DE102012207527A1

DE102012207527A1 - Hülsengelenk für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102012207527A1
Application number: DE102012207527A
Authority: DE
Inventors: Klaus Broeker; Melanie KLEINEBENNE; Markus Gützlaff
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2012-05-07
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2013-11-07
Anticipated expiration: 2032-05-08
Also published as: US9541123B2; CN103388617A; CN103388617B; US20130294816A1; DE102012207527B4

Abstract

Hülsengelenk für ein Fahrzeug, mit einer sich in einer axialen Richtung (8) erstreckenden Außenhülse (3), zwei in der Außenhülse (3) angeordneten Verschlussringen (10,11), einer in der Außenhülse (3) angeordneten Kugelschale (5), einer in der Kugelschale (5) bewegbar gelagerten Kugelhülse (7) und einer in die Außenhülse (3) eingebrachten und in axialer Richtung (8) zwischen den Verschlussringen (10, 11) angeordnete Innenhülse (4), in welcher die Kugelschale (5) sitzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hülsengelenk für ein Fahrzeug, mit einer sich in einer axialen Richtung erstreckenden Außenhülse, zwei in der Außenhülse angeordneten Verschlussringen, einer in der Außenhülse angeordneten Kugelschale und einer in der Kugelschale bewegbar gelagerten Kugelhülse. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Hülsengelenks, wobei in einer sich in einer axialen Richtung erstreckenden Außenhülse zwei Verschlussringe und eine Kugelschale angeordnet werden, in welcher eine Kugelhülse bewegbar gelagert wird.
Ein derartiges Hülsengelenk ist z.B. auf Seite 314 des Fahrwerkhandbuchs, Heißing/Ersoy, 1. Auflage 2007, ISBN 978-3-8348-0105-0 offenbart.
Hülsengelenke finden heute für diverse Einsatzfälle im Fahrzeug Verwendung und werden z.B. in Lageraugen von Federlenkern, Radträgern oder Federbeinen eingepresst. Durch das Einpressen des Gelenks bzw. der Gelenkaußenhülse in ein Lagerauge tritt aber häufig ein Zielkonflikt auf. Die Einpresskraft, welche aus der Einpressüberdeckung von Außenhülsendurchmesser zum Lageraugendurchmesser und den Reibbeiwerten resultiert, muss einen Mindestwert erreichen, um den Festsitz des Gelenks in axialer Richtung zu gewährleisten. Dieser Festsitz wird durch festgelegte minimale Auspresskräfte oder dynamische Belastungen vorgegeben. Durch die Einpressüberdeckung kann der Außenhülsendurchmesser aber derart reduziert werden, dass das Bewegungswiderstandsmoment der Kugelhülse ansteigt. Ein solches Ansteigen ist häufig unerwünscht und behindert in der Folge die Fahrwerksabstimmung und den Federungskomfort. Ebenso ist ein solcher Anstieg schwer kontrollierbar und hängt fast nur von den Durchmessertoleranzen der Bauteile ab. Um den Drehmomentanstieg einigermaßen steuern zu können, sind daher sehr genaue und somit teure Toleranzangaben erforderlich.
Somit besteht eine Aufgabe darin, ein Gelenkdesign zu schaffen, welches kostengünstig herstellbar ist und die oben genannten Probleme verringern kann. Insbesondere soll das Einpressen des Gelenks in ein Lagerauge keine oder eine lediglich geringe Auswirkung auf die Lagerung der Kugelhülse haben aber dennoch einen sicheren Halt des Gelenks in axialer Richtung gewährleisten können. Vorzugsweise soll die Außenhülse vorhandene Toleranzen des Presssitzes ausgleichen und die Gelenkkennwerte nahezu konstant halten können.
Diese Aufgabe wird durch ein Hülsengelenk nach Anspruch 1 und durch ein Verfahren nach Anspruch 8 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen des Hülsengelenks und des Verfahrens sind in den jeweiligen Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung gegeben.
Das Hülsengelenk für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftwagen, weist eine sich in einer axialen Richtung erstreckende Außenhülse, zwei in der Außenhülse angeordnete Verschlussringe, eine in der Außenhülse angeordnete Kugelschale, eine in der Kugelschale bewegbar, insbesondere drehbar und/oder schwenkbar, gelagerte Kugelhülse und eine in die Außenhülse eingebrachte und in axialer Richtung zwischen den Verschlussringen angeordnete Innenhülse auf, in welcher die Kugelschale sitzt.
Durch die Innenhülse kann die Kugelschale in einem gewissen Umfang vor den Einflüssen einer Durchmesserreduzierung der Außenhülse geschützt werden. Insbesondere sitzt die Kugelschale unter Zwischenschaltung der Innenhülse in der Außenhülse. Somit kann das Hülsengelenk in ein Lagerauge eines Fahrzeugbauteils eingepresst werden, ohne eine auf die Kugelschale wirkende radiale Spannung zu verändern oder zu stark zu verändern. Das bei der Herstellung des Hülsengelenks vorgesehene bzw. bei dessen Herstellung eingestellte (kalibrierte) Reibmoment bleibt unverändert bzw. nahezu unverändert.
Die Verschlussringe liegen in radialer Richtung bevorzugt an der Außenhülse an und/oder sind radial gegen die Außenhülse gespannt. Insbesondere sind die Verschlussringe in die Außenhülse eingepresst. Somit ist es möglich, zumindest einen Teil der bei einer Durchmesserreduzierung der Außenhülse auftretenden Kräfte in die Verschlussringe einzuleiten. Der Ausdruck „radial“ kennzeichnet insbesondere eine oder jedwede Richtung, die senkrecht zur axialen Richtung verläuft.
Gemäß einer Weiterbildung ist der Außendurchmesser der Innenhülse kleiner als der Innendurchmesser der Außenhülse. Bevorzugt ist zwischen der Innenhülse und der Außenhülse ein umlaufender Freiraum vorgesehen, der sich vorzugsweise über die Länge der Innenhülse, insbesondere über deren Gesamtlänge, erstreckt. Bei der Länge der Innenhülse handelt es sich vorzugsweise um deren Länge in axialer Richtung. Bevorzugt steht die Innenhülse, insbesondere in radialer Richtung, nicht mit der Außenhülse in Berührung. Somit ist das Hülsengelenk in ein Lagerauge eines Fahrzeugbauteils unter Durchmesserreduzierung der Außenhülse einpressbar, ohne dass diese Durchmesserreduzierung einen oder einen erheblichen Einfluss auf die Kugelschale und/oder die Lagerung nimmt. Bevorzugt ist der Durchmesser der Außenhülse unter Verkleinerung der radialen Abmessungen des Freiraums reduzierbar, insbesondere ohne dass die Kugelschale und/oder die Lagerung beeinflusst werden. Dies ist solange möglich, bis der Freiraum soweit reduziert ist, dass die Außenhülse an der Innenhülse anliegt. Erst dann kann eine weitere Durchmesserreduzierung der Außenhülse zu einer Durchmesserreduzierung der Innenhülse führen und somit Einfluss auf die Kugelschale und/oder die Lagerung nehmen.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Außenhülse in ein Lagerauge eines Fahrzeugbauteils eingepresst, wobei die Außenhülse, vorzugsweise radial, an der Innenhülse anliegt. Insbesondere ist der Freiraum aufgrund der durch das Einpressen bewirkten Durchmesserverringerung der Außenhülse verschwunden. Ferner ist es möglich, über die Durchmesserreduzierung der Außenhülse auch den Durchmesser der Innenhülse zu reduzieren, z.B. bis eine gewünschte radiale Vorspannung der Kugelschale und/oder der Lagerung erreicht ist. Der Vorteil gegenüber dem Stand der Technik besteht insbesondere darin, dass nicht die gesamte Durchmesserreduzierung der Außenhülse auf die Kugelschale wirkt, sondern nur die Durchmesserreduzierung der Innenhülse. Zu hohe radiale Vorspannungen der Kugelschale können somit vermieden werden. Das Lagerauge ist oder umfasst insbesondere ein in dem Fahrzeugbauteil vorgesehenes Durchgangsloch, welches vorzugsweise zylindrisch ist.
Wenn das Durchgangsloch des Lagerauges nur annähernd zylindrisch ist und somit nicht kreisrund sondern aufgrund von z.B. Fertigungstoleranzen oder durch Wärmeeintrag aufgrund von Schweißungen in gewissem Maße unrund ist, so kann diese Toleranz von dem oben genannten Freiraum zwischen Außenhülse und Innenhülse ausgeglichen werden. Eine Änderung des Reibmomentes aufgrund eines nicht exakt kreisrunden Lagerauges wird somit wirkungsvoll begegnet.
Die Außenhülse ist bevorzugt rohrförmig und/oder hohlzylindrisch. Insbesondere besteht die Außenhülse aus Metall, vorzugsweise aus Stahl. Ferner ist die Innenhülse bevorzugt rohrförmig und/oder hohlzylindrisch. Insbesondere besteht die Innenhülse aus Metall, vorzugsweise aus Stahl. Die Innenhülse kann auch aus Kunststoff gefertigt sein, wobei als Werkstoffe Polyamide, insbesondere PA66, oder ein hochtemperaturfester Kunststoff wie Polyetherimid (PEI) in Frage kommen.
Die Innenhülse ist in axialer Richtung insbesondere kürzer als die Außenhülse. Bevorzugt sitzt die Innenhülse in axialer Richtung mittig in der Außenhülse. Vorteilhaft sind die Außenhülse und/oder die Innenhülse und/oder die Verschlussringe und/oder die Kugelschale konzentrisch angeordnet, insbesondere bezüglich einer in axialer Richtung verlaufenden Längsmittelachse. Vorzugsweise sind die Außenhülse und/oder die Innenhülse und/oder die Verschlussringe und/oder die Kugelschale rotationssymmetrisch ausgebildet, insbesondere bezüglich der Längsmittelachse. Kugelschale und Innenhülse können auch einteilig ausgebildet sein, wobei in diesem Fall ein hochtemperaturfester Werkstoff wie z.B. PEI zu wählen ist.
Die Kugelhülse ist vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildet, insbesondere bezüglich einer Kugelhülsenlängsachse. Im nicht ausgelenkten Zustand des Gelenks fällt die Kugelhülsenlängsachse bevorzugt mit der Längsmittelachse zusammen. Die Kugelhülse erstreckt sich in axialer Richtung und/oder in Richtung der Kugelhülsenlängsachse vorzugsweise beidseitig aus der Außenhülse heraus. Insbesondere erstreckt sich die Kugelhülse dabei durch die Verschlussringe hindurch. In ihrem axial mittleren Bereich weist die Kugelhülse bevorzugt eine Gelenkkugel auf, mittels welcher die Kugelhülse bewegbar, insbesondere drehbar und/oder schwenkbar, in der Kugelschale gelagert ist. Das Hülsengelenk kann somit auch als Kugelhülsengelenk bezeichnet werden. Vorteilhaft ist die Kugelhülse mit ihrer Gelenkkugel gleitfähig in der Kugelschale gelagert. Bevorzugt erstreckt sich ein zentrales Loch durch die Kugelhülse hindurch, vorzugsweise in Richtung der Kugelhülsenlängsachse. Die Kugelhülse besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Stahl.
Die Gelenkkugel umfasst bevorzugt eine kugelförmige Lagerfläche. Ferner umfasst die Kugelschale bevorzugt eine hohlkugelförmige Lagerfläche, die vorzugsweise an die Gelenkkugel und/oder an die kugelförmige Lagerfläche der Kugelhülse angepasst ist. Insbesondere liegt die hohlkugelförmige Lagerfläche gleitfähig an der Gelenkkugel und/oder an der kugelförmigen Lagerfläche an. Die Kugelschale besteht bevorzugt aus Kunststoff, insbesondere aus Polyoxymethylen (POM).
Die Verschlussringe bestehen bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Stahl. Vorzugsweise sind die Verschlussringe gleichartig ausgebildet. Insbesondere weisen die Verschlussringe den gleichen Außendurchmesser auf. Ferner weisen die Verschlussringe bevorzugt den gleichen Innendurchmesser auf. An den Verschlussringen ist vorzugsweise jeweils ein Dichtungsbalg gelagert, der sich insbesondere bis zu der Kugelhülse erstreckt und dichtend an dieser anliegt.
Vor dem Einpressen der Verschlussringe in die Außenhülse ist der Außendurchmesser der Verschlussringe insbesondere größer als der Innendurchmesser der Außenhülse. Ferner ist der Außendurchmesser der Verschlussringe vorzugsweise größer als der Außendurchmesser der Innenhülse, insbesondere vor dem Einpressen der Außenhülse in das Lagerauge. Vor dem Anordnen der Innenhülse in der Außenhülse ist der Außendurchmesser der Innenhülse beispielsweise kleiner, gleich oder größer als der Innendurchmesser der Außenhülse. Durch das Einpressen der Außenhülse in das Lagerauge sind die Außendurchmesser der Verschlussringe vorzugsweise reduzierbar, insbesondere an den Außendurchmesser der Innenhülse angleichbar. Bei dem in das Lagerauge eingepressten Hülsengelenk weisen die Verschlussringe und die Innenhülse bevorzugt den gleichen Außendurchmesser auf.
Gemäß einer Weiterbildung stehen die Kugelschale und/oder die Lagerung unter radialer Vorspannung, insbesondere durch die Innenhülse. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, dass die Kugelschale in die Innenhülse eingepresst wird. Ferner kann die Kugelschale in die Innenhülse eingebracht werden, wonach letztere in ihrem Durchmesser reduziert wird. Vorteilhaft ist die Kugelschale in der Innenhülse festgelegt.
Die Innenhülse und/oder die Kugelschale sind insbesondere axial zwischen den Verschlussringen eingespannt. Bevorzugt stehen die Kugelschale und/oder die Lagerung unter axialer Vorspannung, insbesondere durch die Verschlussringe und/oder die Innenhülse. Die Verschlussringe sind bevorzugt axial an der Innenhülse und/oder an der Kugelschale abgestützt und/oder liegen axial an der Innenhülse und/oder an der Kugelschale an. Somit ist es beim Einpressen der Verschlussringe in die Außenhülse möglich, die axiale Vorspannung der Kugelschale und/oder der Lagerung einzustellen. Die Innenhülse und/oder die Kugelschale bilden insbesondere einen axialen Anschlag für die Verschlussringe. Vorteilhaft sind die Innenhülse und/oder die Kugelschale mittels der Verschlussringe axial in der Außenhülse festgelegt.
Gemäß einer Weiterbildung weist die Innenhülse an ihrem Außenumfang eine umlaufende und in axialer Richtung beidseitig begrenzte Nut auf. Diese auch als Freimachung bezeichnete Nut bietet eine zusätzliche Möglichkeit, eine Durchmesserreduzierung der Außenhülse weniger stark auf die Kugelschale und/oder Lagerung einwirken zu lassen. Wird der Durchmesser der Außenhülse derart reduziert, dass aufgrund der Durchmesserreduzierung der Außenhülse auch der Durchmesser der Innenhülse reduziert wird, wirkt die von der Außenhülse auf die Innenhülse ausgeübte Kraft im Wesentlichen auf die axialen Ränder der Nut. Auf axialer Höhe dieser Nutränder sind bevorzugt relativ geringe Reibradien zwischen der Gelenkkugel und der Kugelhülse wirksam. Insbesondere sind diese Reibradien deutlich kleiner als der Radius der Gelenkkugel. Somit kann auch bei einer durch die Durchmesserreduzierung der Außenhülse bewirkten Durchmesserreduzierung der Innenhülse die Reibung der Kugelhülse in der Kugelschale relativ gering gehalten werden.
Gemäß einer Weiterbildung sitzen die Verschlussringe in axialer Richtung zwischen den axialen Enden der Außenhülse, die insbesondere radial nach innen umgeformt, vorzugsweise abgebogen oder verollt, sind. Somit sind die Verschlussringe in axialer Richtung auch formschlüssig in der Außenhülse festgelegt. Das Umformen der axialen Enden der Außenhülse kann vorzugsweise durch Verrollen erfolgen. Die axialen Enden werden auch als Rollkanten oder Verschlusskanten bezeichnet.
Bei dem Fahrzeugbauteil handelt es sich insbesondere um ein Fahrwerkbauteil. Beispielsweise ist das Fahrzeugbauteil ein Federlenker, ein Radträger oder ein Federbein.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Hülsengelenks, wobei in einer sich in einer axialen Richtung erstreckenden Außenhülse eine Kugelschale angeordnet wird, in der Kugelschale eine Kugelhülse bewegbar, insbesondere drehbar und/oder schwenkbar, gelagert wird, in die Außenhülse eine Innenhülse eingebracht wird, die Kugelschale in die Innenhülse eingesetzt wird und in die Außenhülse unter radialer Aufweitung derselben zwei Verschlussringe eingepresst werden, sodass die Innenhülse in axialer Richtung zwischen den Verschlussringen angeordnet wird.
Bei dem nach dem Verfahren hergestellten Hülsengelenk handelt es sich vorzugsweise um das zuvor beschriebene Hülsengelenk. Insbesondere kann das Verfahren gemäß allen im Zusammenhang mit dem zuvor beschriebenen Hülsengelenk erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet sein. Ferner kann das zuvor beschriebene Hülsengelenk gemäß allen im Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet sein.
Durch das Einpressen der Verschlussringe in die Außenhülse wird insbesondere ein zwischen der Innenhülse und der Außenhülse vorgesehener, umlaufender Freiraum geschaffen oder vergrößert, der sich vorzugsweise über die Länge der Innenhülse, insbesondere über deren Gesamtlänge, erstreckt. Bei der Länge der Innenhülse handelt es sich vorzugsweise um deren axiale Länge.
Beim Einpressen der Verschlussringe in die Außenhülse ist der Außendurchmesser der Verschlussringe insbesondere größer als der Außendurchmesser der Innenhülse. Beim Anordnen der Innenhülse in der Außenhülse kann der Außendurchmesser der Innenhülse kleiner, gleich oder größer als der Innendurchmesser der Außenhülse sein. Beispielsweise wird die Innenhülse in die Außenhülse eingepresst, bevor die Verschlussringe in die Außenhülse eingepresst werden. Die Innenhülse ist somit über einen Presssitz in Außenhülse befestigt. In diesem Fall ist vor dem Anordnen der Innenhülse in der Außenhülse der Außendurchmesser der Innenhülse vorzugsweise größer als der Innendurchmesser der Außenhülse. Durch das Einpressen der Verschlussringe in die Außenhülse wird bevorzugt der Presssitz zwischen der Innenhülse und der Außenhülse gelöst. Dies erfolgt insbesondere durch das radiale Aufweiten der Außenhülse beim Einpressen der Verschlussringe. Die Verschlussringe werden vorzugsweise nacheinander in die Außenhülse eingepresst. Insbesondere werden die Verschlussringe von in axialer Richtung einander gegenüberliegenden Seiten der Außenhülse in die Außenhülse eingepresst.
Gemäß einer Weiterbildung wird die Innenhülse in die Außenhülse eingebracht insbesondere eingepresst. Anschließend wird bevorzugt ein erster der Verschlussringe unter radialer Aufweitung der Außenhülse in die Außenhülse eingepresst. Danach wird bevorzugt ein zweiter der Verschlussringe unter radialer Aufweitung der Außenhülse in die Außenhülse eingepresst. Jeder der Verschlussringe wird vorzugsweise solange in die Außenhülse eingepresst, bis er axial an der Innenhülse anliegt. Die Verschlussringe liegen in axialer Richtung insbesondere auf einander gegenüberliegenden Seiten an der Innenhülse an.
Zwischen dem Einpressen des ersten und des zweiten Verschlussrings wird bevorzugt die Kugelschale in die Innenhülse eingesetzt, insbesondere eingepresst. Ferner wird die Kugelhülse in der Kugelschale gelagert. Bevorzugt erfolgt das Lagern der Kugelhülse in der Kugelschale vor dem Einsetzen oder Einpressen der Kugelschale in die Innenhülse.
Nachdem die Verschlussringe in die Außenhülse eingepresst sind, werden bevorzugt die axialen Enden der Außenhülse radial nach innen umgeformt, insbesondere abgebogen bzw. verollt. Die radialen Enden der Außenhülse bilden nach ihrem Umformen vorzugsweise Axialanschläge für die Verschlussringe.
Bevorzugt wird die Außenhülse nach dem Einpressen der Verschlussringe und/oder nach dem Umformen der axialen Enden in ein Lagerauge eines Fahrzugbauteils unter Verringerung des Durchmessers der Außenhülse eingepresst. Dabei werden insbesondere die radialen Abmessungen des Freiraums verkleinert. Beispielsweise wird durch das Einpressen der Außenhülse in das Lagerauge der Durchmesser der Außenhülse so weit reduziert, dass diese die Innenhülse berührt, insbesondere in radialer Richtung. Das Hülsengelenk wird bevorzugt im Fahrzeug, vorzugsweise in einem Kraftwagen, verwendet.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Außenhülse als Rohr ausgebildet, wobei die in axialer Richtung kürzere Innenhülse als Verschlussringauflage dient und vorzugsweise die axiale Gelenkvorspannung einstellt. Die Innenhülse wird zur Gelenkmontage mit leichter Einpressüberdeckung in die Außenhülse gefügt. Zur weiteren Gelenkmontage werden die Verschlussringe in die Außenhülse eingepresst. Dabei ist es zulässig oder sogar gewünscht, dass der zuvor gefügte Pressverband von Innen- zur Außenhülse gelöst wird. Selbst ein geringer Spalt zwischen Außen- und der Innenhülse ist möglich. Ebenso ist es möglich, dass die Innenhülse zuvor ohne Kraftaufwand in die Außenhülse gefügt wird, sodass der zwischen der Innenhülse und der Außenhülse vorhandene Spalt durch das Einpressen der Verschlussringe vergrößert wird. Die genannten Paarungsverhältnisse sind für den Einzelfall und für das gewünschte spätere Verhalten des Hülsengelenks in seinem im Lagerauge des Fahrzeugbauteils eingepressten Zustand geeignet zu wählen.
Ist das Hülsengelenk fertig montiert, ist die Lagerung durch die Verschlussringe und die Innenhülse bevorzugt axial vorgespannt, wobei die Kugelschale durch die Innenhülse bevorzugt radial vorgespannt ist. Wird das Hülsengelenk in das Lagerauge des Fahrzeugbauteils eingepresst, so hat die Durchmesserreduzierung der Außenhülse keine oder lediglich eine geringfügige Auswirkung auf die radiale Vorspannung der Gelenklagerung. Dieses Verhalten ist solange gegeben, bis eine weitere Durchmesserreduzierung der Außenhülse maßlichen Einfluss auf die Innenhülse nimmt. Bis es jedoch zu diesem Einfluss kommt, wird die Einpresskraft im Wesentlichen durch die Verschlussringe aufgenommen. Hierbei ergibt sich als positiver Nebenaspekt, dass die radiale Krafteinleitung am Außenumfang der Verschlussringe zu einer guten Dichtheit zwischen der Außenhülse und den Verschlussringen führt. Somit können eventuell zuvor vorhandene Kapillare geschlossen werden, sodass ein Eindringen von Schmutz und Wasser in das Innere des Hülsengelenks zuverlässig vermieden werden kann.
Ferner ist es möglich, im axial mittleren Bereich der Außenumfangsfläche der Innenhülse die oder eine Freimachung vorzusehen, die insbesondere umlaufend ausgebildet ist. Somit ist eine weitere Möglichkeit gegeben, vorhandene maßliche Überdeckungen weniger stark auf die Lagerungen einwirken zu lassen. Sollte sich doch eine Durchmesserreduzierung der Innenhülse ergeben oder ist sie wegen einer hohen Belastung des Hülsengelenks sogar erforderlich, so wird die Kraft im Wesentlichen auf die axial äußeren Bereiche der Kugelschale übertragen. Bezogen auf eine Drehbewegung der Kugelhülse gegenüber der Innenhülse und/oder der Außenhülse sind in den axial äußeren Bereichen aber kleinere Reibradien wirksam. Die Kraft wird somit über geringere Reibradien abgestützt, sodass sich auch ein geringeres Drehmoment ergibt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Hülsengelenks gemäß einer Ausführungsform,
2 eine teilweise geschnittene Ansicht des Hülsengelenks nach dem Einpressen in ein Lagerauge eines Fahrwerkbauteils,
3 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Außenhülse und einer Innenhülse vor der Montage,
4 eine teilweise geschnittene Ansicht der Außenhülse mit der montierten Innenhülse,
5 die Anordnung nach 4 sowie einen Verschlussring vor der Montage und
6 die Anordnung nach 4 mit dem montierten Verschlussring.
Aus 1 ist eine Ausführungsform eines Hülsengelenks 1 ersichtlich, welches zu einer Längsmittelachse 2 rotationssymmetrisch ausgebildet ist, die in einer axialen Richtung 8 verläuft. Links der Längsmittelachse 2 ist das Hülsengelenk 1 in Draufsicht dargestellt, wohingegen rechts von der Längsmittelachse 2 ein Längsschnitt durch das Hülsengelenk 1 gezeigt ist. In eine Außenhülse 3 ist eine Innenhülse 4 eingebracht, in der eine Kugelschale 5 unter radialer Vorspannung sitzt. In der Kugelschale 5 ist eine mit einer Gelenkkugel 6 versehene Kugelhülse 7 mit ihrer Gelenkkugel 6 drehbar und schwenkbar gelagert. Durch die Kugelhülse 7 hindurch erstreckt sich ein in axialer Richtung 8 verlaufendes Durchgangsloch 9.
In die Außenhülse 3 sind zwei Verschlussringe 10 und 11 eingepresst, die axial an der Kugelschale 5 und an der Innenhülse 4 anliegen, welche in axialer Richtung 8 zwischen den Verschlussringen 10 und 11 angeordnet sind, sodass die Kugelschale 5 unter axialer Vorspannung steht. Die Kugelhülse 7 erstreckt sich axial beidseitig aus der Außenhülse 3 heraus und dabei auch axial durch die Verschlussringe 10 und 11 hindurch. An den außerhalb der Außenhülse 3 angeordneten axialen Enden 12 und 13 der Kugelhülse 7 ist jeweils ein Dichtungsbalg 14 bzw. 15 befestigt, wobei sich der Dichtungsbalg 14 von dem axialen Ende 12 bis zu dem Verschlussring 10 erstreckt und an diesem befestigt ist, und wobei sich der Dichtungsbalg 15 von dem axialen Ende 13 bis zu dem Verschlussring 11 erstreckt und an diesem befestigt ist. Ferner sind die axialen Enden 16 und 17 der Außenhülse 3 jeweils nach radial innen umgebogen, sodass sie axial an den Verschlussringen 10 und 11 anliegen. Die axialen Enden 16 und 17 legen die Verschlussringe 10 und 11 somit auch formschlüssig in der Außenhülse 3 fest.
Der Außendurchmesser der hohlzylindrischen Innenhülse 4 ist kleiner als der Innendurchmesser der hohlzylindrischen Außenhülse 3, sodass zwischen der Innenhülse 4 und der Außenhülse 3 ein umlaufender Freiraum 18 vorgesehen ist, der sich in axialer Richtung 8 über die gesamte Länge der Innenhülse 4 erstreckt. Ferner ist im axial mittleren Bereich der Außenumfangsfläche 19 der Innenhülse 4 eine umlaufende Nut 20 eingebracht, die axial beidseitig begrenzt ist. Die axialen Ränder 21 und 22 der Nut 20 stehen somit radial von dem Nutgrund der Nut 20 vor. Die Außenumfangsfläche 19, die umlaufende Nut 20 sowie die axialen Ränder 21 und 22 sind insbesondere aus 3 ersichtlich.
Aus 2 ist das Hülsengelenk 1 in einem in ein Lagerauge 23 eines Fahrwerkbauteils 24 eingepressten Zustand ersichtlich, wobei die Kugelhülse, die Kugelschale und die Dichtungsbälge weggelassen wurden. Links der Längsmittelachse 2 ist ein Teil des Fahrwerkbauteils 24 in Draufsicht dargestellt, wohingegen rechts der Längsmittelachse 2 ein Teil des Fahrwerkbauteils 24 im Schnitt gezeigt ist. Das Lagerauge 23 ist insbesondere als ein in dem Fahrwerkbauteil 24 vorgesehenes, zylindrisches Durchgangsloch ausgebildet. Durch das Einpressen des Hülsengelenks 1 mit der Außenhülse 3 in das Lagerauge 23 wurden die Außenhülse 3, die Verschlussringe 10 und 11 sowie die Innenhülse 4 in ihren Durchmessern reduziert. Da vor dem Einpressen des Hülsengelenks 1 in das Lagerauge 23 der Außendurchmesser der Verschlussringe 10 und 11 größer als der Außendurchmesser der Innenhülse 4 gewesen ist, wurden die Verschlussringe 10 und 11 einer größeren Durchmesserreduzierung unterzogen als die Innenhülse 4, was durch unterschiedlich lange Pfeile 25 und 26 verdeutlicht ist. Ferner verdeutlicht ein Pfeil 27, dass durch dieses Einpressen auch der Durchmesser des Lagerauges 23 vergrößert wurde. Aufgrund der Durchmesserreduzierung der Außenhülse 3 ist der Freiraum 18 verschwunden. Allerdings ist noch die Nut 20 vorhanden, sodass die von der Außenhülse 3 in die Innenhülse 4 eingeleiteten Kräfte im Wesentlichen durch die Nutränder 21 und 22 verlaufen. Die Durchmesserreduzierung der Innenhülse 4 hat eine Erhöhung der radialen Vorspannung der Kugelschale 5 zur Folge, wobei in axialer Richtung 8 gesehen, die von der Kugelschale 5 auf die Gelenkkugel 6 ausgeübten Radialkräfte insbesondere auf Höhe der Nutränder 21 und 22 am größten sind.
Aus den 3 bis 6 sind unterschiedliche Schritte zur Herstellung des Hülsengelenks 1 dargestellt. Die jeweils dargestellte Anordnung ist dabei links der Längsmittelachse 2 in Draufsicht und rechts der Längsmittelachse 2 im Schnitt gezeigt. Gemäß 3 wird die Außenhülse 3 auf ein Montagewerkzeug 28 aufgesetzt, wonach die Innenhülse 4 in Gegenrichtung des Pfeils 8 in die Außenhülse 3 eingepresst wird. Vor dem Einpressen der Innenhülse 4 in die Außenhülse 3 ist der Außendurchmesser der Innenhülse 4 zumindest im Bereich der Nutränder 21 und 22 größer als der Innendurchmesser der Außenhülse 3. Die zum Einpressen erforderliche Kraft ist durch den Pfeil 29 angedeutet.
Aus 4 ist der montierte Zustand der Innenhülse 4 ersichtlich, sodass diese mit einem Presssitz in der Außenhülse 3 sitzt. Während des Einpressens der Innenhülse 4 in die Außenhülse 3 hat sich der Durchmesser der Innenhülse 4 reduziert und der Durchmesser der Außenhülse 3 vergrößert. Diese Durchmesseränderungen sind durch die Pfeile 30 bzw. 31 dargestellt. Anschließend wird der Verschlussring 10 in Gegenrichtung des Pfeils 8 in die Außenhülse 3 eingepresst, bis er axial an der Innenhülse 4 anliegt.
Der Zustand vor dem Einpressen des Verschlussrings 10 ist aus 5 ersichtlich, wobei die zum Einpressen erforderliche Kraft mit dem Pfeil 32 angedeutet ist. Der eingepresste Zustand des Verschlussrings 10 ist aus 6 ersichtlich, wobei durch das Einpressen der Verschlussring 10 in seinem Durchmesser reduziert wurde, wohingegen die Außenhülse 3 in ihrem Durchmesser vergrößert worden ist. Die Durchmesserreduzierung des Verschlussrings 10 und die Durchmesservergrößerung der Außenhülse 3 sind durch die Pfeile 33 bzw. 34 angedeutet. Die durch das Einpressen des Verschlussrings 10 bewirkte Durchmesservergrößerung der Außenhülse 3 wird auch als radiale Aufweitung bezeichnet und ist derart groß, dass der Presssitz der Innenhülse 4 in der Außenhülse 3 im Bereich des axialen Nutrands 21 gelöst wird.
Bei der aus 6 ersichtlichen Anordnung wird nun das Montagewerkzeug 28 entfernt, sodass die nachfolgenden Schritte zur Montage der Kugelschale 5 und des zweiten Verschlussrings 11 in Richtung des Pfeils 8 erfolgen können. Dafür wird die aus Außenhülse 3, Innenhülse 4 und Verschlussring 10 gebildete Baugruppe in Richtung des Pfeils 8 auf ein anderes Montagewerkzeug aufgesetzt. Zunächst wird in die Innenhülse 4 in Richtung des Pfeils 8 die Kugelschale 5 eingepresst, die dadurch radial vorgespannt wird. Bevorzugt ist die Kugelhülse 7 dabei bereits in der Kugelschale 5 gelagert. Anschließend wird der zweite Verschlussring 11 in Richtung des Pfeils 8 in die Außenhülse 3 eingepresst, bis er axial an der Innenhülse 4 anliegt, und zwar auf einer dem ersten Verschlussring 10 in axialer Richtung gegenüberliegenden Seite der Innenhülse 4. Die Montage der Kugelschale 5 und/oder des zweiten Verschlussrings 11 erfolgen im Vergleich zu der Montage des ersten Verschlussrings 10 von der axial gegenüberliegenden Seite her, sodass die Innenhülse 4 axial zwischen den Verschlussringen 10 und 11 angeordnet, insbesondere eingespannt wird. Die Außenhülse 3 wird durch das Einpressen des zweiten Verschlussrings 11 radial aufgeweitet, sodass auch der Presssitz der Innenhülse 4 im Bereich des axialen Nutrands 22 gelöst wird. Somit wird durch das Einpressen der beiden Verschlussringe 10 und 11 der sich über die gesamte axiale Länge der Innenhülse 4 erstreckende Freiraum 18 gebildet, der um die Längsmittelachse 2 umläuft. Anschließend werden die axialen Enden 16 und 17 der Außenhülse 3 nach radial innen umgeformt und die Dichtungsbälge 14 und 15 montiert, sodass sich das aus 1 ersichtliche Hülsengelenk 1 ergibt.
Bezugszeichenliste

1: Hülsengelenk
2: Längsmittelachse des Hülsengelenks
3: Außenhülse
4: Innenhülse
5: Kugelschale
6: Gelenkkugel
7: Kugelhülse
8: axiale Richtung
9: Durchgangsloch
10: Verschlussring
11: Verschlussring
12: axiales Ende der Kugelhülse
13: axiales Ende der Kugelhülse
14: Dichtungsbalg
15: Dichtungsbalg
16: axiales Ende der Außenhülse
17: axiales Ende der Außenhülse
18: umlaufender Freiraum
19: Außenumfangsfläche der Innenhülse
20: umlaufende Nut
21: axialer Rand der Nut
22: axialer Rand der Nut
23: Lagerauge
24: Fahrwerkbauteil
25: Durchmesserreduzierung des Verschlussrings
26: Durchmesserreduzierung der Innenhülse
27: Durchmesservergrößerung des Lagerauges
28: Montagewerkzeug
29: Kraft
30: Durchmesserreduzierung der Innenhülse
31: Durchmesservergrößerung der Außenhülse
32: Kraft
33: Durchmesserreduzierung des Verschlussrings
34: Durchmesservergrößerung der Außenhülse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Hülsengelenk ist z.B. auf Seite 314 des Fahrwerkhandbuchs, Heißing/Ersoy, 1. Auflage 2007, ISBN 978-3-8348-0105-0 [0002]

Claims

Hülsengelenk für ein Fahrzeug, mit einer sich in einer axialen Richtung (8) erstreckenden Außenhülse (3), zwei in der Außenhülse (3) angeordneten Verschlussringen (10, 11), einer in der Außenhülse (3) angeordneten Kugelschale (5) und einer in der Kugelschale (5) bewegbar gelagerten Kugelhülse (7), gekennzeichnet durch eine in die Außenhülse (3) eingebrachte und in axialer Richtung (8) zwischen den Verschlussringen (10, 11) angeordnete Innenhülse (4), in welcher die Kugelschale (5) sitzt.
Hülsengelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Innenhülse (4) und der Außenhülse (3) ein umlaufender Freiraum (18) vorgesehen ist, der sich über die Länge der Innenhülse (4) erstreckt.
Hülsengelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülse (3) in ein Lagerauge (23) eines Fahrzeugbauteils (24) eingepresst ist und an der Innenhülse (4) radial anliegt.
Hülsengelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelschale (5) durch die Innenhülse (4) unter radialer Vorspannung steht.
Hülsengelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelschale (5) durch die Verschlussringe (10, 11) unter axialer Vorspannung steht.
Hülsengelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (4) an ihrem Außenumfang eine umlaufende und in axialer Richtung (8) beidseitig begrenzte Nut (20) aufweist.
Hülsengelenk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussringe (10, 11) in die Außenhülse (3) eingepresst sind.
Verfahren zur Herstellung eines Hülsengelenks, wobei in einer sich in einer axialen Richtung (8) erstreckenden Außenhülse (3) eine Kugelschale (5) angeordnet wird und in der Kugelschale (5) eine Kugelhülse (7) bewegbar gelagert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in die Außenhülse (3) eine Innenhülse (4) eingebracht wird, die Kugelschale (5) in die Innenhülse (4) eingesetzt wird und in die Außenhülse (3) unter radialer Aufweitung derselben zwei Verschlussringe (10, 11) eingepresst werden, sodass die Innenhülse (4) in axialer Richtung (8) zwischen den Verschlussringen (10, 11) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Einpressen der Verschlussringe (10, 11) in die Außenhülse (3) ein zwischen der Innenhülse (4) und der Außenhülse (3) vorgesehener, umlaufender Freiraum (18) geschaffen oder vergrößert wird, der sich über die Länge der Innenhülse (4) erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (4) in die Außenhülse (3) eingepresst wird, bevor die Verschlussringe (10, 11) in die Außenhülse (3) eingepresst werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Einpressen der Verschlussringe (10, 11) in die Außenhülse (3) der Presssitz zwischen der Innenhülse (4) und der Außenhülse (3) gelöst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einpressen der Verschlussringe (10, 11) die Außenhülse (3) unter Verringerung ihres Durchmessers in ein Lagerauge (23) eines Fahrzeugbauteils (24) eingepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Innenhülse (4) und die Außenhülse (3) nach dem Einpressen in das Lagerauge (23) radial berühren.