技术领域
[0001] 本
发明涉及一种根据
权利要求1的前序部分所述的球铰链、特别是轴向铰链、一种根据权利要求8所述的球壳以及一种根据权利要求14所述的用于制造球壳的方法。
背景技术
[0002] 在
现有技术中，球铰链常常应用在机动车中承受高负荷的部位处。在此，已知轴向铰链和径向铰链。术语径向铰链或轴向铰链以已知的方式涉及相关的球铰链的主负荷方向。即，轴向铰链主要平行于其纵轴线受到拉
力和/或压力负荷。相反地，径向铰链主要横向于纵轴线被加载。
[0003] 在球铰链之内的高温(在轴向铰链中例如通过直接与热运行的转向系统连接而引起高温)下，球壳膨胀，这导致在球铰链之内不期望的力矩增加。为了克服
热膨胀的缺点，已知的球壳设有特殊布置的缝隙。此外，球壳可具有不同的材料厚度。
[0004] 从现有技术中已知的连续开有缝隙的球壳、例如咬合壳由于蠕变倾向增大以及承载面较小的缺点是不合适的，因为由于该缝隙，球壳不是以面
覆盖的方式贴靠在壳体处并且由此使得材料能够蠕变到缝隙之间的自由空间中。然而，球壳的材料厚度或厚度通过该蠕变减小，这导致在球铰链中的间隙。
[0005] 特别是，在轴向铰链中在球铰链的壳体孔的区域中该缝隙是不利的，因为由于在壳体孔的方向上的拉力而出现高的负荷。此外，由于所需的销的偏转
角，铰链壳体孔必须相对较大。因此，在球体、球壳和铰链壳体之间仅仅提供很少的
接触面用于传递拉力。对于接触面重要的是在其中球体和壳体内壁重叠的面。
[0006] 为了补偿磨损并且使在球铰链之内的间隙最小化，从现有技术中已知的是，为球铰链配备独立的弹性的再调整元件、例如
橡胶环。文献DE69407894 T2公开了一种轴向铰链，在其中，在球壳的远离球销或壳体孔的下部弹性区域中构造有再调整元件。
发明内容
[0007] 因此本发明的目标是，提供一种球铰链和球壳，其克服上述缺点并且以更好的方式保证球壳的高的热负荷能力和机械负荷能力。应以结构上简单的方式保证球铰链的改进并且由此应可成本适宜地制造球铰链。
[0008] 该目标通过具有根据权利要求1所述的特征的球铰链、具有根据权利要求8所述的特征的球壳以及具有根据权利要求14所述的特征的用于制造球壳的方法实现。本发明的优选实施方式在
从属权利要求中定义。
[0009] 提供一种球铰链、特别是轴向铰链，具有容纳在球壳中的球销，其中，球壳与球销一起被容纳在铰链壳体中。球壳在球壳的下部的远离球销或壳体孔的区域中一体地构造有至少一个
弹簧元件。换句话说，弹簧元件被集成到球壳中。该区域也可被称为壳体底部或壳体侧。被集成到球壳中的弹簧元件至少部分地具有中断部，从而通过弹簧元件可抑制在球铰链之内的间隙和/或磨损。当球铰链例如在机动车的底盘中用于连接至少两个底盘构件时，在球铰链的使用寿命或运行时间期间，由于在球铰链之内的摩擦或者因热引起的球壳材料蠕变可出现磨损。通过在球铰链之内的间隙，由于噪声使得该磨损变得可察觉，并且该磨损可能导致在转向装置中不允许的间隙。在极限情况中，该构件失效并且其功能失效。
[0010] 通过将弹簧元件集成到球壳中，此外可实现非常紧凑的结构形式。可省去附加的在其他情况下插在壳体和球壳之间的构件，例如独立于球壳的再调整元件，如橡胶环、弹簧(盘形弹簧)等。如果特别是通过缝隙部分地中断弹簧元件，则中断部可在整个弹簧元件上或者也可在部分弹簧元件上延伸。通过在壳体侧的球壳中的中断部(缝隙)的造型和长度，可调整弹簧元件的弹簧特性。弹簧元件的弹簧特性也可受到弹簧元件的材料厚度影响。
[0011] 由于简单的但仍然始终具有必要的
稳定性的结构，制造成本明显减小，因为可在一个制造步骤中(例如通过注塑)制造球壳。总地来说，由此提供了一种铰链组件，该铰链组件提高了负荷能力，防止了在磨损之后或由于磨损引起的铰链间隙，并且在结构形式紧凑和成本低廉的同时实现了在
温度使用范围中恒定的
摩擦力矩。
[0012] 特别地在轴向铰链中在拉力方向和压力方向上有特别的要求。在拉力方向上、也就是说在朝向壳体孔的方向上，由于所需的销的偏转角在球体、球壳和铰链壳体之间仅仅存在很小的接触面用来传递拉力，因为铰链孔必须相对大。球壳在铰链壳体孔的区域中的承载份额比在反向作用的压力方向上小得多，因为球壳在铰链壳体的底部的区域中、即在与壳体孔对置的一侧上具有明显更大的与铰链壳体的面接触。由此，对于球壳得到比在壳体孔的区域中大得多的承载份额。换句话说，球壳仅仅承载在这样部位处，即，在该处给出了球壳的面与壳体或与铰链球体的重叠。
[0013] 通过在轴向铰链中大的偏转角，与外部的轴向作用的力相关联地在球体、球壳和铰链壳体内侧之间产生高的法向力。因此，在拉力方向上的负荷在磨损方面是尤其重要的。因此，在拉力方向上尽可能全部可供使用的面部分必须用作承载部分。具有通过润滑槽或缝隙形成的中断部的球壳因此并不适宜。因此，可使用
变形壳，其与咬合壳相反地不具有上述中断部，特别是至少在铰链壳体孔的区域中不具有上述中断部。
[0014] 如果球壳构造成咬合壳，则其与变形壳相反地在与球铰链装配之前已经具有球形的内轮廓。此外，咬合壳具有轴向延伸的缝隙，特别是在朝向壳体孔的区域中具有轴向延伸的缝隙，以实现在装配球壳时张开。然而其带来的缺点是，减小了球壳进而整个球铰链的负荷能力，因为在缝隙的区域中球壳不作用于或承载球体。
[0015] 变形壳在装配之前是杯形的并且特别是在壳体孔的区域中具有圆柱形的孔。在装配期间在封闭球铰链时才使圆柱形的球壳特别是在壳体孔的一侧上变形并且紧贴到球体处。如果球壳构造为变形壳并且特别是与咬合壳相比不具有缝隙，同样仅仅存在通过上述措施、例如橡胶环再调整
轴承壳的可能性。此外，变形壳通常由塑料制成，这特别是在高的温度
波动下、例如在-40℃至+100℃的区间内的温度波动下是有问题的，因为支承壳的塑料比由
钢形成的构件、例如布置在支承壳中的铰链球体或球销的球头更强地膨胀。如果塑料由于升温而膨胀并且不存在缝隙，则导致出现更高的
应力和摩擦力矩的提高，摩擦力矩的提高引起应力的进一步形成。两种效应的结果是使负荷能力减小。
[0016] 由此，对球铰链的另一要求通常在于，铰链在低温和高温情况下工作。由于在有缝隙的球壳中的收缩，在低温时产生缝和不允许的间隙。在直接联接到转向系统处的轴向铰链中可出现的高温情况下，球壳膨胀，这导致在球铰链中的非常高的不期望的力矩。此外，在球壳中，高温可导致蠕变过程，从而在冷却之后以不利的方式可附加地出现间隙。当球壳由于存在的缝隙可膨胀和适应时，则可减少这种情况。但是，缝隙不允许位于壳体孔附近的高负荷区域中，而是必须被移到壳体底部附近的相对布置的可承受更高负荷的区域中。
[0017] 根据本发明的一种改进方案，所述至少一个弹簧元件具有第一区域和与第一区域连接的第二区域。特别是，第二区域平行于铰链壳体的纵轴线、即轴向地或在轴向方向上与第一区域连接。第一区域特别是与一个中间区域邻接。从铰链壳体孔起，单件式或一体的球壳跟随在球体和壳体之间到壳体的中间区域的走向。中间区域横向于壳体的纵轴线布置。该中间区域被一个平面剖切，该平面垂直于球体的纵轴线延伸并且延伸穿过球体的中心点。此外，当球销未偏转并且球销和壳体的纵轴线因此平行延伸时，球壳从中间区域大致延伸到球体的极点。球体的极点位于这样的部位，即，在该处销纵轴线类似离开球体。球壳的第二区域与第一区域连接并且伸到球壳在球体的极点的区域中的端部。
[0018] 在上述在球铰链之内的温度升高以及与其相关的球壳膨胀的问题方面，根据另一实施方案，球壳在至少一个所述区域(第一区域或第二区域)中具有至少一个中断部、特别是多个中断部。中断部特别是通过在大致轴向方向上、即大致平行于壳体的纵轴线延伸的缝隙给出。中断部有助于在球壳由于温度升高(其例如由于更高的负荷通过更高的摩擦引起)而膨胀时，不会不允许地超过在球铰链之内的摩擦力矩。由此有效地避免了更高的磨损或者在极限情况中球铰链的卡住。
[0019] 根据又一实施方式，球壳构造为变形壳，其中，在壳体孔附近的区域中或者在球销的区域中，在球壳处不构造润滑槽或缝隙。变形壳的实施方式提供了整体上大的承载面并且由此可在朝向壳体孔的方向上经受更高的拉力负荷。与在咬合壳中相比，球壳作为变形壳的实施方式也带来更低的制造成本。
[0020] 根据本发明的另一有利设计方案，第一区域具有与球壳的其它区域相比更大的材料厚度。特别是，在第二区域中的材料厚度小于在第一区域中的材料厚度。作为术语材料厚度的替代，也使用术语壁厚度或壁厚。在剖视中看，球壳在每个区域中都具有一定的厚度或壁厚或者壁厚度或材料厚度。
[0021] 球体借助于球壳在铰链壳体中的支承部由两个具有不同的弹簧元件实施方案或确切地说具有不同的弹簧
刚度的弹簧元件的部分区域组成。在第一区域中，通过具有相对较大的壁厚的第一区域的压缩在球铰链承受负荷时球壳用作硬的弹簧元件。在此，能承受较大的力，但是仅仅可能有非常小的变形以及再调整位移。在第二区域中，存在与第一区域相比受到弯曲作用的弹簧，其特别是规定了较小的壁厚度。由此，在第二区域中得到软的弹簧元件，其具有弹性系数或弹簧刚度很小的软的再调整弹簧，其拉伸压缩经过大的位移但以较小的力作用。在此，球壳提供了不仅具有硬的弹簧元件和高的弹性系数而且具有软的再调整元件的解决方案，以便一方面实现在热膨胀之后、即在冷却到正常
工作温度之后球铰链的再调整，并且另一方面实现球铰链在高要求区域中磨损时的间隙补偿。通过该几何设计方案，球壳适合多种要求，而不必使用独立的再调整元件。
[0022] 根据又一优选实施方式，球壳从铰链壳体孔起朝向远离铰链壳体孔的第一区域、特别是从铰链壳体的中心起朝向第一区域具有材料厚度增大的壁厚。由此，实现了特别好的
应力分布，也就是说在承受负荷时均匀的单位面积压力。特别是，增加的壁厚与在下部区域中设置缝隙相组合，由于由此实现的在球壳沿轴向方向热膨胀时的楔形效，确保在温度升高时均匀的预紧，该温度升高与不允许的应力形成相反地作用。在此，均匀的预紧与在球铰链之内优选地在整个温度范围中恒定的摩擦力矩同样重要。与此相关的是在高温与随后通过球壳材料的蠕变引起的变形下保护免受过高的应力。
[0023] 根据另一优选实施方式，设置多个缝隙、特别是三个缝隙。替代地，根据需要，缝隙的数量可为2个、4个或6个、特别是5个。
[0024] 根据另一有利实施方式，所述至少一个弹簧元件在第一区域和/或第二区域中构造成楔形。在剖视图中看，楔形形状通过材料厚度的增加或减小实现。特别是在第二区域中较软的弹簧元件的情况中，材料厚度从第一区域起、或者说紧接着第一区域剧烈减小，以便具有相应地与第一区域相比明显更小的弹性系数。弹簧元件在该第二下部区域中受到弯曲负荷。也可设想，在一种变型方案中第二区域不受到弯曲负荷，或者说第二区域由此几乎可被视为不存在。
[0025] 球壳可由塑料(例如聚
氧化甲烯、聚酰胺、PEEK(聚醚醚
酮)、聚苯硫醚、聚邻苯二甲酰胺)组成或制成。
[0026] 优选地，球壳的制造可在唯一的制造步骤中通过注塑或通过
挤压实现。在此，可在模具之内设置可更换的插入物，以便能够根据需要以简单的方式改变缝隙的数量。
[0027] 优选地，在没有
机械加工、例如切削加工的情况下作为
冷挤压件形成铰链壳体，这明显降低了制造成本。以简单的方式通过壳体的圆柱形边缘区域朝向球销方向的变形、特别是冷变形实现铰链的封闭。
附图说明
[0028] 下面参照附图详细描述本发明的实施方式。其中：
[0029] 图1示出了在预装配状态下的根据本发明一种实施方式的铰链组件；
[0030] 图2示出了在已装配状态下的在图1中示出的铰链组件；
[0031] 图3示出了在图1中示出的铰链组件的下部区域的细节图；以及
[0032] 图4A和图4B分别示出了在图1中示出的铰链组件的球壳的等轴测视图。
具体实施方式
[0033] 图1示出了在预装配状态下的根据本发明一种实施方式的构造为轴向铰链的球铰链1的剖视图。如在此可看到的那样，球铰链包括球壳2，球销4的铰链球体3布置在球壳2中。球壳2又被容纳在壳体5中。在预装配状态下，球壳2在此在弹簧元件13上紧贴在壳体底部6上，将结合图4A和图4B对球壳和弹簧元件做详细描述。
[0034] 图2又以剖视图示出了在已装配状态下的在图1中示出的铰链组件1。如在此表明的那样，通过双箭头以附图标记F表示的主负荷方向轴向地在拉力方向和压力方向上延伸。在已装配状态下，球壳2完全地贴靠在承载区域处、即壳体5的内壁7上而且完全贴靠在铰链球体处。弹簧元件13(见图4A、图4B)在此被预紧并且在球铰链中产生预紧。壳体5和球壳2的上部区域8变形，以便与铰链球体3的外轮廓相匹配，从而使球壳2被壳体5包围并且被固定在其中。通过壳体5在其这里在上方示出的边缘区域8a处的变形，壳体被封闭。
[0035] 图3示出了在图1中示出的铰链组件1的下部区域9的同样以剖面示出的细节图。如可在此看出的那样，弹簧元件13存在于第一区域9a和第二区域9b中。如示出的那样，弹簧元件13仅仅利用其第二区域9b的外端部贴靠在壳体底部6处。在预装配状态下，在壳体5的内壁7和球壳2之间存在间隙10。如也可在此看出的那样，球壳2的壁厚从在图
2中由附图标记11表示的壳体中心向着壳体底部6的方向增加，直至第二区域9b的始端，并且在第一下部承载区域14的端部处具有最大的材料厚度。与第一区域9a的材料厚度相比，第二区域9b的材料厚度明显减小。可看出，第二区域9b的材料厚度从第一区域9a的下端部起向着其下端部减小。
[0036] 图4A和图4B分别示出了根据图1的球壳2的等轴测视图，但没有球销和铰链壳体。在此，图4A允许看到球壳2的内部，在已装配状态下球体支承在那里。图4B以外部视图示出了球壳2。如在图4B中可特别好地看出的那样，在这里所示的实施方式中的球壳2中设有三个缝隙12，所述缝隙仅仅构造在球壳2的下部区域(9a、9b)中。集成到球壳中的弹簧元件13由非常刚性的区域9a和软的区域9b组成，所述非常刚性的区域9a通过压缩对于非常大的力只产生非常小的位移，所述软的区域9b通过弯曲对于小的力但产生很大的位移。如可在这里以及也可在图1中看出的那样，球壳2构造为变形壳。
[0037] 附图标记列表
[0038] 1 铰链组件
[0039] 2 球壳
[0040] 3 铰链球体，球头
[0041] 4 球销
[0042] 5 壳体，铰链壳体
[0043] 6 壳体底部
[0044] 7 内壁
[0045] 8 上部区域
[0046] 8a 上部边缘区域
[0047] 9 下部区域
[0048] 9a 第一区域
[0049] 9b 第二区域
[0050] 10 间隙
[0051] 11 球心
[0052] 12 缝隙
[0053] 13 (多个)弹簧元件
[0054] 14 球壳的下部承载区域
