(57)【要約】  本発明は、たとえば自動車のアクスルシステムに用いられるボールジョイントに関する。このボールジョイントは、ほぼ環状のまたはポット状のジョイントハウジング１を有している。このジョイントハウジング１のほぼ円筒状の内室には、ボールシェル２が配置可能である。このボールシェル２内には、ボールスタッド４のまたはボールスリーブ８のボール３が、滑動可能に収容可能である。  ボールジョイントは、本発明によれば、ボールシェル２の支承表面１０が、ボールジョイントの軸方向に合致する小さい方の半割軸ｂを備えた回転楕円体の表面にほぼ合致していることによって特徴付けられる。  本発明によるボールジョイントは、寿命、故障安全性および耐荷量に関して利点を提供する。ボールシェルとジョイントボールとの間の支承ギャップでの一層均一な面圧分配は、僅かな摩耗と低い摩擦係数とを保証する。
2008537074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
たとえば自動車のアクスルシステムに用いられるボールジョイントであって、ほぼ環状のまたはポット状のジョイントハウジング（１）が設けられており、該ジョイントハウジング（１）のほぼ円筒状の内室にボールシェル（２）が配置可能であり、該ボールシェル（２）内にボールスタッド（４）のまたはボールスリーブ（８）のボール（３）が、滑動可能に収容可能である形式のものにおいて、
ボールシェル（２）の支承表面（１０）が、当該ボールジョイントの軸方向に合致する小さい方の半割軸（ｂ）を備えた回転楕円体の表面にほぼ合致していることを特徴とする、ボールジョイント。
【請求項２】
ボールシェルの大きい方の半割軸（ａ）が、ジョイントボールの半径の長さに合致している、請求項１記載のボールジョイント。
【請求項３】
ボールシェル（２）が、すでに金型側で、楕円体状に成形された支承表面（１０）を有している、請求項１または２記載のボールジョイント。
【請求項４】
ボールシェル（２）の表面（１１）が、ボールシェル（２）の外周面で凹状に形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のボールジョイント。
【請求項５】
ボールシェル（２）が、軸方向に１つのスリット（１４）を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のボールジョイント。
【請求項６】
ボールシェル（２）が、射出成形可能な熱可塑性材料、特にポリオキシメチレンから成っている、請求項１から５までのいずれか１項記載のボールジョイント。
【請求項７】
ボールシェル（２）が、ジョイントハウジング（１）内に軸方向で両側で形状接続的に支持されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のボールジョイント。
【請求項８】
軸方向の形状接続的な支持部が、それぞれボールシェル（２）の端面の少なくとも８０％を有している、請求項７記載のボールジョイント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば自動車のアクスルシステムまたはホイールサスペンションに用いられるボールジョイントであって、ほぼ環状のまたはポット状のジョイントハウジングが設けられており、該ジョイントハウジングのほぼ円筒状の内室にボールシェルが配置可能であり、該ボールシェル内にボールスタッドのまたはボールスリーブのボールが、滑動可能に収容可能である形式のものに関する。
【０００２】
冒頭で述べた形式のボールジョイントは、たとえば、決して専有的ではないが、ホイールサスペンションの領域に使用されるかまたはスリーブジョイントとしても、たとえば自動車におけるクロススタビライザの枢着のために使用される。
【０００３】
このような形式のボールジョイントに課せられる要求は、静的な負荷事例でも動的な負荷事例でも、特に高い固有の耐荷量と、僅かな支承遊びと、さらに、可能な限り自動車の寿命にわたる僅かな保守需要もしくはメンテナンスフリーと、可能な限り僅かな質量と、僅かな構成スペース需要とを有している。さらに、製作が可能な限り廉価に行われることが望ましい。
【０００４】
通常、ボールジョイントは、ほぼ環状のまたはポット状のジョイントハウジングを有している。このジョイントハウジングの内室には、ボールジョイントの支承シェルもしくはボールシェルが配置されている。この場合、公知先行技術に基づき公知のボールジョイントでは、ボールシェルの、ボールジョイントのボールの表面に接触する支承表面が、少なくとも理想事例において、ほぼジョイントボールの形状に相当している。言い換えると、ボールシェルの支承表面がボールの一区分の形状に合致している。
【０００５】
しかし、ボールシェルの製造における誤差と、特にジョイントハウジング内へのボールシェルの圧入時に生ぜしめられる、ボールジョイントの組付け時の力とに基づき、完全に組み付けられたボールジョイントにおける支承シェルの支承表面の形状は、たいてい、もはや意図された球形もしくはボールスタッドのボールの形状に合致していない。むしろ、この場合、ボールシェルの形状は、しばしば、ボールスタッドのもしくはボールスリーブの長手方向軸線に合致する大きい方の半割軸を備えた回転楕円体にほぼ相当している。このことは、言い換えると、ボールとボールシェルとの間の接触が、しばしば、本来所望されているように、全面的ではなく、むしろ、ボールシェルの中間の領域でのみ線接触もしくは帯状接触の形で行われることを意味している。
【０００６】
さらに、たいていのボールジョイントのボールシェルは、前述した中間の領域、すなわち、ボールジョイントの縦断面図で見て最大の直径のおおよその領域に、幾何学的な理由から特に僅かな肉厚を有している。このことは、前述した形状偏差に対して付加的に、中間の区分でのボールシェルの特に高いばね定数もしくは特に僅かな弾性を生ぜしめる。
【０００７】
結果的に、両方のことは、公知先行技術に基づき公知のボールジョイントにおけるボールとボールシェルとの間の面圧が、提供された全ての支承表面における均一な負荷分配の理想にたいてい相当しないことに繋がる。むしろ、負荷の大部分が、ボールジョイントの縦断面図で見て最大の直径の領域におけるボールシェルの前述した中間の区分に集中する。このことは、公知のボールジョイントにおける高められた不均一な支承摩耗、早期に増加させられた支承遊び、より僅かな負荷支持能および減少させられた寿命に繋がる。
【０００８】
この背景を踏まえて、本発明の課題は、公知先行技術の前記欠点が克服されるボールジョイントを提供することである。この場合、特にボールとボールシェルとの間の面圧の分配が、可能な限り一様で均一な経過を獲得し、ボールジョイントの固有の耐荷量および負荷支持能が改善され、ジョイント遊びが減少させられ、高められた寿命が得られることが望ましい。
【０００９】
この課題を解決するために本発明の構成では、ボールシェルの支承表面が、当該ボールジョイントの軸方向に合致する小さい方の半割軸を備えた回転楕円体の表面にほぼ合致しているようにした。
【００１０】
本発明の有利な構成によれば、ボールシェルの大きい方の半割軸が、ジョイントボールの半径の長さに合致している。
【００１１】
本発明の有利な構成によれば、ボールシェルが、すでに金型側で、楕円体状に成形された支承表面を有している。
【００１２】
本発明の有利な構成によれば、ボールシェルの表面が、ボールシェルの外周面で凹状に形成されている。
【００１３】
本発明の有利な構成によれば、ボールシェルが、軸方向に１つのスリットを有している。
【００１４】
本発明の有利な構成によれば、ボールシェルが、射出成形可能な熱可塑性材料、特にポリオキシメチレンから成っている。
【００１５】
本発明の有利な構成によれば、ボールシェルが、ジョイントハウジング内に軸方向で両側で形状接続的に支持されている。
【００１６】
本発明の有利な構成によれば、軸方向の形状接続的な支持部が、それぞれボールシェルの端面の少なくとも８０％を有している。
【００１７】
本発明によるボールジョイントは、まず初めに、自体公知の形式で、ほぼ環状のまたはポット状のジョイントハウジングを有している。このジョイントハウジングはほぼ円筒状の内室を有している。この内室には、ボールジョイントのボールシェルを配置することができる。このボールシェル内には、ボールジョイントのボールスタッドのもしくはボールスリーブのボールが滑動可能に収容可能である。
【００１８】
しかし、本発明によれば、ボールジョイントは、ボールシェルの支承表面が、回転楕円体の表面にほぼ合致していることによって特徴付けられる。この場合、回転楕円体の小さい方の半割軸が、ボールスタッドの長手方向軸線もしくはボールスリーブの長手方向軸線とも呼ばれる、ボールジョイントの軸方向に合致している。
【００１９】
ボールシェルの支承表面の回転楕円体状の構造は、組み付けられたボールジョイントにおいて、ボール表面とボールシェルとの間の接触が、公知先行技術と異なり、著しく面状にかつ一層均一な面圧分配を伴って行われることに繋がる。なぜならば、支承表面の、ほぼ所定の回転楕円体に合致する形状に基づき、公知先行技術でしばしばボールとボールシェルとの間の線接触もしくは帯状接触にしか繋がらない冒頭で述べた変形効果と誤差とが相互補償されるからである。さらに、ボールシェルの、それぞれ異なる大きさの弾性が阻止される。この弾性は、ボールシェルのそれぞれ異なる領域におけるボールシェルのそれぞれ異なる肉厚に基づき生ぜしめられる。
【００２０】
この場合、「回転楕円体」もしくは「回転楕円体状」という概念は、当然ながら、厳密に数学的な意味に規定されるものではない。むしろ、これによって、本発明によれば、ボールジョイントの縦断面図において、ボールシェルの中間の領域における曲率半径が、ボールシェルの軸方向の縁領域における曲率半径よりも僅かに小さいように、コンスタントでない曲率半径を有するボールシェルが要求されるようになっている。
【００２１】
この場合、有利には、回転楕円体状に成形されたボールシェルの大きい方の半割軸が、ボールジョイントのボールの半径に合致している。このことは、言い換えると、ボールシェルの支承表面とジョイントボールとが、ジョイントハウジングの端面の領域とも呼ばれる、ボールシェルの軸方向の縁領域で幾何学的に重なり合っているかもしくは数学的な意味で相互に貫通していることを意味している。組み付けられたボールジョイントでの支承面の実際の相互の貫通は不可能であるので、結果的に、このことは、ボールシェルとジョイントボールとの間の、規定されたある程度のプリロードに繋がる。ボールシェルへの本発明による形状付与に基づき、支承面の貫通もしくは規定されたプリロードが、特にボールシェルの軸方向の縁領域に集中し、ボールシェルの中間の領域に近づくにつれてますます一層減少する。
【００２２】
こうして、ボールジョイントの組立てにおいて、ボールシェルとジョイントボールとの間の遊びなしの全面状の当付けが生ぜしめられる。さらに、この当付け時には、負荷事例において、ボールシェルとジョイントボールとの間の全接触面にわたる面圧の均一な分配が可能になる。しかし、これによって、ボールジョイントの固有の耐荷量および負荷支持能も高められ、同じ寸法設定で寿命を増加させることができ、ボールジョイントが、支承表面の一層均一な負荷に基づき、著しく長く所望の遊びなしの状態のままとなる。
【００２３】
本発明の実現に対して、まず、どのようにしてボールシェルが、楕円体状に成形された本発明による支承表面を獲得するかは問題ではない。したがって、たとえば、まず球形の支承表面を備えて製作されたボールシェルが追補的に、たとえば支承ハウジング内への圧入の過程でも塑性変形させられるかまたは弾性変形させられ、こうして、設定された回転楕円体状の支承表面が得られることが可能である。しかし、本発明の有利な構成によれば、ボールシェルがすでに生産側でもしくは金型側で、楕円体状に成形された支承表面を有している。言い換えると、このことは、ボールシェルへの所望の楕円体状の形状付与がすでにボールシェルの成形時に形成されることを意味している。こうして、ジョイントボールとボールシェルとの間の所望の量の幾何学的な重なりを、特に精密にかつ再現可能に生ぜしめることができる。
【００２４】
本発明の別の構成によれば、ボールシェルの表面が、ボールシェルの外周面で少なくとも僅かに凹状に形成されている。このことは、ジョイントボールとボールシェルとに関して前述したことに類似して、ボールシェルとジョイントハウジングとの間、この事例では、ボールシェルの外側表面とジョイントハウジングの内側表面との間でも、部分的な幾何学的な重なりに繋がる。こうして、付加的にボールシェルとジョイントハウジングとの間の接触を改善することもでき、ボールシェルの外側表面とジョイントハウジングの内側表面との間の面圧の分配を同じく一層均一にひいては一層負荷支持性に行うこともできる。
【００２５】
本発明の別の構成によれば、ボールシェルが、ボールジョイントに対して軸方向に１つのスリットを有している。このことは、言い換えると、ボールシェルが、もはや閉じられたリングを成しておらず、製作側で「（極めて僅かなスリット幅を備えた）Ｃ字」の形で提供されることを意味している。このことは、これによって、ボールジョイントの組付けが簡単になる限り有利である。さらに、ボールシェルに設けられたスリットは、ボールジョイントの運転中の熱膨張を吸収するために使用することができる。これは、本発明によるボールジョイントにおいて特に重要となる。なぜならば、ボールシェルへの楕円体状の形状付与に基づき、ジョイントボールとジョイントハウジングとに対するボールシェルの特に緊密なかつ遊びなしの当付けが、主として、熱膨張の吸収の可能性なしに付与されているからである。
【００２６】
ボールシェルは、本発明の特に有利な構成によれば、射出成形可能な熱可塑性材料、特にポリオキシメチレンから製作されている。このポリオキシメチレンは、極めて低い摩擦抵抗と同時に良好な耐摩耗性および高いばね弾性能を有している。さらに、ポリオキシメチレンは高い耐化学薬品性を有している。これは、自動車における潤滑媒体および別の運転物質の存在のため重要である。
【００２７】
まず、ジョイントハウジング内へのボールシェルの固定もしくはアンカ固定の形式は、本発明の実現に対して問題ではない。しかし、本発明の有利な構成によれば、ボールシェルがジョイントハウジング内に軸方向で両側で形状接続的に支持されている。この場合、特に有利には、軸方向の形状接続的な支持部がボールシェルの端面の少なくとも８０％を有している。こうして、常にある程度に弾性的なもしくは塑性的にクリープする傾向にあるボールシェルが特に効果的に支持され、全周にわたってほぼ完全に閉鎖される。
【００２８】
以下に、本発明を、実施例しか示していない図面につき詳しく説明する。
【００２９】
図１には、概略的な縦断面図で公知先行技術によるボールジョイントが示してある。ほぼポット状のジョイントハウジング１が認められる。このジョイントハウジング１は、その内部に配置された支承シェルもしくはボールシェル２を備えている。さらに、このボールシェル２の内室には、ボールスタッド４のボール３が配置されている。
【００３０】
明確に認めることができるように、ボールシェル２の肉厚は、ボールスタッド４の軸方向で見て、中間の領域５で特に僅かであるのに対して、肉厚はボールシェル２の端面側の端領域６に向かって著しく増加していて、そこで最終的にボールシェル２の中間の領域５における肉厚の数倍になっている。
【００３１】
しかし、このことは、すでに冒頭で述べたように、ボールシェル２がその中間の領域５に、軸方向で端付近の領域６よりも数倍高いばね定数もしくはかなり僅かな可撓性を有していることに繋がる。しかし、この不均一な可撓性に基づき、ボールジョイントが負荷されるやいなや、ボールシェル２の支承表面が理想的な球形を有している仮定的な事例ですら、不均一な面圧分配が不可避に生ぜしめられる。このような不均一な面圧分配は、支承シェル２の表面１０を誇張して、たとえば図６に示してある。この場合、符号Ｘで示した曲線が、図１に示した公知先行技術に基づくボールジョイントの面圧分配を反映している。
【００３２】
ボールシェル２の中間の区分５に著しく集中させられた面圧分配Ｘは、支承表面の理想的な球形状の仮定的な事例ですら、ボールシェル２の縁付近の領域６が、負荷時のより大きな可撓性に基づき、中間の領域５に比べて著しい力吸収なしに一層強く撓むことから生ぜしめられる。したがって、ボールシェル２の中間の領域５が、かなり僅かな可撓性に基づき強制的に最大の負荷割合を吸収しなければならない。
【００３３】
ボールシェル２はボールハウジング１内への組付け時に、たいてい、ボールシェル２の支承表面がその当初の球形状から出発して、組付け後、ほぼボールジョイントの長手方向に延びる長軸を備えた楕円体（以下、長手方向楕円体と呼ぶ）状に成形された表面を有している（図２に示した主軸ａ，ｂを備えた回転楕円体７の概略図参照）ように、なおも弾性変形させられることが生ぜしめられる。
【００３４】
この場合、ボールシェル２の支承表面によって形成された楕円体７の大きい方の主軸ａは、ボールスタッド４の長手方向軸線に合致している。しかし、このことは、すでにボールジョイントの負荷中立状態でも、もはやジョイントボール３と、僅かに長手方向楕円体状に変形させられたボールシェル２との間に面接触が行われないことを意味している。むしろ、本来有利な面接触が、ボールシェル２の変形に基づき、主として、ボールシェル２の中間の領域５、すなわち、ボールシェル２の最も僅かな肉厚の領域での線接触に変換される。
【００３５】
結果的に、これら全てのことは、ジョイントボール３とボールシェル２との間の不都合な負荷パターンに繋がり、ボールジョイントの寿命、摩耗、遊び自由度および耐荷量に対する相応の不利な結果を伴う。
【００３６】
図３には、ここではスリーブジョイントとして形成された本発明によるボールジョイントの構成が示してある。まず、環状のもしくは円筒状のジョイントハウジング１が認められる。このジョイントハウジング１は、その内部に配置されたボールシェル２を備えている。このボールシェル２の内室には、ここでは、ボールスリーブ８のジョイントボール３が配置されている。この場合、ボールシェル２は、ジョイントハウジング１もしくはボールシェル２の端面の領域に配置された閉鎖リング９によって、ジョイントハウジング１とジョイントボール３とに一緒に面状に当て付けられて、ほぼ完全に閉鎖されている。こうして、ボールシェル２の材料のその都度のクリープが十分に回避される。このことは、同じくボールジョイントの寿命および遊び自由度に有利である。
【００３７】
ボールシェルの形状は、図４に示した横方向楕円体、つまり、ボールジョイントの長手方向軸線に対して横方向に延びる長軸を備えた楕円体の例示的な概略図もしくは図５に示したボールシェル２の拡大図から明らかである。図５に認められるように、ボールシェル２は、図示の構成では、内側に位置する支承表面１０の領域だけでなく、ほぼ円筒状の外側表面１１の領域にも、軸方向の端面に向かって増加する、ジョイントボール３の表面１２もしくは円筒状の外側形状１３に対する過大寸法を有している。このことは、言い換えると、図３および図５に示したボールシェル２の支承表面１０が、もはや公知先行技術のように球形（もしくは実際にしばしば長手方向楕円体状、図１および図２参照）ではなく、むしろ、主として、横方向楕円体の形状を有していることを意味している。ただし、この場合、この事例では、回転楕円体の短い方の主軸ｂがボールジョイントもしくはボールスリーブの長手方向軸線に合致している（図４に示した横方向楕円体の概略図参照）。
【００３８】
ボールシェル２の、僅かに凹状に形成された外側輪郭１１と一緒に、ボールシェル２の支承表面１０への回転楕円体状の形状付与は、ボールシェル２の縁付近の領域６が、規定された量の半径方向プリロードを得ることによって、ボールシェル２の中間の領域５における負荷集中の詳しく上述した効果が阻止されることに繋がる。したがって、ボールジョイントの組立て状態で、ボールシェル２とジョイントボール３との間に全面状の接触が生ぜしめられる。このことは、前述した半径方向プリロードと一緒に、ジョイントボール３とボールシェル２との間での面圧分配の均一化に繋がる。
【００３９】
たとえば、このことは、図６に曲線Ｙの形状で示してある。公知先行技術に相当する曲線Ｘとの比較につき、負荷Ｆが、ボールシェル２の、提供された全ての表面に均一に分配されることを明確に認めることができる。このことは、ボールジョイントの前述した一層高い負荷支持能、改善された耐荷量および一層長い寿命と同時に永続的に最小の支承遊びに繋がる。
【００４０】
図７および図８には、本発明によるボールジョイントもしくはスリーブジョイントの構成のボールシェル２が示してある。この場合、このボールシェル２が、図７には、成形直後の状態、たとえば熱可塑性の材料から成るボールシェルの事例では射出成形直後の状態で示してある。図８には、同一のボールシェル２が組付け状態で示してある。図７および図８に示したボールシェルはスリット１４によって軸方向の長手方向で分割されている。これによって、まず初めに、ボールジョイントの組付けが容易になる。この場合、ジョイントハウジング１と、ボールシェル２と、スリット１４の幅とは、ボールシェル２のスリット１４がボールジョイントの組付け状態で完全に閉鎖されていないように寸法設定され得る。この事例では、ボールジョイントの組付け状態でのスリット１４の残りの僅かな開き幅が、ボールシェル２の材料の熱膨張の吸収のために使用され、こうして、機械的な不都合な応力と、これに相俟ったボールジョイントの難動性とが予防される。
【００４１】
しかし、図示の構成では、組立て状態でさらに極端に狭幅のただ１つのスリット１４しか存在していないので、ボールシェル２の負荷表面がスリット１４によって僅かしか減少させられず、これによって、ボールジョイントの最大の負荷支持能が実際に制限されずに付与されている。
【００４２】
この観点でも、図７および図８に示したボールシェルを備えた本発明によるボールジョイントの構成が公知先行技術と識別される。なぜならば、この公知先行技術では、通常、図９に例示したように、広幅の複数のスリットを備えたボールシェル１５が使用されるからである。このような形式のボールシェル１５は、確かに、同じく簡単に組み付けることができる。しかし、このようなボールシェル１５の広幅の数多くのスリットによって、１つには、ボールシェル１５の負荷面の割合が著しく減少させられる。もう１つには、ボールシェル１５の材料が負荷時に、スリットのため開放したスペースにクリープし得る。これによって、ボールシェル１５の肉厚が減少させられ、これによって、結果的に、望ましくない著しい支承遊びが生ぜしめられ得る。
【００４３】
したがって、図７および図８に示したスリットを備えたボールシェル２の使用によって、公知先行技術に比べて、ボールジョイントの信頼性、負荷支持能および寿命の向上も同じく可能となる。
【００４４】
結果的に、本発明のおかげで、公知先行技術に基づき公知のボールジョイントに比べて、特に寿命、故障安全性および耐荷量に関して利点を有するボールジョイントが提供されることが明確になる。ボールシェルとジョイントボールとの間の支承ギャップでの一層均一な面圧分配は、特に僅かな摩耗と低い摩擦モーメントとを保証する。これによって、本発明が、特に自動車に設けられたアクスルシステムおよびホイールサスペンションの領域での使用に関して、ボールジョイントの信頼性およびメンテナンスフリーの改善に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】公知先行技術によるボールジョイントの概略的な縦断面図である。
【図２】１つの回転楕円体の概略図である。
【図３】本発明によるスリーブジョイントの構成の概略的な半割縦断面図である。
【図４】別の回転楕円体の概略図である。
【図５】図３に示したスリーブジョイントのボールシェルとジョイントボールの輪郭との概略的な拡大図である。
【図６】公知先行技術によるボールジョイントと本発明によるボールジョイントとの間の面圧分配の比較の概略図である。
【図７】成形後の本発明によるボールジョイントの構成のボールシェルの概略的な等尺図である。
【図８】図７に示したボールシェルを組付け状態で図７に相応して示す図である。
【図９】公知先行技術によるボールジョイントのボールシェルを示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  ジョイントハウジング、  ２  ボールシェル、  ３  ボール、  ４  ボールスタッド、  ５  領域、  ６  領域、  ７  回転楕円体、  ８  ボールスリーブ、  ９  閉鎖リング、  １０  支承表面、  １１  外側表面、  １２  表面、  １３  外側形状、  １４  スリット、  １５  ボールシェル、  ａ  主軸、  ｂ  主軸、  Ｘ  曲線、  Ｙ  曲線
【図１】
2008537074.tif 000003
【図２】
2008537074.tif 000004
【図３】
2008537074.tif 000005
【図４】
2008537074.tif 000006
【図５】
2008537074.tif 000007
【図６】
2008537074.tif 000008
【図７】
2008537074.tif 000009
【図８】
2008537074.tif 000010
【図９】
2008537074.tif 000011
【国際調査報告】
2008537074.tif 000012
2008537074.tif 000013
2008537074.tif 000014
2008537074.tif 000015
2008537074.tif 000016
2008537074.tif 000017