DE102011087345B4 - Joint and / or link arrangement - Google Patents
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Abstract
Gelenk- und/oder Lageranordnung (1) mit einer mehrteiligen (7;8) Lagerschale (4), die eine Gelenkkugel (5) zumindest bereichsweise umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Teil (7;8) der Lagerschale (4) an ihrer der Gelenkkugel (5) zugewandten Oberfläche einen metallischen Gusswerkstoff aufweist, wobei der jeweilige Teil (7;8) der Gelenk- und/oder Lagerschale (4) vollständig aus einem metallischen Gusswerkstoff gebildet ist, wobei der Gusswerkstoff zumindest an seiner der Gelenkkugel (5) zugewandten Oberfläche nitriert ist und dass die Gelenkkugel (5) an ihrer der Gelenk- und/oder Lagerschale (4) zugewandten Oberfläche nitriert ist.Joint and / or bearing arrangement (1) with a multi-part (7; 8) bearing shell (4) which at least partially surrounds a joint ball (5), characterized in that each part (7; 8) of the bearing shell (4) on its the surface facing the joint ball (5) has a metallic cast material, the respective part (7; 8) of the joint and / or bearing shell (4) being formed entirely from a metallic cast material, the cast material at least on its joint ball (5) facing surface is nitrided and that the joint ball (5) is nitrided on its surface facing the joint and / or bearing shell (4).
Description
Die Erfindung betrifft eine Gelenk- und/oder Lageranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a joint and / or bearing arrangement according to the preamble of
Es ist bekannt, insbesondere hochbelastete Gelenke mit einer Gelenkschale aus Stahl auszustatten, die zur Ausbildung einer harten Oberfläche oberflächenbehandelt z.B. hartverchromt sein kann. Die gegenüber der Gelenkschale bewegliche Gelenkkugel kann dann beispielsweise in eine so ausgebildete Gelenkschale eingepresst werden. Dann ist jedoch nur im mittleren Bereich der Gelenkkugel eine Abstützung gegeben, so dass ein solches Gelenkt nicht axial, sondern nur radial belastet werden kann.It is known to equip particularly highly stressed joints with a joint shell made of steel, which can be surface-treated, e.g. hard chrome-plated, to form a hard surface. The joint ball, which is movable with respect to the joint socket, can then, for example, be pressed into a joint socket designed in this way. Then, however, there is only support in the central area of the joint ball, so that such a joint cannot be loaded axially, but only radially.
Eine Gelenk- und/oder Lageranordnung der eingangs genannten Art ist aus der
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, hier eine Alternative und/oder eine Verbesserung zu erreichen.The invention is based on the problem of achieving an alternative and / or an improvement here.
Die Erfindung löst dieses Problem durch eine Gelenk- und/oder Lageranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Hinsichtlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung wird auf die weiteren Ansprüche 2 bis 11 verwiesen.The invention solves this problem by a joint and / or bearing arrangement with the features of
Durch die Erfindung ist dadurch, dass die der Gelenkkugel zugewandte Oberfläche der Gelenk- und/oder Lagerschale einen metallischen Gusswerkstoff aufweist, eine bereits große Druckstabilität dieser Oberfläche geschaffen. Die Nitrierung bewirkt jedoch eine erhebliche Vergrößerung der Oberflächenhärte und es wird gleichzeitig ein Korrosionsschutz der Gelenkkugeloberfläche erreicht. Mit der mehrteilig ausgebildeten Gelenk- und/oder Lagerschale ist zusätzlich eine weitgehende Einfassung der Gelenkkugel ermöglicht, wodurch auch große axiale Kräfte in eine solche Gelenk- und/oder Lageranordnung eingeleitet werden können. Dennoch kann eine insgesamt niedrige Bauhöhe der Gelenk- und/oder Lageranordnung erreicht werden.By virtue of the fact that the surface of the joint and / or bearing shell facing the joint ball has a metallic cast material, this surface already has a high level of pressure stability. However, the nitriding causes a considerable increase in the surface hardness and at the same time corrosion protection of the joint ball surface is achieved. With the multi-part joint and / or bearing shell, an extensive enclosure of the joint ball is also made possible, as a result of which large axial forces can also be introduced into such a joint and / or bearing arrangement. Nevertheless, an overall low overall height of the joint and / or bearing arrangement can be achieved.
Es ist vorteilhaft zur Erhöhung der Oberflächenhärte und als Korrosionsschutz den Gusswerkstoff an seiner der Gelenkkugel zugewandten Oberfläche zu nitrieren.To increase the surface hardness and to protect against corrosion, it is advantageous to nitride the cast material on its surface facing the joint ball.
Nitridieren ist ein Verfahren zur Oberflächenhärtung unter Verwendung von Stickstoff. Es entsteht eine Oberflächenschicht, die bis etwa 500° Celsius beständig ist. Mögliche Verfahren sind z.B. Badnitrieren, Gasnitrieren oder Plasmanitrieren.Nitriding is a surface hardening process using nitrogen. A surface layer is created that is resistant up to around 500 ° Celsius. Possible processes are e.g. bath nitriding, gas nitriding or plasma nitriding.
Das Verfahren wird in der Regel bei Temperaturen um (500...570) °C bei Behandlungszeiten von 1 bis 100 Stunden durchgeführt, wobei der Kern des Werkstoffes ferritisch bleibt, und ebenso die Bildung von oberflächennahem Austenit durch Eindiffusion von Stickstoff vermieden wird. An der Werkstückoberfläche bildet sich durch Eindiffusion von Stickstoff oder Kohlenstoff in das Werkstück eine sehr harte oberflächliche Verbindungsschicht (ε- und y'-Eisennitride), die je nach Behandlungszeit z.B. (10...30) µm dick werden kann und mehr oder weniger stark ausgeprägte Porensäume an der Oberfläche aufweist, die man wiederum als Träger von zum Beispiel Gleitmitteln verwenden kann. Unter der Verbindungsschicht befindet sich die Diffusionszone, in der der Stickstoff bis zu einer bestimmten Tiefe in der ferritischen Metallmatrix eingelagert ist. Dieser, in fester Lösung eingelagerte Stickstoff führt zu einer Erhöhung der Festigkeit.The process is usually carried out at temperatures around (500 ... 570) ° C for treatment times of 1 to 100 hours, whereby the core of the material remains ferritic and the formation of austenite near the surface due to the diffusion of nitrogen is avoided. A very hard superficial connection layer (ε- and y'-iron nitride) forms on the workpiece surface due to the diffusion of nitrogen or carbon into the workpiece, which, depending on the treatment time, can be (10 ... 30) µm thick and more or less thick has pronounced pore seams on the surface, which in turn can be used as a carrier of, for example, lubricants. The diffusion zone, in which the nitrogen is stored up to a certain depth in the ferritic metal matrix, is located under the connecting layer. This nitrogen stored in solid solution leads to an increase in strength.
Um den Korrosionsschutz dieser Schichten zu erhöhen ist es zusätzlich möglich, die Verbindungsschicht zu oxidieren. Das geschieht üblicherweise durch eine Dampfbeaufschlagung, die die Eisenanteile korrodieren lässt und so eine Oxidschutzschicht bildet.In order to increase the corrosion protection of these layers, it is also possible to oxidize the connecting layer. This is usually done by applying steam, which corrodes the iron components and thus forms a protective oxide layer.
Gängige Verfahren sind das Salzbadnitrieren, Gasnitrieren, Gasnitrocarborieren und Plasmanitrieren. Beim Salzbadnitrieren ist durch das teilweise Eintauchen der Werkstücke ein partielles Nitrieren möglich, beim Plasmanitrieren kann man zum Beispiel durch eine Klemmvorrichtung oder eine Schutzpaste mechanisch abdecken und so auch eine partielle Nitrierung erreichen. Vorteilhaft ist Gasnitrocarborieren gegenüber Gasnitrieren in kürzerer Zeit z.B. 2 bis 5 Stunden bei gegenüber Gasniterieren höherer Temperatur von etwa 570 °C erreichbar und sorgt so für eine kürzere Durchlaufzeit in der Produktion.Common processes are salt bath nitriding, gas nitriding, gas nitrocarburizing and plasma nitriding. With salt bath nitriding, partial immersion of the workpieces is possible; with plasma nitriding, for example, you can mechanically cover with a clamping device or a protective paste and thus also achieve partial nitriding. Gas nitrocarburization is advantageous compared to gas nitriding in a shorter time, e.g. 2 to 5 hours at a temperature of around 570 ° C, which is higher than gas nitriding, and thus ensures a shorter throughput time in production.
Dabei ist der die Gussoberfläche aufweisende Teil der Gelenk- und/oder Lagerschale insgesamt aus einem Gusswerkstoff gebildet, sodass insoweit Materialhomogenität vorliegt. Eine gesonderte Ausbildung der Oberfläche ist dann nicht erforderlich.The part of the joint shell and / or bearing shell that has the cast surface is formed entirely from a cast material, so that the material is homogeneous. A separate formation of the surface is then not necessary.
Besonders günstig wird ein Graphitguss verwendet, der durch die eingelagerten Graphitanteile eine hohe Schmierfähigkeit aufweist, so dass eine Notschmierung der Gelenk- und/oder Lageranordnung auch bei bereits verbrauchtem eigentlichem Schmiermittel gewährleistet ist.A graphite cast is used particularly favorably, which has a high lubricity due to the embedded graphite components, so that emergency lubrication of the joint and / or bearing arrangement is guaranteed even when the actual lubricant has already been used up.
Einen guten Kompromiss aus einerseits einer geforderten hohen Festigkeit und andererseits einer noch hinreichend hohen Dehnbarkeit stellt die Verwendung eines Kugelgraphitgusses, wie etwa GGG 60, dar. Die allgemein bekannte Abkürzung GGG steht dabei für Graphit Guss Globular.The use of spheroidal graphite cast iron, such as GGG 60, represents a good compromise between the required high strength on the one hand and sufficiently high ductility on the other hand. The well-known abbreviation GGG stands for Graphite Guss Globular.
Das Verfahren Gasnitrocarborieren lässt sich durch hinreichende Verweildauer (z.B. 2-5 Stunden) und entsprechende Druck- und Temperaturparameter (z.B. 570°C) so einstellen, das eine Nitriertiefe von zumindest 0,15 Millimetern erreicht wird, so dass eine hohe Stabilität der so nitrierten Oberfläche vorliegt.The gas nitrocarburizing process can be adjusted by sufficient dwell time (e.g. 2-5 hours) and appropriate pressure and temperature parameters (e.g. 570 ° C) so that a nitriding depth of at least 0.15 millimeters is achieved, so that a high stability of the nitrided Surface is present.
Für einen leichten Lauf der Gelenk- und/oder Lageranordnung und zur Beseitigung von kleinen Oberflächendefekten ist es weiterhin vorteilhaft, die genannte Oberfläche - und eventuell auch die Oberfläche der Gelenkkugel - zu polieren.For easy running of the joint and / or bearing arrangement and to remove small surface defects, it is also advantageous to polish the surface mentioned - and possibly also the surface of the joint ball.
Für eine gute Axialbelastbarkeit kann ein einem Schaft einer gehaltenen Gelenkkugel gegenüberliegender unterer Lagerschalenteil die Gelenkkugel ungefähr bis zu ihrer Äquatorialebene umfassen. Hieran kann sich als Gelenkverschluss ein von einem Schaft durchgriffener oberer Lagerschalenteil anschließen. Um diesen zu halten, kann günstig ein die Lagerschalenteile gegeneinander verspannendes Druckelement vorgesehen sein, zum Beispiel ein federnder und/oder elastischer Ringkörper.For a good axial load capacity, a lower bearing shell part opposite a shaft of a held joint ball can encompass the joint ball approximately up to its equatorial plane. This can be followed by an upper bearing shell part through which a shaft extends as a hinge closure. In order to hold this, a pressure element that braces the bearing shell parts against one another can advantageously be provided, for example a resilient and / or elastic ring body.
Zusätzlich kann eine Sensoreinrichtung, zum Beispiel mittels Piezo-Elementen, vorgesehen sein, mittels der die Größe der axialen Vorspannung ermittelt werden kann, wodurch im Dauerbetrieb eine Verschleißermittlung möglich ist.In addition, a sensor device can be provided, for example by means of piezo elements, by means of which the magnitude of the axial preload can be determined, whereby wear can be determined in continuous operation.
Um den Verschleiß möglichst gering zu halten, ist es weiterhin günstig, auch die Gelenkkugel an ihrer Oberfläche zu nitrieren und/oder zu polieren. Die polierte Oberfläche kann sich bis über den Schaft bis zum Ansatz eines schmutzabdichtenden Faltenbalgs erstrecken.In order to keep the wear as low as possible, it is also advantageous to nitride and / or polish the joint ball on its surface. The polished surface can extend over the shaft to the approach of a dirt-sealing bellows.
Ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer erfindungsgemäßen Gelenk- und/oder Lageranordnung ist gesondert beansprucht. Derartige Fahrzeuge können als PKW oder NKW oder auch Baumaschinen ausgebildet sein.A motor vehicle with at least one joint and / or bearing arrangement according to the invention is claimed separately. Such vehicles can be designed as cars or commercial vehicles or construction machines.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus in der Zeichnung dargestellten und nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen des Gegenstandes der Erfindung.Further advantages and features of the invention emerge from the exemplary embodiments of the subject matter of the invention shown in the drawing and described below.
In der Zeichnung zeigt:
-
1 eine die wesentlichen Elemente einer Gelenk- und/oder Lageranordnung nachAnspruch 1 zeigende und teilweise aufgeschnittene Ansicht, -
1a eine Detailansicht des in1 mit Ia gekennzeichneten Bereichs -
2 eine Gelenk- und/oder Lageranordnung ähnlich wie in1 , hier eingesetzt in eine Baueinheit mit zwei V-förmig aufeinander zulaufenden Lenkern, in deren Zentrum die Gelenkanordnung gehalten ist, -
3 eine Detailansicht etwa entsprechend dem Detail III in2 , -
4 die Baueinheit nach2 in Draufsicht, -
5 einen perspektivischen und schematischen Ausschnitt eines Nutzkraftwagens im Bereich einer Gelenkanordnung zur Verbindung eines im Differentialbereich erweiterten Achskörpers, wobei hier die Baueinheit nach2 ff. zur Abstützung des Achskörpers vorgesehen ist.
-
1 a partially cut-away view showing the essential elements of a joint and / or bearing arrangement according toclaim 1, -
1a a detailed view of the in1 area marked with Ia -
2 a joint and / or bearing arrangement similar to that in FIG1 , here used in a structural unit with two V-shaped connecting rods, in the center of which the joint arrangement is held, -
3 a detailed view roughly corresponding to the detail III in2 , -
4th the unit according to2 in plan view, -
5 a perspective and schematic section of a utility vehicle in the area of an articulated arrangement for connecting an axle body expanded in the differential area, the structural unit according to FIG2 ff. is intended to support the axle body.
Die in
Die hier gezeichnete Gelenkanordnung
Die obere Lagerschale
Zusätzlich kann eine Sensoreinrichtung
Die Sensoreinrichtung kann einer Auswerteeinheit zugeordnet sein, die bei Verwendung eines Piezoelementes die Spannung erfassen und über ein geeignetes Instrument
Hinter dem Vorspannelement
Am dem dem Schaft
Es ist auch möglich, dass das Gehäuse
Zumindest ein Teil der Gelenk- und/oder Lagerschale
Besonders günstig ist es, wenn der Gusswerkstoff der Lagerschalenteile
Für eine hohe Oberflächengüte kann zudem die der Gelenkkugel
Dabei kann die Gelenkkugel
Eine solche Gelenkanordnung
Ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer seinem Fahrwerk
In
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Gelenk- und/oder Lageranordnung,Joint and / or bearing arrangement,
- 22
- radiale Richtung,radial direction,
- 33
- axiale Richtung,axial direction,
- 44th
- Gelenk- oder Lagerschale,Joint or bearing shell,
- 55
- Gelenkkugel,Joint ball,
- 66th
- Schaft,Shaft,
- 77th
- untere Gelenkschale,lower joint shell,
- 88th
- obere Gelenkschale,upper joint shell,
- 99
- Gehäuse,Casing,
- 1010
- Vorspannelement,Pretensioning element,
- 1111
- Verschlusselement,Closure element,
- 1212th
- Vorratsraum für Schmiermittel,Storage room for lubricants,
- 1313th
- Balg,Bellows,
- 1414th
- Fahrwerk,Landing gear,
- 1515th
- Fahrzeug,Vehicle,
- 1616
- Lenker,Handlebars,
- 1717th
- Lenker,Handlebars,
- 1818th
- Achse,Axis,
- 1919th
- Anbindung der LenkerConnection of the handlebars
- 2020th
- SensoreinrichtungSensor device
- 2121
- AuswerteeinheitEvaluation unit
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WO2013079266A1 (en) | 2013-06-06 |
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