具有不同程度加强的壳部的球头壳体.pdf

本发明涉及用于万向球节的塑料的球头壳体并涉及万向球节本身，其中，该球头壳体具有第一部位，这些部位所承受的机械负荷高于球头壳体的其余部位，形成第一部位的球头壳体材料是加强的塑料，而其余部位由略微加强的塑料或未加强的塑料构成。

1.  用于万向球节的塑料的球头壳体，其特征在于：该球头壳体具有第一部位，这些部位比该球头壳体的其它部位经受更高的机械负荷，其中，构成这些第一部位的球头壳体材料是加强的塑料，而其余的部位由略微加强或不加强的塑料制成。

2.  按权利要求1所述的球头壳体，其特征在于：该球头壳体具有一体式构造(1，11，21，51)或由多个部分构成(31，41)。

3.  按权利要求1或2所述的球头壳体，其特征在于：该球头壳体(1，11，21，31，41，51)有一个基体(2，12，22，32，42，52)，该基体特别用于按规定将该球头壳体装在一个万向球节外壳中。

4.  按权利要求1-3之一所述的球头壳体，其特征在于：基体(2，12，22，32，42，52)具有用于支撑该球头体的接触面。

5.  按权利要求1-4之一所述的球头壳体，其特征在于：基体(2，22，32，52)在出现高负荷的部位中有一个加强的芯部(9，29，39，59)并且在其余部位中被略微加强或未被加强。

6.  按权利要求1-5之一所述的球头壳体，其特征在于：在基体(2，12，22，32，42，52)上固定有且尤其是一体形成有至少一个包容球头体的球头壳体部分(3，33，43，53)。

7.  按权利要求6所述的球头壳体，其特征在于：该球头壳体部分(3，33，43，53)通过至少一个特别被设计成有弹性的桥接片(4，14，24)与该球头壳体(1，11，21，51)的基体(2，12，22，52)相连。

8.  按权利要求6或7所述的球头壳体，其特征在于：该球头壳体部分在那些在接触面上出现高负荷的部位中有一个加强的芯部(9，29，49，59)，并在其余部位中被略微加强或未被加强。

9.  按权利要求6-8之一所述的球头壳体，其特征在于：该球头壳体部分在其内表面和/或外表面上具有凹槽(4a，24a，54a)，这些凹槽特别使得该球头壳体在装配时容易弹动。

10.  按权利要求1-9之一所述的球头壳体，其特征在于：该球头壳体具有一些缝(5)和/或桥接片，其中，这些桥接片由弹性的塑料制成并且所述桥接片和缝特别使得该球头壳体在装配时能够沿轴向(4，6，14，24)和/或沿径向(7，17，27)弹动以及实现该球头壳体的偏压和/或公差平衡成为可能。

11.  按权利要求1-10之一所述的球头壳体，其特征在于：该球头壳体的基体具有附加的加强筋(10)。

12.  按权利要求1-11之一所述的球头壳体，其特征在于：该球头壳体具有一些突起，这些突起在万向球节的负荷小时形成该万向球节的接触面。

13.  按权利要求12所述的球头壳体，其特征在于：位于该球头壳体(51)的内表面上的突起(55)在负荷增大时被球头体挤压，从而使包容球头体的球头壳体部分(53)的整个内表面(56)和基体(52)的支撑部分形成该万向球节的接触面。

14.  按权利要求1-13之一所述的球头壳体，其特征在于：一个多组份系统形成加强结构，其中，该多组份系统特别尤其包含一种用纤维、云母、矿物或微球加强的塑料作为芯部和一种适于摩擦的塑料如PTFE(聚四氟乙烯)或者一种含有石墨或合成纤维的塑料作为外周部。

15.  按权利要求1-14之一所述的球头壳体，其特征在于：特别用于公差平衡的略微加强部位或未加强部位具有大于第一加强部位的壁厚。

16.  一种万向球节，它采用如以上权利要求之一所述的球头壳体。

17.  按权利要求16所述的万向球节，其特征在于：该万向球节被构造成套筒接头、轴向接头或径向接头的形式。

18.  按权利要求16或17所述的万向球节，其特征在于：该万向球节在球头壳体的基体的下方具有一个橡皮圈，该橡皮圈特别用于在承载过程中形成偏压和用于公差平衡。

具有不同程度加强的壳部的球头壳体
本发明涉及根据独立权利要求1和16所述特征的、特别用于汽车的万向球节的球头壳体及万向球节本身。
DE29722507U1介绍过这样的特别用于汽车万向球节的球头壳体。DE29722507U1公开了一种球头壳体，该球头壳体为了在将球头体装在球头壳体中时能弹性偏移而具有缝隙，这些缝隙基本沿球头壳体的中心轴线方向延伸。球头壳体的内壁面有沟状凹槽，其作为用于万向球节润滑的润滑脂存储穴。在球头壳体的外壁面上设有一些间距榫舌，它们规定出球头壳体在万向球节外壳中的位置并且在嵌入万向球节外壳中后产生由附加材料引起的较小的偏压(如果有)，因为支承在万向球节上，所以该偏压将球头壳体压向球头体。球头壳体在某些区域里的偏压是人们希望有的，因为这种偏压可以使球头体即使在负荷下也不至于脱离球头壳体的各部分，因而整个接触面都可用于在球节中传递力矩。由在球头壳体外表面上的间距榫舌引起的偏压当然会影响到整个球头壳体，确切地说，影响到装入的球头体，因而，在偏压不利于万向球节的固有任务的区域中，所述偏压造成在某些区域里的严重磨损，结果，万向球节的使用寿命缩短。同时，所需的结构空间增大。
DE1993278A1公开了一种万向球节，它具有一个与加载方向匹配的球头外壳包衬以便加强力的传递，而又不要求增大装配空间。该球头体的由施力方向决定地承受更高负荷的部位与承受负荷较小的部位相比更多地包围着球头壳体。为了将球头体装到球头壳体中，在上述实施形式中必须加长球头壳体，这就意味着高昂的安装成本以及高的材料负荷，这可能可能导致球头壳体破裂。
DE19932789A1及DE29722507U1所介绍的球头壳体都是用注塑技术由塑料制成的。按这种制造方法，在实际中出现这样的问题，即在使用廉价塑料时，它要么以不加强的形式在摩擦学上是良好适用的，但却没有足够的强度；要么通过纤维加强而具有良好的强度特性。就廉价的塑料来说，良好的强度特性同时也意味着摩擦特性的丧失。当使用这些塑料时，由于缺乏柔韧性不会产生球头壳体的偏压，也就无法达到更好的传力。
因此，本发明的任务是提供一种球头壳体和一种具有该球头壳体的万向球节，它由于其结构之故而具有较长的使用寿命。
根据本发明，通过一种具有权利要求1所述特征的球头壳体以及通过如权利要求16所述的万向球节来完成该任务。
与球节的使用范围有关地，本发明提出的球节以及因此还有本发明提出的球头壳体要么在径向上可能遇到较高负荷，要么在轴向上也承受较高负荷。在径向承载或轴向承载的情况下，球头壳体部位，即球头体因承载之故而贴在其上的那个部位(加载部位)，在加载方向上被球头体挤压。如果球头壳体松弛，则球头体移动到一个等于球头壳体的松弛量，该移动也是在加载方向上。这样，球头体可以从对置于球头壳体的加载部位的部位上突起(在此，对置是指在与加载方向相反的方向上)。因此，根据本发明，球头壳体的承载较小的那些部位可以用未加强的塑料或略微加强的塑料制造。通过由此提高的塑料柔韧性，球头壳体在装配时受到偏压，这样，球头体当处于常规的承载条件下时不再会从球头壳体中突出来，从而使得球头壳体的整个接触面即使在较高负荷下也能发挥传力作用。与此同时，通过由此达到的球头壳体偏压，减小了球头体在球头壳体中有自由间隙的危险，这种自由间隙可能导致万向球节的颤振乃至失效。根据本发明，经受较高负荷的那些部位具有一个加强的芯部，它能抑制在承载情况下产生地变形和磨损现象，从而可减小球头体在高负荷下因塑料压挤而下陷的程度。如此设计的球头壳体能够有利地做到，具有大接触面的球头壳体能够同时用高度纤维加强型材料一体制成。
另一有利的实施形式是通过这样的球头壳体得到的，该球头壳体附带地配备有桥接片和缝。通过所述桥接片和缝在球头壳体上的有利布置，可进一步促使通过偏压实现的公差平衡，因为，偏压可更精确地与应力性质协调一致。此外，桥接片和缝使得装配变得简单了，而不可能使加强的并因伸缩较小的那些部位因球头壳体发生一定弹动而遇到强大应力。这样，有利地减小了球头壳体因那些无弹性部位的过度伸长而造成破裂的危险。
本发明提出的球头壳体有利地具有加强的和未加强的或略微加强的部位，其中，加强部位例如是利用多组份系统制成的；多组份系统由加强塑料和略微加强的或不加强的塑料构成。加强部位由一芯部成分和一外周部成分构成。此时，芯部通过相应添加如纤维、云母、矿物、填料或微球来形成加强结构，其加强程度可通过所掺入的加强添加物的种类和数量来调整。外周部成分是用适于摩擦的塑料形成的。外周部成分在这样一些部位上包围着芯部成分，即在这些部位上存在着因相应的加强添加物而造成磨损加剧的危险，例如在芯部和球头体之间，并由此能减小万向球节的磨损倾向。通过使用上述塑料，能够降低材料成本，从而可降低球头壳体的生产成本。
下面将参照附图对本发明的一些可行的实施例做详细说明。附图表示：
图1、2是一主要是径向承载的万向球节的一体式球头壳体侧视图，它具有轴向和径向公差平衡的功能；
图3是图1、2所示球头壳体的横断面图；
图4、5是一主要是轴向承载的万向球节的一体式球头壳体侧视图，它具有轴向和径向公差平衡的功能；
图6一种主要是轴向加载的具有套筒接头形式的万向球节的一部式球头壳体侧视图，带有轴向和径向公差平衡；
图7是图6所示球头壳体横断面图；
图8是由多个部分构成的球头壳体侧视图，它有轴向和径向公差平衡的功能；
图9是一个主要是轴向承载的成承载接头形式的万向球节的由多个部分构成的球头壳体横断面图，它有轴向和径向公差平衡的功能；
图10是成轴向接头形式的主要承受拉力的万向球节的由多个部分构成的球节球头壳体的横断面图；
图11是具有确定支承部位的一体式球头壳体的横断面图；
图12是根据局部A的、改变支承部位所需的在球头壳体内表面上的偏压的放大图。
图1-图3表示一主要是径向承载的万向球节的球头壳体1。该球头壳体具有一体式构造并有一个基体2，在该基体上形成一个包含一球头体的球头壳体部分3。为了简化装配起见，球头壳体1配有弹性的桥接片4和缝5，它们能够使球头壳体1在装配过程中弹动。这种弹动能够抑制在装配过程中常有的塑料减弱，这种减弱由于在装配过程中的塑料应变而可能导致球头壳体破损。
图1所示的球头壳体1主要设置用于径向承载的万向球节。弹性的桥接片4这样构成，即该球头壳体在装配过程中能够借助一道环绕缝5而不费力地实现弹动(亦可见图3)。此外，桥接片4借助其弹性在装配时起到了平衡公差的作用，在这里，它们平衡了外壳和球的公差。可以通过一个橡皮圈来实现轴向公差平衡的提高，橡皮圈在将球头壳体装到万向球节外壳中时被装到球头壳体和万向球节外壳之间。因此，可以平衡在装配时或许出现的高度差，从而能加工出更一致的万向球节。
图2表示主要是径向承载的万向球节的球头壳体1的另一侧视图。该球头壳体沿球头壳体部分3有一个环绕的缝5。为了在安装到球头壳体外壳之前提高球头壳体的稳定性，可以在一边配置另一个桥接片6(以虚线表示)，它将两个球头壳体部分连结起来。在球头壳体1的基体2中的桥接片7也用虚线表示并且是选装的，以便通过相应的偏压实现径向的公差平衡。
图3表示图1所示球头壳体1的一个横断面图。球头壳体1可以这样构成，即依照承载类型在两侧被加强、在两侧略微增强或不加强以及在一侧增强并同时在另一侧略微加强或不加强。在图3所示的实施例中，基体2和球头壳体部分3都在右侧有一个双组份系统，它包括一个适于摩擦的外周面8，在该外周面中嵌入一个加强塑料的芯部9。为了制成这个系统，首先将第一塑料注入一个相应成型的型腔中，在这里，该型腔只是部分注满。该材料形成双组份系统的外周面。在第二步骤中，用构成加强芯部的第二塑料完全填满型腔。视承载类型而定，球头壳体1的基体2也可以通过相应的浇注技术未被加强或略微加强地构成，以便例如在球头体上达到较大的偏压，由此提高轴向偏压。为了增大偏压，球头壳体1在左侧被略微加强或未加强。为了提高基体稳定性，也可以有选择地在基体上形成一些加强筋10。此外，球头壳体在其内侧和/或外侧上有凹槽4a，该凹槽特别是在装配时使球头壳体更容易弹动。
图4、5表示一种主要是轴向承载的万向球节的球头壳体11的实施例。在这个实施例里，球头壳体11视承载类型而定地也可以被构造成两侧加强、两侧略微加强或不加强以及在一侧加强且同时另一侧略微加强或不加强。相应的桥接片14布置在只须承受最小负荷的区域里，在本实施例中，这个区域处于赤道平面高度(图4)。在本实施例中，桥接片14也是用于简化装配以及提供球头壳体的偏压。为了加强径向公差平衡，可在基体12上加设另一个桥接片17(图5)。基体12的外轮廓可根据结构规定条件成圆形(图5右)或斜面的(图5左)。
图6、7表示一种主要是轴向承载的万向球节的一体式球头壳体21，该万向球节成套筒接头形式。弹性的桥接片(24，27)和塑料的加强都是根据承载情况来布置的。例如在图6中，球头壳体的右部配有一个用于轴向公差平衡的弹性桥接片，球头壳体的左部成实心状。此外，为了获得径向偏压，可选择地置弹性的桥接片27(图6中虚线所示)。为了实现简易的装配过程，还可以在球头壳体21中开设纵向缝。图7表示图6所示球头壳体的横断面。该球头壳体在一侧有一个双组份系统28、29(图7左)并在另一侧被略微加强或未被加强(图7右)。
图8表示一个具有轴向和径向公差平衡作用的且由多个部分构成的球头壳体的侧视图。轴向公差平衡是通过凸起状的材料成形部34实现的，它们如此布置，即它们在把球头壳体装在万向球节外壳中时被压缩，并且在球头体按照承载情况而下陷的区域内又再次伸长出来，从而再抵消所产生的余隙。材料成形部34例如一方面可以布置在球头壳体下壳上(图8左)，另一方面布置在上壳上(图8右)。未示出的径向公差平衡以及在装配后的球头壳体偏压能通过相应地布置桥接片来实现(亦可参见图2)。
图9表示主要是轴向承载的并且成承载接头形式的万向球节的由多个部分构成的球头壳体31的横断面图。由于在这种实施形式里必然产生压力，所以，球头壳体的塑料在球头体接触基体32上的接触面区域内下陷。一种相应必需的大的轴向公差平衡通过以下措来实现，即采用壁较厚的球头壳体部分33并借助球头壳体31的较大偏压。与力作用方向相反地布置的球头壳体部分33的壁厚增大造成在球头壳体31里的偏压增大，这与在装配时出现强烈的塑料压缩有着同样的意味。如果在承载接头承载时在基体32的接触面区域内的塑料受到压缩，那么在球头体和球头壳体部分33之间产生的间隙就得通过球头壳体部分33的因偏压被压下的弹性塑料的松驰来消除。为了抑制塑料下陷，球头壳体31的基体32可以具有一个加强的芯部39。
图10表示主要是承受拉力的并成轴向接头形式的万向球节的一个由多个部分构成的球头壳体41的横断面图。在这里，根据承载情况，主要是在赤道平面上方的球头壳体部分43的区域配备有加强的芯部49。在图10中未示出的是，根据负荷大小，在这里，基体42也可以具有比球头壳体部分更大的壁厚。
图11表示一个用芯部59来加强的并配备有弹性桥接片54的球头壳体51的横断面图，除了上述特征外，该球头壳体通过在球头壳体内表面上布置突起55(亦见图12)而能够使处于啮合中的支承面适应于负荷大小，从而在万向球节中获得确定的力矩。基体52和球头壳体部分53例如都具有一个加强的芯部59。在负荷小时，具有高度ΔS的突起55单独形成了球头体在球头壳体上的接触面。随着负荷的不断增大，球头体挤压着形成突起的塑料，从而使球头壳体51的整个内表面56形成球头体的接触面，从而使球头壳体的整个表面都可用于传递力。此时，力便被均匀地传递到塑料上并且有效的单位面积压力保持很小，从而使塑料承载较小，蠕变较小。
                  附图标记一览表
1、11、21、31、41、51：球头壳体
2、12、22、32、42、52：球头壳体的基体
3、33、43、53        ：球头壳体部分
4、14、24、34、54    ：弹性桥接片及用于轴向公差平衡的材
                       料成形部
4a、24a、54a         ：支持装配的凹槽
5                    ：环绕的缝
6                    ：用于轴向公差平衡的弹性桥接片
7、17、27            ：用于径向公差平衡的弹性桥接片
8、28                ：双组份系统的外周部分
9、29、39、49、59    ：双组份系统的芯部
10                   ：加强筋
55                   ：突起
56                   ：球头壳体的内表面