Kugelgelenk mit Verschlussring

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk, beispielsweise für ein Achssystem oder eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Kugelgelenke der eingangs genannten Art kommen beispielsweise, jedoch keineswegs ausschließlich, im Bereich der Radaufhängung, oder als Hülsengelenke - beispielsweise zur Anlenkung von Querstabüisatoren, Stoßdämpfern oder Feder-Dämpfersystemen - bei Kraftfahrzeugen zum Einsatz.

Die an derartige Kugel- oder Hülsengelenke gestellten Anforderungen umfassen insbesondere hohe spezifische Belastbarkeit und geringes Lagerspiel sowohl im statischen als auch im dynamischen Belastungsfall, ferner geringen Wartungsbedarf beziehungsweise Wartungsfreiheit möglichst über die Lebensdauer des Kraftfahrzeugs beziehungsweise Kugelgelenks, eine möglichst geringe Masse und einen geringen Bauraumbedarf. Darüber hinaus soll die Herstellung nach Möglichkeit kostengünstig erfolgen.

üblicherweise besitzt ein Kugel- oder Hülsengelenk ein im Wesentlichen ringförmig-zylindrisches oder topfförmiges Gelenkgehäuse, in dessen Innenraum die Lagerschale beziehungsweise Kugelschale angeordnet ist. Dabei ist es erforderlich, dass die Kugelschale spielfrei und insbesondere gegen Verdrehen relativ zum

Gelenkgehäuse gesichert im Gelenkgehäuse verankert ist, da Bewegungen der äußeren Oberfläche der Kugelschale gegenüber der Innenoberfläche des Gelenkgehäuses zu Abrieb, damit frühzeitig zu unerwünschtem Spiel und zu einer Verkürzung der Lebensdauer des Kugelgelenks führen würden.

Bei aus dem Stand der Technik bekannten Kugel- beziehungsweise Hülsengelenken wird versucht, dem unerwünschten Verdrehen der Kugelschale im Gelenkgehäuse dadurch entgegenzuwirken, dass die Kugelschale im Bereich der deckelseitigen Stirnseite des Gelenkgehäuses einen vorspringenden Kugelschalenbund erhält wobei der Kugelschalenbund bei der Zusammenfügung von Kugelschale und Gelenkgehäuse in einer zum Kugelschalenbund formkomplementären, umlaufenden Gehäusestufe im Bereich des Gelenkgehäusedeckels zur Anlage kommt. Bei der Montage des Gelenkgehäusedeckels wird sodann der vorspringende Kugelschalenbund zwischen dem Gelenkgehäusedeckel und der umlaufenden Gehäusestufe eingeklemmt dergestalt, dass Relativbewegungen - insbesondere Verdrehungen zwischen Kugelschale und Gelenkgehäuse - möglichst unterbunden werden.

Insbesondere im Rahmen der strengen Kostenanforderungen, die in der Großserie auch an Kugel- und Hülsengelenke gestellt werden, sind die mit der Herstellung eines Kugelschalenbunds ebenso wie mit der Erzeugung der umlaufenden Gehäusestufe am Gelenkgehäuse beim Stand der Technik stets verbundenen Werkzeug- und Produktionskosten kritisch zu betrachten.

Auch können die mit der umlaufenden Gehäusestufe und dem Kugelschalenbund verbundenen Vergrößerungen der jeweiligen Toleranzkette in der gelenkgehäuseaxialen Richtung tendenziell dazu führen, dass sich der Produktionsausschuss erhöht, oder aber dass entsprechend höhere Genauigkeitsanforderungen bei der Produktion der Einzelteile eingehalten werden müssen, was tendenziell ebenfalls die Produktionskosten derartiger Kugel- oder Hülsengelenke erhöht. Schließlich sind auch die Genauigkeitsanforderungen bei der Herstellung sowohl des Kugelschalenbunds als auch der umlaufenden Gehäusestufe

vergleichsweise hoch, da die gewünschte Verdrehsicherung nur bei genauer Reproduzierbarkeit der hierzu erforderlichen Klemmkräfte gewährleistet werden kann.

Mit diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kugelgelenk zu schaffen, mit dem die genannten Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Insbesondere soll mit der Erfindung eine wirksame Verdrehsicherung zwischen Kugelschale und Gelenkgehäuse, eine Verbesserung bei der Robustheit der gehäuseaxialen Toleranzkette, wie auch gleichzeitig eine Reduktion der Herstellungskosten erzielt werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Kugelgelenk mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Kugelgelenk umfasst in an sich bekannter Weise zunächst einmal ein im Wesentlichen ring- oder topfförmiges Gelenkgehäuse. Das Gelenkgehäuse weist einen im Wesentlichen zylinderförmigen Innenraum auf, in dem die Kugelschale des Kugelgelenks angeordnet ist, wobei die Kugelschale mittels eines Verschlussrings im Gelenkgehäuse fixiert ist. In der Kugelschale wiederum ist die Kugel des Kugelzapfens beziehungsweise der Kugelhülse des Kugelgelenks gleitbeweglich aufgenommen.

Erfindungsgemäß zeichnet sich das Kugelgelenk jedoch dadurch aus, dass die Kugelschale in ihrem an den Verschlussring angrenzenden Endbereich außenseitig im Wesentlichen glatt zylindrisch ausgebildet ist. Dabei weist gleichzeitig der Verschlussring des Gelenkgehäuses auf seiner der Kugelschale zugewandten Stirnseite eine Zahnung auf.

Auf diese Weise ergibt sich dank der im Wesentlichen glatt zylindrischen Ausbildung des an den Verschlussring angrenzenden Endbereichs der Kugelschale zunächst einmal eine Vereinfachung der Schalengeometrie dadurch, dass der Kugelschalenbund entfallen kann, was bereits erste Werkzeug- und Herstellungskosten einspart. Ferner

kann auch die umlaufende Gehäusestufe am Gelenkgehäuse entfallen, wodurch weitere Werkzeug- und Produktionskosten eingespart werden können. überdies wird dank Entfalle der umlaufenden Gehäusestufe am Gelenkgehäuse auch noch eine zusätzliche Durchmesserreduzierung des Gelenkgehäuses möglich, die zu der konstruktiv stets wünschenswerten Bauraumreduzierung und Gewichtsverringerung beiträgt. Schließlich wird aufgrund der erfindungsgemäßen Gestaltung auch die Toleranzkette in gelenkgehäuseaxialer Richtung verkürzt beziehungsweise vereinfacht, was zusätzlich zu weiterer Kostenersparnis sowie zur Ausschussreduzierung beiträgt.

Die nach wie vor erforderliche Verdrehsicherung der Kugelschale im Gelenkgehäuse wird dabei erfindungsgemäß dadurch erzielt, dass der Verschlussring auf seiner der Kugelschale zugewandten Stirnseite eine Zahnung aufweist. Die Zahnung des Verschlussrings kann im Moment des Verschließens des Gelenkgehäuses durch den Verschlussring in die deckelseitige Stirnseite des Gelenkgehäuses eindringen. Auf diese Weise wird eine sichere formschlüssige Verbindung zwischen der Kugelschale und dem Gehäusedeckel, und damit auch zwischen der Kugelschale und dem Gelenkgehäuse hergestellt, die für die erforderliche Verdrehsicherung sorgt.

Die genaue konstruktive Ausbildung und Anordnung der Zahnung am Verschlussring ist dabei erfindungsgemäß zunächst einmal beliebig, solange mittels Eindringen der Verzahnung in die Kugelschale bei der Montage des Gehäusedeckels sicherer Formschluss zwischen Gehäusedeckel und Kugelschale gewährleistet werden kann. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Zahnung lediglich in einem inneren kreisringförmigen Teilbereich der Stirnseite des Verschlussrings angeordnet ist.

Auf diese Weise wird insbesondere ermöglicht, dass ein äußerer kreisringförmiger Teilbereich des Verschlussrings als dichtende Befestigung des Verschlussrings relativ zum Gelenkgehäuse herangezogen werden kann, wobei die Verbindung zwischen Verschlussring und Gelenkgehäuse vorzugsweise durch Verrollen/Verpressen erfolgt.

Daher kann in dem äußeren kreisringförmigen Teilbereich des Verschlussrings auf die Zahnung verzichtet werden, wodurch sich wiederum Kosten bei der Herstellung des Verschlussrings einsparen lassen.

Gemäß einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Zahnung als Rändel ausgebildet. Dabei besteht das Rändel vorzugsweise aus einer Vielzahl kugelschalenseitig scharfkantig ausgebildeter, im Wesentlichen radial verlaufender und im Wesentlichen prismatisch geformter Erhebungen. Ein so ausgebildetes Rändel ist am Verschlussring kostengünstig insbesondere spanlos erzeugbar, benötigt lediglich geringe Einpresskräfte in die Kugelschale und führt - im Sinne einer wirksamen Verdrehsicherung - gleichzeitig zu hohen übertragbaren Drehmomenten zwischen Kugelschale und Verschlussring beziehungsweise Gelenkgehäuse .

Nach einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Verschlussring im gelenkgehäuseaxialen Längsschnitt eine im Wesentlichen C-förmige Querschnittskontur auf. Diese Ausgestaltung des Verschlussrings ist zunächst einmal materialsparend in der Herstellung und ermöglicht zudem eine vorteilhafte Funktionsvereinigung sowohl der Funktionen des Gelenkgehäusedeckels beziehungsweise Gelenkgehäuseverschlusses, der Verankerung und Verdrehsicherung der Kugelschale, der Befestigung eines Gelenk-Dichtungsbalgs, als gegebenenfalls auch zusätzlich der Funktion eines Winkelanschlags für den Kugelzapfen beziehungsweise für die Kugelhülse des Kugelgelenks. überdies ist ein dergestalt ausgeführter Verschlussring einfach und kostensparend herstellbar, insbesondere als Pressteil.

Zur Verwirklichung der Erfindung ist es zunächst einmal nicht wesentlich, auf welche Weise die Verbindung zwischen Gelenkgehäusedeckel und Gelenkgehäuse erfolgt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Verschlussring jedoch stirnseitig in das Gelenkgehäuse eingebördelt. Auf diese Weise wird ein insbesondere dichter und dauerhafter Verschluss des Gelenkgehäuses ohne weitere

Bauteile erzielt. Ferner ist der Verschluss durch Bördelung kostengünstig und prozesssicher darstellbar.

Gemäß weiterer Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass der Innenraum des Gelenkgehäuses im Bereich der dem Gehäusedeckel gegenüberliegenden Seite des Gelenkgehäuses einen Absatz als Axialanschlag für die Kugelschale aufweist; beziehungsweise dass der Innenraum des Gelenkgehäuses einen in gelenkgehäuseaxialer Richtung im Bereich der dem Gehäusedeckel gegenüberhegenden Seite des Gelenkgehäuses kontinuierlich abnehmenden Durchmesser aufweist.

Dank eines im Innenraum des Gelenkgehäuses angeordneten Absatzes als Axialanschlag für die Kugelschale kann die Kugelschale von der Deckelseite her einfach bis zum Absatz im Gelenkgehäuse eingeschoben, und das Gelenkgehäuse sodann durch den Gehäusedeckel verschlossen werden. Auf diese Weise wird somit eine einfache Montage und eine definierte Positionierung der Kugelschale im Gelenkgehäuse erreicht. Eine zusätzlich oder alternativ im Innenraum des Gelenkgehäuses vorhandene, kontinuierlich kleiner werdende Durchmesserkontur kann ebenfalls als Axialanschlag bei der Montage der Kugelschale im Gelenkgehäuse herangezogen werden; ferner lässt sich auf diese Weise eine in manchen Anwendungsfällen wünschenswerte erhöhte Steifigkeit der Kugelschale anhand der in diesem Bereich geringeren Wandstärke der Kugelschale erzielen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellender Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Beispiel für ein Kugelgelenk gemäß dem Stand der Technik im isometrischen Längsschnitt;

Fig. 2 ein Hülsengelenk gemäß einer Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt;

Fig. 3 einen Verschlussring eines Hülsengelenks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt;

Fig. 4 den Verschlussring gemäß Fig. 3 in der Draufsicht;

Fig. 5 in schematischer, vergrößerter Darstellung den Verschlussbereich eines Hülsengelenks gemäß der Stand der Technik;

Fig. 6 in einer Fig. 5 entsprechenden Darstellung den Verschlussbereich des Hülsengelenks gemäß Fig. 2; und

Fig. 7 in weiter vergrößerter Darstellung Ausschnitt aus der gerändelten Oberfläche des Verschlussrings des Hülsengelenks gemäß Fig. 6.

Fig. 1 zeigt in schematischer Längsschnittdarstellung ein Kugelgelenk gemäß dem Stand der Technik. Man erkennt das im Wesentlichen topfförmige Gelenkgehäuse 1 mit der darin angeordneten Lagerschale beziehungsweise Kugelschale 2. Im Innenraum der Kugelschale 2 wiederum ist die Kugel 3 eines Kugelzapfens 4 angeordnet.

Ferner lässt sich in Fig. 1 erkennen, dass die Kugelschale 2 im Gelenkgehäuse 1 mittels eines lediglich schematisch angedeuteten Verschlussrings 5 verankert ist, wobei die Kugelschale 2 zum Zweck der Verankerung, insbesondere zur Verdrehsicherung der Kugelschale 2, einen im Bereich ihrer an den Verschlussring angrenzenden Stirnseite radial nach außen weisenden, vorspringenden Kugelschalenbund 6 aufweist. Der Kugelschalenbund 6 ist dabei in einer ebenfalls umlaufenden, zum Kugelschalenbund 6 formkomplementären Gehäusestufe 7 des Gelenkgehäuses 1 aufgenommen, und wird dort zwischen Verschlussring 5 und Gelenkgehäuse 1 festgeklemmt.

Kugelschalenbund 6 und Gehäusestufe 7 des Gelenkgehäuses 1 sind beim dargestellten Beispiel aus dem Stand der Technik, wie bereits eingangs ausgeführt, jedoch vergleichsweise kostenintensiv in der Produktion, führen zu einer Verlängerung der jeweiligen Toleranzkette in gelenkgehäuseaxialer Richtung, und beanspruchen zudem

Bauraum insbesondere in der radialen Richtung im Bereich der deckelseitigen Stirnseite des Gelenkgehäuses.

Ein mit der Darstellung aus Fig. 1 bezüglich der Verankerung und Verdrehsicherung der Kugelschale 1 übereinstimmendes weiteres Beispiel aus dem Stand der Technik ist in Fig. 5 vergrößert dargestellt. Man erkennt auch in Fig. 5 wieder den stirnseitigen Auslauf des Gelenkgehäuses 1, einen Teil des Gelenkgehäusedeckels 5 sowie den zugehörigen stirnseitigen Bereich der Kugelschale 2. Ferner ist der auch bei diesem Beispiel aus dem Stand der Technik vorhandene umlaufende Kugelschalenbund 6 sowie die zugehörige, im Gelenkgehäuse 1 angeordnete Gehäusestufe 7 erkennbar, die auch dort zur Verankerung und insbesondere Verdrehsicherung der Kugelschale 2 noch erforderlich sind, mit den bereits ausgeführten Nachteilen insbesondere bezüglich Produktionsaufwand und Herstellungskosten, Bauraum und Gewicht.

In den Fig. 2 bis 4 sowie 6 und 7 sind Ausführungsformen für Kugelgelenke beziehungsweise Hülsengelenke gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, mit denen die zuvor geschilderten Nachteile und Einschränkungen des Standes der Technik überwunden werden.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Hülsengelenks gemäß der vorliegenden Erfindung. Man erkennt zunächst die Kugelhülse 9, das Gelenkgehäuse 10 sowie die zwischen Kugelhülse 9 und Gelenkgehäuse 10 angeordnete Kugelschale 11. Das Hülsengelenk in der dargestellten Ausführungsform besitzt ferner einen im Querschnitt im Wesentlichen C-förmig ausgebildeten Verschlussdeckel 12. Der Verschlussdeckel 12 verschließt das Gelenkgehäuse 10, verankert die Kugelschale 11 im Gelenkgehäuse 10, nimmt ferner das gelenkseitige Ende eines Dichtungsbalgs 13 auf, und kann schließlich - im Sinne einer vorteilhaften Funktionsvereinigung - auch noch den Winkelanschlag zur Begrenzung des Winkelausschlags der Gelenkhülse 9 relativ zum Gelenkgehäuse 10 bilden.

Aus Fig. 2 geht außerdem hervor, dass der Innenraum des Gelenkgehäuses 10 im Bereich der dem Gehäusedeckel 12 axial gegenüberliegenden Seite des Gelenkgehäuses 10 einen in gelenkgehäuseaxialer Richtung kontinuierlich abnehmenden Durchmesser aufweist. Auf diese Weise wird bei der Montage des Hülsengelenks eine definierte Positionierung der Kugelschale 11 im Gelenkgehäuse 10 erreicht, und es ergibt sich anhand der mit dieser Ausgestaltung bereichsweise verringerten Wandstärke der Kugelschale 11 auch eine erhöhte Steifigkeit der Kugelschale 11.

In den Fig. 3 und 4 ist der Gehäusedeckel 12 einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kugel- oder Hülsengelenks dargestellt. Auch der Gehäusedeckel 12 gemäß Fig. 3 und 4 ist zur Einbördelung in ein Gelenkgehäuse 10 sowie zur Aufnahme eines Dichtungsbalgs 13 vorgesehen. In den Darstellungen gemäß Fig. 3 und 4 erkennt man insbesondere die in Form eines kreisringförmig bereichsweise aufgebrachten Rändeis vorliegende Zahnung 14 des Verschlussrings 12. Anhand der Fig. 3 und 4 wird dabei erkennbar, dass die Zahnung 14 des Verschlussrings 12 hier aus einer Vielzahl scharfkantiger, im Wesentlichen radial verlaufender und im Wesentlichen prismatischer Erhebungen besteht, die innerhalb des kreisringförmigen Bereichs 15 angeordnet sind.

Auch in den Fig. 6 und 7 ist nochmals in jeweils vergrößerter Darstellung die Zahnung 14 beziehungsweise das Rändel eines Verschlussrings 12 gemäß einer Ausführungsform für ein Hülsengelenk gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. In Fig. 6 ist erkennbar, dass der Gelenkgehäusedeckel 12 mittels einer Bördelung 8 mit dem Gelenkgehäuse 10 verbunden ist. Man erkennt ferner insbesondere anhand einer Zusammenschau der Fig. 5 und 6, dass die Geometrie der Kugelschale 11 sowie des Gelenkgehäuses 10 im Verbindungsbereich mit dem Gehäusedeckel 12 bei dem erfindungsgemäßen Kugelgelenk gemäß Fig. 6 erheblich einfacher, und damit auch kostengünstiger wie auch platzsparender gestaltet werden kann als beim Stand der Technik gemäß Fig. 5, da infolge der Erfindung sowohl der im Stand der Technik

gemäß Fig. 5 vorhandene Kugelschalenbund 6 der Kugelschale 2 als auch die Gehäusestufe 7 des Gelenkgehäuses 1 entfallen.

Im Ergebnis wird somit deutlich, dass dank der Erfindung ein Kugel- beziehungsweise Hülsengelenk geschaffen wird, das gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Kugel- beziehungsweise Hülsengelenken Vorteile insbesondere in Bezug auf eine Minimierung der Herstellungskosten sowie im Hinblick auf Bauraumeinsparungen und Gewichtsreduzierungen bietet. Damit leistet die Erfindung einen Beitrag zur Verbesserung der Kosteneffektivität sowie zur Vergrößerung des möglichen Einsatzbereichs von Kugel- beziehungsweise Hülsengelenken, insbesondere in Bezug auf die Anwendung im Bereich von Achssystemen, Radaufhängungen oder zur Anlenkung von Feder-Dämpfersystemen am Kraftfahrzeug.

Bezugszeichenliste

1 Gelenkgehäuse

2 Kugelschale

3 Gelenkkugel

4 Kugelzapfen

5 Verschlussring ohne Zahnung

6 Kugelschalenbund

7 Gehäusestufe

8 Bördelung

9 Kugelhülse

10 Gelenkgehäuse

11 Kugelschale

12 Verschlussring mit Zahnung

13 Dichtungsbalg

14 Zahnung, Rändel

15 kreisringförmiger Rändelbereich