DE102009011978A1

DE102009011978A1 - Kugelzapfen mit einer Oberflächenbeschichtung gegen Korrosion

Info

Publication number: DE102009011978A1
Application number: DE102009011978A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Lux; Claus Lacher; Christian Dipl.-Ing. Bschierl (Fh)
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2010-09-16

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kugelzapfen (10) mit einer Oberflächenbeschichtung gegen Korrosion, umfassend eine Gelenkkugel (12) und einen Schaft (14). Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Kugelzapfen (10), in axiale Richtung (a) betrachtet, in mehrere Zonen (24, 26, 28, 30, 32) eingeteilt ist, wobei die Zonen (24, 26, 28, 30, 32) jeweils mit einer ihre Beanspruchung berücksichtigende und darauf abgestimmte Oberflächenbeschichtung versehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kugelzapfen mit einer Oberflächenbeschichtung gegen Korrosion gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Kugelzapfens gemäß dem Patentanspruch 6.
Kugelzapfen zur Verwendung in einem Kugelgelenk sind hinreichend bekannt und werden insbesondere bei Kraftfahrzeugen im Bereich von Radaufhängung oder Lenkung eingesetzt.
Grundlegende Informationen über Kugelzapfen sind in der DE 10 2006 060 994 A1 offenbart. Wie bereits in dieser Druckschrift ausgeführt, ist es Stand der Technik als Korrosionsschutz die Kugelzapfen mit einer nitrocarbonierten Oberfläche zu versehen. Bei dem Prozess des Nitrocarbonieren diffundieren Kohlenstoff und Stickstoff in die Randschicht des Kugelzapfens ein. Hierdurch wird die Randschicht des Kugelzapfens hart, verschleiß- und korrosionsresistent.
Als nachteilig erweist sich hierbei insbesondere der Umstand, dass die Randschicht des Kugelzapfens, d. h. seine nitrocarbonierte Oberfläche, aufgrund der Härte lediglich ein geringes duktiles Verformungsverhalten aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kugelzapfen gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, dass eine längere Lebensdauer des Kugelzapfens gewährleistet ist.
Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kugelzapfens anzugeben.
Diese Aufgabe wird für den Kugelzapfen durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 in Verbindung mit seinem Oberbegriffsmerkmalen und in Bezug auf das Verfahren durch die Merkmale des Anspruches 6 gelöst.
Die Unteransprüche bilden vorteilhafterweise Weiterbildungen der Erfindung.
In bekannter Art und Weise umfasst der Kugelzapfen eine Gelenkkugel sowie einen Schaft und ist mit einer korrosionsresistenten Oberflächenbeschichtung versehen. Erfindungsgemäß ist der Kugelzapfen in axiale Richtung betrachtet in mehrere Zonen eingeteilt, wobei die Zonen jeweils mit einer ihre Beanspruchung berücksichtigende und darauf abgestimmte korrosionsresistente Oberflächenbeschichtung versehen sind. Die erfindungsgemäße Einteilung des Kugelzapfens in Zonen unterschiedlicher Beanspruchung und die Beschichtung der einzelnen Zonen mit einer darauf abgestimmten, korrosionsresistenten Oberflächenbeschichtung, bietet den Vorteil einer bean spruchungsgerechten Oberflächenbeschichtung des Kugelzapfens. Da nunmehr erfindungsgemäß besonders gefährdeten Zonen des Kugelzapfens mit einer darauf abgestimmten Beschichtung versehen sind, ist die Gefahr eines vorzeitigen Versagens der gefährdeten Zone des Kugelzapfens minimiert, sodass als Konsequenz neben einem Korrosionsschutz auch eine längere Lebensdauer des Kugelzapfens gewährleistet ist.
Da ein vorzeitiges Versagen des Kugelzapfens in der Regel auf eine mechanische Beanspruchung zurückzuführen ist, ist vorzugsweise die korrosionsresistente Oberflächenbeschichtung der Zonen auf die zu erwartende mechanische Beanspruchung der Zonen abgestimmt. Denkbar ist aber auch, dass die korrosionsresistente Oberflächenbeschichtung der Zonen auf sonstige Beanspruchung, beispielsweise Umgebungsbedingungen, oder dergleichen, abgestimmt ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die korrosionsresistenten Oberflächenbeschichtungen der Zonen unterschiedliche Härten auf. Dies hat den Effekt, dass durch eine gezielte Unterscheidung zwischen Zonen mit harter Oberflächenbeschichtung und Zonen mit weicher Oberflächenbeschichtung das duktile Verformungsverhalten des Kugelzapfens gezielt, bzw. für die entsprechend beschichteten Zonen, einstellbar ist. Ist beispielsweise der Kugelzapfen in zwei Zonen, nämlich Zone_1 = Gelenkkugel und Zone_2 = Schaft, eingeteilt und Zone_1 (Gelenkkugel) ist mit einer harten und Zone_2 (Schaft) mit einer weichen Oberflächenbeschichtung versehen, so weist Zone_2 im Vergleich zu Zone_1 ein wesentlich duktileres Verformungs verhalten auf, d. h. eine schlagartige Beanspruchung von Zone_2 hat nunmehr kein Versagen des gesamten Kugelzapfens zur Folge.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die korrosionsresistenten Oberflächenbeschichtungen der Zonen jeweils mittels eines thermischen Spritzverfahrens aufgetragen. Das Auftragen der Oberflächenbeschichtung mittels des thermischen Spritzverfahrens hat den Vorteil, dass hiermit auf einfache Art und Weise unterschiedliche Oberflächenguten herstellbar sind.
Alternativ dazu ist es auch möglich die korrosionsresistenten Oberflächenbeschichtungen der Zonen mittels des Kaltgasspritzverfahrens aufzutragen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kugelzapfens umfasst die nachfolgenden Schritte:

a) Herstellung des Kugelzapfens;
b) Aufteilung des Kugelzapfens in axiale Richtung a betrachtet in unterschiedliche Zonen;
c) Zonenweises Aufbringen einer Oberflächenschichtung gegen Korrosion mittels eines thermischen Spritzverfahrens, wobei die Zonen jeweils mit einer ihrer Beanspruchung berücksichtigende und auch abgestimmten Oberflächenbeschichtung versehen werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist nunmehr in vorteilhafter Weise die Herstellung eines Kugelzapfens mit einer in Bezug auf die Beanspruchung des Kugelzapfens optimierten, korrosionsresistenten Oberflächenbeschichtung ermöglicht.
Vorzugsweise wird dabei in Schritt b) die Aufteilung des Kugelzapfens in unterschiedliche Zonen in Abhängigkeit von einer zu erwartenden mechanischen Beanspruchung des Kugelzapfens vorgenommen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird in Schritt c) die Oberflächenbeschichtung gegen Korrosion mittels des Kaltgasspritzverfahrens aufgetragen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der hinten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordnete Bezugszeichen verwendet.
In der Zeichnung bedeutet:
1 ein erfindungsgemäßer Kugelzapfen.
1 zeigt mehr oder minder schematisch einen mit der Bezugsziffer 10 bezeichneten Kugelzapfen.
Der Kugelzapfen 10 umfasst in bekannter Art und Weise eine Gelenkkugel 12 und ein Schaft 14. Der Schaft 14 weist seinerseits einen Übergangsbereich 16, einen ersten Konusbereich 18, einen zweiten Konusbereich 20 sowie einen Gewindebereich 22 auf.
Vorliegend ist der Kugelzapfen 10 in fünf Zonen eingeteilt, nämlich eine erste Zone 24, die der Gelenkkugel 12 entspricht; eine zweite Zone 26, die dem Übergangsbereich 16 entspricht; eine dritte Zone 28, die dem ersten Konusbereich 18 entspricht; eine vierte Zone 30, die vom Ende des ersten Konusbereich s28 bis zum Gewinde reicht, sowie eine dem Gewindeende entsprechende fünfte Zone 32.
Entsprechend der zu erwartenden mechanischen Beanspruchung der Zonen 24, 26, 28, 30 und 32 sind diese mit einer darauf abgestimmten Oberflächenbeschichtung versehen.
So ist die erste Zone 24 mit einer harten, d. h. verschleiß- und korrosionsfesten Oberflächenbeschichtung versehen. Die zweite Zone 26 ist mit einer weicheren, d. h. duktileren, korrosionsfesten Beschichtung versehen. Aufgrund der weicheren Oberflächenbeschichtung weist die zweite Zone 26 ein duktileres Verformungsverhalten auf und ist somit weniger anfällig gegenüber einer schlagartigen Beanspruchung. Die dritte Zone 28 ist wiederum mit einer verschleiß- und korrosionsfesten Oberflächenbeschichtung versehen. Um der in der vierten Zone 30 zu erwartenden, höheren mechanischen Beanspruchung gerecht zu werden, ist die vierte Zone 30 wiederum mit einer weichen, d. h. ein duktileres Verformungsverhalten aufweisenden, Oberflächenbeschichtung versehen. Die fünfte Zone 32 ist mit einer korrosionsfesten Oberflächenbeschichtung versehen.
Vorliegend ist sind die Oberflächenbeschichtungen der einzelnen Zonen 24, 26, 28, 30 und 32 mittels des Kaltgasspritzverfahrens, z. B. auf Zinkbasis, aufgetragen.

10: Kugelzapfen
12: Gelenkkugel
14: Schaft
16: Übergangsbereich
18: erster Konusbereich
20: zweiter Konusbereich
22: Gewindebereich
24: erste Zone
26: zweite Zone
28: dritte Zone
30: vierte Zone
32: fünfte Zone
a: axiale Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102006060994 A1 [0003]

Claims

Kugelzapfen (10) mit einer Oberflächenbeschichtung gegen Korrosion, umfassend eine Gelenkkugel (12) und einen Schaft (14), dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelzapfen (10) in axiale Richtung (a) betrachtet in mehrere Zonen (24, 26, 28, 30, 32) eingeteilt ist, wobei die Zonen (24, 26, 28, 30, 32) jeweils mit einer ihre Beanspruchung berücksichtigende und darauf abgestimmte Oberflächenbeschichtung versehen sind.
Kugelzapfen nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung der Zonen (24, 26, 28, 30, 32) auf die zu erwartende mechanische Beanspruchung der Zonen (24, 26, 28, 30, 32) abgestimmt ist.
Kugelzapfen nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung der Zonen (24, 26, 28, 30, 32) unterschiedliche Härten aufweisen.
Kugelzapfen nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung der Zonen (24, 26, 28, 30, 32) jeweils mittels eines thermischen Spritzverfahrens aufgetragen sind.
Kugelzapfen nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung der Zonen (24, 26, 28, 30, 32) jeweils mittels des Kaltgasspritzverfahrens aufgetragen sind.
Verfahren zur Herstellung eines Kugelzapfens (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Verfahrensschritte a) Herstellung des Kugelzapfens (10); b) Aufteilung des Kugelzapfens (10) in axiale Richtung (a) betrachtet unterschiedliche Zonen (24, 26, 28, 30, 32); c) zonenweises Aufbringen einer Oberflächenbeschichtung gegen Korrosion mittels eines thermischen Spritzverfahrens, wobei die Zonen (24, 26, 28, 30, 32) jeweils mit einer ihre Beanspruchung berücksichtigende und darauf abgestimmte Oberflächenbeschichtung versehen werden.
Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) die Aufteilung des Kugelzapfens (10) in unterschiedliche Zonen (24, 26, 28, 30, 32) in Abhängigkeit von einer zu erwartenden mechanischen Beanspruchung des Kugelzapfens (10) vorgenommen wird.
Verfahren nach Patentanspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) die Oberflä chenbeschichtung gegen Korrosion mittels des Kaltgasspritzverfahrens aufgetragen wird.