DE102004061057B4

DE102004061057B4 - Kugelgelenkverbindung zwischen einem Zapfen und einem Befestigungsteil

Info

Publication number: DE102004061057B4
Application number: DE102004061057A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. Strauch; Ulrich Dipl.-Ing.(FH) Wackes; Klaus Dipl.-Ing.(FH) Kaufmann
Original assignee: HQM Sachsenring GmbH
Current assignee: HQM Tubes GmbH
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2024-12-17
Also published as: DE102004061057A1; DE102004061057C5

Abstract

Kugelgelenkverbindung zwischen einem Zapfen (1) mit einer Achse (A1) und einem Befestigungsteil (2) mit einer Achse (A2), insbesondere einer einen Schaft (2.1) aufweisenden Pendel- oder Koppelstange, unter Verwendung einer Kugel (3), die in einem Gehäuse (4) schwenkbar gelagert ist, wobei an einem Ende des Schaftes (2.1) des Befestigungsteils (2) die Kugel (3) angeordnet und das Gehäuse (4) mit dem Zapfen (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (1) um die Achse (A2) des Befestigungsteils (2) um 360° schwenkbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kugelgelenkverbindung zwischen einem Zapfen und einem Befestigungsteil, insbesondere einer Pendel- oder Koppelstange nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.
In EP 0 916 858 B1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenks beschrieben, bei welchem ein Befestigungsteil in Form eines Pendelarms mit einem Kugelzapfen verbunden wird. Der Pendelarm weist an seinem Ende eine Ausnehmung auf, in welche das Gehäuse eingesetzt wird, in welchem die Kugel des Kugelzapfens gelagert ist. Bei der Ausbildung des Befestigungsteils als Pendelstange sind an beiden Enden der Pendelstange gehäuseartige Ausnehmungen vorgesehen, welche die Kugelstangen mit ihren Kugeln schwenkbar aufnehmen. Dabei kann die Kugel des Kugelzapfens in einer Gleitschale gelagert sein. Nachteil dieser Gelenkverbindungen ist die vorgegebene Ausrichtung der Kugelzapfen durch die an den Befestigungselementen vorhandenen Ausnehmungen/Gehäuse. Sollen die Zapfen in einem Winkel von z.B. 45° zueinander ausgerichtet sein, so muss diese Orientierung bereits in den gehäuseartigen Ausnehmungen an den beiden Enden einer Pendelstange enthalten sein. Dies bedeutet einen erhöhten fertigungstechnischen Aufwand bei der Herstellung der Pendelstange.
In DE 195 04 086 A1 wird eine aufwendig hergestellte Fahrwerkstrebe beschrieben, deren Zapfen im Winkel von 180° zueinander angeordnet sind. Bei einer in DE 43 31 291 C1 beschriebenen Gelenkverbindung für eine Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge ist eine hohlzylindrische Zahnstange einseitig über einen axialen Anschlusszapfen an dem Kugelgelenkgehäuse befestigt. Der als Befestigungsteil ausgebildete Kugelzapfen bildet hier das Endstück einer Spurstange. Der mit Entlüftungsnuten versehene Anschlusszapfen dient gleichzeitig zum Ausgleich der durch die Bewegungen der Zahnstange innerhalb eines Faltenbalges entstehenden Druckunterschiede.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kugelgelenkverbindung zwischen einem Zapfen und einem Befestigungsteil, insbesondere einer Pendel- oder Koppelstange zu entwickeln, die es gestattet, ohne vorgegebene Lageorientierung den Zapfen mit dem Befestigungsteil zu verbinden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Kugelgelenkverbindung zwischen einem eine Achse aufweisenden Zapfen und einem eine Achse aufweisenden Befestigungsteil, insbesondere einer einen Schaft aufweisenden Pendel- oder Koppelstange unter Verwendung einer Kugel, die in einem Gehäuse schwenkbar gelagert ist, wobei an einem Ende des Schaftes des Befestigungsteils die Kugel angeordnet und das Gehäuse mit dem Zapfen verbunden ist, erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass der Zapfen um die Längsachse des Befestigungsteils um 360° schwenkbar ist. Vorzugsweise besteht das Gehäuse aus Kunststoff oder aus einem Metall-Kunststoff-Verbund. Das Gehäuse ist im letzten Fall aus mindestens einem, die Kugel zumindest teilweise umschließenden Metallteil, gefertigt, welches von Kunststoff umformt/umhüllt ist. Um eine einfache Montage zu ermöglichen, besteht das Metallteil bevorzugt aus zwei Hälften, deren Trennebene bzw. aneinander liegende Stoßflächen entweder fluchtend zur Achse des Zapfens oder zur Achse des Schaftes ausgerichtet sind. Das Metallteil kann z.B. aus einem, vorzugsweise jedoch aus zwei Gehäuseblechformteilen gebildet werden. Weiterhin können das bzw. die Gehäuseblechformteil/e in Richtung zum Schaft und/oder dazu entgegengesetzt radial nach innen und/oder radial nach außen gebogene Bereiche aufweisen, um eine größere Stabilität des Metall-Kunststoff-Verbundes zu erzielen. Bevorzugt ist/sind das Metallteil oder die Gehäuseblechformteile mit dem Zapfen verbunden oder mit dem Zapfen einstückig ausgebildet. Der Zapfen ist dabei entlang seiner Achse oder entlang der Achse des Schaftes des Befestigungsteils in zwei Zapfenhälften geteilt, wobei die Zapfenhälften ebenfalls als Blechformteile ausgebildet sein können. An eine Zapfenhälfte schließt sich dabei das erste und an die zweite Zapfenhälfte das zweite Gehäuseblechformteil an. Die Gehäuseblechformteile und die Zapfenhälften werden in diesem Fall an ihren Stoßflächen miteinander verschweißt. Alternativ können das/die Gehäuseblechformteil/e mit dem Zapfen durch eine Steckverbindung zueinander positioniert werden. Durch das Umspritzen mit Kunststoff wird dann ein fester Verbund hergestellt. Vorteilhafter Weise wird auch die Verbindungsposition des Schaftes zum Gehäuse mit Kunststoff ummantelt. Besteht zwischen Gehäuseblechformteil und Kugel ein Zwischenraum wird auch dieser mit Kunststoff ausgespritzt und gleichzeitig die Gehäuseblechformteile von Kunststoff ummantelt. Zwischen dem/den Gehäuseblechformteil/en und der Kugel kann ein Sicherungselement vorgesehen sein, welches in Richtung des Schaftes und/oder dazu entgegengesetzt radial nach innen und/oder radial nach außen gebogene Bereiche aufweisen kann. Entsprechend einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann die Kugel in einer Gleitschale gelagert sein.
Der Zapfen (welcher aus Blechformteilen gefertigt ist) kann einen quadratischen Querschnitt aufweisen. Die Eckbereiche des Zapfens sind dann abgerundet und mit einem Gewinde versehen, um den Zapfen mittels einer Schraubverbindung an einem entsprechenden Bauteil befestigen zu können. Durch den quadratischen Querschnitt können die Seitenflächen des Zapfens als Schlüsselflächen dienen.
Das Gehäuse weist in Richtung zum Schaft einen dem Schwenkwinkel des Gelenks entsprechenden Öffnungswinkel und eine Dichtungsbalgaufnahme auf. Der Dichtungsbalg ist dann zum einen an der Dichtungsbalgaufnahme des Gehäuses und am Schaft des Befestigungsteils (z.B. der Pendelstange) befestigt. Es ist möglich, ein- oder beidseitig am Schaft des Befestigungsteils eine Kugel durch eine stoffschlüssige Verbindung anzubringen die Kugel durch ein Umformverfahren am Schaft auszuformen. Mit der erfindungsgemäßen Kugelgelenkverbindung zwischen einem Zapfen und einem Befestigungsteil, ist es möglich, den Zapfen in beliebigen Winkelpositionen, z.B. an der Kugelstange, zu befestigen. Es ist somit auf einfache Art und Weise möglich, an einer Pendelstange mit zwei Kugeln an beiden Enden (Kugeln) in unterschiedlichsten Winkelpositionen zueinander Zapfen zu befestigen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1: Befestigungsteil 2 in Form einer Pendelstange mit Kugeln 3 an beiden Enden und mit diesen über ein Gehäuse 4 befestigten Zapfen 1, rechts ohne Dichtungsbalg und links mit Dichtungsbalg D;
2: Längsschnitt Kugelgelenkverbindung gem. 1 zwischen einer Pendelstange (Befestigungsteil 2), einem Gehäuse 4 und einem Zapfen 1, wobei das Metallteil 5 des Gehäuses mit dem Zapfen 1 einteilig ausgebildet ist;
3: Schnitt F-F gem. 1;
4: Längsschnitt einer Kugelgelenkverbindung zwischen einer Pendelstange (Befestigungsteil 2), einem Gehäuse 4 und einem Zapfen 1, wobei der Zapfen 1 aus zwei verschweißten Blechformteilen 1.1, 1.2 gebildet werden und das Metallteil des Gehäuses 4 aus zwei Gehäuseblechformteilen 5.1, 5.2 bestehen, die mit den Blechformteilen 1.1, 1.2 des Zapfens 1 einstückig verbunden sind;
5: Schnitt B-B gem. 4;
6: Schnitt A-A gem. 4;
7: Längsschnitt einer Kugelgelenkverbindung zwischen einer Pendelstange (Befestigungsteil 2), einem Gehäuse 4 und einem Zapfen 1, mit einem zylindrischen Metallteil 5 und mit einem Sicherungselement 7 zwischen Metallteil 5 und Kugel 3;
8: Draufsicht auf das Sicherungselement gem. 7,
9: Schnitt C-C gem. 8;
10: Längsschnitt einer Kugelgelenkverbindung zwischen einer Pendelstange (Befestigungsteil 2), einem Gehäuse 4 und einem Zapfen 1, wobei zwischen dem zylindrischen Metallteil 5 und dem Zapfen 1 eine Steckverbindung besteht.
11: Pendelstange mit zwei um 90° zueinander versetzten Zapfen
In 1 ist ein Befestigungsteil 2 in Form einer Pendelstange mit Kugeln 3 an beiden Enden dargestellt. Die Kugelgelenkverbindung zu einer Kugel 3 erfolgt jeweils über ein Gehäuse 4, welches schwenkbar auf der entsprechenden Kugel 3 gelagert ist. Mit dem Gehäuse 4 ist dann der Zapfen 1 verbunden, an welchem ein weiteres Bauteil (nicht dargestellt) befestigt werden kann. Rechts wurde in 1 die Kugelgelenkverbindung ohne und links mit Dichtungsbalg D dargestellt.
Der Dichtungsbalg D sitzt nun nicht mehr wir bisher üblich zwischen Zapfen 1 und Gehäuse 4, sondern ist zwischen Pendelstange 2 und Gehäuse 4 angeordnet.
Es werden nachfolgend 5 Varianten zur konstruktiven Ausbildung der neuartigen Kugelgelenkverbindung vorgestellt.
Die einfachste Variante wurde nicht zeichnerisch dargestellt. Dabei werden Befestigungsteil und dessen Kugel und der Zapfen zueinander positioniert. Das in Richtung zur Kugel weisende Ende des Zapfens weist bevorzugt eine Verdrehsicherung auf. Nun werden Kugel 2 und Zapfenende mit Kunststoff umspritzt. In Richtung zum Schaft des Befestigungsteils wird dabei entsprechend des Schwenkwinkels kein Kunststoff vorgesehen.
Der ausgehärtete Kunststoff bildet nun das Gehäuse 4. Am Außendurchmesser der Kugel 2 kann such eine Gleitschale G vorgesehen sein, in welcher die Kugel 3 schwenkbar gelagert ist und bis zu welcher dann der Kunststoff des Gehäuses 4 reicht.
Eine zweite Variante wird in 2 und 3 vorgeschlagen. Dabei weist dass Gehäuse 4 zusätzlich ein Metallteil 5 auf.
Den Längsschnitt dieser Kugelgelenkverbindung zwischen einer Pendelstange (Befestigungsteil 2), einem Gehäuse 4 und einem Zapfen 1 aus Vollmaterial, wobei das Metallteil 5 des Gehäuses mit dem Zapfen 1 einteilig ausgebildet ist, zeigt 2. Das Metallteil 5 weist dabei eine Aussparung 5A auf, die gewährleistet, dass das Metallteil 5 über den Schaft 2.1 geschoben werden kann. Die Breite b der Aussparung (3) ist dabei etwas größer als der Durchmesser D2.1 des Schaftes 2.1 des Befestigungsteils 2 (Pendelstange). In Richtung zum Schaft 2 folgt die Innenkontur des Metallteils 5 der Krümmung der Kugel 3, wodurch größere Kräfte übertragen werden können. Die Kugel 3 sitzt schwenkbar in einer Lagerschale L. Der Bereich zwischen Metallteil 5 und Lagerschale L und das Metallteil 5 sind mit Kunststoff 6 versehen bzw. ummantelt. Das Gehäuse 5 wird somit aus einem Metall-Kunststoff-Verbund gebildet. Aus der Ansicht in 3 ist ersichtlich, dass der die Achse A1 aufweisende Zapfen 1 um die Achse A2 des Befestigungsteil 2 um 360° schwenkbar ist.
Eine dritte konstruktive Variante ist in 4 bis 6 dargestellt.
4 zeigt dabei Längsschnitt einer Kugelgelenkverbindung zwischen der Kugel 3, der Pendelstange (Befestigungsteil 2), dem Gehäuse 4 und dem Zapfen 1, wobei der Zapfen 1 aus zwei verschweißten Blechformteilen 1.1, 1.2 gebildet wird und das Metallteil 5 des Gehäuses 4 aus zwei Gehäuseblechformteilen 5.1, 5.2, die wiederum mit den Blechformteilen 1.1, 1.2 einstückig ausgebildet sind. Das in Richtung zum Schaft 2.1 weisende Blechformteil 5.1 besitzt eine Aussparung A1, durch welche es mit dem Blechformteil 1.1 des Zapfens 1 über den Schaft 2.1 geschoben werden kann. Die Blechformteile 1.1, 1.2 werden vor dem umspritzen mit Kunststoff zueinander positioniert und miteinander verbunden (z.B. punktweise verschweißt). Die Gehäuseblechformteile 5.1, 5.2 umringen die Kugel 3, die in der Lagerschale L sitzt und sind oberhalb und unterhalb der Achse A und somit oberhalb und unterhalb deren Äquators KA in Richtung zur Kugel 3 abgewinkelt. In dem abgewinkelten Bereich ist der Innendurchmesser d kleiner als der Außendurchmesser DK der Kugel K. Dadurch können größere Ausreißkräfte aufgenommen werden. Im Schnitt B-B (s. 5) ist nochmals die Aussparung A1 des Gehäuseblechformteils 5.1 zu erkennen, welches mit dem Blechformteil 1.1 einteilig ausgebildet ist. Im Gehäuseblechformteil 5.2 ist keine Aussparung erforderlich, siehe Schnitt A-A in 6. Der Zwischenraum zwischen Lagerschale L und den Gehäuseblechformteilen 5.1, 5.2 ist mit Kunststoff 6 ausgefüllt und die Gehäuseblechformteile 5.1, 5.2 mit Kunststoff 6 umspritzt wodurch ein Metall-Kunststoff-Gehäuse gebildet wird.
Den Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kugelgelenkverbindung einer vierten Variante zeigt 7. Die Kugelgelenkverbindung zwischen der Pendelstange (Befestigungsteil 2), dem Gehäuse 4 und einem Zapfen 1 erfolgt unter Verwendung eines zylindrischen Metallteils 5, welches einteilig mit dem massiven Schaft 1 verbunden ist. Zwischen Metallteil 5 und Lagerschale L der Kugel 3 ist ein zusätzliches Sicherungselement 7 angeordnet. Das Sicherungselement 7 weist eine Aussparung A3 auf. Die Aussparung A3 dient zum Überschieben des Sicherungselementes 7 über den Schaft 2.1 des Befestigungsteils 2. Das Sicherungselement 7 weist an seinen beiden Stirnseiten sich abwechselnde Laschen 7.1 und Laschen 7.2 auf. Die Laschen 7.1 sind in Richtung zur Kugel 3 und die Laschen 7.2 von der Kugel 3 weg gebogen. Dies trägt wiederum zur Erhöhung der Ausreißsicherheit der Kugelgelenkverbindung bei. Lagerschale L, Sicherungselement 7 und zylindrisches Metallteil 5 wurden mit Kunststoff 6 umspritzt, wodurch ebenfalls ein Metall-Kunststoff-Gehäuse 5 gebildet wird.
Die Draufsicht auf das Sicherungselement 7 mit den Laschen 7.1, 7.2 und der Aussparung A2 gem. 7 zeigt 8 und den Schnitt C-C gem. 8 9.
Eine fünfte Variante zeigt 10. im Längsschnitt durch eine Kugelgelenkverbindung zwischen einer Pendelstange (Befestigungsteil 2), einem Gehäuse 4 und einem Zapfen 1, wobei zwischen dem Metallteil 5 und dem Zapfen 1 eine Steckverbindung besteht. Der Zapfen 1 weist dazu in Richtung zur Kugel 1 einen Flansch 1.3 auf, hinter welchen das Metallteil 5 greift. Das Metallteil 5 kann einstückig ausgebildet sein. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit es zweiteilig zu gestalten, wobei die Trennebene dann bevorzugt in der Achse A1 des Zapfens liegt.
11 zeigt die Vorderansicht einer Pendelstange (Befestigungselement 2) mit zwei um 90° zueinander versetzten Zapfen 1. Es sind selbstverständlich auch beliebige weitere Winkelstellungen möglich.
Neben den vorgestellten Ausführungsbeispielen sind selbstverständlich eine Vielzahl weiterer konstruktiver Ausgestaltungen der Erfindung möglich.

Claims

Kugelgelenkverbindung zwischen einem Zapfen (1) mit einer Achse (A1) und einem Befestigungsteil (2) mit einer Achse (A2), insbesondere einer einen Schaft (2.1) aufweisenden Pendel- oder Koppelstange, unter Verwendung einer Kugel (3), die in einem Gehäuse (4) schwenkbar gelagert ist, wobei an einem Ende des Schaftes (2.1) des Befestigungsteils (2) die Kugel (3) angeordnet und das Gehäuse (4) mit dem Zapfen (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (1) um die Achse (A2) des Befestigungsteils (2) um 360° schwenkbar ist.
Kugelgelenkverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) aus einem Metall-Kunststoff-Verbund besteht.
Kugelgelenkverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) aus mindestens einem die Kugel (3) zumindest teilweise umschließenden Metallteil (5) besteht, welches von Kunststoff (6) umformt/umhüllt ist.
Kugelgelenkverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallteil (5) aus zwei Hälften besteht.
Kugelgelenkverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallteil (5) aus zwei Hälften besteht, deren Trennebene fluchtend zur Achse (A1) des Zapfens (1) oder fluchtend zur Achse (A2) des Schaftes (2.1) liegt.
Kugelgelenkverbindung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallteil (5) aus einem Gehäuseblechformteil oder aus einem ersten und zweiten Gehäuseblechformteil (5.1, 5.2) gebildet wird.
Kugelgelenkverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das/die Gehäuseblechformteil/e (5.1, 5.2) in Richtung zum Schaft (2.1) und/oder dazu entgegengesetzt radial nach innen und/oder radial nach außen gebogene Bereiche aufweist/en.
Kugelgelenkverbindung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallteil (5)/das/die Gehäuseblechformteil/e (5.1, 5.2) mit dem Zapfen (1) verbunden ist/sind.
Kugelgelenkverbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das/die Gehäuseblechformteil/e (5.1, 5.2) mit dem Zapfen (1) einstückig ausgebildet ist/sind.
Kugelgelenkverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (1) entlang seiner Achse (A1) oder entlang der Achse (A2) des Schaftes in zwei Zapfenhälften (1.1, 1.2) geteilt ist.
Kugelgelenkverbindung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zapfenhälften (1.1, 1.2) als Blechformteil ausgebildet sind.
Kugelgelenkverbindung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das/die Gehäuseblechformteile (5.1, 5.2) und der Zapfen (1)/die Zapfenhälften (1.1, 1.2) untereinander verschweißt sind.
Kugelgelenkverbindung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das/die Gehäuseblechformteil/e (5.1, 5.2) mit dem Zapfen (1) durch eine Steckverbindung zueinander positioniert ist/sind.
Kugelgelenkverbindung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsposition des Schaftes (1) zum Gehäuse (4) mit Kunststoff (6) ummantelt ist.
Kugelgelenkverbindung nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Metallteil (5) und Kugel (3) vorhandener Zwischenraum mit Kunststoff (6) ausgefüllt ist und das Metallteil (5) von Kunststoff (6) ummantelt ist.
Kugelgelenkverbindung nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen dem Metallteil (5) und der Kugel (3) ein Sicherungselement (7) befindet.
Kugelgelenkverbindung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (7) in Richtung des Schaftes (2.1) und/oder dazu entgegengesetzt radial nach innen und/oder radial nach außen gebogene Bereiche aufweist.
Kugelgelenkverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (3) in einer Gleitschale (8) gelagert ist.
Kugelgelenkverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (1) einen quadratischen Querschnitt aufweist.
Kugelgelenkverbindung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Eckbereiche des Zapfens abgerundet und mit einem Gewinde (8) versehen sind.
Kugelgelenkverbindung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflächen (9) des Zapfens (1) als Schlüsselflächen dienen.
Kugelgelenkverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtungsbalg (D) am Gehäuse (4) und am Schaft (2.1) des Befestigungsteils (2) abdichtet.
Kugelgelenkverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (3) ein- oder beidseitig am Schaft (2.1) des Befestigungsteils (2) durch eine stoffschlüssige Verbindung befestigt ist oder durch ein Umformverfahren am Schaft (2.1) ausgeformt wurde.
Kugelgelenkverbindung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (3) angeschweißt ist.