Ein derartiges Kugelgelenk ist aus der EP 0 667 464 B 1 bekannt, wobei der Kugelzapfen als zweiteiliges Bauteil ausgebildet ist. In der aus Metall hergestellten Gelenkkugel ist eine Durchgangsöffnung vorgesehen, durch welche hindurch sich der Zapfen des Kugelzapfens erstreckt. Der Zapfen wird dabei durch Verformung eines sich innerhalb der Durchgangsöffnung der Gelenkkugel befindenden Bördelrandes des Zapfens gehalten.

Es besteht eine große Empfindlichkeit des Kugelgelenks gegenüber Schmutzpartikeln, die sich-einmal in das Innere des Kugelgelenks gelangt-sowohl in die Lagerschale als auch in die Gelenkkugel einarbeiten und diese somit an der Oberfläche zerstören können. Ferner ist die Gelenkkugel rostempfindlich, so dass neben einer Abschirmung des Kugelgelenkinneren gegen Schmutz auch eine Abschirmung gegen Feuchtigkeit erfolgen muss.

Bei herkömmlichen Kugelgelenken geschieht dies in der Regel dadurch, dass das Innere des Kugelgelenks mit einem Schmierstoff gefüllt ist und die Öffnung des Kugelgelenks über einen Dichtungsbalg gegen den Eintritt von Schmutz und Feuchtigkeit geschützt ist.

Der Schmierstoff und der Dichtungsbalg verursachen aber nicht nur zusätzliche Materialkosten, sondern haben auch einen höheren Fertigungsaufwand zur Folge. Ferner ist bei Verwendung eines Dichtungsbalgs eine größere Länge des Kugelzapfens erforderlich, damit eine gute Dichtwirkung erzielt werden kann, als es rein baulich ohne Dichtungsbalg erforderlich wäre.

Aus dem Stand der Technik bekannte Lagerschalen sind häufig aus POM hergestellt, da POM einen geringen Reibungskoeffizienten aufweist. Die Verwendung von POM beschränkt die maximale Dauereinsatztemperatur des Kugelgelenks aber auf ca. 100° C, so dass derartige Kugelgelenke z. B. nicht ohne weiteres in der unmittelbaren Nähe von Kraftfahrzeugbremsen angeordnet sein dürfen. Auch weist POM eine geringe maximal mögliche Flächepressung auf, so dass zur Reduzierung der auf die Lagerschale wirkende Flächenpressung große Kugeldurchmesser für die Gelenkkugel gewählt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Kugelgelenk der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bei gleichen mechanischen Anforderungen kostengünstiger und von den Abmessungen her kleiner hergestellt werden kann sowie eine deutlich längere Lebensdauer aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kugelgelenk mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beansprucht.

Das erfindungsgemäße Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für das Fahrwerk des Kraftfahrzeugs, weist ein mit einer Gelenköffnung versehenes Kugelgelenkgehäuse und einen eine Gelenkkugel und einen Zapfen aufweisenden Kugelzapfen auf, welcher mit seiner Gelenkkugel in einer in dem Kugelgelenkgehäuse angeordneten Lagerschale drehbar und schwenkbar gelagert ist, wobei der Kugelzapfen mit seinem Zapfen durch die Gelenköffnung hindurch aus dem Kugelgelenkgehäuse herausragt. Die Lagerschale ist in wenigstens zwei separate Lagerschalenteile geteilt, wobei die Gelenkkugel und die Lagerschale aus einem keramischen Werkstoff hergestellt sind.

Die verwendete Keramik ist gegenüber Wasser korrosionsbeständig und sehr hart, so dass Schmutzpartikel zwischen der Gelenkkugel und der Lagerschale zermahlen und für den Verschleiß unwirksam gemacht werden. Somit kann bei dem erfindungsgemäßen Kugelgelenk auf die Verwendung eines Dichtungsbalgs als Schutz gegen Verunreinigungen und Wasser verzichtet werden kann. Wird auf den Dichtungsbalg verzichtet, so kann aber auch auf die in der Regel für das Befestigen des Dichtungsbalgs erforderlichen Spannringe verzichtet werden. Auch kann die Oberfläche der verwendeten Keramik einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten aufweisen, so dass kein Schmierstoff benötigt wird. Neben diesen möglichen Materialeinsparungen können auch die mit diesen Materialien verknüpften Verfahrensschritte bei der Herstellung des Kugelgelenks entfallen.

Ferner ist die maximal mögliche Flächenpressung bei einem Keramikwerkstoff erheblich höher als zum Beispiel bei POM, so dass kleinere Kugelradien für die Gelenkkugel gewählt werden können. Die Oberfläche des Keramikwerkstoffs ist keinem bzw. nur einem sehr niedrigen Verschleiß unterworfen, so dass das erfindungsgemäße Kugelgelenk eine deutlich längere Lebensdauer aufweist.

Somit kann das erfindungsgemäße Kugelgelenk aber kostengünstiger und kleiner als ein aus dem Stand der Technik bekanntes Kugelgelenk realisiert werden, welches für den gleichen Einsatzzweck vorgesehen ist. Ferner ist Keramik auch noch temperatur- unempfindlicher als POM, was den Einsatzbereich des erfindungsgemäßen Kugelgelenks erweitert.

Die Lagerschale kann unmittelbar an dem Kugelgelenkgehäuse anliegen. Bevorzugt ist zwischen der Lagerschale und dem Kugelgelenkgehäuse aber eine Zwischenschicht aus einem elastischen Material angeordnet, so dass Stöße nur gedämpft von der Lagerschale auf das Kugelgelenkgehäuse oder umgekehrt übertragen werden können. Dies wirkt sich günstig auf die Lebensdauer des im Allgemeinen spröden Keramikmaterials aus und verbessert den Fahrkomfort.

Die zwei separaten Lagerschalenteile können im Abstand zueinander angeordnet sein, wobei der Bereich zwischen den einander zugewandten Rändern der beiden Lagerschalenteile frei ist. Bevorzugt erstreckt sich aber die Zwischenschicht bis in den Bereich zwischen den einander zugewandten Rändern der beiden Lagerschalenteteile hinein, so dass diese zusammen mit der Zwischenschicht einen einheitlichen Lagerkörper für die Gelenkkugel bilden. Reicht die Zwischenschicht nicht bis an die Gelenkkugel heran, so kann der zwischen der Zwischenschicht und der Gelenkkugel ausgebildete Hohlraum zum Aufnehmen von Staub dienen, der zum Beispiel durch das Zermahlen von Schmutzpartikeln entsteht.

Das Kugelgelenkgehäuse kann an seiner der Gelenköffnung abgewandten Seite mit einem Deckel verschlossen sein, dessen Rand in eine in der Innenwandung des Kugelgelenkgehäuses vorgesehene Ausnehmung oder Nut eingreift. Dabei erstreckt sich die Zwischenschicht bevorzugt bis in die Ausnehmungen hinein und ist somit zwischen dem Deckel und dem Kugelgelenkgehäuse angeordnet.

Die Zwischenschicht kann aus einem elastischen Material wie Gummi hergestellt sein.

Bevorzugt ist die Zwischenschicht aber aus einem Kunststoff hergestellt, da Kunststoffe regelmäßig temperaturbeständiger auslegbar sind und deutlich bessere Gleiteigenschaften aufweisen können. Ferner lässt sich Kunststoff oft einfacher spritzen als Gummi. Das Verwenden von spritzbaren Materialen wie Gummi oder Kunststoff ermöglicht das Umspritzen der beiden Lagerschalenteile zum Ausbilden eines gemeinsamen Lagerkörpers, der durch das spritzbare Material spielfrei zusammengehalten werden kann. Ferner können Fasern in das spritzbare Material eingebettet sein, um dessen Belastbarkeit zu erhöhen. Als Fasern eigenen sich zum Beispiel Glas-Kohle-oder Aramidfasern.

Die Zwischenschicht ist ferner eine Montagehilfe. Die Gelenkkugel und die beiden Lagerschalen können nämlich zum Bilden eine Verbundes in einem Werkzeug von Kunststoff oder Gummi umspritzt werden, wobei dieser Verbund dann ein kleines Spiel zwischen der Gelenkkugel und der Lagerschale aufweist und einfach in das Kugelgelenkgehäuse montiert werden kann.

Nach einer ersten Variante können die beiden Lagerschalenteile hinsichtlich einer Ebene voneinander separiert sein, in der die Lagerlängsachse liegt (vertikale Teilung). Bevorzugt wird aber eine zweite Variante, nach der ein erster der beiden Lagerschalenteile hinsichtlich der durch den senkrecht zur Lagerlängsachse verlaufenden Großkreis auf der Gelenkkugel definierten Meridianebene in dem der Gelenköffnung zugewandten Bereich des Kugelgelenkgehäuses angeordnet ist, wobei der zweite Lagerschalenteil hinsichtlich der Meridianebene in dem der Gelenköffnung abgewandten Bereich des Kugelgelenkgehäuses angeordnet ist. Die Meridianebene bildet somit eine Teilungsebene zwischen den beiden Lagerschalenteilen, so dass diese hinsichtlich der Meridianebene einander gegenüberliegen (horizontale Teilung).

Der Zapfen kann ebenfalls aus einem keramischen Werkstoff hergestellt sein. Bevorzugt ist der Zapfen jedoch aus einem metallischen Werkstoff hergestellt und stoffschlüssig oder fonnschlüssig mit der Gelenkkugel verbunden. Dadurch wird erreicht, dass der Zapfen höhere Zugkräfte aufnehmen kann.

Die formschlüssige Verbindung zwischen dem Zapfen und der Gelenkkugel wird bevorzugt dadurch realisiert, dass in der Gelenkkugel eine Durchgangsöffnung vorgesehen ist, durch welche hindurch sich der Zapfen erstreckt. An dem Zapfen ist eine Schulter ausgebildet, die an dem der Gelenköffnung zugewandten Rand der Durchgangsöffnung anliegt, wobei der Zapfen an seinem in dem Gelenkgehäuse angeordneten Ende derart aufgeweitet ist, dass die Gelenkkugel zwischen der Schulter und dem aufgeweiteten Ende des Zapfens formschlüssig an diesem festgelegt ist.

Das aufgeweitete Ende des Zapfens kann unmittelbar an der Gelenkkugel anliegen.

Bevorzugt ist aber zwischen dem aufgeweiteten Ende des Zapfens und der Gelenkkugel ein Ring aus Metall oder aus einem elastischen Material eingesetzt, wodurch eine Verteilung der von dem aufgeweiteten Ende auf die Gelenkkugel ausgeübten Kräfte auf eine größere Fläche ermöglicht wird. Als Metall kann zum Beispiel Stahl und als elastisches'Material kann zum Beispiel Gummi verwendet werden.

Der keramische Werkstoff kann zum Beispiel auf der Basis von Aluminiumoxid, Siliziumnitrid oder Zirkonoxid hergestellt sein. Es ist allerdings auch die Verwendung von sogenannten"Hartmetallen"wie zum Beispiel Wolframkarbid oder Titankarbid möglich.

Die Auflistung dieser Werkstoffe ist nicht einschränkend zu verstehen, so dass auch andere keramische Werkstoffe bzw. gemischte keramische Werkstoffe verwendet werden können, die den Anforderungen im Kraftfahrzeug, insbesondere im Fahrwerk des Kraftfahrzeugs gerecht werden.

Die Oberfläche der Gelenkkugel kann glatt ausgebildet sein. Bevorzugt ist die Oberfläche der Gelenkkugel aber mit einem Profil versehen, so dass Verunreinigungen besser aus dem Kugelgelenk heraustransportiert werden können. Eine mögliche Art der Profilgebung ist zum Beispiel die Ausbildung von kreisförmigen Vertiefungen in der Oberfläche der Gelenkkugel, ähnlich wie bei einem Golfball.

Die Erfindung wird anhand einer bevorzugten Ausfuhrungsfbrm unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt die Figur eine geschnittene Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kugelgelenks.

Aus der Figur ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kugelgelenks ersichtlich, wobei eine aus Keramik hergestellte Gelenkkugel 1 in einer ebenfalls aus Keramik hergestellten Lagerschale 2 drehbar bzw. schwenkbar gelagert ist. Die Lagerschale 2 ist in zwei separate Lagerschalenteile 3 und 4 geteilt und in einem Kugelgelenkgehäuse 5 angeordnet. Zwischen der Lagerschale 2 und dem Kugelgelenkgehäuse 5 ist eine Zwischenschicht 6 aus Kunststoff vorgesehen, welche sich auch bis in den Bereich zwischen den einander zugewandten Rändern der beiden Lagerschalenteile 3 und 4 erstreckt. Das Kugelgelenkgehäuse 5 ist ein zylinderförmig ausgebildeter Körper, dessen eine Stirnfläche eine Gelenköffnung 7 bildet und dessen andere Stirnfläche mit einem Deckel 8 verschlossen ist. Der Deckel 8 greift hierzu in eine in der Innenwandung des Kugelgelenkgehäuses 5 ausgebildeten Ringnut 9 ein, welche durch Umbördeln des den Deckel 8 umgebenden Randes 10 des Kugelgelenkgehäuses 5 in Richtung auf die Lagerlängsachse 11 hin ausgebildet ist. Auch die Zwischenschicht 6 greift in die Ringnut 9 ein und ist dort zwischen dem Deckel 8 und dem Kugelgelenkgehäuse 5 festgelegt. Zwar ist der Deckel 8 nach dieser Ausführungsform geschlossen, doch ist auch ein ringförmiger Deckel möglich, der das Kugelgelenkgehäuse offen lässt.

In der Gelenkkugel 1 ist eine Durchgangsöffnung 12 vorgesehen, durch welche hindurch sich ein aus Metall hergestellter Zapfen 13 erstreckt. An dem Zapfen 13 ist eine Ringschulter 14 ausgebildet, die an dem der Gelenköffnung 7 zugewandten Rand der Durchgangsöffnung 12 anliegt. An der anderen Seite der Durchgangsöffnung 12 ist der Zapfen mit einer Aufweitung 15 versehen, die über einen Gummiring 16 gegen den der Gelenköffnung 7 abgewandten Rand der Durchgangsöffnung 12 drückt. Somit ist die Gelenkkugel 1 an dem Zapfen 13 fonnschlüssig festgelegt. Zum Ausbilden der Aufweitung 15 ist in dem in dem Kugelgelenkgehäuse 5 angeordneten Endbereich des Kugelzapfens 13 eine zylinderförmige Ausnehmung 17 vorgesehen, welche von einem Rand 18 ringförmig umgeben und konzentrisch zur Längsachse 19 des Zapfens 13 ausgebildet ist. Der Rand 18 ist radial nach außen, das heißt in Richtung von der Längsachse 19 des Zapfens 13 weg, umgebördelt, welche im unausgelenkten Zustand des Zapfens 13 gegenüber dem Kugelgelenkgehäuse 5 mit der Lagerlängsachse 11 des Kugelgelenks zusammenfällt.

Ferner sind Schlitze 20 in dem Rand 18 vorgesehen, so dass ein Umbördelns des Rands 18 leichter möglich ist.

Bezugszeichenliste 1 Gelenkkugel 2 Lagerschale 3 erster Lagerschalenteil 4 zweiter Lagerschalenteil 5 Kugelgelenkgehäuse 6 Zwischenschicht 7 Gelenköffnung 8 Deckel 9 Ringnut 10 Rand 11 Lagerlängsachse 12 Durchgangsöffnung 13 Zapfen 14 Ringschulter 15 Aufweitung des im Gehäuse angeordnetes Endes des Zapfens 16 Gummiring 17 Ausnehmung 18 Rand der Ausnehmung 19 Längsachse des Zapfens 20 Schlitze M Meridianebene