Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
SLEEVE JOINT, IN PARTICULAR FOR A VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/072947
Kind Code:
A1
Abstract:
A sleeve joint (1), in particular for a vehicle, comprising an outer sleeve (3) which receives, and secures in an axial direction, a ball socket (9) composed of a plastics material for an inner ball joint body (5), wherein the ball socket extends radially as far as an inner wall (11) of the outer sleeve, such that the ball socket is supported directly on the outer sleeve.

Inventors:
SIEVE MANFRED (DE)
PABST JAN (DE)
GRUBE VOLKER (DE)
Application Number:
PCT/EP2017/073560
Publication Date:
April 26, 2018
Filing Date:
September 19, 2017
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN (DE)
International Classes:
F16C11/06
Foreign References:
JPS628805A1987-01-16
JPH0651538U1994-07-15
DE102011054631A12013-01-31
EP2642141A12013-09-25
DE102010041306A12012-03-29
DE102012207527A12013-11-07
DE102007016171A12008-10-09
US20090080818A12009-03-26
JPH05306711A1993-11-19
JPH07127628A1995-05-16
JP3051423B22000-06-12
GB2344850A2000-06-21
US5775815A1998-07-07
DE102012207527A12013-11-07
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1. Hülsengelenk (1), umfassend eine Außenhülse (3), die eine Kugelschale (9) aus einem Kunststoffwerkstoff für einen inneren Kugelgelenkkörper (5) aufnimmt und in Axialrichtung sichert, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kugelschale (9) radial bis zu einer Innenwandung (11) der Außenhülse (3) erstreckt, so dass sich die Kugelschale (9) direkt an der Außenhülse (3) abstützt.

2. Hülsengelenk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülse (3) einen nach radial innen weisenden Rand (13; 15) aufweist, der mit der Kugelschale (9) eine Formschlussverbindung (27; 29) bildet.

3. Hülsengelenk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kugelschale (9) axial über die Außenhülse (3) erstreckt und eine Aufnahmenut (37) für einen Dichtungsbalg aufweist.

4. Hülsengelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Innenmantelfläche (31) des abgewinkelten Randes (13; 15) von der Kugelschale (9) abgedeckt ist.

5. Hülsengelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein von einer Innenwandung (11) der Außenhülse (3) und dem abgewinkelten Rand (13; 15) eingeschlossene Winkel (a) kleiner gleich 90° ist.

6. Hülsengelenk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der innere Kugelgelenkkörper (5) eine Aufnahmenut (33) für den Dichtungsbalg aufweist, wobei der Maximaldurchmesser des Nutprofils kleiner ist als der kleinste Durchmesser der Kugelschale (9).

7. Hülsengelenk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülse (3) ein Formschlussprofil (39) in Richtung der Kugelschale (9) aufweist.

8. Hülsengelenk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Formschlussprofil (39) von mindestens einer zumindest segmentartigen Sicke gebildet wird.

9. Hülsengelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser der Außenhülse (3) im Bereich des abgewinkelten Randes (13; 15) mindestens so groß ist wie der maximale Durchmesser des Kugelgelenkkörpers (5).

10. Hülsengelenk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelschale (9) aus einem faserverstärkten oder einem kugelverstärkten Kunststoff besteht.

11. Hülsengelenk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser aus einem Kohlenstoffwerkstoff bestehen.

12. Hülsengelenk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülse (3) eine Anschlussöffnung (19) zur Zuführung von flüssigem Kunststoff aufweist.

13. Verfahren zur Herstellung eines Hülsengelenks nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelgelenkkörper (5) in die Außenhülse (3) eingeführt und in einem Spritzwerkzeug (21) definiert gehalten wird, wobei die Kugelschale (9) durch Zuführen einer spritzfähigen Kunststoff masse erzeugt wird, die einen Freiraum (23) zwischen dem Kugelgelenkkörper (5) und der Außenhülse (3) ausfüllt.

14. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffmasse über die Anschlussöffnung (19) in den Freiraum (23) eingespritzt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoff masse über einen Ringspalt (25) zwischen der Außenhülse (3) und dem Kugelgelenkkörper (5) eingespritzt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Hülsengelenk (1) nach dem Einspritzvorgang einem Nacherwärmungsarbeitsschritt unterzogen wird.

17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der abgewinkelte Rand (13; 15) der Außenhülse (3) vor dem Einspritzvorgang der Kunststoff masse angeformt wird.

Description:
Hülsengelenk, insbesondere für ein Fahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Hülsengelenk gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Aus der DE 10 2012 207 527 A1 ist ein Hülsengelenk bekannt, das eine innere Kugelhülse und eine Außenhülse aufweist. Zwischen den beiden Hülsenelementen ist eine Kugelschale für die Kugelhülse angeordnet. Eine Innenhülse stützt die Kugelschale über die Außenhülse ab. Zur axialen Sicherung der in der Außenhülse befindlichen Bauteile dienen endseitige Verschlussringe, die über jeweils eine stirnseitige Verrollung der Außenhülse gegen die Innenhülse verspannt sind.

Alle genannten Bauteile werden als Einzelteile dem Fertigungsprozess zugeführt, der durch die Verrollung abgeschlossen wird. Über die axiale Vorspannung der Verschlussringe kann das Reibmoment zwischen der Kugelhülse und der Kugelschale eingestellt werden.

Der Vorteil eines derartigen Hülsengelenks besteht darin, das Bauteile, die einen Fehler aufweisen, z. B. eine abweichende Reibung, durch Aufstechen der Außenhülse wieder zerlegbar ist. Nachteilig ist jedoch die Teileanzahl und der damit verbundene Montageaufwand.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Hülsengelenk hinsichtlich der Optimierung des Fertigungsprozesses weiterzubilden.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, sich die Kugelschale radial bis zu einer Innenwandung der Außenhülse erstreckt, so dass sich die Kugelschale direkt an der Außenhülse abstützt.

Der große Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sich die Anzahl der notwendigen Teile im Vergleich zum aufgezeigten Stand der Technik drastisch verringert. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist die Außenhülse einen nach radial innen weisenden Rand auf, der mit der Kugelschale eine Formschlussverbindung bildet. Diese Formschlussverbindung verhindert ein seitliches Auswandern der Kugelschale aus der Außenhülse.

Gemäß einem weiteren Unteranspruch ist vorgesehen, dass sich die Kugelschale axial über die Außenhülse erstreckt und eine Aufnahmenut für einen Dichtungsbalg aufweist. Damit entfällt noch ein weiteres Bauteil, das bisher für die Befestigung des Dichtungsbalgs notwendig war.

Im Hinblick auf einen umfassenden Korrosionsschutz ist zumindest eine Innenmantelfläche des abgewinkelten Randes von der Kugelschale abgedeckt. Insbesondere an Stirnflächen bilden sich bei einer Oberflächenbeschichtung mittels Lack oder z. B. Verzinkung Fehlstellen, die nun gerade nicht mehr den Umwelteinflüssen ausgesetzt sind.

Zur Steigerung der axialen Belastbarkeit des Hülsengelenks ist ein von einer Innenwandung der Außenhülse und dem abgewinkelten Rand eingeschlossene Winkel kleiner gleich 90°. Durch diese Winkeldimensionierung müsste der abgewinkelte Rand bei einer Radialbelastung erst über das Maß von 90° aufgedrückt werden, bevor die Kugelschale die vorbestimmte Einbaulage innerhalb der Außenhülse verlassen kann.

Im Hinblick auf eine einfache Ausgestaltung einer Herstellungsvorrichtung weist der innere Kugelgelenkkörper eine Aufnahmenut für den Dichtungsbalg auf, wobei der Maximaldurchmesser des Nutprofils kleiner ist als der kleinste Durchmesser der Kugelschale. Ein Vorrichtungsschieber kann dadurch an der Aufnahmenut in Richtung der Kugelschale vorbeigeführt werden.

Optional kann die Außenhülse ein Formschlussprofil in Richtung der Kugelschale aufweisen, um eine rotatorische Relativbewegung zwischen der Kugelschale und der Außenhülse zu unterbinden. Bevorzugt wird das Formschlussprofil von mindestens einer zumindest segmentartigen Sicke gebildet. Die Sicke kann selbstverständlich kreisrund sein und sich auch über den gesamten Umfang der Außenhülse erstrecken.

Im Hinblick einer möglichst flexiblen Fertigung ist der Innendurchmesser der Außenhülse im Bereich des abgewinkelten Randes mindestens so groß wie der maximale Durchmesser des Kugelgelenkkörpers. Somit kann der Kugelgelenkkörper in eine fertigbearbeitete Außenhülse eingeschoben werden, um die weitere Montage fortzusetzen.

Die Kugelschale besteht bevorzugt aus einem faserverstärkten Kunststoff. Der Faseranteil erhöht die Festigkeit der Kugelschale. Erste Versuche haben gezeigt, dass mit einem Faseranteil von ca. 30 % ein guter Kompromiss zwischen Festigkeit und Gleiteigenschaften erreicht werden kann. Alternativ kann die Kugelschale aus kugelverstärktem Kunststoff bestehen.

Grundsätzlich wäre es möglich, dass die Faser aus einem glasartigen Werkstoff bestehen. Für ein optimiertes Reibverhalten haben jedoch Faser aus einem Kohlenstoffwerkstoff bessere Ergebnisse geliefert.

Optional weist die Außenhülse eine Anschlussöffnung zur Zuführung von flüssigem Kunststoff auf. Die Anschlussöffnung stellt keinen optischen Makel dar, da die Außenhülse in den meisten Anwendungsfällen in ein Trägerbauteil eingepresst wird, so dass damit die Anschlussöffnung abgedeckt wird.

Eine weitere Maßnahme zur Vereinfachung der Herstellung des Kugelgelenks besteht darin, dass der Kugelgelenkkörper in die Außenhülse eingeführt und in einem Spritzwerkzeug definiert gehalten wird, wobei die Kugelschale durch Zuführen einer spritzfähigen Kunststoffmasse erzeugt wird, die einen Freiraum zwischen dem Kugelgelenkkörper und der Außenhülse ausfüllt. Die Kugelschale wird somit nicht als ein starres Bauteil gefertigt, sondern erst spritztechnisch in einer Vorrichtung, in der bereits die Außenhülse und der Kugelgelenkkörpers fixiert sind, erzeugt.

Bei einer ersten Ausführung des Verfahrens wird die Kunststoff masse über die Anschlussöffnung in den Freiraum eingespritzt. Diese Variante stellt geringe Anforderungen an die Spritzvorrichtung.

Alternativ besteht die Möglichkeit, dass die Kunststoff masse über einen Ringspalt zwischen der Außenhülse und dem Kugelgelenkkörper eingespritzt wird. Dadurch vereinfacht sich die Außenhülse. Zusätzlich kann theoretisch die gesamte Stirnfläche der Kugelschale als Einspritzöffnungsquerschnitt dienen, so dass in einer sehr kurzen Arbeitstaktzeit das Kunststoffvolumen in die Vorrichtung eingebracht werden kann.

Es hat sich im Hinblick die Reduzierung des Reibmoments innerhalb des Kugelgelenks als sehr wirksam erwiesen, wenn das Kugelgelenk nach dem Einspritzvorgang einem Nacherwärmungsarbeitsschritt unterzogen wird.

Bevorzugt wird der abgewinkelte Rand der Außenhülse vor dem Einspritzvorgang der Kunststoffmasse angeformt. Damit kann die Außenhülse vollständig fertigbearbeitet werden und dem weiteren Fertigungsprozess zugeführt werden.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 Hülsengelenk in einer Spritzvorrichtung,

Fig. 2 - 3 Außenhülse als Einzel,

Fig. 4 Hülsengelenk in einem Montagezwischenzustand,

Fig. 5 Ansicht des Hülsengelenks nach Fig. 1 ,

Fig. 6 - 7 eine Weiterentwicklung der Außenhülse des Hülsengelenks

Fig. 8 eine Außenhülse mit umlaufender Nut, Fig. 9 eine Außenhülse mit zwei umlaufenden Nuten.

Die Figur 1 zeigt ein Hülsengelenk 1 mit einer metallischen Außenhülse 3 und einem inneren Kugelgelenkkörper 5. Der Kugelgelenkkörper 5 durchdringt die Außenhülse 3 beidseitig, so dass das Kugelprofil im Querschnitt nur auf einen Kugelabschnitt 7 beschränkt ist. In diesem Beispiel ist der Kugelgelenkkörper 5 als Hülse ausgeführt, jedoch kann gleichwertig auch ein massives Bauteil verwendet werden. Zwischen dem Kugelgelenkkörper 5 und der Außenhülse 3 ist eine Kugelschale aus einem Kunststoffwerkstoff angeordnet. Die Kugelschale 9 sitzt einerseits direkt auf dem Kugelgelenkkörper 5 und anderseits direkt an einer Innenwandung 11 der Außenhülse 3, so dass sich die Kugelschale 9 auch direkt an der Außenhülse 3 abstützt.

Der Kunststoffwerkstoff ist faserverstärkt, bevorzugt mit Glasfasern oder Kohlenstofffasern. Alternativ kann der Kunststoffwerkstoff durch Glaskugeln verstärkt sein.

Die Außenhülse, in den Fig. 2 und 3 als Einzelteil dargestellt, verfügt jeweils endsei- tig über einen nach radial innen abgewinkelten Rand 13; 15. Ein von der Innenwandung 11 der Außenhülse 3 und dem abgewinkelten Rand 13; 15 eingeschlossener Winkel α soll bevorzugt kleiner gleich 90° sein. (s. Fig. 3). Des Weiteren ist insbesondere aus der Fig. 3 im Bereich einer Mantelfläche 17 eine Anschlussöffnung 19 zur Zuführung von flüssigem Kunststoff erkennbar. Die Außenhülse wird als separates Bauteil vorgefertigt und dem weiteren Herstellungsprozess zugeführt.

Wie die Zusammenschau der Figuren 1 und 4 erkennen lassen, ist der Innendurchmesser der Außenhülse 3 im Bereich des abgewinkelten Randes 13; 15 mindestens so groß wie der maximale Durchmesser des Kugelgelenkkörpers 5, insbesondere des Kugelabschnitts 7. Dadurch ist es möglich, dass der Kugelgelenkkörper 5 in die Außenhülse 3 einführbar ist, auch wenn der Rand 13; 15 an der Außenhülse 3 bereits fertiggestellt ist. Die Figur 4 zeigt einen Montagezwischenzustand, bei dem der Kugelgelenkkörper 5 innerhalb der Außenhülse 3 eingeschoben, jedoch die Kugelschale 9 noch nicht erzeugt ist. In dem Montagezwischenzustand nach Fig. 4 wird die noch unfertige Baugruppe in ein Spritzwerkzeug 21 definiert eingelegt. Dabei liegt ein Freiraum 23 für die mittels eines Spritzverfahrens zu erzeugende Kugelschale 9 vor, wobei eine spritzfähige Kunststoffmasse diesen Freiraum 23 entsprechend der Formgebung des Spritzwerkzeuges 21 auffüllt. Die Kunststoffmasse kann über die Anschlussöffnung 19 in der Außenhülse 3 oder auch über einen Ringspalt 25 zwischen der Außenhülse 3 und dem Kugelgelenkkörper 5 eingespritzt werden. Über verschiedene Prozessparameter wie z.B. Nachdruck und/oder Einspritzdruck der Kunststoffmasse kann die Eigenelastizität der Kugelschale 9 bestimmt werden.

Im fertigen Zustand gemäß der Figuren 1 und 5 bildet der nach radial innen weisende Rand 13; 15 jeweils eine Formschlussverbindung 27; 29 mit der Kugelschale 9. Dabei kann auch eine Innenmantelfläche und sogar eine Deckfläche 31 des abgewinkelten Randes 13; 15 von der Kunststoffmasse der Kugelschale abgedeckt werden und damit einen besonders korrosionskritischen Bereich schützen, (s. Fig. 2 und 3).

Insbesondere die Figur 5 offenbart eine Aufnahmenut 33 im Kugelgelenkkörper 5 für einen nicht dargestellten Dichtungsbalg, der den freien Bereich des Kugelgelenkkörpers 5 abdecken soll, damit kein Schmutz in den Kontaktbereich zwischen der Kugelschale 9 und dem Kugelgelenkkörper 5 eindringen kann. Durch die Darstellung eines Schiebers 35 (s. Fig. 1) innerhalb des Spritzwerkzeugs 21 ist erkennbar, dass sich die Kugelschale 9 axial über die Außenhülse 3 erstreckt und eine Aufnahmenut 37 für den Dichtungsbalg aufweist. Ein Maximaldurchmesser der Aufnahmenut 33 ist kleiner ausgeführt als der kleinste Durchmesser der Kugelschale 9 außerhalb der besagten Kontaktfläche. Folglich kann ein vergleichsweise einfacher Werkzeugaufbau vorgesehen werden, um auch umfangreichere Geometrien auszuführen.

Nach Abschluss des Einspritzvorgangs der Kunststoff masse kann noch ein Nacher- wärmungsarbeitsschritt durchgeführt werden. Je nach Bauteilkonstellation temperiert man das Hülsengelenk 1 einige Minuten oder auch über einen längeren Zeitraum zwischen 40°C und 80°C. Dadurch kann sich das gesamte Bauteil setzen, wodurch sich das Reibverhalten des Hülsengelenks 1 deutlich verbessern lässt. Mit den Figuren 6 und 7 soll noch eine Weiterentwicklung der Außenhülse 3 vorgestellt werden, die ein Formschlussprofil 39 in der Ausführung von mindestens einer zumindest segmentartigen Sicke zeigen. Die Grundform der Außenhülse 3 ist mit der Ausführung nach den Figuren 1 bis 5 identisch. Die Sicken 39 sollen gewährleisten, dass keinesfalls eine rotatorische Relativbewegung zwischen der Außenhülse 3 und der Kugelschale 9 auftritt. Des Weiteren können dadurch von dem Hülsengelenk 1 auch höhere Axialkräfte übernommen werden. Man kann kreisrunde Sicken, aber auch bogenförmige Sicken vorsehen. Die Darstellung ist nur beispielhaft zu verstehen.

Nachdem das Kugelgelenk 1 dem Spritzwerkzeug 21 entnommen wurde, kann man, wie bereits beschrieben, noch einen Nacherwärmungsarbeitsschntt durchführen. Das Hülsengelenk kann jedoch schon seine Grundfunktion erfüllen und benötigt dafür keinerlei Nachbearbeitung. Abschließend wird noch der Dichtungsbalg in die Aufnahmenuten 33; 37 der Kugelschale 9 und des Kugelgelenkkörpers 5 aufgesetzt.

Die Fig. 8 und 9 zeigen weitere mögliche Varianten der Außenhülse 3 jeweils in Schnittdarstellung sowie in seitlicher Draufsicht. Bei der in Fig. 8 gezeigten Variante ist die Außenhülse 3 mit einer im mittigen Bereich („Äquatorbereich") umlaufenden Nut 41 versehen. Die umlaufende Nut 41 trennt die Außenhülse 3 in zwei gleich große Bereiche.

Bei der in Fig. 9 gezeigten Variante ist die Außenhülse 3 mit zwei umlaufenden Nuten 43, 45 versehen. Die umlaufenden Nuten 43, 45 sind zueinander beabstandet und sind jeweils gleichermaßen von einem mittigen Bereich („Äquatorbereich") der Außenhülse 3 entfernt (symmetrisch in Bezug auf den Äquatorbereich). Wie in der seitlichen Draufsicht durch Bemaßung angezeigt, weist dabei der zwischen den Nuten 43, 45 liegende Äquatorbereich einen Außendurchmesser D2 auf, der kleiner ist als die jeweiligen Außendurchmesser D1 der außerhalb des Äquatorbereichs liegenden Randbereiche der Außenhülse 3. Beide in den Fig. 8 und 9 gezeigte Varianten bieten den Vorteil, dass die Außenhülse 3 aufgrund der Formgestaltung des mittleren Bereichs zu einer Verringerung der Momente des Hülsengelenks insbesondere im Einbauzustand beiträgt. Die Verringerung ergibt sich daraus, dass der mittlere Bereich im eingepressten Zustand des Gelenks weniger stark verformt wird.

Bezuqszeichen

Hülsengelenk

Außenhülse

Kugelgelenkkörper

Kugelabschnitt

Kugelschale

Innenwandung

Rand

Rand

Mantelfläche

Anschlussöffnung

Spritzwerkzeug

Freiraum

Ringspalt

Formschlussverbindung

Formschlussverbindung

Innenmantelfläche

Aufnahmenut

Schieber

Aufnahmenut

Formschlussprofil

Nut

Nut

Nut