Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Gelenkgehäuse, insbesondere zur Aufnahme der Lagerschale eines Kugelgelenks oder zur Aufnahme eines Molekulargelenks, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Gattungsgemäße Gelenkgehäuse kommen beispielsweise im Bereich des Fahrwerks bzw. der Radaufhängung von Kraftfahrzeugen zum Einsatz. Die Gelenkgehäuse dienen dabei in den meisten Fällen der Verbindung eines Lagerpunktes, also beispielsweise eines Kugelgelenks oder eines Molekulargelenks, mit dem stangenartigen Profil bzw. dem Hohlprofil einer sich an das Gelenkgehäuse anschließender} Gelenkstange. Hierzu besitzen die gattungsgemäßen Gelenkgehäuse einerseits einen Gehäusebereich, der der Aufnahme der Lagerschale des Kugelgelenks oder der Aufnahme des Molekulargelenks dient, und andererseits einen Befestigungsschaft, der auf geeignete Weise mit dem Stangenprofil bzw. dem Hohlprofil der Gelenkstange verbindbar ist.

Es ist bekannt, den Befestigungsschaft von Gelenkgehäusen dadurch mit dem Hohlprofil einer Gelenkstange zu verbinden, dass der Befestigungsschaft in das offene Ende der durch das Hohlprofil, beispielsweise durch ein Rohr, gebildeten Gelenkstange eingeführt wird, und anschließend das Rohrende und der eingeführte Befestigungsschaft kalt miteinander verpresst werden. Zur Verbesserung der Verankerung der Pressverbindung zwischen Befestigungsschaft und Rohrende ist es ebenfalls bekannt, an der im Wesentlichen zylindrischen Oberfläche des Befestigungsschaftes eine zumeist eine Anzahl von Rillen umfassende Rillenanordnung anzubringen. Dies führt dazu, dass die Kontur des Rohrendes beim Verpressen von Rohrende und Befestigungsschaft sich der gerillten Oberfläche des Befestigungsschaftes durch entsprechende Verformung anpasst, wodurch eine nicht nur kraftschlüssige, sondern auch formschlüssige Pressverbindung zwischen Rohrende und Befestigungsschaft entsteht.

Beim Stand der Technik werden jedoch die Querschnittsform und/oder der Tiefenverlauf der am Befestigungsschaft angeordneten Rillen zumeist empirisch festgelegt. Dies kann jedoch dazu führen, dass der Befestigungsschaft des Gelenkgehäuses, die Rillen des Befestigungsschaftes, bzw. die Pressverbindung zwischen Befestigungsschaft und Rohrende nicht mit optimaler Gestaltfestigkeit, mit optimaler Materialausnutzung bzw. nicht mit optimalen Festigkeitswerten ausgeführt werden.

Als diesbezüglich mit entscheidende Kriterien sind insbesondere, jedoch keineswegs ausschließlich, zu nennen der Faserverlauf des Materials des Befestigungsschaftes im Bereich der Rillenanordnung, die Schwächung des Querschnitts des Befestigungsschaftes im Bereich der Rillen, die Kerbwirkung der durch die Rillen verursachten Querschnittsänderungen bzw. der anhand der Rillen eingebrachten Kanten und Radien, sowie die Festigkeit und der Grad der Formschlüssigkeit der Pressverbindung zwischen Befestigungsschaft und Rohr ende. Mit diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gelenkgehäuse zu schaffen, das die genannten Nachteile des Standes der Technik überwindet. Dabei soll insbesondere die Pressverbindung zwischen dem Schaft des Gelenkgehäuses und dem Rohrende des Hohlprofils in Bezug auf hohe Festigkeit und geringes Bauteilgewicht optimiert werden, wobei die Optimierung im Unterschied zum Stand der Technik nicht empirisch vorgenommen werden, sondern vielmehr so weit wie möglich anhand analytischer Verfahren erfolgen soll.

Diese Aufgabe wird durch ein Gelenkgehäuse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unter ansprüche .

Das Gelenkgehäuse gemäß der vorliegenden Erfindung weist in an sich zunächst bekannter Weise einen Gehäusebereich und einen Befestigungsschaft auf. Dabei kann im Innenraum des Gelenkgehäuses bzw. im Innenraum des Gehäusebereichs insbesondere die Lagerschale eines Kugelgelenks oder ein Molekulargelenk angeordnet werden. Der Befestigungsschaft ist in die Ausnehmung des Endbereichs eines Hohlprofils einsetzbar und kann mit dem Endbereich des Hohlprofils verpresst werden. Um eine formschlüssig Pressverbindung zwischen Befestigungsschaft und Hohlprofil zu erhalten, weist der Befestigungsschaft des Gelenkgehäuses eine Rillenanordnung mit zumindest einer Rille auf, wobei die Rillenanordnung entlang zumindest Teilen des Schaftumfange s umlaufend am Befestigungsschaft angeordnet ist. Erfindungsgemäß zeichnet sich das Gelenkgehäuse jedoch dadurch aus, dass das Profil der zumindest einen Rille im Schaftlängsschnitt mit einem Abschnitt aus zumindest einer mathematischen Kurvenfunktion übereinstimmt. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass das Rillenprofil nicht mehr wie im Stand der Technik in Form einer im Wesentlichen anhand empirischen Vorgehens im Werkzeugbau entstandenen Form vorliegt, sondern vielmehr definiert mit einer mathematischen Kurvenfunktion übereinstimmt. Dadurch sind insbesondere, jedoch keineswegs ausschließlich, Eigenschaften der Rillen wie beispielsweise Rillentiefe, Übergangsradien bzw. Übergangsbereiche zum Befestigungsschaft des Gelenkgehäuses, Volumen der Rillen, Steigungswinkel und Höhe der Rillenflanken, sowie die daraus resultierenden Eigenschaften und Festigkeitswerte des Formschlusses zwischen Befestigungsschaft und Hohlprofil exakt definiert. Auf diese Weise können sämtliche Eigenschaften, Festigkeitswerte und die Belastungsfähigkeit der Pressverbindung zwischen Befestigungsschaft und Hohlprofil Gegenstand analytischer Untersuchung bzw. Optimierung sein.

Gemäß bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ist das Rillenprofil durch aneinandergefügte Abschnitte zumindest zweier mathematischer Kurvenfunktionen bestimmt, wobei die zumindest zwei Kurvenfunktionen bevorzugt tangential ineinander übergehen, bzw. wobei es sich vorzugsweise auch um unterschiedliche mathematische Kurvenfunktionen handeln kann. Auf diese Weise wird die konstruktive Freiheit bei der Gestaltung bzw. Formgebung des Rillenprofils am Befestigungsschaft zusätzlich vergrößert, wodurch sich eine noch weitergehende Optimierung und noch größere Belastbarkeit der Pressverbindung zwischen Befestigungsschaft und Hohlprofil erreichen lässt.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzen die Rillen des Rillenprofils eine entlang des Schaftumfanges veränderliche Profil¬ bzw. Rillentiefe. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die Rillen des Rillenprofils am Befestigungsschaft entlang des Umfangs des Befestigungsschaftes nicht gleichmäßig tief sind. bzw. nicht entlang des vollständigen Umfangs des Befestigungsschaftes umlaufen, sondern vielmehr unterschiedliche Tiefen in unterschiedlichen Bereichen des Umfangs des Befestigungsschaftes aufweisen.

Auch dies führt zur weiteren Optimierbar keit der Pressverbindung, hierbei insbesondere der Torsionsfestigkeit der Pressverbindung zwischen Befestigungsschaft und Hohlprofil bei einem Gelenkgehäuse. Die Erhöhung der Torsionsfestigkeit bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gelenkgehäuses hängt damit zusammen, dass durch die veränderliche Tiefe der Rillen entlang des Umfangs des Befestigungsschaftes Rampen geschaffen werden, deren Steigung in Umfangsrichtung des Befestigungsschaftes verläuft. Auf diese Weise entsteht ein auch in Umfangsrichtung wirkender Formschluss zwischen Befestigungsschaft und Hohlprofil, der ein Verdrehen des Befestigungsschaftes bzw. des Gelenkgehäuses gegenüber dem Hohlprofil zuverlässig verhindert.

Dabei stimmt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Profiltiefe der Rille, entlang des Schaftumfangs gemessen, mit zumindest einer mathematischen Kurvenfunktion überein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung stimmt der Verlauf des Profilgrunds der Rille entlang einer Schaftquerrichtung mit zumindest einer mathematischen Kurvenfunktion überein. Diese beiden Ausführungsformen dienen als Alternativen, die eine möglichst universelle Definition des Verlaufs der Rillentiefe bzw. des Verlaufs des Profilgrunds der Rille, entweder entlang des Schaftumfanges oder entlang einer Schaftquerrichtung betrachtet, erlauben. Die zumindest eine mathematische Kurvenfunktion, die das Profil der Rille im Schaftlängsschnitt bzw. den Verlauf der Profiltiefe der Rille im Schaftquerschnitt beschreibt, entstammt dabei vorzugsweise der Menge der folgenden Kurvenfunktionen:

- Kreisbogenabschnitt (Radius) Dreieck - Trapez - Sprungfunktion Ganzrationale Funktion 1. Grades bis n-ten Grades der Form

- Potenzfunktion der Form f(x) = axk - Wurzelfunktion der Form f(x) = aχp/i Exponentialfunktion der Form f(x) = ax - Logarithmische Funktion der Form f(x) = In x - Trigonometrische Funktion der Form f (x) = sin x f(x) = cos x f (x) = tan x f (x) = cot x - Arcusfuktion der Form f(x) = aresin x • f(x) = arecos x f (x) = aretan x f(x) = arecot x - Hyperbelfunktion der Form f (x) = hsin x f(x) = hcos x f (x) = htan x • f(x] = hcot x • f(x) = seh x • f(x) = esch x - Areafunktion der Form • f (x) = arsinh x f(x) = arcosh x • f (x) = artanh x • f(x) = arcoth x Algebraische Kurve n-ter Ordnung - Evolvente - Zykloide - Spirallinie - Kettenlinie - Traktix - Gaußsche Normalverteilung oder artverwandte Funktion - Polygon

Diese elementaren Kurvenfunktionen besitzen insbesondere den Vorteil, dass sie mathematisch leicht beschreibbar bzw. definierbar und daher analytisch gut handhabbar sind. Dies führt zu einer exakten Definition der Rillengeometrie und damit zu einer wenig fehleranfälligen und zuverlässigen Berechenbarkeit insbesondere der Eigenschaften der Pressverbindung zwischen Befestigungsschaft und Hohlprofil.

Für die Verwirklichung der Erfindung ist es zunächst nicht von Belang, auf welche Weise Gehäusebereich und Befestigungsschaft des Gelenkgehäuses miteinander verbunden sind, solange diese Verbindung zwischen Befestigungsschaft und Gehäusebereich zumindest denselben Belastungen standhält wie das Gelenk selbst, bzw. wie die Verbindung zwischen Befestigungsschaft und Hohlprofil. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch der Befestigungsschaft einstückig mit dem Gehäusebereich verbunden bzw. einstückig mit dem Gehäusebereich ausgebildet. Ein dergestalt ausgeführtes Gelenkgehäuse besitzt Vorteile insbesondere bezüglich Bauteilgewicht, Herstellungskosten und spezifischer B auteilf e stigkeit.

Nach weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist in einem Übergangsabschnitt zwischen dem Gehäusebereich und dem Befestigungsschaft zumindest eine Materialausnehmung bzw. zumindest ein Durchbruch angeordnet. Diese Ausnehmung bzw. dieser Durchbruch befindet sich in denjenigen Bereichen des Übergangsabschnitts, die lediglich einen geringen Anteil zum axialen bzw. polaren Flächenträgheitsmoment des Übergangsabschnitts beitragen.

Der Hintergrund für diese Ausgestaltung liegt darin, dass der Übergang zwischen dem Gehäusebereich und dem Schaftbereich bzw. Befestigungsschaft für die Gestaltfestigkeit des Gehäuses von entscheidender Bedeutung ist. Gattungsgemäße Gelenkgehäuse nach dem Stand der Technik weisen an dieser Stelle beispielsweise Kreisbögen als geometrische Gestaltung des Übergangs zwischen Gehäusebereich und Schaftbereich auf. Ebenfalls bekannt ist der am Gehäusebereich erfolgende Anschluss mittels einer tangentialen Geraden, welche mit einem Radius in den Schaftbereich ausläuft. Der tangentiale Anlauf ist dabei unter dem Aspekt der Gestaltfestigkeitsoptimierung jedoch zu bevorzugen, da die einen Kreisbogen bzw. Radius umfassende Alternative erheblich größere Kerbspannungen verursacht. Ein Nachteil des am Gehäusebereich erfolgenden tangentialen Anschlusses zwischen Gehäusebereich und Schaftbereich ist allerdings das im Vergleich zum Anschluss mittels Kreisbogen höhere Bauteilgewicht, das zudem auch zu höheren Bauteilkosten führt. An dieser Stelle greift die vorliegend betrachtete Ausführungsform mit der Materialausnehmung bzw. mit dem Durchbruch im Übergangsabschnitt zwischen Gehäusebereich und Befestigungsschaft, da auf diese Weise der vorteilhafte tangentiale Anlauf des Übergangsabschnitts am Gehäusebereich gewählt werden kann, ohne damit den Nachteil erhöhten Bauteilgewichts in Kauf nehmen zu müssen.

Die Anordnung der Ausnehmung bzw. des Durchbruchs führt mit anderen Worten dazu, dass dasjenige Material des Übergangsabschnitts, das sich vor allem in der Nähe von Schwerlinien bzw. in der Nähe des Schwerpunkts des Schaftquerschnittes im Bereich des Übergangsabschnitts befindet und damit nur wenig zur Festigkeit bzw. Steifigkeit des Übergangsabschnitts beiträgt, aufgrund der zumindest einen Materialausnehmung aus dem Übergangsabschnitts entfernt wird. Auf diese Weise erhält man ein Gelenkgehäuse, das bei nahezu unveränderten Steifigkeitswerten ein optimiertes, besonders geringes Bauteilgewicht aufweist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Ausnehmung bzw. der Durchbruch im Schaftlängsschnitt eine im Wesentlichen dreieckige Querschnittsform auf. Die dreieckige Querschnittsform ist besonders gut an die Form des Übergangsbereichs zwischen Gehäusebereich und Befestigungsschaft angepasst und führt damit zur Optimierung des Verhältnisses zwischen Massereduktion und Steifigkeit des Übergangsbereichs. Nach einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform sind die Kanten und/oder die Flächenübergänge der Ausnehmung bzw. des Durchbruchs abgerundet. Diese Gestaltung führt zu einer Reduktion der Kerbwirkung, die von der Ausnehmung bzw. vom Durchbruch in den Übergangsbereich ausgehen kann.

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

Fig. 1 in schematischer perspektivischer Darstellung eine Ausführungsform eines Gelenkgehäuses gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem passenden Hohlprofil;

Fig. 2 in schematischer Darstellung den Schaft des Gelenkgehäuses gemäß Fig. 1 im Querschnitt; und

Fig. 3 in schematischer perspektivischer Darstellung eine weitere Ausführungsform eines Gelenkgehäuses.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung zunächst ein Gelenkgehäuse 1. Das Gelenkgehäuse 1 weist einen Gehäusebereich 2 auf, in dessen Innenraum 21 beispielsweise die - hier nicht dargestellte - Lagerschale eines Kugelgelenks oder das ebenfalls nicht dargestellte Elastomerbauteil eines Molekulargelenks angeordnet werden kann. Ferner besitzt das Gelenkgehäuse 1 einen Schaftbereich 3 bzw. einen Befestigungsschaft 3, der in das hohle Ende eines hier nur teilweise dargestellten Hohlprofils 4, beispielsweise einer Gelenkstange 4, eingeführt werden kann. Der besseren Erkennbarkeit halber ist der Befestigungsschaft 3 in der Darstellung der Fig. 1 noch nicht in das Hohlprofil 4 eingeführt. Nach dem Einführen des Befestigungsschaftes 3 in das Hohlprofil 4 lässt sich mit einem geeigneten Presswerkzeug eine Pressverbindung zwischen Hohlprofil 4 und Befestigungsschaft 3 herstellen. Hierbei wird anhand der am Befestigungsschaft 3 des Gelenkgehäuses 1 angeordneten Rillenanordnung 5 eine formschlüssige Pressverbindung zwischen Befestigungsschaft 3 und Hohlprofil 4 erzeugt.

Der Verlauf der Rillenoberfläche des Rillenprofils entlang der Schaftlängsachse stimmt dabei erfindungsgemäß mit einem Abschnitt zumindest einer definierten mathematischen Kurvenfunktion überein. Auf diese Weise lassen sich die Abmessungen und Eigenschaften der Rillen 5, insbesondere die Tiefe der Rillen 5, die Übergangsradien zur Oberfläche des Befestigungsschaftes 3, das Rillenvolumen, Winkel und Form der Rillenflanken sowie die daraus jeweils resultierenden Rilleneigenschaften sowie Festigkeits- und Steifigkeitswerte der formschlüssigen Pressverbindung zwischen Befestigungsschaft 3 und Hohlprofil 4 exakt analytisch definieren bzw. ermitteln. Dies bedeutet, dass dank der Erfindung die Eigenschaften, Festigkeitswerte und insbesondere die Belastungsfähigkeit der Verbindung zwischen Befestigungsschaft 3 und Hohlprofil 4 anhand analytischer Vorgehensweisen besonders gut optimiert werden können.

Fig. 2 zeigt in schematischer, gegenüber Fig. 1 vergrößerter Darstellung einen Querschnitt durch den Schaft 3 des Gelenkgehäuses 1 gemäß Fig. 1 im Bereich einer der Rillen 5 der Rillenanordnung. Man erkennt, dass sich die Profiltiefe der Rille 5 entlang des Schaftumfanges von einem jeweils bei '12:00 Uhr1 bzw. '6:00 Uhr1 befindlichen Maximum zu einem jeweils bei '3:00 Uhr1 bzw. '9:00 Uhr' befindlichen Minimum verändert.

Dabei stimmt der Verlauf der Tiefe der Rille 5 entlang des Schaftumfanges, bzw. der über der Schaftquerrichtung aufgetragene Verlauf des Profilgrunds 6 der Rille 5 wiederum mit einem Abschnitt aus einer definierten mathematischen Kurvenfunktion überein.

Auf diese Weise wird die Pressverbindung zwischen Befestigungsschaft 3 und Hohlprofil 4, insbesondere die Torsionsfestigkeit der Pressverbindung zusätzlich optimiert. Die Erhöhung der Torsionsfestigkeit ergibt sich daraus, dass anhand der entlang des Schaftumfanges veränderlichen Tiefe der Rille 5 Rampen 6 entstehen, deren Steigung in Umfangsrichtung des Befestigungsschaftes 3 verläuft, wodurch auch in Schaftumfangsrichtung Formschlüssigkeit der Verbindung zwischen Schaft 3 und Hohlprofil 4 geschaffen wird. Hierdurch wird ein Verdrehen des Befestigungsschaftes 3 bzw. des Gelenkgehäuses 1 gegenüber dem Hohlprofil 4 zuverlässig verhindert.

Fig. 3 schließlich zeigt eine weitere Ausführungsform eines Gelenkgehäuses 1. Das in Fig. 3 schematisch dargestellte Gelenkgehäuse 1 weist im Übergangsabschnitt 7 zwischen Gehäusebereich 2 und Befestigungsschaft 3 beidseitig eine etwa dreieckförmige Ausnehmung 8 auf, wobei in der Darstellung der Fig. 3 lediglich die zeichnungsbezogen nach oben weisende Ausnehmung 8 sichtbar ist.

Diese Ausnehmungen 8 sind in denjenigen Bereichen des Übergangsabschnitts 7 angeordnet, die lediglich einen geringen Anteil am Flächenträgheitsmoment des Querschnitts des Übergangsabschnittes 7 aufweisen. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass dank der Ausnehmungen 8 Material insbesondere in der Nähe des Torsionsschwerpunkts bzw. in der Nähe der Biegeschwerlinie des Querschnitts des Übergangsabschnitts 7 eingespart wird, wodurch das Gewicht des Gelenkgehäuses 1 reduziert werden kann.

Da die auf diese Weise eingesparten Massenbereiche sich in schwerpunktsnahen Abschnitten des Übergangsabschnittes 1 befinden, wird dadurch das polare bzw. axiale Trägheitsmoment und damit die Torsions- bzw. Biegesteifigkeit des Übergangsabschnittes 7 praktisch nicht reduziert. Dies bedeutet, dass auf diese Weise Gelenkgehäuse 1 erhalten werden, die bei praktisch unveränderten Steifigkeits- bzw. Festigkeitswerten deutlich leichter ausfallen können.

Im Ergebnis wird somit deutlich, dass die Erfindung es ermöglicht, die Geometrie insbesondere der die Eigenschaften der Pressverbindung zwischen Gehäuseschaft und Hohlprofil bestimmenden Rillenanordnung bezüglich höchstmöglicher Bauteilfestigkeit bei geringem Bauteilgewicht zu optimieren. Dabei kann diese Optimierung insbesondere so weit wie möglich anhand analytischer Vorgehensweise erfolgen. Auf diese Weise lassen sich Gelenkgehäuse schneller und kostensparender konzipieren, dimensionieren und konstruieren.

Die Erfindung leistet damit einen erheblichen Beitrag zur besonders wirtschaftlichen Produktion von qualitativ hochwertigen und dabei leichten Gelenkgehäusen für Kugelgelenke, Radaufhängungen, Stabilisatoren und dergleichen. Bezugszeichenliste

Gelenkgehäuse Gehäusebereich Innenraum Befestigungsschaft Hohlprofil Rille Profilgrund Übergangsabschnitt Ausnehmung, Durchbruch