreisbogen begrenzt wird, der zu einem Kreis gehört, dessen Mittelpunkt im Innenraum des Käfigs liegt und der einen vorgebbaren Radius aufweist. Die Form eines Querschnitts der Vertiefung entspricht dabei einem Kreisbogen mit einem Kreis, dessen Mittelpunkt sich vorzugsweise auf der Ebene befindet, in welcher auch der Äquator liegt. In einer Variante bildet der Kreisbogen einen Halbkreis. In einer Ausgestaltung ist der Käfig derartig auf das Gelenk abgestimmt, dass der Mittelpunkt des Kreises im Wesentlichen mit der Gelenkmitte zusammenfällt. In diesem Fall bleibt der Abstand zwischen Käfig und Innennabe unabhängig vom Beugewinkel des Gelenks konstant. An embodiment of the cage according to the invention includes that the recess is bounded by a circular arc, which belongs to a circle whose center lies in the interior of the cage and which has a predeterminable radius. The shape of a cross section of the depression corresponds to a circular arc with a circle whose center is preferably located on the plane in which also the equator is located. In one variant, the circular arc forms a semicircle. In one embodiment, the cage is adapted to the joint in such a way that the center of the circle substantially coincides with the center of the joint. In this case, the distance between the cage and the inner hub remains constant regardless of the articulation angle of the joint.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Käfigs sieht vor, dass die An embodiment of the cage according to the invention provides that the
Vertiefung im Wesentlichen symmetrisch zum Äquator ausgestaltet ist. Deepening is designed substantially symmetrically to the equator.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Käfigs beinhaltet, dass die dem Innenraum zugewandte Seite der begrenzenden Randbereiche im Wesentlichen gerad-zylindrisch ausgestaltet ist. Die Randbereiche haben somit an der Innenseite einen geraden Verlauf. An embodiment of the cage according to the invention includes that the side facing the interior of the limiting edge regions in Essentially designed straight cylindrical. The edge areas thus have a straight course on the inside.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Käfigs steht vor, dass die vom Innenraum abgewandte Seite der begrenzenden Randbereiche im An embodiment of the cage according to the invention is that the side facing away from the interior of the limiting edge regions in
Wesentlichen kugelig ausgestaltet ist. Die Außenseite der Randbereiche und/oder die ganze Außenfläche hat somit in dieser Ausgestaltung eine gerundete Form. Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Käfigs sieht vor, dass die  Essentially spherical is designed. The outer side of the edge regions and / or the entire outer surface thus has a rounded shape in this embodiment. An embodiment of the cage according to the invention provides that the
Außenfläche auf der Höhe des Äquators mindestens eine um den Äquator umlaufende Rillenstruktur aufweist. Outside surface at the height of the equator has at least one around the equator groove structure.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Kugelgelenk mit einer Innennabe, einer Außennabe, mindestens einer Kugel und einem Käfig nach einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen. Die Anzahl der Kugeln ist dabei vorzugsweise gleich der Anzahl der Fenster des Käfigs. Weiterhin weisen vorzugsweise Innen- und Außennaben für die Kugeln Laufbahnen auf. Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen: Furthermore, the invention relates to a ball joint with an inner hub, an outer hub, at least one ball and a cage according to one of the embodiments described above. The number of balls is preferably equal to the number of windows of the cage. Furthermore, preferably inner and outer hubs for the balls on raceways. The invention will be explained in more detail with reference to FIGS. Showing:
Fig. 1 : eine räumliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Käfigs, 1 shows a spatial representation of a cage according to the invention,
Fig. 2: einen Schnitt durch ein Kugelgelenk mit einem erfindungsgemäßen Käfig, 2 shows a section through a ball joint with a cage according to the invention,
Fig. 3: einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 2, 3 shows an enlarged detail of FIG. 2,
Fig. 4: einen weiteren Schnitt durch ein Kugelgelenk mit einem 4 shows a further section through a ball joint with a
erfindungsgemäßen Käfig, und Fig. 5: einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 4. cage according to the invention, and 5 shows an enlarged detail of FIG .. 4
In der Fig. 1 ist der Käfig 1 mit dem Innenraum 8 dargestellt. Die Außenfläche 3 ist kugelig ausgestaltet und weist eine Rillenstruktur 15 auf. Die In Fig. 1, the cage 1 is shown with the interior 8. The outer surface 3 is designed spherical and has a groove structure 15. The
Randbereiche 4, 5 der Innenfläche 2 sind gerade und zylindrisch ausgestaltet. Auf der Höhe des Äquators 6 des Käfigs 1 ist in der Innenfläche 2 eine umlaufende Vertiefung 10 vorgesehen, welche die Wandstärke des Käfigs 1 in diesem Bereich vermindert. Die Vertiefung 10 ist in diesem Beispiel im Edge regions 4, 5 of the inner surface 2 are straight and cylindrical. At the height of the equator 6 of the cage 1, a circumferential recess 10 is provided in the inner surface 2, which reduces the wall thickness of the cage 1 in this area. The recess 10 is in this example in
Querschnitt als Kreisbogen ausgestaltet, dessen Kreissehne kleiner ist als die Höhe der Fenster 7. Weitere Varianten wären eine Treppen- oder eine durch zwei gerade Flächen gebildete Dreiecksform. Zu erkennen ist, dass die Breite der Vertiefung 10 kleiner ist als die Höhe der Fenster 7. Dies gilt dabei für jegliche Formgebung der Vertiefung 10. Der Käfig 1 wird beispielsweise durch Massivumformung hergestellt, und die Kontur der Innenfläche 2 wird anschließend spanend erzeugt. Cross-section designed as a circular arc whose chord is smaller than the height of the window 7. Other variants would be a staircase or a triangular shape formed by two straight surfaces. It can be seen that the width of the recess 10 is smaller than the height of the window 7. This applies to any shaping of the recess 10. The cage 1 is prepared for example by massive forming, and the contour of the inner surface 2 is then produced by machining.
Die Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Käfig 1 als Teil eines Kugelgelenks. Der Käfig 1 ist dabei zwischen der Innennabe 20 und der Außennabe 21 angeordnet und nimmt die Kugeln 22 in den Fenstern 7 auf. Die Fig. 3 zeigt den vergrößerten Ausschnitt der Fig. 2 im Bereich einer der Kugeln 22. Zu erkennen ist, dass die Randbereiche 4, 5 des Käfigs 1 an der Innenfläche 2 einen geraden zylindrischen Verlauf und auf der Außenfläche 3 eine kugelige Ausgestaltung aufweisen. Die Fig. 4 zeigt einen weiteren Schnitt durch das Kugelgelenk der Fig. 3. In der Fig. 5 ist dabei ein Abschnitt zwischen zwei Fenstern des Käfigs 1 vergrößert dargestellt. Die Innenfläche des Käfigs 1 ist dabei an den Fig. 2 shows a cage 1 according to the invention as part of a ball joint. The cage 1 is arranged between the inner hub 20 and the outer hub 21 and receives the balls 22 in the windows 7. 2 shows in the region of one of the balls 22. It can be seen that the edge regions 4, 5 of the cage 1 have a straight cylindrical profile on the inner surface 2 and a spherical configuration on the outer surface 3. FIG. 4 shows a further section through the ball joint of FIG. 3. In FIG. 5, a section between two windows of the cage 1 is shown enlarged. The inner surface of the cage 1 is on the
Randbereichen jeweils gerad-zylindrisch ausgestaltet und weist auf der Höhe des Äquators die kreisbogenförmige Vertiefung 10 auf. Die Tiefe der Edge regions each designed straight-cylindrical and has at the height of the equator, the circular arc-shaped recess 10. The depth of the
Vertiefung 10 richtet sich dabei nach der Ausgestaltung der Innennabe 20 und nach dem zwischen Käfig 1 und Innennabe 20 zu erzielenden Abstand. Der Käfig 1 ist insbesondere einstückig ausgestaltet. Weiterhin ist die Tiefe der Vertiefung derartig ausgestaltet, dass ein Einbringen der Innennabe 20 als einstückiges Element in den Käfig 1 möglich ist. Recess 10 depends on the design of the inner hub 20 and after the cage 1 and inner hub 20 distance to be achieved. Of the Cage 1 is designed in particular in one piece. Furthermore, the depth of the recess is designed such that insertion of the inner hub 20 as an integral element in the cage 1 is possible.

Claims

Patentansprüche claims
1. Käfig für ein Kugelgelenk, 1. cage for a ball joint,
wobei der Käfig im Wesentlichen ringförmig ausgestaltet ist, wherein the cage is substantially annular,
wobei der Käfig eine Innenfläche, eine Außenfläche, zwei die Innenfläche und die Außenfläche begrenzende Randbereiche, einen Äquator und mindestens ein Fenster aufweist, the cage having an inner surface, an outer surface, two edge regions bounding the inner surface and the outer surface, an equator and at least one window,
und and
wobei die Innenfläche einen Innenraum des Käfigs umschließt, wherein the inner surface encloses an interior of the cage,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Innenfläche des Käfigs auf der Höhe des Äquators mindestens eine längs des Äquators verlaufende Vertiefung aufweist, in that the inner surface of the cage has, at the level of the equator, at least one recess extending along the equator,
wobei eine Breite der Vertiefung kleiner als eine Höhe des Fensters ist. wherein a width of the recess is smaller than a height of the window.
2. Käfig nach Anspruch 1 , 2. Cage according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Vertiefung von einem Kreisbogen begrenzt wird, der zu einem Kreis gehört, dessen Mittelpunkt im Innenraum des Käfigs liegt und der einen vorgebbaren Radius aufweist. that the recess is bounded by a circular arc which belongs to a circle whose center lies in the interior of the cage and which has a predeterminable radius.
3. Käfig nach Anspruch 1 oder 2, 3. Cage according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Vertiefung im Wesentlichen symmetrisch zum Äquator ausgestaltet ist. that the depression is designed substantially symmetrically to the equator.
4. Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 4. Cage according to one of claims 1 to 3,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die dem Innenraum zugewandte Seite der begrenzenden Randbereiche im Wesentlichen gerad-zylindrisch ausgestaltet ist. that the interior of the facing side of the limiting edge regions is designed substantially straight-cylindrical.
5. Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, 5. Cage according to one of claims 1 to 4, characterized,
dass die vom Innen räum abgewandte Seite der begrenzenden Randbereiche im Wesentlichen kugelig ausgestaltet ist. in that the side facing away from the inner space of the limiting edge regions is substantially spherical.
6. Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 6. Cage according to one of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Außenfläche auf der Höhe des Äquators mindestens eine um den Äquator umlaufende Rillenstruktur aufweist. the outer surface has, at the level of the equator, at least one groove structure encircling the equator.
7. Kugelgelenk, 7. ball joint,
mit einer Innennabe, with an inner hub,
mit einer Außennabe, with an outer hub,
mit mindestens einer Kugel, with at least one ball,
und and
mit einem Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 6. with a cage according to one of claims 1 to 6.
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