WO2003031834A1 - Kugelgelenk - Google Patents

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WO2003031834A1
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housing
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Inventor
Manfred Heidemann
Manfred Bohne
Hans Prins
Jürgen GRÄBER
Guido Remme
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ZF Lemförder Metallwaren AG
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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C11/00—Pivots; Pivotal connections
    • F16C11/04—Pivotal connections
    • 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
    • F16C11/0628—Construction or details of the socket member with linings
    • F16C11/0633—Construction or details of the socket member with linings the linings being made of plastics
    • F16C11/0638—Construction or details of the socket member with linings the linings being made of plastics characterised by geometrical details
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Definitions

  • the invention relates to a ball joint, in particular for steering systems and / or wheel suspensions of motor vehicles, with a joint pin which is rotatably and tiltably received in a one-part or multi-part bearing shell within a joint housing, the bearing shell being fixed in the joint housing by a positive lock ring.
  • the disclosed technical teaching is characterized in particular by the fact that a metallic compression element is arranged between the locking ring and the joint housing, which provides a sealing contact surface between the joint housing and the locking ring in the assembled state of the ball joint.
  • the compression element mentioned is deformed during the press-in process to produce the positive connection between the joint housing and the locking ring in such a way that, under all given tolerance conditions, a metallic contact is always produced between the components of the ball joint which are connected to one another.
  • additional axial support of the locking ring on the joint housing can be brought about.
  • Joint housing or the locking ring can be molded in one operation.
  • the deformability of the compression element and the resulting sealing effect can be optimized in that the cross-sectional shape of the compression element designed as a sealing lip is such that its width is very much smaller than its height protruding beyond the axial cross-sectional area.
  • the arrangement of the compression element itself can be carried out both on the locking ring and on the joint housing, depending on which other geometric conditions are to be taken into account during manufacture and assembly.
  • Figure 1 is a longitudinal sectional view through an inventive
  • FIG. 2 shows an enlarged illustration of the partial area according to the invention from FIG. 1.
  • the ball joint shown in FIG. 1 consists of a joint pin 1 which has a pin region 2 and a joint ball 3 formed thereon in a manner known per se.
  • the hinge pin 1 is supported with its joint ball 3 in a bearing shell 4 made of an elastic material.
  • the inner contour of the bearing shell 4 is adapted to the joint ball 3.
  • the bearing shell 4 has on its outer contour a cylindrical outer surface 5 and an outer surface 6 angled at an angle of approximately 45 ° with which the bearing shell 4 is accommodated in an articulated housing 7.
  • the joint housing 7 is closed at the upper end of the joint pin 1 on the side of the joint ball and points at it opposite side on an opening 8 through which the bearing shell 4 together with the pivot pin 1 can be inserted into the joint housing 7.
  • the locking ring has a rotationally symmetrical shape with an annular core region 10 and two differently shaped end regions 11 and 12 projecting in the direction of the journal region 2 and the joint ball 3.
  • the end region 11 serves to receive a sealing or rubber bellows 13 which is located in a circumferential groove 14 of the locking ring is received and serves to seal the pin area 2 with respect to the joint ball area 3 within the joint housing 7.
  • the opposite end region 12 rests with its free end designed as a shoulder 15 against a circumferential shoulder of the bearing shell 4 and fixes it within the joint housing 7 in the axial direction.
  • the closure ring 9 closes the opening 8 after insertion of the above-mentioned components and is fixed within the joint housing 7 by means of a suitable press-in or rolling tool.
  • a circumferential rolling edge 16 is produced at the lower end of the joint housing facing the pin area 2, on which a surface of the outwardly projecting core area 10 of the locking ring 9 comes to rest.
  • the locking ring 9 is axially fixed in the opposite axial direction, as already described above, by the locking ring 9 resting on the shoulder of the bearing shell 4.
  • this upsetting element 18 is to seal the gap 17 between the joint housing 7 and the locking ring 9. This is done by the metallic contact of the upsetting element on the opposite axial surface, which in turn brings about a slight deformation of the upsetting element as part of the VerroUung process when closing the ball joint becomes.
  • the special shape of the compression element 18 is clear from the detailed illustration in FIG. 2.
  • the compression element is designed in the form of a sealing lip, the width of which is substantially smaller than that across the axial cross-sectional area 19 of the
  • Articulated housing 7 protruding height. Due to this geometric design and the selected height of the sealing lip, due to which the locking ring comes into contact with the sealing lip during the manufacturing process and only after the deformation of the sealing lip in the course of the roasting process, the shoulder 15 of the bearing shell 4 always has a metallic stop between the joint housing 7 and locking ring 9 ensured and thus brought about a sealing function. Due to the small width of the compression element 18, there is no special additional power requirement for the deformation of the compression element necessary during the roasting process.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk, insbesondere für Lenkungen und/oder Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen mit einem Gelenkzapfen (1), welcher in einer ein- oder mehrteiligen Lagerschale (4) dreh- und kippbar innerhalb eines Gelenkgehäuses (7) aufgenommen ist, wobei die Lagerschale (4) durch einen Verschlussring (9) im Gelenkgehäuse festgelegt ist, wobei zwischen Verschlussring (9) und Gelenkgehäuse (7) ein metallisches Stauchelement (18) angeordnet ist, welches im Zusammenbauzustand des Kugelgelenkes eine dichtende Anlagefläche zwischen Gelenkgehäuse (7) und Verschlussring (9) bereitstellt.

Description

Kugelgelenk
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk, insbesondere für Lenkungen und/oder Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen mit einem Gelenkzapfen, welcher in einer ein- oder mehrteiligen Lagerschale dreh- und kippbar innerhalb eines Gelenkgehäuses aufgenommen ist, wobei die Lagerschale durch einen Nerschlussring im Gelenkgehäuse festgelegt ist.
Kugelgelenke der eingangs geschilderten gattungsgemäßen Art werden in hoher Stückzahl in allen Bereichen der Technik, insbesondere auch in der
Kraftfahrzeugindustrie in unterschiedlicher Ausgestaltung und Größe eingesetzt. Der Herstell Vorgang derartiger Kugelgelenke erfolgt in der Regel dadurch, dass zunächst durch eine Montageöffhung im Gelenkgehäuse die Lagerschale zusammen mit dem Kugelzapfen eingesetzt werden. Verschlossen wird das Gelenkgehäuse anschließend durch einen Nerschlussring, der mittels eines Verrollungsvorganges formschlüssig mit dem Gelenkgehäuse verbunden wird. Bei den geschilderten Montageschritten besteht insbesondere hinsichtlich der Verbindung zwischen Nerschlussring und Gelenkgehäuse mitunter das Problem, dass der Nerschlussring, welcher gleichzeitig die Lagerschale im Gelenkgehäuse verdrehfest positionieren soll auf Grund bestehender Toleranzen nicht an einer dafür vorgesehenen Schulter des
Gelenkgehäuses zur Anlage kommt. Dieses Problem führt zwangsläufig dazu, dass ein Gehäusespalt entsteht, durch den nach Beendigung des Fertigungsprozesses unter Umständen Feuchtigkeit sowie Verunreinigungen in das Innere des Kugelgelenkes eindringen können, da die durch den Verrollungsvorgang herstellte formschlüssige Verbindung zwischen Verschlussring und Gelenkgehäuse keine absolute Dichtungsfunktion übernehmen kann. Eindringende Feuchtigkeit sowie Verunreinigungen führen im Kugelgelenk zu einer erhöhten Reibung und verringern gegebenenfalls die Lebensdauer der betroffenen Kugelgelenke äußerst nachhaltig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von den geschilderten Nachteilen des Standes der Technik bei einem Kugelgelenk der gattungsgemäßen Art durch einen besseren Dichtungsschutz zwischen Verschlussring und Gelenkgehäuse eine Herabsetzung der Lebensdauer in Folge eindringender Feuchtigkeit und Verunreinigungen auszuschließen und einen verbesserten Toleranzausgleich während der Montage des Kugelgelenkes zu erreichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß zusammen mit den gattungsbildenden Merkmalen des Anspruches 1 durch die im kennzeichnenden Teil vermittelte technische Lehre gelöst.
Die offenbarte technische Lehre zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass zwischen Verschlussring und Gelenkgehäuse ein metallisches Stauchelement angeordnet ist, welches im Zusammenbauzustand des Kugelgelenkes eine dichtende Anlagefläche zwischen Gelenkgehäuse und Verschlussring bereitstellt. Das angesprochene Stauchelement wird während des Einpressvorganges zur Herstellung der formschlüssigen Verbindung zwischen Gelenkgehäuse und Verschlussring so verformt, dass unter allen gegebenen Toleranzbedingungen immer eine metallische Anlage zwischen den miteinander verbundenen Bauelementen des Kugelgelenkes hergestellt ist. Darüber hinaus kann auf Grund der speziellen Gestaltung des Stauchelementes eine zusätzliche Axialabstützung des Verschlussringes am Gelenkgehause herbeigeführt werden.
Besondere Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich auch aus den besonderen Merkmalen der Unteransprüche. Es hat sich zur Lösung der Aufgabe insbesondere als vorteilhaft erwiesen, das Stauchelement als konzentrisch umlaufende Dichtlippe auszuführen. Die umlaufende Dichtlippe ist dabei an einer axialen Querschnittsfläche des Verschlussringes oder des Gehäuses vorstehend angeordnet. Diese Gestaltung erlaubt eine besonders einfache Herstellung des Stauchelementes, da dieses zusammen mit dem
Gelenkgehäuse oder dem Verschlussring in einem Arbeitsgang ausgeformt werden kann. Die Verformbarkeit des Stauchelementes und die daraus resultierende Dichtwirkung kann dadurch optimiert werden, dass das als Dichtlippe ausgeführte Stauchelement in seiner Querschnittsform so ausgebildet ist, dass seine Breite sehr viel geringer ist als seine über die axiale Querschnittsfläche vorstehende Höhe.
Die Anordnung des Stauchelementes selbst kann sowohl am Verschlussring als auch am Gelenkgehäuse vorgenommen werden, je nachdem, welche übrigen geometrischen Bedingungen bei der Herstellung und Montage zu berücksichtigen sind.
Im Folgenden wird ein Ausfuhrungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung anhand der beigefügten Merkmale näher erläutert. Es zeigt:
Figur 1 eine Längsschnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes
Kugelgelenk und
Figur 2 eine vergrößerte Darstellung des erfindungsgemäßen Teilbereiches aus Figur 1.
Das in der Figur 1 dargestellte Kugelgelenk besteht aus einem Gelenkzapfen 1, der in an sich bekannter Weise einen Zapfenbereich 2 und eine daran angeformte Gelenkkugel 3 aufweist. Der Gelenkzapfen 1 ist mit seiner Gelenkkugel 3 in einer Lagerschale 4 aus einem elastischen Material gelagert. Die Innenkontur der Lagerschale 4 ist hierbei der Gelenkkugel 3 angepasst. Die Lagerschale 4 weist an ihrer Außenkontur eine zylindrische Mantelfläche 5 sowie eine im Winkel von ungefähr 45° dazu abgewinkelte Mantelfläche 6 auf, mit denen die Lagerschale 4 in einem Gelenkgehäuse 7 aufgenommen ist. Das Gelenkgehäuse 7 ist am oberen gelenkkugelseitigen Ende des Gelenkzapfens 1 geschlossen und weist an seiner gegenüberliegenden Seite eine Öffnung 8 auf, durch die die Lagerschale 4 zusammen mit dem Gelenkzapfen 1 in das Gelenkgehäuse 7 einführbar ist. Sind die angesprochenen Bauelemente während des Herstellvorganges an ihrem dafür vorgesehenen Platz montiert, so wird die Öffnung 8 des Gelenkgehäuses 7 mittels eines Verschlussringes 9 geschlossen. Der Verschlussring besitzt eine rotationssymmetrische Form mit einem ringförmigen Kernbereich 10 sowie zwei unterschiedlich geformten, in Richtung des Zapfenbereiches 2 sowie der Gelenkkugel 3 vorstehenden Endbereichen 11 und 12. Der Endbereich 11 dient hierbei zur Aufnahme eines Dichtungs- oder Gummibalges 13, welcher in einer umlaufenden Nut 14 des Verschlussringes aufgenommen ist und zur Abdichtung des Zapfenbereiches 2 gegenüber dem Gelenkkugelbereich 3 innerhalb des Gelenkgehäuses 7 dient.
Der gegenüberliegende Endbereich 12 liegt mit seinem als Schulter 15 ausgebildeten freien Ende an einer umlaufenden Schulter der Lagerschale 4 an und fixiert diese innerhalb des Gelenkgehäuses 7 in axialer Richtung. Bei der Montage des
Gelenkzapfens 1 zusammen mit der Lagerschale 4 im Gelenkgehäuse 7 verschließt der Verschlussring 9 nach dem Einführen der oben angeführten Bauteile die Offiiung 8 und wird mittels eines geeigneten Einpress- oder Verrollungswerkzeuges innerhalb des Gelenkgehäuses 7 fixiert. Im Rahmen des Verrollungsvorganges wird am unteren, dem Zapfenbereich 2 zugewandten Ende des Gelenkgehäuses eine umlaufende Verrollungskante 16 hergestellt, an der eine Fläche des nach außen vorstehenden Kernbereiches 10 des Verschlussringes 9 zur Anlage kommt. Die axiale Fixierung des Verschlussringes 9 in entgegengesetzter Axialrichtung erfolgt wie oben bereits geschildert durch die Anlage des Verschlussringes 9 an der Schulter der Lagerschale 4.
Wie aus der Figur 1 ersichtlich, besteht nach der Montage zwischen dem Gelenkgehäuse 7 und dem Verschlussring 9 ein Spalt 17, welcher erfindungsgemäß mittels eines Stauchelementes 18 verschlossen ist. Das Stauchelement 18 ist Bestandteil des Gelenkgehäuses 7 und steht über eine axiale Querschnittsfläche 19 hervor. Alternativ hierzu kann das Stauchelement jedoch auch an der gegenüberliegenden Axialfläche 20 des Verschlussringes 9 angeordnet werden. Wesentliche Aufgabe dieses Stauchelementes 18 ist die Abdichtung des Spaltes 17 zwischen Gelenkgehäuse 7 und Verschlussring 9. Dies geschieht durch die metallische Anlage des Stauchelementes an der jeweils gegenüber liegenden Axialfläche, welche wiederum durch eine leichte Verformung des Stauchelementes im Rahmen des VerroUungsvorganges beim Verschließen des Kugelgelenkes herbeigeführt wird.
Die besondere Form des Stauchelementes 18 wird aus der Detaildarstellung der Figur 2 deutlich. Das Stauchelement ist in Form einer Dichtlippe gestaltet, deren Breite wesentlich geringer ist als die über die axiale Querschnittsfläche 19 des
Gelenkgehäuses 7 vorstehende Höhe. Durch diese geometrische Gestaltung und die gewählte Höhe der Dichtlippe, durch die beim Herstellvorgang der Verschlussring zuerst an der Dichtlippe und nach Verformung der Dichtlippe im Rahmen des VerroUungsvorganges erst an der Schulter 15 der Lagerschale 4 zur Anlage kommt, ist immer ein metallischer Anschlag zwischen Gelenkgehäuse 7 und Verschlussring 9 gewährleistet und somit eine Dichtungsfunktion herbeigeführt. Durch die geringe Breite des Stauchelementes 18 besteht für die während des VerroUungsvorganges notwendige Verformung des Stauchelementes kein besonderer zusätzlicher Kraftbedarf.
Bezugszeichenliste
1. Gelenkzapfen
2. Zapfenbereich
3. Gelenkkugel
4. Lagerschale
5. Mantelfläche
6. Mantelfläche
7. Gelenkgehäuse
8. Öffnung
9. Verschlussring
10. Kernbereich
11. Endbereich
12. Endbereich
13. Gummibalg
14. Nut
15. Schulter
16. VerroUungskante
17. Spalt
18. Stauchelement (Dichtlippe)
19. Axialfläche
20. Axialfläche

Claims

Patentansprüche :
1. Kugelgelenk, insbesondere für Lenkungen und/oder Radaufhängungen von -Kraftfahrzeugen mit einem Gelenkzapfen (1), welcher in einer ein- oder mehrteiligen Lagerschale (4) dreh- und kippbar innerhalb eines Gelenkgehäuses (7) aufgenommen ist, wobei die Lagerschale (4) durch einen Verschlussring (9) im Gelenkgehäuse (7) festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Verschlussring (9) und Gelenkgehäuse (7) ein metallisches Stauchelement (18) angeordnet ist, welches im Zusammenbauzustand des Kugelgelenkes eine dichtende Anlagefläche zwischen Gelenkgehäuse (7) und Verschlussring (9 ) bereitstellt.
2. Kugelgelenk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Stauchelement (18) als umlaufende Dichtlippe ausgeführt ist.
3. Kugelgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Dichtlippe (18) an einer Querschnittsfläche (19) des Gelenkgehäuses (7) vorstehend angeordnet ist.
4. Kugelgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Dichtlippe (18) an einer Querschnittsfläche (20) des Verschlussringes (9) vorstehend angeordnet ist.
5. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (18) in ihrer Querschnittsform so ausgebildet ist, dass ihre Breite sehr viel geringer ist als ihre über die Querschnittsfläche (19, 20) vorstehende Höhe.
6. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stauchelement (18) an dem Verschlussring (9) angeordnet ist.
7 Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stauchelement (18) am Gelenkgehäuse (7) angeordnet ist.
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