DE102006019341B3

DE102006019341B3 - Axialzapfen, vorzugsweise zur Verwendung als Spurstangenbauteil

Info

Publication number: DE102006019341B3
Application number: DE102006019341A
Authority: DE
Inventors: Matthias Klostermann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2006-04-24
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2026-04-25
Also published as: WO2007121725A1

Abstract

Es wird ein Axialzapfen, vorzugsweise zur Verwendung als Spurstangenbauteil, mit mindestens einem Teilbereich, welcher als definierte Knickstelle bei vorbestimmter Grenzdruckbeanspruchung des Axialzapfens ausgestaltet ist, vorgestellt, wobei der Teilbereich (8) mehrere axiale, eng nebeneinander angeordnete, durch einen Verrollungsvorgang gefügeverdichtete Nuten (11) aufweist, deren Nutgrundquerschnitt kleiner bemessen ist als die Querschnitte der seitlich an den Teilbereich (8) angrenzenden Abschnitte (9, 10).

Description

Die Erfindung betrifft einen Axialzapfen, vorzugsweise zur Verwendung als Spurstangenbauteil, mit mindestens einem Teilbereich, welcher als definierte Knickstelle bei vorbestimmter Grenzdruckbeanspruchung des Axialzapfens ausgestaltet ist.
Axialzapfen zur Verwendung als Spurstangenbauteile werden im Kraftfahrzeugbereich zur Übertragung von Druck- und Zugkräften benutzt und stellen ein für die Sicherheit eines Kraftfahrzeuges wesentliches Bauelement dar. Dabei sind Spurstangen in einteiliger, mehrteiliger, gerader, gekrümmter und gekröpfter Ausbildung bekannt. Bekannt ist für derartige Bauteile auch die Ausbildung einer vorbestimmten Knickstabilität, was bedeutet, dass bei Erreichen einer definierten Grenzdruckbeanspruchung des Axialzapfens dieser an der Knickstelle ausknickt und dadurch gegebenenfalls andere, wesentlich teurere Bauteile vor einer Beschädigung schützt. Gleichzeitig kann die Knickstelle zusätzlich natürlich durch ihre Gestaltung auch für Grenzzugbelastungen als Sicherungselement dienen, da der vorbestimmte Teilbereich des Axialzapfens natürlich auch bei Überschreitung einer definierten axial wirksamen Zugbelastung reißen wird.
Aus dem Stand der Technik ist es für die Ausgestaltung derartiger Knickstellen bekannt, diese so auszugestalten, dass der Axialzapfen in dem bestimmten Teilbereich entlang seiner Längsachse im Querschnitt geschwächt wird, so dass bei Erreichen der Grenzdruckbelastung in diesem geschwächten Teilbereich die Ausknickung erfolgt. Die Schwächung des Querschnittes wird dabei in aller Regel durch eine Nut erreicht, die mittels einer spanenden Bearbeitung in den Axialzapfen eingebracht wird.
Hinsichtlich einer Einbringung der Nut mittels eines Zerspanungsprozesses ist anzumerken, dass Zerspanvorgänge immer relativ kostenintensiv sind, wobei darüber hinaus festzuhalten ist, dass natürlich zusätzlich eine Entsorgung des zerspanten Materials notwendig wird.
Darüber hinaus ist beispielsweise aus der DE 43 19 076 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Spurstangen bekannt, bei dem eine über die Längsachse der Spurstange gesehen relativ breite Axialnut in das betreffende Bauteil eingebracht wird. Das Einbringen erfolgt hierbei durch einen Schmiede- oder Walzvorgang.
Nachteil des aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens ist dabei, dass durch das Einbringen der Nut mittels des Walzvorganges durch die Verdrängung des Materials und die Verdichtung im Querschnitt über die Nutbreite Festigkeitswerte erzeugt werden, die zum einen eine nicht unerhebliche Versprödung des Materials mit sich bringen und zum anderen den bei Spurstangen in der Regel erforderlichen galvanischen Oberflächenschutz verhindern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Axialzapfen, vorzugsweise zur Verwendung als Spurstangenbauteil so auszubilden, dass die notwendigen Fertigungsschritte kostengünstig durchgeführt werden können, und dass die im Teilbereich der Knickstelle definierten Festigkeitseigenschaften des verwendeten Materials gegebenenfalls einen Oberflächenschutz ermöglichen und die vorbestimmten Grenzbeanspruchungen des Bauteils gewährleistet sind.
Diese Aufgabe wird zusammen mit den gattungsbildenden Merkmalen des Anspruches 1 durch die im kennzeichnenden Teil offenbarte technische Lehre gelöst.
Erfindungswesentlich dabei ist es, dass der als definierte Knickstelle ausgebildete Teilbereich mehrere axial eng nebeneinander angeordnete, durch einen Verrollungsvorgang gefügeverdichtete Nuten aufweist, deren Nutgrundquerschnitt kleiner bemessen ist als die axialen Querschnitte der seitlich an den Teilbereich angrenzenden Abschnitte. Durch die konstruktive Gestaltung mit mehreren nebeneinander angeordneten Nuten kann eine zu große Verdichtung des Materials in Folge des Verrollungsvorganges verhindert werden, weil sich zwischen den einzelnen Nuten Wandbereiche ergeben, die aus einem Teil des aus den Nuten verdrängten Materials bestehen. Darüber hinaus lässt sich durch die eng nebeneinander angeordneten Nuten auf einfache Art und Weise eine Anpassung der Knickstabilität durch die Anzahl der eingebrachten Nuten erreichen, ohne dass eine zu große Querschnittsverjüngung und eine damit verbundene zu große Festigkeitserhöhung im betreffenden Teilbereich zu befürchten ist wie dies bei einer Nutherstellung gemäß dem Stand der Technik der Fall wäre.
Darüber hinaus ist bei der erfinderischen Ausgestaltung des Axialzapfens von Vorteil, dass die Knickstelle gleichzeitig mit der Bearbeitung anderer Nuten, wie beispielsweise einer am Axialzapfen vorhandenen Balgnut, vorgenommen werden kann. Der üblicherweise notwendige zusätzliche Fertigungsschritt einer zerspanenden Bearbeitung des als Knickstelle ausgebildeten Teilbereiches entfällt somit vollständig. Dies führt zu einer signifikanten Verkürzung der Taktzeit für die Herstellung eines derartigen Bauteils und somit hinsichtlich der notwendigen Herstellkosten zu nicht unerheblichen Einsparungen.
Der Querschnitt der in den Teilbereich eingebrachten Nuten kann entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung halbkreisförmig ausgebildet sein. Eine derartige Gestaltung führt zu einem gleichmäßigen Festigkeitsbild zwischen Nut und Nutwandung, so dass keine Gefahr einer unzulässigen Verhärtung des Materials und somit einer Versprödung besteht.
Der Teilbereich kann vorteilhafterweise mindestens vier Nuten aufweisen, da hierdurch ein zweckmäßiges Verhältnis zwischen Nuttiefe, Festigkeitseigenschaften und Dauer des Herstellvorganges für die einzelnen Nuten gegeben ist.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt dabei eine Seitenansicht eines Axialzapfens zur Verwendung als Spurstangenbauteil, welches an einem Ende mit einem Kugelkopf 1 versehen ist, welcher zur Aufnahme in einer Kugelpfanne 2 eines korrespondierenden Kugelgelenkes dient. Die Kugelpfanne 2 ist dabei Bestandteil eines Kugelgelenkgehäuses, welches zusätzlich ein als Gewindezapfen 3 ausgebildetes Befestigungselement aufweist.
An den Kugelkopf 1 des Axialzapfens schließt sich ein im Wesentlichen stangenförmiger Bereich 4 an, welcher im dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen einen gleichförmigen Querschnitt aufweist. In den stangenförmigen Bereich sind mehrere Nuten 5, 6 und eine Schlüsselfläche 7 eingebracht, die im Rahmen der Verwendung des Axialzapfens als Spurstangenbauteil notwendig sind.
Zwischen den Nuten 5, 6 sowie der Schlüsselfläche 7 befindet sich ein Teilbereich 8, in den mittels eines Verrollungsvorganges mehrere axial dicht beieinander liegende, durch den Verrollungsvorgang gefügeverdichtete Nuten 11 angeordnet sind. Der Nutgrundquerschnitt ist dabei kleiner bemessen als die axialen Querschnitte der seitlich an den Teilbereich 8 angrenzenden Abschnitte 9 und 10 des Axialzapfens.
Der als definierte Knickstelle derart ausgebildete Teilbereich 8 dient dazu, bei einer vorbestimmten Grenzdruckbeanspruchung des Axialzapfens ein Ausknicken von Letzterem zu ermöglichen, wobei ein derartiges Ausknicken in der Regel im Falle eines Unfalles geschieht, um gegebenenfalls andere Bauteile vor einer Beschädigung zu schützen. Gleichzeitig dient der Teilbereich 8 auch als Sicherung bei Überschreitung von Grenzzugbeanspruchungen, da der Axialzapfen dann an dieser Stelle reißt.
Darüber hinaus kann der Teilbereich selbstverständlich auch an anderer Stelle des Axialzapfens angeordnet werden, beispielsweise zwischen der Nut 5 und dem Kugelkopf 1.
Wie der Figur zu entnehmen ist, ist der Querschnitt der nebeneinander angeordneten Nuten 11 im Wesentlichen halbkreisförmig ausgebildet, da eine derartige Querschnittsgestaltung das Einbringen der Nuten 11 im Rahmen eines Verrollungsvorganges erleichtert. Die Anzahl der Nuten 11 beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel sieben, was mit der vorbestimmten Grenzdruckbeanspruchung zusammenhängt, bei der der als Knickstelle definierte Teilbereich 8 seine Ausknickfunktion erfüllen soll. Natürlich sind auch eine geringere Anzahl von Nuten 11 denkbar.
Erfindungswesentlich ist es, dass die Knickstelle auf Grund ihrer neuartigen und erfinderischen Gestaltung gleichzeitig beispielsweise mit weiteren im Axialzapfen herzustellenden Nuten 5, 6 mittels des Verrollungsvorganges erfolgen kann, so dass zusätzliche Zerspanungsschritte, wie aus dem Stand der Technik bekannt, entfallen können.
Gleichzeitig ist gewährleistet, dass das gefügeverdichtete Material im Bereich der nebeneinander angeordneten Nuten 11 nur so hohe Festigkeitswerte, in der Regel unter 1000 N/mm², aufweist, bei dem ein günstig herzustellender galvanischer Oberflächenschutz des Axialzapfens möglich bleibt. Darüber hinaus entfällt ein im Stand der Technik oftmals für derartige Bauteile notwendiger Schritt einer Temperung der Bauelemente.
Es bleibt somit festzuhalten, dass die Herstellung des Axialzapfens ohne den üblicherweise notwendigen Zerspanungsvorgang erfolgt. Die Fertigungsschritte umfassen somit zunächst das Kaltpressen des Axialzapfens, an den sich der Verrollungsvorgang für die Nuten 5, 6 sowie die im Teilbereich 8 enthaltenen Nuten 11 anschließt. Anschließend kann eine Oberflächenbeschichtung des Axialzapfens erfolgen, woran sich die Herstellung des Kugelkopfes 1 des Axialzapfens anschließt.

1: Kugelkopf
2: Kugelpfanne
3: Gelenkzapfen
4: Stangenförmiger Bereich
5: Nut
6: Nut
7: Passfedereinschnitt
8: Teilbereich
9: Abschnitt
10: Abschnitt
11: Nut

Claims

Axialzapfen, vorzugsweise zur Verwendung als Spurstangenbauteil mit mindestens einem durch einen Verrollungsvorgang gefügeverdichteten Teilbereich, welcher als definierte Knickstelle bei vorbestimmter Grenzdruckbeanspruchung des Axialzapfens ausgestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilbereich (8) mehrere axial eng nebeneinander angeordnete Nuten (11) aufweist, deren Nutgrundquerschnitt kleiner bemessen ist als die axialen Querschnitte der seitlich an den Teilbereich (8) angrenzenden Abschnitte (9, 10).
Axialzapfen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Nuten (5, 6, 11) im Wesentlichen halbkreisförmig ausgebildet ist.
Axialzapfen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Teilbereich (8) mindestens vier Nuten (11) nebeneinander angeordnet sind.
Axialzapfen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Gefügeverdichtung ein Festigkeitswert des mit den Nuten (11) versehenen Teilbereiches (8) von unter 1000 N/mm² erreicht ist.