CN104165182B - 球节和机动车控制杆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种球节(2)和具有这样的球节(2)的机动车控制杆。球节(2)具有基体(3)和构造在该基体(3)中的球形座(25)以及带有活节头(22)的球头枢轴(21)。球头枢轴(21)的活节头(22)容纳在球形座(25)中并且被闭锁环(26)保持。闭锁环(26)具有贴靠在基体(3)上的法兰段(29)。基体(3)与法兰段(29)通过环绕的焊缝(37)相连。法兰段(29)在其外周(38)上具有槽(39)，该槽的槽壁(40，41)构造成焊接面(42)。焊束(S)在接合过程中对准焊接面(42)。焊接面(42)大得足以使构件公差或焊接运动的不均匀性得到补偿。在焊接面(42)的下方在基体(3)与闭锁环(26)之间的接触区域中构成高度稳定的焊接连接。

Description

球节和机动车控制杆
技术领域
本发明涉及一种球节以及一种具有这样的球节的机动车控制杆、如横向控制杆或纵向控制杆。
背景技术
机动车控制杆、如横向控制杆或纵向控制杆是机动车的车轮悬挂装置的一部分并且用于引导和控制车轮以及用于支撑纵向力和/或横向力。通过支承装置或者支承系统(Lageranordnung)来实现控制杆的运动学耦联。在这种情况下使用能够实现控制杆与其它构件的或者具有多个旋转自由度(Drehfreiheitsgrad)的车身的连接的球节。
通常构造的球节包括带有构造在其中的球形座的基体或者活节壳体以及带有活节头的球头枢轴。球头枢轴的活节头容纳在球形座中并且通过闭锁环保持。基体与闭锁环在彼此相对的接触区域上通过焊缝而彼此相连。
闭锁环在装配球头枢轴之后将球节闭锁并且承担在负荷下作用在球头枢轴上的拉力或者压力。为了能够承受住高负荷，闭锁环必须环绕地与基体完全焊接在一起。由于连接部的高载荷，焊缝的构造特别重要。构件公差以及焊接过程中的运动可能导致：在超过360°或者此外直至365°的环绕焊接过程中，在闭锁环与基体之间的接合位置或者接合线偏离规定焊接位置。这会对闭锁环与基体之间的连接产生不利影响。那么球头枢轴在闭锁环的整个周边上的高负荷能力特别是挤压力(Auspresskraft)得不到可靠的保障。需要进行补充加工，由此提高了制造成本。
DE 10 2008 043 694 B4公开了一种特别是用于机动车的行走机构组件和控制组件的球节，其包括：具有壳体上部(闭锁环)和壳体下部(球形座)的壳体，和借助轴瓦支承在所述壳体中的万向节枢轴。壳体下部与壳体上部在彼此相对的接触区域上通过焊缝彼此相连。在这种情况下，焊缝相对球节的中心纵轴线以20°至60°的夹角倾斜。焊缝通过激光焊接法制成。在焊接接合过程之后构成焊缝的焊接接合面在各个需连接的壳体构件上在焊接接合过程之前相对球节的中心纵轴线以20°至60°的夹角倾斜。
由DE 10 2006 024 198 A1已知的一种用于制造球节的方法以及一种球节属于现有技术。该球节包括壳体、万向节枢轴、轴瓦和将该轴瓦夹紧在壳体中的盖。该盖构成闭锁环并且设有至少一个间隔垫片。所述间隔垫片在焊接前使所述盖与壳体保持距离。在焊接过程中所述间隔垫片熔化，这样所述盖在预紧的情况下接合在壳体上。
发明内容
从现有技术出发，本发明的目的是：提供一种球节，其在基体与闭锁环之间的连接在制造技术方面和质量方面得到改进，以及提供一种具有球节的、为了运行使用而得到改进的机动车控制杆。
这个目的根据本发明通过球节得以实现，该球节具有：基体和构造在该基体中的球形座以及带活节头的球头枢轴，该球头枢轴的活节头容纳在球形座中并且被闭锁环保持，其中该闭锁环具有贴靠在基体上的法兰段并且通过环绕法兰段的焊缝而与基体相连，其特征在于：法兰段在其外周上具有环绕的槽并且一槽壁构造成焊接面。
根据本发明的球节的有益的设计为在下述内容中给出。
球节具有基体和构造在该基体中的球形座。基体由板坯成形，其中所述板坯由钢材制成、特别是由高强度钢制成、优选由抗拉强度为800MPa和屈服点为680MPa和更高的高强度多相钢制成。另外，球节包括带有活节头和枢轴体的球头枢轴。球头枢轴的活节头优选在装入轴瓦的情况下被容纳在球形座中。通过闭锁环将活节头定位或者固定在球形座中。闭锁环具有通口，球头枢轴的枢轴体被引导穿过该通口。固定在基体上的闭锁环构成球节的上部壳体终端。闭锁环具有法兰段，该法兰段在球形座的开口侧贴靠在球节的基体上。通过环绕法兰段的焊缝使得闭锁环与基体焊接在一起。在焊接技术方面通过激光焊接或电子束焊接来实施闭锁环在基体上的接合(Fuegung)。
根据本发明，法兰段在其外周上具有环绕的槽，其中一个槽壁构造成焊接面。所述槽可以构造成在法兰段的外周上的成形为凹形的面。在焊接过程中，焊束对准焊接面。通过所述槽在外侧在闭锁环上形成的空隙能够使焊束目标精确地对准焊接面。焊接面拓宽了焊束的影响区。因此使得构件公差或由焊束的运动引起的不良影响能够得到补偿。只要焊束射到焊接面上，就确保牢固的连接。在闭锁环与基体之间的接触区域中在焊接面的下方产生环绕的焊缝，该焊缝在接触面的平面中延伸。
根据本发明的球节在制造技术方面是有益的并且能够承受高负荷。根据本发明的设计改善了球节的质量，并且既在球节的强度或者负荷能力方面也在其使用寿命方面。球节的制造、特别是基体与闭锁环之间的连接可以经济且以短的生产时间进行。由于本发明在构件公差波动的情况下也能够制造基体与闭锁环之间的高质量的接缝连接，所以特别是能够在较大的或者较宽的公差带中进行作业。
焊接面限定一鼻形的或楔形的焊接区域。在这种情况下，槽被如此设置，即，焊束在事先给定的角度下无间隙地(satt)射到焊接面上。优选槽具有下部槽壁。这个下部槽壁构成焊接面。另外，槽具有上部槽壁。该上部槽壁相对竖直面形成大于或等于10°的夹角。特别是所述上部槽壁相对竖直面形成大于或等于20°的夹角。
如下地设计槽的构造，即，焊束能够被比较陡峭地引导。特别是焊束能够相对竖直面或者相对球节的中心纵轴线以小于20°的夹角倾斜。
通过根据本发明的闭锁环在其外周上具有焊接面的设计，在基体与闭锁环的或者法兰段的下侧面之间的接触区域中的连接面也得到拓宽或者增大。宽的焊接区提高连接部的拉力负荷能力和压力负荷能力，由此实现球头枢轴的较高的挤压力。
优选基体由钢板坯成形为冲压件。球形座是基体的一体的组成部分。优选在球形座的开口侧构造有闭锁环容纳部。在基体在成形过程例如深冲过程或者冲压过程中成型时构造闭锁环容纳部。
闭锁环具有支撑段和法兰段。支撑段具有一个外径以及法兰段具有一个外径。法兰段的外径大于支撑段的外径。法兰段以位于该法兰段下部的环形面贴靠在基体上。
对实际有益的设计规定：球头枢轴的活节头在装入轴瓦的情况下被容纳到球形座中。轴瓦特别是由热塑性塑料制成、优选由聚甲醛(POM)制成。轴瓦也可能由聚醚醚酮(PEEK)制成。
为了将球头枢轴固定在球形座中，闭锁环以支撑段嵌入到闭锁环容纳部中。该支撑段嵌接到闭锁环容纳部中并且在这种情况下将轴瓦的环绕的上部壁段压向活节头。为此支撑段在其内周面上具有与活节头的几何形状相匹配的形状。闭锁环以法兰段的下侧面上的环形面贴靠在基体上。然后借助如前述的焊接过程通过从外部作用到焊接面上的焊束来进行接合。焊束对准并作用到其上的焊接面以及形成的连接面如此大，使得构件公差或还有在焊束的运动过程中的不精确性得到可靠的补偿，而焊接接合的质量不下降。
为了保护球节而设置有波纹密封套。通常波纹密封套由橡胶弹性材料制成、特别是由弹性体诸如氯丁二烯橡胶弹性体(Chloroprene Rubber-Elastomer)制成。波纹密封套在外侧在法兰段上被第一夹紧元件固定在在槽上方构造在该法兰段上的夹紧面上。槽上方的夹紧面大得足够使波纹密封套借助夹紧元件能够可靠地夹紧在这里。另外，波纹密封套被第二夹紧元件固定在球头枢轴的枢轴体上。特别是由弹簧钢丝构成的夹紧环用作夹紧元件。
本发明能够实现经济制造轻型结构的机动车控制杆、特别是横向控制杆或纵向控制杆，其具有上述的球节。球形座是控制杆的基体的一体的组成部分并且在该基体成型时由板坯成形。球形座构成基体中的一件式的壳体容纳部，枢轴体的活节头容纳在该壳体容纳部中。通过与基体环绕地稳定接合的闭锁环，枢轴体被可旋转运动地或者可滑动旋转运动地保持在球形座中。根据本发明的设计提供了在闭锁环与基体之间的能承受高负荷的接合。所述连接可靠地承受运行中出现的拉力负荷、压力负荷和推力负荷。
在基体中环绕球形座的开口有益地成形有接合面，闭锁环的法兰段以其下侧面上的环形面贴靠在该接合面上。接合面在基体成型过程中成形并且该接合面可以相对基体的邻接的底部区域的平面向闭锁环的方向伸出。通过这种方式使得闭锁环与基体之间的接合过程能够得到进一步提高。
如果基体设置成壳状的并且具有带边缘侧的支腿的底板，那么具有根据本发明的球节的机动车控制杆的抗弯刚度和抗扭刚度得到进一步改进。另外，底板可以具有提高刚性的模压部(Einpraegung)，同样如带有环绕闭合的或中断的凸缘的通孔(Durchzug)。这样的通孔除了提高刚性之外还用于减轻重量。
附图说明
根据本发明的球节和机动车控制杆的其它优点和有益的设计在下文借助附图阐述的实施例中得以说明。附图中：
图1为带有整合的球节的横向控制杆的透视图；
图2为横向控制杆在球节区域中的纵断面图，其示出的是球节的第一装配状况；
图3为根据图2的纵断面图，其示出的是球节的第二装配状况；
图4a为图3的A部分的放大视图；
图4b为球节的闭锁环的一部分的再次放大的视图；
图5为最终装配后的球节的纵断面图。
具体实施方式
图1示出的是形式为横向控制杆1的、带有整合的球节2的机动车控制杆的透视图。
图2至5分别示出的是横向控制杆1在球节2区域中的横剖视图，其中分别示出球节的不同装配状况。
横向控制杆1应用在机动车的车轮导向系统内部或者车轮悬挂装置内部。
横向控制杆1具有由钢材制成的设置为壳状的基体3。该基体3具有两个长形区段4、5，这两个长形区段相对彼此以一个夹角横向定向。长形区段4、5经由一个连接区段6而彼此融入在一起。基体3由钢板坯通过压模技术制成。在第一长形区段4的自由端部7上、在其端部区域中设置有球节2。在第二长形区段5的自由端部8上、在其端部区域中设置有形式为通孔9的、带有橡胶金属轴承10的轴承容纳部(Lageraufnahme)。
基体3具有带边缘侧的支腿12、13的底板11。支腿12、13相对底板11垂直定向。在基体3的底板11中，在长形区段4或者5中分别成型有模压部14、15。模压部14、15沿着边缘侧的支腿12、13的方向设置。另外，底板11在各模压部14、15之间的连接区段6中具有沿所述模压部14、15的方向制成的通孔16。在连接区段6的外周上设置有凸肩17，该凸肩在其自由端部上构成轴承连接部18。此处嵌入用于橡胶金属轴承20的轴套19。
球节2包括带有活节头22和枢轴体23的球头枢轴21。球头枢轴21的活节头22在装入轴瓦24的情况下被容纳在球形座25中并且通过闭锁环26定位。闭锁环26涉及的是旋转件。轴瓦24由热塑性塑料制成。
球形座25是基体3的一体的组成部分并且在利用压模技术制造基体3的过程中由板坯成形。在球形座的开口侧构造有闭锁环容纳部27。闭锁环26具有支撑段28和法兰段29。另外，闭锁环26具有用于枢轴体23穿过的中心开口30。闭锁环26的支撑段28具有外径D1。这个外径与闭锁环容纳部27的内径D2相同。闭锁环26的法兰段29具有外径D3。法兰段29的外径D3大于支撑段28的外径D1。法兰段29的下侧面处的基体侧面构造环形面31。
在球节2的装配过程中，内部被润滑的轴瓦24被嵌到球形座25中。接着球头枢轴21以其活节头22被安置在轴瓦24中。然后闭锁环26以其开口30套装到枢轴体23上并且以支撑段28嵌入或者压入闭锁环容纳部27中。在这种情况下，轴瓦24的环绕的上部壁段32被闭锁环26的内轮廓压向活节头22，这样轴瓦24与活节头22的球形相匹配。为此闭锁环26在其内周上具有构造成球冠状的内壁33，该内壁的轮廓构造得与活节头22一致。
图2示出的是在装配闭锁环26之前设置在轴瓦24中的球头枢轴21。图3示出的是闭锁环26被压入的状况。安置在闭锁环容纳部27中的闭锁环26以其环形面31贴靠在环绕球形座25的开口34成形的接合面35上。接合面35在基体3的成型过程中成形并且相对基体3的邻接的底部区域36的平面向环形面31的方向略微伸出一个尺寸a(参照图4)。接合面35通过在基体3的模压过程中的材料移动产生。
闭锁环26通过激光束焊接或电子束焊接而与基体3焊接在一起。在这种情况下，闭锁环26与基体3通过沿着环形面31在法兰段29的下侧面和基体3的接合面35上环绕的焊缝37相连。
法兰段29在其外周38上具有环绕的槽39(参照图4a和4b)。槽39具有下部槽壁40和上部槽壁41。下部槽壁40构造成焊接面42。在接合过程中，焊束S对准焊接面42。为此槽39被如此设置，即，焊束S即使在由于闭锁环26和/或基体3的构件公差导致的装配不精确性或者定位不精确性的情况下也可靠地射到焊接面42上。焊接运动中的不均匀性也不产生有害影响，这是因为焊接面42的尺寸大得足以作为用于焊束S的目标区。在焊接面42的下方设有鼻形的或者楔形的焊接区域43，该焊接区域在上部由焊接面42限定。焊接区域43的下侧面由环形面31构成。只要焊束S射到焊接面42上，就产生牢固且高质量的焊缝37。接缝连接在闭锁环26与基体3之间的接触区域中在环形面31和接合面35上构造成环绕的焊缝37，该焊缝在接触面的平面中延伸。通过与接触面的平面成一个夹角地延伸的焊接面42，接合面或者连接面得以增大。连接面的宽度在图4中用x标出。连接面的宽度x相对传统的接合被放大。连接位置上的这个较大的材料覆盖使得连接强度提高。针对球头枢轴的挤压力与此相应也有益地得到提高。
可以相对竖直面V陡峭地引导焊束S。在这种情况下，焊角可以在0°与20°之间。槽39的几何形状被如此构成，即，焊束S射到焊接面42上。槽39可以成形为凹形。上部槽壁41相对竖直面V形成一个夹角α，该夹角大于或等于10°、特别是大于或等于20°。因此能够使通过槽39在法兰段29的外周38上形成的空隙与焊束位置和焊接运动协调配合。上部槽壁41与下部槽壁40在槽的最深处相交形成一个钝角。
为了保护球节2或者可旋转运动地保持在球形座25中的活节头22免受外界等的影响，设置有波纹密封套44。该波纹密封套44被第一夹紧元件45固定在闭锁环26上的法兰段29的外周38上的槽39上方的夹紧面46上。第一夹紧元件45整合、例如硫化在波纹密封套44的下部环形凸缘47中。另外，波纹密封套44被形式为弹簧钢圈的第二夹紧元件48固定在枢轴体23上。在装配过程中，波纹密封套44首先借助上部的第二夹紧元件48固定在枢轴体23上。接着该波纹密封套44的活节座侧的下端不借助下部的第一夹紧元件45而在外侧固定在闭锁环26上。为了固定，夹紧元件45可以有益地与槽39共同作用。
另外，在图2、3和5中可以看到，球头枢轴21的活节头22在其下侧面上具有凹处49。该凹处49可以用作润滑剂储备腔。
附图标记列表
1 横向控制杆
2 球节
3 基体
4 长形区段
5 长形区段
6 连接区段
7 4的端部
8 5的端部
9 通孔
10 橡胶金属轴承
11 底板
12 支腿
13 支腿
14 模压部
15 模压部
16 通孔
17 凸肩
18 轴承连接部
19 轴套
20 橡胶金属轴承
21 球头枢轴
22 活节头
23 枢轴体
24 轴瓦
25 球形座
26 闭锁环
27 闭锁环容纳部
28 支撑段
29 法兰段
30 开口
31 环形面
32 24的壁段
33 内壁
34 25的开口
35 接合面
36 底部区域
37 焊缝
38 29的外周
39 槽
40 下部槽壁
41 上部槽壁
42 焊接面
43 焊接区域
44 波纹密封套
45 夹紧元件
46 夹紧面
47 44的环形凸缘
48 夹紧元件
49 凹处
a 尺寸
α 夹角
D1 28的外径
D2 27的内径
D3 29的外径
S 焊束
x 宽度
V 竖直面

Claims (11)

1.球节，该球节具有：基体(3)和构造在该基体(3)中的球形座(25)以及带活节头(22)的球头枢轴(21)，该球头枢轴(21)的活节头(22)容纳在球形座(25)中并且被闭锁环(26)保持，其中该闭锁环(26)具有贴靠在基体(3)上的法兰段(29)并且通过环绕法兰段(29)的焊缝(37)而与基体(3)相连，其特征在于：法兰段(29)在其外周(38)上具有环绕的槽(39)并且一槽壁(40)构造成焊接面(42)。
2.如权利要求1所述的球节，其特征在于：焊接面(42)限定鼻形的或楔形的焊接区域(43)。
3.如权利要求1或2所述的球节，其特征在于：槽(39)被设置成使得焊束(S)射到焊接面(42)上。
4.如权利要求1或2所述的球节，其特征在于：槽(39)具有下部槽壁(40)和上部槽壁(41)，其中所述上部槽壁(41)相对竖直面(V)形成夹角(α)，该夹角大于或等于10°。
5.如权利要求4所述的球节，其特征在于：所述夹角大于或等于20°。
6.如权利要求1或2所述的球节，其特征在于：法兰段(29)在槽(39)的上方具有环绕的夹紧面(46)。
7.如权利要求1或2所述的球节，其特征在于：基体(3)由板坯构成并且球形座(25)一体地由所述板坯成形，该球形座(25)在开口侧构造有闭锁环容纳部(27)，并且闭锁环(26)具有支撑段(28)以及所述法兰段(29)，所述法兰段(29)具有外径(D3)，该外径大于所述支撑段(28)的外径(D1)。
8.如权利要求1或2所述的球节，其特征在于：球头枢轴(21)的活节头(22)在装入轴瓦(24)的情况下容纳在球形座(25)内。
9.如权利要求1或2所述的球节，其特征在于：设置有波纹密封套(44)，该波纹密封套被第一夹紧元件(45)在外侧固定在法兰段(29)上并且被第二夹紧元件(48)固定在球头枢轴(21)的枢轴体(23)上。
10.机动车控制杆，其具有如权利要求1至9之任一项所述的球节(2)。
11.如权利要求10所述的机动车控制杆，其特征在于：基体(3)设置成壳状的并且具有带边缘侧的支腿(12，13)的底板(11)。
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