볼-앤드-소켓 조인트의 제조 방법 및 상기 방법에 따라제조된 조인트

볼-앤드-소켓 조인트의 제조 방법 및 상기 방법에 따라 제조된 조인트{METHOD FOR MANUFACTURING A BALL AND SOCKET JOINT AND JOINT MANUFACTURED ACCORDING TO SAID METHOD}

본 발명은 볼-앤드-소켓 조인트의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 방법에 따라 제조된 조인트에 관한 것이며, 이 경우 본 발명에 따라 특히 볼-앤드-소켓 조인트의 조인트 셸 또는 베어링 셸이 특별한 방식으로 형성된다.

볼-앤드-소켓 조인트는 힘을 전달하고 여러 방향으로부터 힘을 흡수한다. 볼-앤드-소켓 조인트는 예컨대 자동차의 스티어링 또는 타이 로드의 영역에 사용된다. 이러한 베어링은 일 단부에 볼이 형성된 조인트 핀, 상기 핀의 볼을 수납하는 셸, 및 상기 셸과 상기 볼 핀의 부분들을 수납하는 조인트 하우징으로 이루어진다. 볼 핀의 볼은 예비 응력을 받는 영구 윤활식 셸 내에서 미끄러지고, 상기 셸은 하우징에 의해 습기 및 오염으로부터 보호된다. 조인트 하우징은 핀의 수납을 위한 그 개방 측면에서 밀봉 벨로우즈에 의해 추가로 오염 및 윤활제 배출로부터 보호된다. 조인트 하우징의 후면 개구는 폐쇄 커버에 의해 폐쇄된다. 통상적으로 상기 조인트 부품은 별도로 제조된 다음, 조립 공정에서 하나의 조인트로 결합된다. 그러나, 이는 조립 비용 면에서 바람직하지 않다.

DE 195 13 714 C1에는 조인트 셸을 조인트 핀의 볼 상에 놓고 이로 인해 주어지는 완전한 장치를 부품들의 고정을 위해 그리고 조인트 하우징의 형성을 위해 사출 성형하는 방법이 공지되어 있다. 그러나, 상기 간행물에 공지된 조치의 경우, 조인트 셸이 하우징 사출 성형시 압력에 의해 볼에 가압됨으로써, 상기 조인트 셸의 전체 면이 상기 볼 상에 놓일 위험이 있다. 그러나, 너무 큰 접촉면은 토크 및 틸팅 모멘트의 바람직하지 않은 상승을 야기한다.

본 발명의 목적은 완전하게 장착된 볼-앤드-소켓 조인트의 간단한 제조를 가능하게 하고, 그 결과 낮은 마찰 모멘트와 낮은 토크 및 틸팅 모멘트를 가진 기능적으로 확실한 볼-앤드-소켓 조인트가 형성되고, 상기 볼-앤드-소켓 조인트에서는 볼-앤드-소켓 조인트 및 조인트 셸 또는 베어링 셸의 미끄럼 면의 충분한 윤활이 보장되는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은 또한 상기 방법에 의해 제조 가능한 볼-앤드-소켓 조인트를 제공하는 것이다.

상기 목적은 독립 청구항 1의 특징을 가진 방법에 의해 달성된다. 상기 목적을 달성하는 볼-앤드-소켓 조인트는 독립 청구항 5의 특징을 갖는다. 본 발명의 바람직한 실시예는 각각의 종속 청구항에 제시된다.

상기 목적을 달성하기 위한 방법 및 상기 방법에 의해 제조 가능한 볼-앤드-소켓 조인트는 기본적으로 공지된 방식의 볼-앤드-소켓 조인트에 관한 것이다. 상기 볼-앤드-소켓 조인트는 일 단부에 형성된 볼을 가진 조인트 핀, 상기 볼을 수납하는, 일 측면이 개방된 조인트 하우징, 상기 볼과 상기 조인트 하우징 사이에 배치된, 영구 윤활식 구형 볼 셸, 및 상기 조인트 하우징으로부터 돌출한 조인트 핀의 샤프트와 상기 볼 사이의 이행부 영역에서 상기 조인트 하우징의 개방 측면을 폐쇄하는 밀봉 벨로우즈로 구성된다. 상응하는 볼-앤드-소켓 조인트는, 조인트 하우징이 사출 성형 또는 주조 방법(예컨대, 다이 캐스팅)으로 형성되며, 상기 사출 성형 또는 주조 방법에서 장착된 베어링 셸을 가진 볼이 금속 재료 또는 플라스틱으로 둘러싸이도록 제조된다. 본 발명에 따라 조인트 셸의 구형 디자인은 약간 변형된다. 이를 위해, 조인트 셸은 하나 이상의 영역에서 성형부를 가지며, 상기 성형부는 사출 성형 또는 주조 공정에서 작용하는 압력에 대해 탄성 특성을 갖고, 사출 성형 또는 주조 공정의 종료 후에 조인트 셸 또는 베어링 셸의 그 밖의 구형 형상에 대해 외부로 약간 볼록하게 휘어진다. 이로 인해, 조인트 셸의 전체 면이 사출 성형 또는 주조 공정 후에 볼 상에 놓이지 않는다. 볼-앤드-소켓 조인트의 제조를 위해, 규정된 방식으로 형성된 조인트 셸이 조인트 핀의 볼 상에 놓여 이와 함께 사출 성형된다. 사출 성형 또는 주조 공정에 후속하는 조립 공정 동안 밀봉 벨로우즈를 가진 밀봉 시스템이 보충된다.

조인트 셸과 볼 사이의 전체 면 접촉을 방지함으로써, 볼-앤드-소켓 조인트의 사용시 조인트 셸과 볼 사이의 마찰 모멘트와 토크 및 틸팅 모멘트가 제한된다. 이로 인해, 볼-앤드-소켓 조인트의 양호한 작동 특성 및 그 부품의 높은 안정성이 보장된다. 바람직하게는 금속 조인트 하우징을 가진 볼-앤드-소켓 조인트의 경우 주조 공정 중에 볼과 조인트 하우징 사이의 금속 오버랩이 이루어질 수 있다. 조인트 하우징은 거의 조인트 핀의 샤프트와 볼 사이의 이행부까지 연장되도록 형성된다. 조인트 하우징의 직경은 조인트 핀으로부터 돌출한 그 개구의 영역에서 볼의 직경 보다 작다. 이로 인해 주어지는 금속 오버랩으로 인해, 바람직하게는 조인트 핀의 인열 강도가 커진다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 조인트 하우징이 샤프트를 가지며, 상응하게 형성된 관 또는 로드가 조인트 하우징의 형성 도중에 상기 샤프트 내에 사출 성형된다. 대안적 가능성은 사출 성형 또는 주조 시에 단 하나의 샤프트 스터브를 조인트 하우징에 형성하고 이것과 접속되는 관 또는 로드를 냉간 또는 열간 충격에 의해 장착하는 것이다.

본 발명에 따른 볼-앤드-소켓 조인트의 경우, 조인트 셸에서 볼의 극의 영역에 외부로 볼록하게 휘어지는 성형부가 형성된다. 조인트 셸 또는 베어링 셸은 적어도 상기 성형부의 영역에서 탄성적으로 변형 가능한 플라스틱으로 이루어진다. 조인트 하우징을 형성하기 위해 이루어지는 사출 성형 또는 주조 공정에서, 볼 상에 미리 놓인 베어링 셸의 탄성 변형 가능한 성형부가 볼의 표면 상에 가압된다. 적합한 탄성 재료, 예컨대 폴리옥시메틸렌, 폴리아미드, 폴리페닐렌술피드 또는 폴리프탈아미드의 특별한 디자인 및 선택에 의해, 상기 성형부가 사출 성형 또는 주조 공정의 종료 후에 적어도 부분적으로 다시 외부로 볼록하게 휘어진다. 이로 인해, 적어도 성형부의 영역에서 조인트 셸의 내부 윤곽과 볼 사이에 갭이 생긴다. 따라서, 베어링 셸과 볼 사이의 전체 면 접촉이 방지됨으로써, 마찰 모멘트와 토크 및 틸팅 모멘트가 감소된다. 본 발명에 따라 형성된 볼-앤드-소켓 조인트의 바람직한 실시예에 따라, 조인트 셸이 외부로 볼록하게 휘어진 성형부의 영역에서 그 내부면에 리브를 갖는다. 이는 사출 성형 또는 주조 공정시 작용하는 압력에 관련한 공차로 인해 또는 조인트 셸의 재료 및 형상에 관련한 공차로 인해, 사출 성형 또는 주조 공정의 종료 후 상기 성형부가 개별 경우에 예외적으로 다시 탄성을 갖지 않는 경우에 제공된다. 이 경우, 리브에 의해 조인트 셸의 전체 면이 볼 상에 놓이지 않는 것이 보장된다.

상기 리브는 구조적으로 상이하게 형성될 수 있다. 제공된 가능성에 따라, 구형 구조의 극으로부터 다수의 리브가 조인트 셸의 외부로 볼록하게 휘어진 영역의 내부면 상에 광선 형태로 연장되고, 이것에 대해 횡으로, 서로 평행하게 그리고 볼의 볼 적도에 대해 평행하게 배치된 다수의 리브가 연장된다. 다른 실시예에서는, 조인트 셸의 내부면이 외부로 볼록하게 휘어진 성형부의 영역에서 다수의 리브들을 가지며, 상기 리브들은 구형 표면의 면 투시와 관련해서 직각으로 교차된다.

바람직하게는 볼 셸이 그 외부면에 종방향으로 연장하는 다수의 리브형 부분을 가지며, 상기 부분들에 의해 회전 방지부가 형성된다. 상기 회전 방지부에 의해, 조인트 하우징 내에서 조인트 셸의 회전이 방지된다.

다른 바람직한 실시예에서, 조인트 하우징의 개구 영역에서 조인트 하우징과 조인트 셸 사이에 링이 삽입된다. 조인트 하우징의 개구로부터 돌출한 상기 링의 부분은 밀봉 벨로우즈용 시트를 형성한다. 이로 인해, 금속 조인트 하우징의 경우 바람직하게 조인트 하우징과 볼 사이의 금속 오버랩이 더욱 증가한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고로 구체적으로 설명한다.

도 1은 관형 샤프트를 가진 본 발명에 따른 볼-앤드-소켓 조인트의 제 1 실시예.

도 2는 로드와 연결된 하우징을 가진, 도 1에 따른 실시예와 유사한 볼-앤드-소켓 조인트.

도 3은 관형 샤프트를 가진 다른 실시예.

도 4는 조인트 셸과 하우징 사이의 하우징 개구 영역에 삽입된 디스크를 가진 실시예.

도 5는 조인트 셸의 실시예.

도 1은 본 발명에 따른 볼-앤드-소켓 조인트의 실시예를 도시한다. 상기 볼-앤드-소켓 조인트는 공지된 방식으로 조인트 핀(3, 4)으로 구성되고, 상기 조인트 핀(3, 4)의 볼(4)은 조인트 하우징(7)에 의해 수납된다. 조인트 하우징(7)과 볼(4) 사이에는 영구 윤활식 조인트 셸(1, 1')이 배치된다. 도시된 실시예는, 조인트 셸(1, 1')이 볼(4) 상에 놓인 다음, 상기 조인트 셸(1, 1') 및 볼(4)의 사출 성형 또는 주조에 의해 조인트 하우징(7)이 형성되도록 제조된다. 후속하는 조립 단계에서, 밀봉 벨로우즈(8)를 가진 밀봉 시스템이 보충된다.

조인트 셸(1, 1')의 전체 면이 사출 성형 공정 후에 볼(4) 상에 놓이는 것을 방지하기 위해, 조인트 셸(1, 1')이 본 발명에 따라 특별한 방식으로 형성된다. 나타나는 바와 같이, 조인트 셸은 볼(4)의 극(5)의 영역에서 외부로 볼록하게 휘어진 성형부(1')를 갖는다. 이에 추가로, 조인트 셸(1, 1')의 내부면 상의 상기 성 형부(1')의 영역에 리브(2)가 제공된다. 조인트 셸(1, 1')의 디자인에 관련한 상기 조치에 의해, 조인트 셸(1, 1')의 전체 면이 볼(4) 상에 놓이는 것이 방지된다. 사출 성형 또는 주조 공정에서 조인트 셸(1, 1')이 볼(4)의 표면에 가압되기는 하지만, 조인트 셸(1, 1')에 제공된 성형부(1')가 사출 성형 또는 주조 공정의 종료 후에 적어도 부분적으로 다시 외부로 볼록하게 휘어진다. 상기 소정 결과가 예외적으로 나타나지 않으면, 적어도 내부 윤곽에 제공된 리브(2)에 의해, 마찰 모멘트가 제한되는 것이 보장된다. 도 1에 도시된 볼-앤드-소켓 조인트의 경우, 다른 부재와의 연결을 위해 제공된 샤프트(12)가 조인트 하우징(7)의 일체형 부품이다. 이를 위해, 조인트 하우징의 형성시 금속 관(13)이 사출 성형된다.

도 2는 본 발명에 따른 볼-앤드-소켓 조인트의, 도 1과 유사한 실시예를 도시한다. 전술한 실시예와는 달리, 관(13) 대신에 로드(13')가 샤프트(12)의 형성을 위해 사출 성형된다. 도 1에 따른 볼-앤드-소켓 조인트와 마찬가지로, 볼 핀의 칼라는 다면체(14)의 형태로 형성된다. 이로 인해, 부품의 서비스 용이성이 개선된다. 이로 인해 주어지는 접촉면의 감소를 보상하기 위해, 다면체(14)의 하부에 디스크(15)가 볼 핀(3, 4)의 핀 또는 샤프트(3) 상에 프레스된다.

도 3은 전술한 실시예와 기본적으로 유사한 다른 실시예를 도시한다. 그러나, 여기서는 샤프트의 실시를 위해 조인트 하우징(7)에 단 하나의 스터브(12')가 성형되고 상기 스터브가 예컨대 냉간 충격에 의해 관(12)과 연결된다.

도 4는 조인트 셸(1, 1')과 조인트 하우징(7) 사이에서 그 개구 영역에 추가 링(11)이 삽입되며 적어도 부분적으로 사출 성형된, 본 발명에 따른 볼-앤드-소켓 조인트의 개선예를 도시한다. 이로 인해, 바람직하게는 조인트 하우징(7)과 볼 핀(4) 사이의 오버랩(금속 조인트 하우징(7)의 경우 금속 오버랩이라 함)이 확대되고, 그에 따라 그 인열 강도가 더욱 커진다. 전술한 모든 실시예와 마찬가지로, 볼-앤드-소켓 조인트가 사출 성형 또는 주조 공정 후에 제공된 밀봉 벨로우즈(8)에 의해 오염 및 윤활제 배출로부터 보호된다.

도 5는 본 발명에 따른 볼-앤드-소켓 조인트의 조인트 셸(1, 1')의 실시예를 도시한다. 조인트 셸(1, 1')은 본 발명에 따라 극(5')의 영역에 외부로 약간 볼록하게 휘어지는 성형부(1')를 갖는다. 상기 조인트 셀의 내부면은 상기 성형부의 영역에 리브(2)를 갖는다. 리브(2)에 대한 예는 a) 및 b)로 제시된다. a)에 따른 리브(2)의 경우, 극(5')으로부터 광선형으로 다수의 리브(2')가 연장된다. 상기 리브에 대해 횡으로, 서로 평행한 그리고 볼 적도에 대해 평행한 다수의 리브(2")가 연장된다. b)에 따른 실시예에서는, 조인트 셸(1,1')의 구형 표면의 면 투시와 관련해서 직각으로 교차하는 다수의 리브들(2")이 형성된다. 도시된 리브 구조들은 예시이며, 도면에서는 더 명확히 나타내기 위해 조인트 셸(1, 1')의 외형으로부터 분리해서 도시된다. 그러나, 이들은 모든 경우 조인트 셸(1, 1')과 일체형으로 형성된다. 도면에 도시된 조인트 셸(1 ,1')은 그 외부면에 다수의 리브(10) 또는 스트립을 가지며, 상기 리브 또는 스트립은 회전 방지부로서 사용되고 조인트 하우징(7) 내에서 조인트 셸(1, 1')의 회전을 방지한다.