DE102010030763A1

DE102010030763A1 - Ball-and-socket joint, has shaft and ball joint welded with one another as separate components, and spigot formed at ball joint, where shaft is welded with spigot and formed with two fork ends in region of connection with ball joint

Info

Publication number: DE102010030763A1
Application number: DE102010030763A
Authority: DE
Inventors: Luzian Kobier; Martin Wellerding; Helge Rakers
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2012-01-05
Also published as: CN102312915A

Abstract

The joint has a shaft (5) and a ball joint (7) frictionally welded with one another as separate components in an electrical resistance manner. A spigot (8) is formed at the ball joint, and the shaft is welded with the spigot. The shaft is formed with two fork ends in a region of a connection with the ball joint. The shaft is formed as a tubular semi-finished material with an integrated screw thread (3). A chamfer is welded with the ball joint. A weld seam (9) is moved from a surface area of the ball joint into a region of a transition between the spigot and the chamfer at the shaft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk mit Gelenkkopf und Schaft, wobei Schaft und Gelenkkopf miteinander verschweißt sind, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bzw. Patentanspruch 4.The invention relates to a ball joint with condyle and shaft, which shaft and condyle are welded together, according to the preamble of claim 1 and claim 4.

Kugelgelenke mit separat hergestelltem Gelenkkopf und Kugelgelenkschaft, wobei Gelenkkopf und Schaft zur Erzeugung des Kugelgelenks miteinander verschweißt werden, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei derartigen bekannten Kugelgelenken wird der Kugelgelenkschaft üblicherweise unmittelbar an den Gelenkkopf angeschweißt. Eine derartige zumeist stumpf ausgeführte Schweißung weist jedoch Nachteile auf. So ergibt sich aufgrund des starken Querschnittssprungs, der zwischen der Wandung des Gelenkkopfs und dem Schaft auftritt – wobei der Querschnittssprung zudem mit dem Ort der Schweißnaht zusammenfällt – eine vergleichsweise starke Spannungsüberhöhung und dabei potentielle Kerbwirkung.Ball joints with separately manufactured condyle and ball joint shaft, wherein condyle and shaft are welded together to produce the ball joint, are known from the prior art. In such known ball joints of the ball joint shaft is usually welded directly to the joint head. However, such a mostly blunt executed weld has disadvantages. Thus arises due to the strong jump in cross-section, which occurs between the wall of the condyle and the shaft - wherein the cross-section jump also coincides with the location of the weld - a comparatively strong voltage increase and thereby potential notch effect.

Ferner ist zur Erzeugung der Schweißnaht ein bestimmter Flächenbereich im Umfangsbereich des Schaftendes und im Bereich der zu verschweißenden Oberflächen am Gelenkkopf erforderlich, der jedoch nicht in allen Fällen zur Verfügung steht, da an der Außenoberfläche des Gelenkkopfs zumeist auch funktionelle Sicken, Nuten oder Verrollkanten für den Gehäusedeckel des Gelenkkopfs bzw. für Elastomerbälge angeordnet sind, welche die zur Verschweißung zur Verfügung stehende Oberfläche begrenzen. Aus diesem Grund muss die Verschweißung teilweise in einem kleineren Flächenbereich als eigentlich wünschenswert ausgeführt werden, was die Belastbarkeit der Schweißverbindung verringern, bzw. die Kerbwirkung weiter erhöhen kann.Furthermore, for the production of the weld a certain surface area in the peripheral region of the shaft end and in the region of the surfaces to be welded on the condyle is required, which is not available in all cases, as on the outer surface of the condyle mostly functional corrugations, grooves or Verrollkanten for Housing cover of the condyle or elastomeric bellows are arranged, which limit the surface available for welding. For this reason, the welding must be partially performed in a smaller area than actually desirable, which can reduce the load capacity of the welded joint, or can further increase the notch effect.

Bedingt durch die aufgrund des Bauraums eingeschränkten Platzverhältnisse zwischen Balgnuten und Roll- bzw. Gehäusekanten lässt sich mit der für eine Schweißung, insbesondere Widerstandspressschweißung, eigentlich wünschenswerten Kreisform der Fügestelle somit nur eine begrenzte Schweißfläche nutzen. Eine in die Breite gehende Ausformung der Fügestelle hin zu einem Oval- bzw. Rechteckquerschnitt hingegen verhindert zunehmend die Sicherheit der Widerstandspressschweißung, und resultiert in einem größeren Schweißbad, ebenso wie in einer höheren Schweißwulst und in vermehrter Spritzerbildung während der Verschweißung.Due to the limited space due to the space between Balgnuten and rolling or housing edges can thus be used only for a welding, in particular resistance welding, actually desirable circular shape of the joint only a limited welding area. By contrast, a bulging shape of the joint towards an oval or rectangular cross section increasingly prevents the safety of the resistance pressure welding, and results in a larger weld pool, as well as in a higher weld bead and in increased spattering during welding.

Mit diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kugelgelenk bereitzustellen, mit dem die genannten, im Stand der Technik vorhandenen Einschränkungen und Nachteile überwunden werden können. Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Kugelgelenk soll insbesondere eine prozesssichere Verschweißung zwischen Gelenkkopf und Schaft möglich sein, wobei gleichzeitig übermäßige Kerbwirkung verringert und somit eine hohe Festigkeit der Verbindung erreicht werden soll.With this background, it is an object of the present invention to provide a ball and socket joint with which the stated limitations and disadvantages existing in the prior art can be overcome. In the ball joint designed according to the invention, in particular a process-reliable welding between the condyle and the shaft should be possible, at the same time reducing excessive notch effect and thus achieving a high strength of the connection.

Diese Aufgabe wird durch ein Kugelgelenk mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 4 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a ball joint with the features of claims 1 and 4, respectively. Preferred embodiments are subject of the dependent claims.

In für sich genommen zunächst bekannter Weise setzt sich das Kugelgelenk aus Gelenkkopf und Schaft zusammen, wobei Gelenkkopf und Schaft als separate Bauteile erzeugt und miteinander verschweißt sind.In itself initially known manner, the ball joint is composed of condyle and shaft, the condyle and shaft are produced as separate components and welded together.

Erfindungsgemäß jedoch zeichnet sich das Kugelgelenk dadurch aus, dass am Gelenkkopf einstückig ein Zapfen angeformt ist. Der Zapfen wiederum ist mit dem Schaft verschweißt.According to the invention, however, the ball joint is characterized in that a pin is integrally formed on the joint head. The pin in turn is welded to the shaft.

Auf diese Weise kann der Querschnittsübergang vom Gelenkkopf zum Zapfen zunächst allmählich und gleichmäßig ausgebildet werden, bevor der Zapfen – bereits im Schaftbereich – mittels der Schweißnaht in den eigentlichen Schaft übergeht. Damit lassen sich Kerbspannungen im unmittelbaren Bereich des Gelenkkopfs (und der beim Stand der Technik dort angeordneten Schweißnaht) vermeiden. Zudem kann Form und Größe der Schweißnaht unabhängig von etwaigen Einschränkungen im unmittelbaren Oberflächenbereich des Gelenkkopfs gewählt werden, so dass sich optimale Schweißbedingungen erzielen lassen.In this way, the cross-sectional transition from the joint head to the pin can initially be formed gradually and uniformly, before the pin - already in the shaft area - passes by means of the weld in the actual shaft. This makes it possible to avoid notch stresses in the immediate region of the condyle (and the weld arranged there in the prior art). In addition, the shape and size of the weld can be selected independently of any restrictions in the immediate surface area of the condyle, so that optimum welding conditions can be achieved.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Schaft zumindest bereichsweise als Hohlprofil ausgebildet und (vor der Verschweißung) auf den Zapfen aufgeschoben. Auf diese Weise ergibt sich eine automatische Zentrierung bzw. Fixierung und damit eine einfachere gegenseitige Positionierung von Schaft und Zapfen bzw. Gelenkkopf vor der Verschweißung. Bei geeigneter Formgebung des Schaftendes ergibt sich so zudem eine die Verschweißung begünstigende Schweißkerbe zwischen dem Ende des Schaftes und dem Zapfen.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the shaft is at least partially formed as a hollow profile and (before the welding) pushed onto the pin. In this way, an automatic centering or fixation and thus a simpler mutual positioning of shaft and pin or condyle before welding results. With a suitable shaping of the shaft end, a welding score favoring the welding also results between the end of the shaft and the journal.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass Schaft und Zapfen mittels Rotationsreibschweißung verbunden sind. Eine Rotationsreibschweißung wird von der Erfindung begünstigt insofern, als die Formgebung der Fügestelle dank des Zapfens ohne weiteres kreisrund und mit der gewünschten Querschnittsfläche gewählt werden kann.A further embodiment of the invention provides that shaft and pin are connected by means of rotary friction welding. A Rotationsreibschweißung is favored by the invention inasmuch as the shape of the joint thanks to the pin readily circular and can be selected with the desired cross-sectional area.

Gemäß einer zu den Ausführungsformen mit Zapfen am Gelenkkopf alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Schaft im Bereich der Schweißverbindung mit dem Gelenkkopf gabelförmig ausgebildet und weist zumindest zwei Gabelenden auf. Hierdurch wird es möglich, anstelle einer – ggf. rechteckig oder oval unrunden – zentralen Fügestelle im Bereich der Gelenkkopfoberfläche (welche die eingangs beschriebenen Nachteile aufweist) zwei oder mehr benachbart nebeneinander angeordnete Schweißstellen vorzusehen, durch die der Gelenkkopf mit dem Schaft verbunden wird. Aufgrund des Abstandes der beiden Schweißstellen lässt sich damit eine Schweißverbindung mit erheblich höherer Festigkeit bzw. insbesondere mit höherem Biegewiderstandsmoment erreichen, ohne dass die zu verschweißenden Flächenbereiche nennenswert größer als bei der einzigen Schweißstelle (gemäß dem Stand der Technik) gewählt werden müssten.According to an embodiment of the invention which is alternative to the embodiments with pins on the condyle, the shaft is in the region of the welded joint with the condyle fork-shaped and has at least two fork ends. This makes it possible, instead of a - possibly rectangular or oval non-circular - central joint in the region of the condyle surface (which has the disadvantages described above) to provide two or more adjacent juxtaposed welds through which the condyle is connected to the shaft. Due to the distance between the two welds can thus achieve a weld with considerably higher strength or in particular with higher bending resistance, without the areas to be welded significantly larger than the single weld (according to the prior art) would have to be selected.

Die Erfindung wird dabei zunächst einmal unabhängig davon verwirklicht, wie die Gabelform des Schafts im Verbindungsbereich mit dem Gelenkkopf erzeugt ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Gabelform des Schafts jedoch durch Querverpressen des Schaftendes und anschließendes Ausklinken gebildet. Durch das Querverpressen kann dabei eine vorteilhafte Material-Kaltverfestigung erzielt werden, gleichzeitig ist die Ausbildung der Gabelform durch anschließendes Ausklinken des querverpressten Endes mit kostengünstigen Produktionsmitteln möglich.The invention is first of all realized independently of how the fork shape of the shaft is generated in the connection region with the condyle. According to a preferred embodiment of the invention, however, the fork shape of the shaft is formed by transverse compression of the shaft end and subsequent notching. By cross-pressing an advantageous material strain hardening can be achieved, at the same time the formation of the fork shape is possible by subsequent disengagement of the cross-pressed end with cost-effective production means.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Schaft und Gelenkkopf mittels Widerstandspressschweißung miteinander verbunden. Eine Widerstandspressschweißung kann – auch bei gabelförmiger Ausbildung des Schafts – gut reproduzierbar und mit kurzen Taktzeiten hergestellt werden.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the shaft and condyle are joined together by resistance pressure welding. A resistance pressure welding can - even with fork-shaped design of the shaft - are produced well reproducible and with short cycle times.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Widerstandspressschweißverbindung mittels zusätzlich aufgebrachter Schweißpunkte verriegelt bzw. verstärkt ist. Bei den zusätzlich aufgebrachten Schweißpunkten kann es sich insbesondere um MIG- oder MAG-Schweißpunkte handeln, die beispielsweise seitlich neben der bzw. den Schweißstellen der Widerstandspressschweißverbindung angebracht werden.A further embodiment of the invention provides that the resistance-pressure-welded connection is locked or reinforced by means of additionally applied welding points. The additionally applied spot welds may in particular be MIG or MAG spot welds, for example, which are attached laterally next to the weld (s) of the resistance press weld joint.

Gemäß weiterer besonders bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ist der Schaft als im Wesentlichen rohrförmiges – beispielsweise mittels Strangpressverfahren hergestelltes – Halbzeug mit vorzugsweise bereits integriertem Gewinde, bzw. mit Mehrkant-Außenquerschnittsform ausgebildet.According to further particularly preferred embodiments of the invention, the shank is designed as a substantially tubular semi-finished product, for example produced by means of extrusion processes, with preferably already integrated threads or with a polygonal outer cross-sectional shape.

Diese Ausführungsformen sind vorteilhaft insofern, als hierdurch die Erzeugung von Kugelgelenken mit integriertem Innengewinde im Kugelgelenkschaft, und/oder mit einem Schaft, der bereits die zur Montage erforderlichen Schlüsselflächen am Außenquerschnitt aufweist, besonders einfach und damit kostensparend erfolgen kann.These embodiments are advantageous insofar as the generation of ball joints with an integrated internal thread in the ball joint shaft, and / or with a shaft which already has the required wrench flats on the outer cross section, can be particularly simple and thus cost-saving.

Denn dank des als rohrförmiges Halbzeug mit bereits integriertem Gewinde und/oder Mehrkant-Außenquerschnittsform ausgebildeten Schafts kann die nachträgliche, bezüglich der Einspannung und Bearbeitung aufwändige Anbringung des Innengewindes bzw. der Schlüsselflächen am Außenquerschnitt des Kugelgelenkschafts entfallen. Die Verwendung eines derartigen Halbzeugs ist ferner vorteilhaft insofern, als auf diese Weise produktübergreifend nach Art eines Baukastensystems – ein Halbzeug bzw. Profil gewählt werden kann, welches durch individuelles Ablängen zur Herstellung einer Vielzahl von Kugelgelenken für unterschiedliche Einbausituationen genutzt werden kann.Because thanks to the designed as a tubular semi-finished with already integrated thread and / or polygonal outer cross-sectional shape, the subsequent, with respect to the clamping and processing consuming attachment of the internal thread or the key surfaces on the outer cross section of the ball joint socket omitted. The use of such a semifinished product is also advantageous insofar as in this way across the product in the manner of a modular system - a semi-finished or profile can be selected, which can be used by individual cutting to produce a variety of ball joints for different installation situations.

Wird ein rohrförmiges Halbzeug mit bereits integriertem Innengewinde verwendet, so kann zudem der Arbeitsschritt der Gewindeerzeugung im Fertigungswerk entfallen. Jedoch ist auch bei nachträglicher Anbringung des Gewindes, beispielsweise nach der Ablängung des Halbzeugs, die maschinelle Fertigung des Gewindes vergleichsweise einfach und damit vorteilhaft, da dank des rohrförmigen Halbzeugs einerseits kein Kernloch mehr hergestellt werden muss. Andererseits wird durch das – vorzugsweise rotierend aufgespannte – Halbzeug eine bessere Führung des Werkzeugs möglich, als dies bei einem aufgespannten Werkstück (insbesondere bei einem Kugelgelenk mit einstückig angeformten Schaft gemäß dem Stand der Technik) und rotierendem Werkzeug üblicherweise der Fall ist. Auch lassen sich dank der Durchgangsbohrung des rohrförmigen Halbzeugs die bei der Gewindefertigung anfallenden Späne unproblematisch entfernen, anders als dies beim Anbringen einer Sacklochbohrung und nachträglichem Gewindeschnitt am Schaftende des Kugelgelenks gemäß dem Stand der Technik der Fall ist.If a tubular semi-finished product with an already integrated internal thread is used, then the working step of threading in the production plant can also be omitted. However, even with subsequent attachment of the thread, for example, after the cutting of the semifinished product, the mechanical production of the thread comparatively simple and therefore advantageous because thanks to the tubular semi-finished product no core hole must be made on the one hand. On the other hand, a better guidance of the tool is possible by the - preferably rotatably mounted - semifinished product, as is usually the case with a clamped workpiece (in particular in a ball joint with integrally molded shaft according to the prior art) and rotating tool. Also, thanks to the through hole of the tubular semi-finished product, the costs incurred in the thread machining chips can be removed easily, unlike when attaching a blind hole and subsequent threading at the shaft end of the ball joint according to the prior art is the case.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Kugelgelenk einen Schaftversatz und/oder einen Schaftdurchsatz auf. Auch derartige, beispielsweise gekröpfte Ausführungsformen lassen sich dank der Erfindung mit geringem Aufwand sowie kostengünstig herstellen insbesondere dann, wenn für den Schaft ein rohrförmiges Halbzeug mit ggf. bereits integriertem Gewinde und/oder mit Mehrkant-Außenquerschnittsform verwendet wird. Dies ist darin begründet, dass die – im Stand der Technik übliche – nachträgliche Anbringung von Innengewinden bzw. Schlüsselflächen insbesondere bei einem Kugelgelenk mit Schaftversatz oder Schaftdurchsatz (und somit gekrümmtem oder gekröpftem Schaft) besonders aufwändig ist.According to a further preferred embodiment of the invention, the ball joint has a shaft offset and / or a shaft throughput. Also such, for example, cranked embodiments can be produced thanks to the invention with little effort and cost, especially when a tubular semi-finished with possibly already integrated thread and / or with polygonal outer cross-sectional shape is used for the shaft. This is due to the fact that the subsequent attachment of internal threads or wrench flats, which is customary in the prior art, is particularly complex, in particular in the case of a ball joint with a shaft offset or shaft throughput (and thus curved or cranked shaft).

Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellender, schematischer Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt: In the following the invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments illustrative schematic drawings. Showing:

1 ein Halbzeug zur Erzeugung eines Kugelgelenkschafts bei der Ablängung; 1 a semi-finished product for producing a ball joint shaft during the cutting;

2 in einer 1 entsprechenden Darstellung den aus einem Halbzeug gemäß 1 erzeugten Kugelgelenkschaft nach der Ablängung und Anbringung einer Fase; 2 in a 1 corresponding representation of a semi-finished according to 1 generated ball joint shaft after the cutting and attachment of a chamfer;

3 in einer 1 und 2 entsprechenden Darstellung den Kugelgelenkschaft gemäß 2 nach der Verschweißung mit einem Gelenkkopf im Teilschnitt; 3 in a 1 and 2 corresponding representation of the ball joint shaft according to 2 after welding with a joint head in partial section;

4 in einer 1 bis 3 entsprechenden Darstellung einen weiteren aus einem Halbzeug gemäß 1 erzeugten Kugelgelenkschaft; 4 in a 1 to 3 corresponding representation of another from a semi-finished according to 1 generated ball joint shaft;

5 in einer 1 bis 4 entsprechenden Darstellung den Kugelgelenkschaft gemäß 4 nach dem Querverpressen eines Schaftendes; 5 in a 1 to 4 corresponding representation of the ball joint shaft according to 4 after cross-pressing a shaft end;

6 in einer 1 bis 5 entsprechenden Darstellung den Kugelgelenkschaft gemäß 4 und 5 beim Ausklinken des querverpressten Endes; 6 in a 1 to 5 corresponding representation of the ball joint shaft according to 4 and 5 when notching the cross-pressed end;

7 in einer 1 bis 6 entsprechenden Darstellung den Kugelgelenkschaft gemäß 4 bis 6 vor der Verschweißung mit einem Gelenkkopf; 7 in a 1 to 6 corresponding representation of the ball joint shaft according to 4 to 6 before welding with a condyle;

8 in schematischer Ansicht unterschiedliche Querschnittsformen von Halbzeugen mit Schlüsselflächen zur Erzeugung von Kugelgelenkschäften; 8th a schematic view of different cross-sectional shapes of semi-finished products with key surfaces for the production of ball joint shafts;

9 in schematischer Ansicht eine Ausführungsform für ein Kugelgelenk gemäß der Erfindung; 9 a schematic view of an embodiment of a ball joint according to the invention;

10 in einer 9 entsprechenden Darstellung ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk mit gekröpftem Schaft; 10 in a 9 corresponding representation of an inventive ball joint with cranked shaft;

11 in einer 9 und 10 entsprechenden Darstellung ein Kugelgelenk mit gekröpftem Schaft gemäß dem Stand der Technik; 11 in a 9 and 10 corresponding representation of a ball joint with a cranked shaft according to the prior art;

12 in schematischer Ansicht ein Kugelgelenk mit Gelenkkopf und Schaft gemäß dem Stand der Technik, vor der Verschweißung; 12 a schematic view of a ball joint with condyle and shaft according to the prior art, prior to welding;

13 in einer 12 entsprechenden Darstellung das Kugelgelenk gemäß 12 während der Verschweißung; 13 in a 12 corresponding representation of the ball joint according to 12 during the welding;

14 in einer 12 und 13 entsprechenden Darstellung ein weiteres Kugelgelenk gemäß dem Stand der Technik während der Verschweißung; 14 in a 12 and 13 corresponding representation of another ball joint according to the prior art during the welding;

15 in einer 12 bis 14 entsprechenden Darstellung ein Kugelgelenk gemäß der vorliegenden Erfindung vor der Verschweißung; 15 in a 12 to 14 corresponding representation of a ball joint according to the present invention prior to welding;

16 in einer 12 bis 15 entsprechenden Darstellung das Kugelgelenk gemäß 15 während der Verschweißung; 16 in a 12 to 15 corresponding representation of the ball joint according to 15 during the welding;

17 in schematischer Darstellung den Schweißprozess bei einem Kugelgelenk gemäß dem Stand der Technik; 17 a schematic representation of the welding process in a ball joint according to the prior art;

18 in einer 17 entsprechenden Darstellung den Schweißprozess bei einem erfindungsgemäßen Kugelgelenk; 18 in a 17 corresponding representation of the welding process in a ball joint according to the invention;

19 in schematischer Draufsicht ein gekröpftes Kugelgelenk gemäß dem Stand der Technik unter Kraft- bzw. Momentenbelastung; 19 in a schematic plan view of a cranked ball joint according to the prior art under force or moment load;

20 in einer 19 entsprechenden Darstellung ein erfindungsgemäßes, gekröpftes Kugelgelenk unter Kraft- bzw. Momentenbelastung; 20 in a 19 corresponding representation of an inventive, cranked ball joint under force or moment load;

21 in einer 19 und 20 entsprechenden Darstellung ein Kugelgelenk gemäß dem Stand der Technik mit verstärkter Schweißnaht; und 21 in a 19 and 20 corresponding representation of a ball joint according to the prior art with reinforced weld; and

22 in einer 19 bis 21 entsprechenden Darstellung ein Kugelgelenk gemäß der Erfindung mit verstärkter Schweißnaht. 22 in a 19 to 21 corresponding representation of a ball joint according to the invention with reinforced weld.

1 zeigt in schematischer Darstellung ein Halbzeug 1 zur Erzeugung eines Kugelgelenkschafts. Zudem sind in 1 Abscher- bzw. Abstechwerkzeuge 2 angedeutet, mit denen das Halbzeug 1 zur Herstellung eines Kugelgelenkschafts 5 abgelängt werden kann. Das verwendete, im Wesentlichen rohrförmige Halbzeug 1 besitzt hier bereits ein Innengewinde 3 sowie – beim dargestellten Ausführungsbeispiel – eine Sechskant-Außenkontur 4. Bei der Ablängung kann stirnseitig gleichzeitig bereits die Planfläche für die spätere Mutterauflage für die Montage des Kugelgelenks – beispielsweise an einer Spurstange – erzeugt werden. Falls das Halbzeug 1 selbst noch kein Innengewinde aufweist, kann bei der Ablängung – insbesondere in derselben Aufspannung – nach einer etwaigen Planflächenbearbeitung der Stirnseite auf einfache Weise noch das Innengewinde 3 erzeugt werden. 1 shows a schematic representation of a semi-finished product 1 for producing a ball joint shaft. In addition, in 1 Shearing or cutting off tools 2 indicated with which the semifinished product 1 for producing a ball and socket joint 5 can be cut to length. The used, substantially tubular semi-finished product 1 already has an internal thread here 3 and - in the illustrated embodiment - a hexagonal outer contour 4 , During the cutting, the flat surface for the later nut support for the assembly of the ball joint - for example on a tie rod - can be produced at the same time on the face side. If the semifinished product 1 itself still has no internal thread, in the cut to length - in particular in the same clamping - after any Planflächenbearbeitung the front page in a simple way nor the internal thread 3 be generated.

2 zeigt einen Kugelgelenkschaft 5 in Form eines abgelängten Halbzeugs gemäß 1, welches im Bereich der späteren Verschweißung mit einem Kugelgelenkkopf 7 bereits eine Fase 6 erhalten hat. 2 shows a ball joint shaft 5 in the form of a cut to length semi-finished product according to 1 , which in the field of later welding with a ball joint head 7 already a chamfer 6 had received.

In 3 wurde der Kugelgelenkschaft 5 gemäß 2 mit einem Kugelgelenkkopf 7 verschweißt. Der Kugelgelenkkopf 7 weist erfindungsgemäß einen Zapfen 8 auf, wodurch der Ort der Schweißnaht 9 vom unmittelbaren Oberflächenbereich des Kugelgelenkkopfes 7 weg in den Bereich des Übergangs zwischen Zapfen 8 und Fase 6 am Kugelgelenkschaft 5 verlegt wird. In 3 became the ball joint shaft 5 according to 2 with a ball joint head 7 welded. The ball joint head 7 has a pin according to the invention 8th on, causing the location of the weld 9 from the immediate surface area of the ball joint head 7 away in the area of the transition between cones 8th and bevel 6 at the ball joint shaft 5 is relocated.

4 zeigt wieder ein im Wesentlichen rohrförmiges Halbzeug 1 mit Schlüsselflächen 4 (vgl. 1), während in 5 ein aus dem Halbzeug 1 (gemäß 4) abgelängter und an einem Ende bereits querverpresster Kugelgelenkschaft 5 dargestellt ist. 6 zeigt ebenfalls den querverpressten Kugelgelenkschaft 5 (gemäß 5), wobei in 6 bereits die Ausklinkung 10 des querverpressten Endes des Kugelgelenkschafts 5 angedeutet ist. In 7 ist die relative Positionierung zwischen dem querverpressten, fertig ausgeklinkten Kugelgelenkschaft 5 und einem Gelenkkopf 11 dargestellt. Man erkennt, dass sich infolge der Ausklinkungen 10 des Kugelgelenkschafts 5 zwei Berührungsstellen und damit Schweißpunkte zwischen Gelenkschaft 5 und Gelenkkopf 11 ergeben. 4 again shows a substantially tubular semi-finished product 1 with key areas 4 (see. 1 ) while in 5 one from the semifinished product 1 (according to 4 ) cut to length and already cross-compressed at one end ball joint shaft 5 is shown. 6 also shows the cross-pressed ball joint shaft 5 (according to 5 ), where in 6 already the notch 10 of the cross-pressed end of the ball joint shaft 5 is indicated. In 7 is the relative positioning between the cross-pressed, fully released ball joint shaft 5 and a condyle 11 shown. It can be seen that as a result of the notches 10 of the ball joint shaft 5 two points of contact and thus welding points between joint shaft 5 and condyle 11 result.

8 zeigt ergänzend weitere Möglichkeiten für die Querschnittsform des rohrförmigen Halbzeugs 1, aus dem mittels Ablängen gemäß 1 der Kugelgelenkschaft 5 erzeugt werden kann. Unabhängig von der jeweils gewählten Querschnittsform des Halbzeugs 1 weist das Halbzeug 1 jeweils zumindest zwei zueinander parallele Schlüsselflächen 4 auf. Auf diese Weise erhält auch der Kugelgelenkschaft 5 und das fertige Kugelgelenk bereits dementsprechende Schlüsselflächen am Schaftende, die bei der Endmontage des Kugelgelenks – zur Erzeugung des Drehmoments für die Verschraubung 3 – erforderlich sind. 8th shows additional possibilities for the cross-sectional shape of the tubular semifinished product 1 , from which by means of cutting according to 1 the ball joint shaft 5 can be generated. Regardless of the selected cross-sectional shape of the semifinished product 1 has the semifinished product 1 in each case at least two mutually parallel key surfaces 4 on. In this way also receives the ball joint shaft 5 and the finished ball joint already corresponding key surfaces on the shaft end, which in the final assembly of the ball joint - to generate the torque for the screw 3 - required are.

9 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kugelgelenks, welches aus einem per Ablängung von einem Halbzeug 1 (vgl. 1) erzeugten Kugelgelenkschaft 5 mit Innengewinde 3 und Schlüsselflächen 4 sowie einem Kugelgelenkkopf 7 mit angeformtem Zapfen 8 durch Verschweißung 9 erzeugt wurde, mit den bereits eingangs beschriebenen Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik. 9 shows a further embodiment of a ball joint according to the invention, which consists of a by cutting of a semifinished product 1 (see. 1 ) generated ball joint shaft 5 with internal thread 3 and key areas 4 and a ball joint head 7 with molded pin 8th by welding 9 was produced, with the advantages already described above over the prior art.

In 10 wurde das Kugelgelenk gemäß 9 nachträglich, das heißt nach der Verschweißung 9 zwischen Kugelgelenkschaft 5 und Gelenkkopf 7 mittels Biegeverformung des Gelenkschafts 5 mit einer Kröpfung versehen. Man erkennt, dass hierdurch weder das Innengewinde 3 noch die Schlüsselflächen 4 (insbesondere nicht im Bereich des Gewindes 3) beeinträchtigt werden.In 10 was the ball joint according to 9 subsequently, that is after welding 9 between ball joint shaft 5 and condyle 7 by bending deformation of the joint shaft 5 provided with a bend. It can be seen that this neither the internal thread 3 still the key areas 4 (especially not in the area of the thread 3 ).

Anhand des in 11 dargestellten Kugelgelenks gemäß dem Stand der Technik hingegen, bei dem das Innengewinde 3 und ggf. auch die Schlüsselflächen 4 erst nachträglich am (bereits gekröpften) Kugelgelenkschaft 5 angebracht werden müssen, wird erkennbar, dass beim Einbringen des Innengewindes 3 ein erheblicher Aufwand entsteht. Denn hierzu muss im Allgemeinen das aufgespannte Werkstück mittels kostenintensiver Bearbeitungszentren mit drehendem Werkzeug bearbeitet werden. Üblicherweise muss hierbei zuerst das Kernloch gebohrt werden, bevor das Gewinde gefertigt werden kann, wobei der Aufwand zur Herstellung des Kernlochs zudem mit zunehmender Tiefe steigt. Aus diesem Grund kann auch das Innengewinde 3 nur eine sehr begrenzte Tiefe aufweisen, da das Sackloch für den Gewindeauslauf des Innengewindes 3 zumindest geringfügig tiefer als das die nutzbare Gewindelänge sein muss, und damit unter Umständen bereits in den Bereich der Kröpfung des Gelenkschafts 5 hineinläuft und dort die verbleibende Wandstärke des Schafts 5 beeinträchtigt.Based on the in 11 On the other hand, according to the prior art ball joint shown, in which the internal thread 3 and possibly also the key areas 4 only later on the (already cranked) ball joint shaft 5 must be attached, it can be seen that when introducing the internal thread 3 a considerable effort arises. For this purpose, in general, the clamped workpiece must be processed by means of cost-intensive machining centers with rotating tool. Usually, in this case, the core hole must first be drilled before the thread can be made, with the cost of producing the core hole also increases with increasing depth. For this reason, even the internal thread 3 have only a very limited depth, since the blind hole for the thread outlet of the internal thread 3 at least slightly lower than the usable thread length must be, and thus possibly already in the range of the crank shaft 5 runs in there and there the remaining wall thickness of the shaft 5 impaired.

In den 12 bis 16 ist der Unterschied zwischen geschweißten Kugelgelenken gemäß dem Stand der Technik (12 bis 14) und einem Kugelgelenk gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (15 und 16) dargestellt.In the 12 to 16 is the difference between welded ball joints according to the prior art ( 12 to 14 ) and a ball joint according to another embodiment of the present invention ( 15 and 16 ).

Die 13 und 14 zeigen zwei Varianten eines aus einem Schaft 5 und einem Gelenkkopf 11 geschweißten Kugelgelenks gemäß dem Stand der Technik. Während 12 das Kugelgelenk vor der Verschweißung zeigt, ist bei dem Kugelgelenk gemäß 13 die Schweißverbindung zwischen Gelenkschaft 5 und Gelenkkopf 11 in Form einer kreisförmigen Widerstandspressschweißung 12 ausgeführt. Dabei lässt sich bedingt durch die (insbesondere in gelenkkopfaxialer Richtung, also hier senkrecht zur Zeichenebene) eingeschränkten Platzverhältnisse im Bereich der Oberfläche des Gelenkkopfs 11 mit der für die Schweißung idealen Kreisform nur eine begrenzte Schweißfläche 12 nutzen. Eine gemäß 14 in die Breite gehende Ausführung der Fügestelle hin zu einem Oval- bzw. Rechteckquerschnitt 13 hingegen beeinträchtigt die Prozesssicherheit bei der Widerstandspressschweißung, und kann in einem unerwünscht vergrößerten Schweißbad resultieren. Dabei wäre eine breite Fügestelle eigentlich wünschenswert, um in der Schweißstelle vor allem bei Momentenbelastung die Materialspannungen niedrig zu halten.The 13 and 14 show two variants of one from a shaft 5 and a condyle 11 welded ball joint according to the prior art. While 12 shows the ball joint before welding is in the ball joint according to 13 the welded connection between the joint shaft 5 and condyle 11 in the form of a circular resistance pressure welding 12 executed. It can be due to the limited (in particular in the direction of the joint head, so here perpendicular to the plane) space in the area of the surface of the condyle 11 with the ideal for the welding circular shape only a limited welding surface 12 use. One according to 14 widthwise execution of the joint towards an oval or rectangular cross section 13 On the other hand, the process reliability of resistance pressure welding is impaired and can result in an undesirably enlarged weld pool. A wide joint would actually be desirable to keep the material stresses low in the weld, especially at moment load.

In den 15 und 16 ist dargestellt, wie diese Problematik gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung behoben wird. Der Gelenkschaft 5 wird gemäß 15 gabelförmig ausgebildet, beispielsweise mittels Ausklinkung wie in 4 bis 7 dargestellt, und anschließend erfolgt gemäß 16 die Verschweißung, insbesondere mittels Widerstandspressschweißen. Hierdurch ergibt sich ein Schweißbild wie in 16 anhand der Schweißquerschnitte 13 ersichtlich.In the 15 and 16 is shown how this problem is solved according to another embodiment of the invention. The joint shaft 5 is according to 15 formed fork-shaped, for example by notching as in 4 to 7 shown, and then according to 16 the welding, in particular by means of resistance pressure welding. This results in a weld pattern as in 16 based on the weld cross sections 13 seen.

Anhand der Darstellung in den 17 und 18 wird erkennbar, wie die Widerstandspressschweißung gemäß Stand der Technik (17, vgl. auch 12 und 13) bzw. gemäß der Erfindung (18, vgl. auch 15 und 16) durchgeführt wird. Durch die Gestaltung der Schafts 5 in Gabelform können bei einem einzigen Fügeprozess durch den Schweißstrom zwei Schweißungspunkte 13 gleichzeitig erzeugt werden. Dies führt dazu, dass bei gleichen Platzverhältnissen eine bis zu doppelt so große Fügestelle 13 zur Verfügung steht (vgl. 16 und 13). Ist alternativ eine bestimmte gegebene Schweißfläche ausreichend, so kann dies durch einen Schaft 5 mit Gabelform und dementsprechend zwei Schweißstellen 13 mit jeweils beispielsweise halber Fügefläche umgesetzt werden, welche sich im Vergleich insbesondere zu einer nicht runden Verschweißung 13 (vgl. 14) mit höherer Prozesssicherheit erzeugen lassen. Ferner wird hierdurch das Prozessrisiko verringert, die angrenzenden Bauteile oder Konturen durch Einbrand oder Schweißspritzer zu gefährden.Based on the representation in the 17 and 18 becomes apparent how the resistance pressure welding according to the prior art ( 17 , see. also 12 and 13 ) or according to the invention ( 18 , see. also 15 and 16 ) is carried out. By the design of the shafts 5 in the form of a fork, two welding points can be created by the welding current in a single joining process 13 be generated simultaneously. This means that in the same space, up to twice as large joint 13 is available (cf. 16 and 13 ). Alternatively, if a certain given weld area is sufficient, this can be done by a shank 5 with fork shape and accordingly two welds 13 each with, for example, half joining surface to be implemented, which in comparison to a particular non-round welding 13 (see. 14 ) with higher process reliability. Furthermore, this reduces the process risk of endangering the adjacent components or contours by penetration or welding spatter.

Der zwischen den gabelförmig angeordneten beiden Schweißstellen 13 verbleibende Zwischenraum stellt für eine etwaige nachträgliche Oberflächenbehandlung des Kugelgelenks kein Problem dar, da der Zwischenraum zwischen den Schweißstellen 13 dabei problemlos, beispielsweise galvanisch, beschichtet werden kann.The between the forked two welds 13 remaining space is not a problem for any subsequent surface treatment of the ball joint, since the gap between the welds 13 can be easily, for example, galvanically coated.

Bei einem Kugelgelenk mit einer Kröpfung oder einem Durchsatz im Schaft, wie in den 19 und 20 angedeutet, ergibt sich ein zusätzlicher Vorteil durch die gabelförmige Ausbildung des Schafts und den damit verbundenen Ersatz der ursprünglich einen Schweißstelle 12 (vgl. 13) durch die jeweils mindestens halb so großen beiden nebeneinanderliegenden Schweißstellen 13 (vgl. 16, 18 und 20).In a ball joint with a crank or a throughput in the shaft, as in the 19 and 20 indicated, there is an additional advantage of the fork-shaped design of the shaft and the associated replacement of originally a weld 12 (see. 13 ) by the at least half as large two adjacent welds 13 (see. 16 . 18 and 20 ).

Denn aufgrund des Abstandes zwischen den beiden Schweißstellen 13 gemäß 16, 18 bzw. 20 ergibt sich ein stark erhöhtes Flächenträgheitsmoment der Schweißverbindung gegenüber Momentenbelastung, wie eine Zusammenschau der beiden schematischen Diagramme bei den 19 bzw. 20 ergibt, in denen schematisch die Spannungsverteilung in der Schweißnaht bei einer Momentenbelastung derselben dargestellt ist. Aufgrund des gemäß 20 gegenüber der Verschweißung mit nur einer Schweißstelle gemäß 19 – viel größeren Abstandes der Randfasern der Schweißverbindungen 13 von der Mittellinie sind die in den Schweißverbindungen 13 gemäß 20 auftretenden Spannungen viel geringer sogar dann, wenn die beiden Schweißverbindungen 13 gemäß 20 zusammengenommen keine größere Fläche als die Schweißverbindung 12 gemäß 19 aufweisen.Because of the distance between the two welds 13 according to 16 . 18 respectively. 20 results in a greatly increased area moment of inertia of the welded joint against torque load, as a synopsis of the two schematic diagrams in the 19 respectively. 20 shows, in which the stress distribution in the weld is shown schematically at a moment load thereof. Due to the according to 20 compared to the welding with only one weld according to 19 - much greater distance of the edge fibers of the welded joints 13 from the center line are those in the welded joints 13 according to 20 occurring stresses much lower even if the two welds 13 according to 20 taken together no larger area than the welded joint 12 according to 19 exhibit.

Dies kommt der Lebensdauer insbesondere von Kugelgelenken mit gekröpftem Schaft oder mit Versatz zwischen Kugelmitte und Schaftlängsachse zugute, da in diesem Fall auch bereits reine Schaftlängskräfte zu Biegemomenten im Gelenkschaft führen, weshalb bei gekröpften Kugelgelenken besonders hohe Biegemomente im Bereich der Verbindung zwischen Gelenkkopf und Schaft auftreten können.This is the life of particular ball joints with cranked shaft or offset between the ball center and shaft longitudinal axis benefit, as in this case already pure shaft longitudinal forces lead to bending moments in the joint shaft, which is why cranked ball joints particularly high bending moments in the connection between the condyle and shaft can occur ,

Die Aufteilung lediglich einer Schweißstelle 12 gemäß 19 in zwei kleinere, benachbarte Schweißstellen 13 gemäß 20 ist ferner auch vorteilhaft dahingehend, dass diese sich üblicherweise prozesssicherer erzeugen lassen, und jeweils für sich ein kleineres Schweißbad bilden, wodurch auch wiederum unerwünschter Einbrand und Schweißspritzer reduziert werden.The division of only one weld 12 according to 19 in two smaller, adjacent welds 13 according to 20 Furthermore, it is also advantageous in that they can usually be produced more reliably, and in each case form a smaller weld pool, which in turn also reduces unwanted penetration and spatter.

In den 21 und 22 schließlich ist dargestellt, wie eine Schweißverbindung 12 bzw. 13 mittels zusätzlicher, nach der Widerstandspressschweißung im seitlichen Bereich der Schweißnaht angeordneter Schweißpunkte 14 verriegelt bzw. verstärkt werden kann. Die zusätzlichen Schweißpunkte 14 können dabei insbesondere mittels eines MIG- oder MAG-Schweißverfahrens aufgebracht werden, und schützen den Kantenbereich der Widerstandspressschweißung 12 bzw. 13 insbesondere vor übermäßigen Kerbspannungen.In the 21 and 22 Finally, it shows how a welded joint 12 respectively. 13 by means of additional, arranged according to the resistance pressure welding in the lateral region of the weld seams 14 can be locked or strengthened. The additional welding points 14 can be applied in particular by means of a MIG or MAG welding process, and protect the edge region of the resistance pressure welding 12 respectively. 13 especially against excessive notch stresses.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: StangenhalbzeugRod semis
22: Abscher-/AbstechwerkzeugShearing / cut-off tool
33: Innengewindeinner thread
44: Mehrkant, SchlüsselflächenPolygonal, key surfaces
55: KugelgelenkschaftBall joint shaft
66: Fasechamfer
77: Gelenkkopfjoint head
88th: Zapfenspigot
99: SchweißnahtWeld
1010: Ausklinkungnotch
1111: Gelenkkopfjoint head
12, 1312, 13: Schweißverbindung, SchweißquerschnittWelded joint, weld cross section
1414: VerstärkungsschweißungVerstärkungsschweißung

Claims

Ball joint with condyle ( 7 ) and shank ( 5 ), whereby shaft ( 5 ) and condyle ( 7 ) are welded together as separate components ( 9 ), characterized in that on the condyle ( 7 ) a pin ( 8th ) is integrally formed, wherein the shaft ( 5 ) with the pin ( 8th ) is welded.

Ball joint according to claim 1, characterized in that the shaft ( 5 ) at least partially formed as a hollow profile and on the pin ( 8th ) is postponed.

Ball joint according to claim 1 or 2, characterized in that shaft ( 5 ) and cones ( 8th ) are connected by rotary friction welding.

Ball joint with condyle ( 5 ) and shank ( 11 ), whereby shaft ( 11 ) and condyle ( 5 ) are welded together as separate components, characterized in that the shaft ( 5 ) in the region of the connection with the condyle ( 11 ) is fork-shaped with at least two fork ends.

Ball joint according to claim 4, characterized in that the fork shape of the shaft ( 5 ) in the connection area with the condyle ( 11 ) by cross-pressing and notching ( 10 ) is formed.

Ball joint according to one of claims 1 to 5, characterized in that shaft ( 5 ) and condyle ( 7 . 11 ) are connected by resistance pressure welding.

Ball joint according to claim 6, characterized in that the welded connection by means of additionally applied welding points ( 14 ) is locked or reinforced.

Ball joint according to one of claims 1 to 7, characterized in that the shaft ( 5 ) as a substantially tubular semi-finished product ( 1 ) with integrated thread ( 3 ) is trained.

Ball joint according to one of claims 1 to 8, characterized in that the shaft ( 5 ) as a semi-finished product ( 1 ) with polygonal outer cross-sectional shape ( 4 ) is trained.

Ball joint according to one of claims 1 to 9, characterized in that the ball joint has a shank offset and / or shaft throughput.