WO2006018004A1 - Kugelgelenk und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents
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- WO2006018004A1 WO2006018004A1 PCT/DE2005/001393 DE2005001393W WO2006018004A1 WO 2006018004 A1 WO2006018004 A1 WO 2006018004A1 DE 2005001393 W DE2005001393 W DE 2005001393W WO 2006018004 A1 WO2006018004 A1 WO 2006018004A1
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- F16C11/06—Ball-joints; Other joints having more than one degree of angular freedom, i.e. universal joints
- F16C11/0619—Ball-joints; Other joints having more than one degree of angular freedom, i.e. universal joints the female part comprising a blind socket receiving the male part
- F16C11/0623—Construction or details of the socket member
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- F16C11/0647—Special features relating to adjustment for wear or play; Wear indicators
Definitions
- the invention relates to a ball joint in particular for chassis assemblies and joint assemblies of motor vehicles, with the disclosed in claim 1 generic features and a method for producing such a ball joint according to the preamble of claim 11.
- Ball joints are understood in the prior art as both axial ball joints and radial ball joints, which are used depending on the area of use for the particular operation. Such ball joints are subject to high accuracy requirements to reliably absorb the forces acting on such joints in daily operation, especially in motor vehicles over a long life cycle.
- the high accuracy requirements in this case represent a non-negligible cost factor, in particular with respect to the dimensional tolerances that are present in bearing shells, joint housings and pivot pins. If the dimensional tolerances do not meet the required narrow limits, play arises within the ball joint, which in particular results in premature wear Plastic manufactured bearing shell leads and ultimately can cause a total failure of the joint by itself.
- various options have become known from the prior art in order to provide tolerance compensation to the required extent.
- Object of the present invention is therefore on the one hand to provide a ball joint with the specified generic features, in which by suitable measures with simple means a balance of
- the object of the invention is to provide a method for producing such a ball joint, which provides both in terms of the production of the individual elements as well as with respect to the assembly of the ball joint a simple structure and a corresponding tolerance compensation and thus reduces the Heinrichsvonshunt, at the same time the method according to the invention should enable the possibility of defined setting of the static characteristics of the ball bearing.
- the inventive features of the ball joint consist according to claim 1 in that a contact surface of the closure element presses with a defined pressing force on a contact surface of the bearing shell and is held in the predetermined by the pressing force installation position by means of at least one cohesive connection between the closure element and joint housing.
- the defined pressing force can bring about a defined preload of the bearing shell, in which, in contrast to the prior art, the statistical characteristics are not determined by the manufacturing tolerances of the individual parts and optionally by a forming process of the housing, but by the defined pressing force during the assembly process for the closure element. Due to the geometric design of the individual parts and the defined adjustable pressing force, the static characteristic values can be set specifically with the smallest scatter of the values.
- fixation of the closure element by means of a cohesive joining process offers the guarantee that the installation position predetermined by the pressing force is not subject to any changes during the fixing process for the closure element.
- Cost reduction as a result of possible larger manufacturing tolerances and lesser rework and also allows the use of single or multi-part spherical shells made of high-strength plastics with low tendency to stretch, which in turn increases the life expectancy of the so designed ball joints.
- the closure element represents a possibility which can be easily implemented in terms of process technology, in conjunction with the elastic properties of the bearing shell in order to compensate for the dimensional tolerance of each other Bring about components.
- the subsequent cohesive fixing operation of the closure ring with the housing no further external forces are applied to the closure element, so that a change in the position of the closure element brought about by the defined pressing force is reliably prevented.
- the cohesive connection process can be realized cost-effectively as a welded connection due to the technical conditions and the devices customary today.
- the closure element either as a closure ring with a centrally located opening through which the pivot pin protrudes or form as a closure lid, which closes a mounting opening of the joint housing for installation of bearing shell and pivot pin after assembly.
- an advantageous development provides that the welded connection between the closure element and the joint housing is formed radially on the outer contour of the closure element in the region of the abutment against the joint housing. The circumferential weld results in that in addition to the defined position of the closure element and an additional
- Seal between closure element and joint housing can be brought about. If such a sealing function is not absolutely necessary, it may of course also be advantageous to provide the welded connection between the closure element and joint housing only in individual welding sections.
- the closure element may also be expedient to fix the closure element by a deformation of the joint housing after fixing the closure element by the welded joint with the joint housing as an additional security measure.
- the deformation of the joint housing can be designed as a circumferential retaining lug encompassing the outer contour of the closure element.
- an expedient embodiment of the production of the welded connection between the closure element and the joint housing provides that this is done, for example, by a laser welding process.
- the laser welding here represents a cost-effective and accurate way of producing the welded joint.
- Joint housing latter is additionally fixed by a deformation of the joint housing.
- the deformation of the joint housing takes place by a rolling process, in which on the outer contour of the closure element Locking element cross retaining lugs are formed.
- Figure Ia is a sectional view through an inventive ball joint in the form of an axial ball joint
- FIG. 2 shows a partial sectional view through a further embodiment variant of the ball joint according to the invention in the form of a radial ball joint.
- a joint housing 1 As the essential elements of the axial ball joint shown in Figure Ia drawing are a joint housing 1, a pivot pin 2 with a spherical joint surface 3, a hinge surface 3 surrounding bearing shell 4 and a closure element 5 in the form of a closure ring 5a.
- the joint housing 1 is made of metal, has a recess 6 for receiving the bearing shell 4, which opens into a mounting opening 7 and a mounting opening 7 formed opposite mounting pins 8.
- the joint surface 3 of Taken pivot pin 2 wherein the pivot pin 2 protrudes coaxially to the mounting pin 8 from the mounting hole 7.
- the upper part of the bearing shell 4 is provided with a contact surface 9, which is designed radially encircling and is in contact with a corresponding contact surface 10 of the locking ring 5a.
- the bearing surfaces 9 and 10 extending in the illustrated embodiment substantially at an angle of 45 ° to the axial longitudinal axis 11 of the ball joint serve to transfer a force acting on the outer boundary surface 12 pressing force F on the bearing shell 4.
- the applied pressing force F the bearing shell 4 is compressed such that the bearing shell is deformed in the elastic region, so that optionally between the joint surface 3 and inner contour of the bearing shell 4 and between the outer contour of the bearing shell 4 and the inner surface of the recess 6 of the joint housing 1 existing dimensional tolerances are compensated.
- Process step the possibly existing manufacturing tolerances between the components involved.
- the latter is circumferentially provided with a welded connection 15 between the closure ring 5a and the joint housing 1 in a further method step.
- the welded connection 15 is shown triangular in cross section and enlarged in the sectional view of FIG.
- the bearing shell is according to their elastic properties and the corresponding coefficients of friction between the bearing shell inner surface and joint surface 3 without additional components biased so far that dimensional tolerances are eliminated.
- the ball joint produced on the basis of the described process steps thus provides the guarantee that premature wear of the bearing shell 4 and thus a reduced
- the static characteristic values of the ball joint can be set in a defined manner by specific choice of the size of the contact forces.
- FIG. 1b The detailed view of FIG. 1b in the region of the mounting opening 7 additionally shows that after completion of the welded connection 15 between locking ring 5a and joint housing 1, the latter can be reshaped in its upper region by means of a rolling process.
- the roll edge 16 produced in this way offers additional security with regard to the fixation of the closure ring 5 on the joint housing 1 and is embodied as a circumferential retaining lug which engages over the closure ring 5a.
- FIG. 2 shows a ball joint in the form of a radial ball joint, in which the closure element 5 is not designed as a closure lid 5b, as in the embodiment of FIGS. 1a and 1b, as a closure ring 5a.
- the other shape of the closure element 5 results from the fact that due to the radial design of the ball joint according to the invention the housing has both an opening 17 through which the pivot pin 2 to the outside of the Through the mounting hole 7 in the present embodiment, the pivot pin 2 is arranged thereon hinge surface 3 and the hinge surface 3 surrounding the bearing shell 4 in the joint housing 1 is inserted , Subsequently, the mounting opening 7 is closed by the closure lid 5b.
- the closure lid 5b has on its inner side facing the joint housing 1 a circumferential contact ring 18, which is located after closing the mounting hole 7 in abutment against an outer boundary surface 9 of the bearing shell 4.
- a pressing force is applied to the outside of the closure lid 5b after introduction of the corresponding components into the recess 6 of the joint housing 1, which is illustrated by the arrows labeled F.
- the bearing shell 4 is compressed, such that the bearing shell is elastically deformed, so that existing tolerances between joint surface 3, bearing shell 4 and joint housing 1 can be compensated.
- a welded connection 15 is applied to the upper side of the closure lid 5b.
- the welded joint 15 is shown in the representation of Figure 2 as a cross-section triangular.
- the joint housing 1 On the side facing away from the closure lid 5b side of the joint housing 1 is in conventionally arranged between the joint housing 1 and the pivot pin 2, a seal 20 which closes the opening 17 and prevents contaminants from penetrating the hinge pin side in the radial ball joint.
- the joint housing 1 Analogous to the mounting pin 8 of the embodiment of Figures Ia and Ib, the joint housing 1 is provided with a housing projection 19, which serves to fix the ball joint to body or chassis-side components.
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Abstract
Es wird ein Kugelgelenk insbesondere für Fahrwerksbaugruppen und Lenkungsbaugruppen von Kraftfahrzeugen, bestehend aus einem Gelenkgehäuse und einem Gelenkzapfen mit einer gerundeten Lagerfläche, welche in einer aus elastischem Kunststoff gefertigten Lagerschale aufgenommen ist, wobei die Lagerschale wiederum in einer Ausnehmung des Gelenkgehäuses durch ein Verschlusselement festgelegt ist sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kugelgelenkes vorgestellt, bei dem das Verschlusselement (5) mit einer definierten Presskraft (F) auf eine Anlagefläche (9) zwischen Lagerschale (4) und Verschlusselement (5) drückt und in der durch die Presskraft (F) vorgegebenen Einbaulage mittels mindestens einer stoffschlüssigen Verbindung (15) zwischen Verschlusselement (5) und Gelenkgehäuse (1) gehalten ist.
Description
Kugelgelenk und. Verfahren zu dessen Herstellung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk insbesondere für Fahrwerksbaugruppen und Gelenkbaugruppen von Kraftfahrzeugen, mit den im Anspruch 1 offenbarten gattungsbildenden Merkmalen sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kugelgelenkes gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 11.
Unter Kugelgelenken werden im Stand der Technik sowohl Axialkugelgelenke als auch Radialkugelgelenke verstanden, die je nach Einsatzgebiet für die jeweiligen Betrieb s erfordernisse eingesetzt werden. Derartige Kugelgelenke unterliegen hohen Genauigkeitserfordernissen, um die im täglichen Betrieb insbesondere bei Kraftfahrzeugen auf derartige Gelenke wirkenden Kräfte über einen langen Lebenszyklus zuverlässig aufzunehmen. Die hohen Genauigkeitserfordernisse stellen dabei insbesondere in Bezug auf die bei Lagerschalen, Gelenkgehäusen und Gelenkzapfen bestehenden Abmessungstoleranzen einen nicht zu vernachlässigenden Kostenfaktor dar. Entsprechen die Abmessungstoleranzen nicht den geforderten engen Grenzen, so entsteht innerhalb des Kugelgelenkes ein Spiel, welches zu einem vorzeitigen Verschleiß insbesondere der aus Kunststoff gefertigten Lagerschale führt und letztendlich einen Totalausfall des Gelenkes nach sich ziehen kann.
Zur Problemlösung sind aus dem Stand der Technik unterschiedliche Möglichkeiten bekannt geworden, um einen Toleranzausgleich im erforderlichen Maße bereitzustellen. So ist beispielsweise in der DE 295 09 566 Ul ein Axialkugelgelenk für Gestänge in Kraftfahrzeugen offenbart, bei dem ein Toleranzausgleich mittels eines innerhalb des Kugelgelenkes befindlichen elastischen Puffers herbeigeführt wird, welcher zwischen Lagerschale und der Innenwandung der die Lagerschale umgebenden Gelenkgehäuseausnehmung angeordnet ist. Durch die Auswahl der Kennwerte des eingesetzten Puffers im Hinblick auf seine elastischen Eigenschaften lässt sich in vielen Fällen ein Toleranzausgleich herbeiführen.
Darüber hinaus sind im Stand der Technik Methoden bekannt geworden, durch den Einsatz von Kunststoffen mit hoher Dehnung, wie POM, PUR und PA einen Toleranzausgleich herbeizuführen. Dies geschieht in der Regel dadurch, dass das für die Fixierung der Lagerschale vorgesehene Verschlusselement so mit dem Gelenkgehäuse verbunden wird, dass die Einbaulage des Verschlusselementes ein - wenn auch geringfügiges - Zusammenpressen der Lagerschale bewirkt und somit vorhandene Toleranzen zwischen Lagerschale, Gelenkgehäuse und kugeliger Lagerfläche des Gelenkzapfens ausgleicht.
Diese Art des Toleranzausgleiches birgt indes zwei Nachteile in sich. Zum einen sind die Belastungsbeanspruchungen, die von den verwendeten Werkstoffen der Lagerschalen aufgenommen werden können, durch die Elastizität des Materials begrenzt. Dabei ist zu beachten, dass die elastischen Eigenschaften des Lagerschalenwerkstoffes darüber hinaus in Verbindung mit einem ein- oder mehrteiligen Aufbau der Lagerschale für eine Montage des Kugelgelenkes notwendig sind, da die elastische Lagerschale während des Montagevorganges für das Kugelgelenk über die kugelförmige Lagerfläche des Gelenkzapfens übergestülpt und entsprechend verformt wird.
Der weitere Nachteil der genannten Bauweise derartiger Kugelgelenke besteht darin, dass zur Fixierung des Verschlusselementes eine Verformung des Gelenkgehäuses mittels eines Rollprozesses erfolgt. Dabei machen die für den Rollvorgang notwendigen Verformungskräfte eine Anlage des jeweiligen Verschlusselementes an einem Absatz des Gelenkgehäuses notwendig. Somit kann für unterschiedliche Abmessungstoleranzen und die daraus sich ergebenden unterschiedlichen Verformungskräfte der Gelenkschale keine jeweils angepasste Lage des Verschlusselementes herbeigeführt werden, da das Verschlusselement in Folge des abschließenden Verrollungsvorganges immer an dem vorgegebenen Absatz des Gelenkgehäuses anliegen muss. Infolge dessen ergeben sich für die miteinander zu kombinierenden Bauelemente wiederum äußerst geringe Fertigungstoleranzen, da die Belastbarkeit und die statischen Kennwerte des Kugelgelenkes durch die Toleranzen der Einzelteile bestimmt werden, sofern kein sonstiges Ausgleichselement, wie beispielsweise in der oben angeführten DE 295 095 66 Ul beschrieben, vorhanden ist.
Zusätzlich nachteilig bei allen bekannten Kugelgelenken ist darüber hinaus , dass die Toleranzproblematik die definierte Einstellung statischer Kennwerte wie die der Lagerschalenvorspannung äußerst schwierig und kostenaufwendig macht, so dass Kugelgelenke mit genau vorbestimmten Kennwerten in der Großserienproduktion in der Regel unbekannt sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher einerseits, ein Kugelgelenk mit den angegebenen gattungsbildenden Merkmalen bereitzustellen, bei dem durch geeignete Maßnahmen mit einfachen Mitteln ein Ausgleich der
Abmessungstoleranzen der einzelnen Bauelemente des Kugelgelenkes herbeigeführt werden kann, da sich bei einer größeren Bandbreite der eng bemessenen Toleranzwerte üblicher Kugelgelenke die Herstellungskosten signifikant herabsetzen
lassen. Außerdem soll ein Kugelgelenk geschaffen werden, dessen statische Kennwerte mit einfachen Mitteln gezielt mit geringer Streuung der Werte eingestellt werden können.
Darüber hinaus besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kugelgelenkes bereitzustellen, welches sowohl hinsichtlich der Herstellung der Einzelelemente als auch im Hinblick auf die Montage des Kugelgelenkes einen einfachen Aufbau sowie einen entsprechenden Toleranzausgleich bereitstellt und somit die Herstellverfahrenskosten herabsetzt, wobei gleichzeitig das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit der definierten Einstellung der statischen Kennwerte des Kugellagers ermöglichen soll.
Diese Aufgaben werden hinsichtlich des Kugelgelenkes zusammen mit den gattungsbildenden Merkmalen durch die im Anspruch 1 offenbarte technische Lehre gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens sind die erfindungswesentlichen
Herstellungsschritte für ein derartiges Kugelgelenk im Anspruch 11 aufgeführt.
Die erfindungsgemäßen Merkmale des Kugelgelenkes bestehen gemäß Anspruch 1 darin, dass eine Anlagefläche des Verschlusselements mit einer definierten Presskraft auf eine Anlagefläche der Lagerschale drückt und in der durch die Presskraft vorgegebenen Einbaulage mittels mindestens einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen Verschlusselement und Gelenkgehäuse gehalten ist. Durch die definierte Presskraft lässt sich eine definierte Vorspannung der Lagerschale herbeiführen, bei der im Gegensatz zum bisherigen Stand der Technik die statistischen Kennwerte nicht durch die Fertigungstoleranzen der Einzelteile sowie gegebenenfalls durch einen Umformprozess des Gehäuses bestimmt werden, sondern durch die definierte Presskraft während des Montagevorganges für das Verschlusselement.
Dabei können auf Grund der geometrischen Auslegung der Einzelteile und der definiert einstellbaren Presskraft die statischen Kennwerte gezielt mit geringsten Streuungen der Werte eingestellt werden.
Die Fixierung des Verschlusselementes mittels eines stoffschlüssigen Fügevorganges bietet dabei die Gewähr, dass die durch die Presskraft vorgegebene Einbaulage während des Fixiervorganges für das Verschlusselement keinerlei Veränderungen unterliegt.
Die dargelegte erfinderische technische Lehre bietet zum einen eine
Kostenreduzierung in Folge möglicher größerer Fertigungstoleranzen sowie geringerer Nacharbeiten und erlaubt darüber hinaus den Einsatz von ein- oder mehrteiligen Kugelschalen aus hochfesten Kunststoffen mit geringer Dehnungsneigung, was wiederum die Lebensdauererwartung der so konzipierten Kugelgelenke erhöht.
Die im Anspruch 8 offenbarte technische Lehre bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass nach Einbringen von Gelenkzapfen, Lagerschale und Verschlusselement in die hierfür vorgesehene Ausnehmung des Gelenkgehäuses auf das Verschlusselement eine definierte Presskraft aufgebracht wird, welche durch mindestens eine Anlagefläche zwischen Verschlusselement und Lagerschale auf Letztere übertragen wird und in einem weiteren Verfahrensschritt das Verschlusselement in der durch die Presskraft vorgegebenen Einbaulage mittels mindestens einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen Verschlusselement und Gelenkgehäuse festgelegt wird. Das Aufbringen der Presskraft auf das
Verschlusselement stellt dabei eine verfahrenstechnisch einfach zu realisierende Möglichkeit dar, um in Verbindung mit den elastischen Eigenschaften der Lagerschale einen Abmessungstoleranzausgleich der miteinander montierten
Bauelemente herbeizuführen. Durch den nachfolgenden stoffschlüssigen Fixiervorgang des Verschlussringes mit dem Gehäuse werden auf das Verschlusselement keine weiteren äußeren Kräfte aufgebracht, so dass eine Änderung der durch die definierte Presskraft herbeigeführte Lageposition des Verschlusselementes zuverlässig ausgeschlossen wird. Der stoffschlüssige Verbindungsvorgang lässt sich dabei auf Grund der technischen Rahmenbedingungen und der heute üblichen Vorrichtungen kostengünstig als Schweißverbindung realisieren.
Besondere Ausgestaltungen sowohl des erfindungsgemäßen Kugelgelenkes als auch des zugehörigen Herstellungsverfahrens ergeben sich zusammen mit den technischen Lehren der Ansprüche 1 und 8 aus den auf die jeweiligen Ansprüche rückbezogenen Unteransprüchen.
Im Hinblick auf die Stoff schlüssige Verbindung haben sich insbesondere
Schweiß-, Löt- und Klebeverbindungen als vorteilhaft erwiesen. Bei Fixierungen mittels Schweißverbindungen ist dabei zusätzlich von Vorteil, dass sich dabei über die während des Schweißprozesses zugeführte Wärme eine Temperung des Gelenkes realisieren lässt, wodurch ein besseres Tragbild im Gelenk erzeugt und ein nachträgliches Setzen der Lagerschale verhindert und die Lebensdauer des Kugelgelenkes erhöht wird.
Es hat sich bezüglich des Kugelgelenkes insbesondere als vorteilhaft erwiesen, das Verschlusselement entweder als Verschlussring mit einer mittig angeordneten Durchbrechung zu gestalten, durch welche der Gelenkzapfen hindurchragt oder als Verschlussdeckel auszubilden, der eine Montageöffnung des Gelenkgehäuses zum Einbau von Lagerschale und Gelenkzapfen nach der Montage verschließt.
Darüber hinaus sieht eine vorteilhafte Weiterbildung vor, dass die Schweißverbindung zwischen Verschlusselement und Gelenkgehäuse radial an der Außenkontur des Verschlusselementes im Bereich der Anlage an das Gelenkgehäuse umlaufend ausgebildet ist. Die umlaufende Schweißverbindung führt dazu, dass neben der definierten Position des Verschlusselementes auch eine zusätzliche
Abdichtung zwischen Verschlusselement und Gelenkgehäuse herbeigeführt werden kann. Ist eine derartige Dichtfunktion nicht unbedingt notwendig, so kann es natürlich auch vorteilhaft sein, die Schweißverbindung zwischen Verschlusselement und Gelenkgehäuse nur in einzelnen Schweißsektionen vorzusehen.
In besonderen Fällen kann es darüber hinaus zweckmäßig sein, nach Fixierung des Verschlusselementes durch die Schweißverbindung mit dem Gelenkgehäuse als zusätzliche Sicherungsmaßnahme das Verschlusselement durch eine Verformung des Gelenkgehäuses zu fixieren. Die Verformung des Gelenkgehäuses kann dabei als eine die Außenkontur des Verschlusselementes umgreifende umlaufende Haltenase gestaltet sein.
Bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht eine zweckmäßige Ausbildung der Herstellung der Schweißverbindung zwischen Verschlusselement und Gelenkgehäuse vor, dass dies beispielsweise durch einen Laserschweißvorgang geschieht. Das Laserschweißen stellt hierbei eine kostengünstige und genaue Möglichkeit der Herstellung der Schweißverbindung dar.
Darüber hinaus kann als zusätzlicher Verfahrensschritt vorgesehen sein, dass nach Herstellung der Schweißverbindung zwischen Verschlusselement und
Gelenkgehäuse letzteres durch eine Verformung des Gelenkgehäuses zusätzlich fixiert wird. Dabei erfolgt die Verformung des Gelenkgehäuses durch einen Verrollungsvorgang, bei dem an der Außenkontur des Verschlusselementes das
Verschlusselement übergreifende Haltenasen ausgebildet werden.
Im Folgenden werden bezüglich des Kugelgelenkes die erfindungswesentlichen Merkmale anhand zweier Beispiele eines Axialkugelgelenkes sowie eines Radialkugelgelenkes erläutert und dabei die erfindungswesentlichen Verfahrensschritte verdeutlicht.
Es zeigt:
Figur Ia eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk in form eines Axialkugelgelenkes
Figur Ib eine weitere Ausführungsvariante des Kugelgelenkes aus Figur Ia und
Figur 2 eine Teilschnittdarstellung durch eine weitere Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Kugelgelenkes in Form eines Radialkugelgelenkes.
Als wesentliche Elemente des in Figur Ia dargestellten Axialkugelgelenkes sind Zeichnung ein Gelenkgehäuse 1, ein Gelenkzapfen 2 mit einer kugelförmigen Gelenkfläche 3, ein die Gelenkfläche 3 umgebende Lagerschale 4 sowie ein Verschlusselement 5 in Form eines Verschlussringes 5 a zu entnehmen. Das Gelenkgehäuse 1 besteht aus Metall, besitzt eine Ausnehmung 6 zur Aufnahme der Lagerschale 4, welche in eine Montageöffnung 7 mündet und ein der Montage Öffnung 7 gegenüber liegend angeformten Befestigungszapfen 8. In der in der Ausnehmung 6 aufgenommenen Lagerschale 3 wiederum ist die Gelenkfläche 3 des Gelenkzapfens 2 aufgenommen, wobei der Gelenkzapfen 2 koaxial zum Befestigungszapfen 8 aus der Montageöffnung 7 hinausragt.
Im Bereich der Montageöffnung 7 ist der obere Teil der Lagerschale 4 mit einer Anlagefläche 9 versehen, die radial umlaufend gestaltet ist und in Kontakt steht mit
einer korrespondierenden Anlagefläche 10 des Verschlussringes 5a. Die im dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen im Winkel von 45° zur Axiallängsachse 11 des Kugelgelenkes verlauf enden Anlageflächen 9 und 10 dienen zur Übertragung einer auf die äußere Begrenzungsfläche 12 wirkenden Presskraft F auf die Lagerschale 4. Durch die aufgebrachte Presskraft F wird die Lagerschale 4 zusammengepresst, derart, dass die Lagerschale im elastischen Bereich verformt wird, so dass gegebenenfalls zwischen Gelenkfläche 3 und innerer Kontur der Lagerschale 4 sowie zwischen der äußeren Kontur der Lagerschale 4 und der inneren Oberfläche der Ausnehmung 6 des Gelenkgehäuses 1 bestehende Abmessungstoleranzen ausgeglichen werden.
Aus der Figur Ia wird dabei deutlich, dass in Richtung der Axiallängsachse 11 des Kugelgelenkes zwischen dem Verschlussring 5a und einem Anschlag 13 des Gelenkgehäuses 1 ein Zwischenraum 14 besteht, der eine in Folge der Presskraft F hervorgerufene Bewegung des Verschlussringes 5a in Richtung der Axiallängsachse 11 ermöglicht.
Das Aufbringen der definierten Presskraft F auf den Verschlussring 5a nach Einbringen der Lagerschale 4, des Gelenkzapfens 2 sowie des Verschlussringes 5 a in die Ausnehmung 6 des Gelenkgehäuses 1 beseitigt als ein erfindungsgemäßer
Verfahrensschritt die gegebenenfalls vorhandenen Fertigungstoleranzen zwischen den beteiligten Bauelementen. Zur Fixierung der in Folge der Presskraft F herbeigeführten Position des Verschlussringes 5a wird dieser in einem weiteren Verfahrensschritt umlaufend mit einer Schweißverbindung 15 zwischen Verschlussring 5a und Gelenkgehäuse 1 versehen. Die Schweißverbindung 15 ist in der Schnittdarstellung der Figur Ia im Querschnitt dreieckförmig und vergrößert dargestellt. Nach Beendigung des Schweißvorganges, der vorzugsweise durch eine Laserschweißvorrichtung vorgenommen wird, ist die Lagerschale entsprechend ihrer
elastischen Eigenschaften und der entsprechenden Reibungskoeffizienten zwischen Lagerschaleninnenfläche und Gelenkfläche 3 ohne zusätzliche Bauelemente so weit vorgespannt, dass Abmessungstoleranzen beseitigt sind. Das anhand der geschilderten Verfahrensschritte hergestellte Kugelgelenk bietet somit die Gewähr, dass ein vorzeitiger Verschleiß der Lagerschale 4 und somit eine herabgesetzte
Lebensdauer des gesamten Kugelgelenkes ausgeschlossen ist. Darüber hinaus lassen sich durch gezielte Wahl der Größe der Anpresskräfte die statischen Kennwerte des Kugelgelenkes definiert einstellen. Die infolge des Schweißvorganges in das Gelenkgehäuse eingebrachte Wärmeenergie unterstützt zusätzlich einen Tempervorgang der Lagerschale 4, d.h. der Wärmeeintrag führt zu einer
Vergleichmäßigung der Spannungen in der Lagerschale 4. Dies entspricht einer künstlichen Alterung, wodurch sich das Tragbild im Kugelgelenk verbessert und eine nachträgliche Alterung bzw. ein Setzen der Lagerschale 4 nicht mehr stattfindet.
Die Detailansicht der Figur Ib im Bereich der Montageöffnung 7 zeigt ergänzend, dass nach Fertigstellung der Schweißverbindung 15 zwischen Verschlussring 5a und Gelenkgehäuse 1 letzteres in seinem oberen Bereich mittels eines Verrollungsvorganges umgeformt werden kann. Die dabei hergestellte so genannte Verrollungskante 16 bietet zusätzliche Sicherheit in Bezug auf die Fixierung des Verschlussringes 5 am Gelenkgehäuse 1 und ist als umlaufende, den Verschlussring 5a übergreifende Haltenase ausgebildet.
In der Figur 2 ist ein Kugelgelenk in Form eines Radialkugelgelenkes dargestellt, bei dem das Verschlusselement 5 nicht, wie in dem Ausführungsbeispiel der Figuren Ia und Ib als Verschlussring 5a, sondern als Verschlussdeckel 5b gestaltet ist. Die andere Form des Verschlusselementes 5 ergibt sich aus der Tatsache, dass auf Grund der Radialbauweise des erfindungsgemäßen Kugelgelenkes das Gehäuse sowohl eine Öffnung 17 aufweist, durch die der Gelenkzapfen 2 zur Außenseite des
Gelenkgehäuses 1 hinausragt, als auch eine an der dem Gelenkzapfen 2 abgewandten Oberseite des Gelenkgehäuses 1 befindliche Montageöffnung 7. Durch die Montageöffnung 7 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Gelenkzapfen 2 mit daran angeordneter Gelenkfläche 3 sowie die die Gelenkfläche 3 umgebende Lagerschale 4 in das Gelenkgehäuse 1 eingesetzt. Anschließend wird die Montageöffnung 7 durch den Verschlussdeckel 5b verschlossen. Der Verschlussdeckel 5b besitzt an seiner dem Gelenkgehäuse 1 zugewandten Innenseite einen umlaufenden Anlagering 18, welcher sich nach Verschließen der Montageöffnung 7 in Anlage an eine äußere Begrenzungsfläche 9 der Lagerschale 4 befindet.
Als erfindungswesentlicher Verfahrensschritt wird auf die Außenseite des Verschlussdeckels 5b nach Einbringen der entsprechenden Bauteile in die Ausnehmung 6 des Gelenkgehäuses 1 eine Presskraft aufgebracht, die durch die Pfeile mit der Bezeichnung F verdeutlicht ist. Durch diese Presskraft F wird die Lagerschale 4 zusammengepresst, derart, dass die Lagerschale elastisch verformt wird, so dass bestehende Toleranzen zwischen Gelenkfläche 3, Lagerschale 4 und Gelenkgehäuse 1 ausgeglichen werden können.
Ist dieser Ausgleich vollzogen, so wird in einem weiteren Verfahrensschritt eine Schweißverbindung 15 an der Oberseite des Verschlussdeckels 5b aufgebracht. Die Schweißverbindung 15 ist in der Darstellung der Figur 2 als Querschnitt dreieckförmig dargestellt. Durch die Schweißverbindung 15 wird der Verschlussdeckel 5b in genau derjenigen Position fixiert, welche in Folge der Presskraft F einen Toleranzausgleich zwischen den beteiligten Bauelementen innerhalb des Kugelgelenkes herbeiführt.
An der dem Verschlussdeckel 5b abgewandten Seite des Gelenkgehäuses 1 ist in
herkömmlicher Weise zwischen dem Gelenkgehäuse 1 und dem Gelenkzapfen 2 eine Dichtung 20 angeordnet, die die Öffnung 17 verschließt und verhindert, dass Verunreinigungen von der Gelenkzapfenseite in das Radialkugelgelenk eindringen. Analog zum Befestigungszapfen 8 des Ausführungsbeispieles der Figuren Ia und Ib ist das Gelenkgehäuse 1 mit einem Gehäuseansatz 19 versehen, welcher zur Festlegung des Kugelgelenkes an karosserie- oder fahrwerkseitigen Bauteilen dient.
Bezugszeichenliste
Gelenkgehäuse Gelenkzapfen Gelenkfläche Lagerschale Verschlusselement a Verschlussring b Verschlussdeckel Ausnehmung Montageöffnung Befestigungszapfen Anlagefläche 0 Anlagefläche 1 Axiallängsachse 2 Begrenzungsfläche 3 Anschlag 4 Zwischenraum 5 Schweißverbindung 6 Verrollungskante 7 Öffnung 8 Dichtung 9 Gehäuseansatz 0 Dichtung Presskraft
Claims
1. Kugelgelenk insbesondere für Fahrwerksbaugruppen und Lenkungsbaugruppen von Kraftfahrzeugen, bestehend aus einem Gelenkgehäuse und einem Gelenkzapfen mit einer gerundeten Lagerfläche, welche in einer aus elastischem Kunststoff gefertigten Lagerschale aufgenommen ist, wobei die Lagerschale wiederum in einer Ausnehmung des Gelenkgehäuses durch ein Verschlusselement festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anlagefläche (10) des Verschlusselements (5) mit einer definierten Presskraft (F) auf eine korrespondierende Anlagefläche (9) der Lagerschale (4) drückt und in der durch die Presskraft (F) vorgegebenen Einbaulage mittels mindestens einer stoffschlüssigen Verbindung (15) zwischen Verschlusselement (5) und Gelenkgehäuse (l) gehalten ist.
2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung eine Schweißverbindung, insbesondere eine Laserschweißverbindung ist.
3. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung eine Lötverbindung ist.
4. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung eine Klebeverbindung ist.
5. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (5) als Verschlussring (5a) mit einer mittig angeordneten Durchbrechung gestaltet ist, durch welche der Gelenkzapfen (2) hindurchragt.
6. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (5) als Verschlussdeckel (5b) ausgebildet ist, der eine Montageöffnung (7) des Gelenkgehäuses (1) zum Einbau von Lagerschale (4) und Gelenkzapfen (2) nach der Montage verschließt.
7. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung (15) zwischen Verschlusselement (5) und Gelenkgehäuse (1) radial an der Außenkontur des Verschlusselementes (5) im Bereich der Anlage an das Gelenkgehäuse (1) umlaufend ausgebildet ist.
8. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung (15) zwischen Verschlusselement (5) und Gelenkgehäuse (1) aus einzelnen an der Außenkontur des Verschlusselementes (5) im Bereich der Anlage an das Gelenkgehäuse (1) angeordneten Schweißsektionen besteht.
9. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (5) durch eine Verformung des Gelenkgehäuses (1) zusätzlich fixiert ist.
10. Kugelgelenk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung des Gelenkgehäuses (1) als eine die Außenkontur des Verschlusselementes (5) umgreifende umlaufende Haltenase gestaltet ist.
11. Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenkes, insbesondere für Fahrwerksbaugruppen und Lenkungsbaugruppen von Kraftfahrzeugen, bei dem das Kugelgelenk aus einem Gelenkgehäuse und einem Gelenkzapfen mit einer gerundeten Lagerfläche besteht, die Lagerfläche in einer aus elastischem Kunststoff gefertigten Lagerschale aufgenommen ist, und wobei die Lagerschale wiederum in einer Ausnehmung des Gelenkgehäuses mittels eines Verschlusselementes festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass nach Einbringen von Gelenkzapfen (2) und Lagerschale (4) und Verschlusselement (5) in die Ausnehmung (6) des Gelenkgehäuses (1) auf das Verschlusselement (5) eine definierte Presskraft (F) aufgebracht wird, welche durch eine Anlagefläche (9) zwischen Verschlusselement (5) und Lagerschale (4) auf letztere übertragen wird und dass das Verschlusselement (5) in der durch die Presskraft (F) vorgegebenen Einbaulage mittels mindestens einer stoffschlüssigen Verbindung (15) zwischen Verschlusselement (5) und Gelenkgehäuse (1) festgelegt wird.
12. Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenkes nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoff schlüssige Verbindung (15) zwischen Verschlusselement (5) und Gelenkgehäuse (1) durch einen Schweißvorgang, vorzugsweise einen Laserschweißvorgang hergestellt wird.
13. Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenkes nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung (15) zwischen Verschlusselement (5) und Gelenkgehäuse (1) das Verschlusselement (5) durch eine Verformung des Gelenkgehäuses (1) zusätzlich fixiert wird.
14. Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenkes nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung des Gelenkgehäuses (1) durch einen Verrollungsvorgang (16) geschieht, bei dem an der Außenkontur des Verschlusselementes das Verschlusselement (5) übergreifende Haltenasen gebildet werden.
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