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Die Erfindung betrifft eine Gelenkanordnung, insbesondere ein Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Gelenkanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
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Im Stand der Technik sind Kugelgelenke bekannt, welche mit einem zusätzlichen Zwischenbauteil, wie beispielsweise einer Kegelscheibe oder einer Kalottenscheibe, an ihrem Zapfenschaft versehen werden, um die Anlagefläche zu vergrößern, wenn sie mit Anschlussbauteilen aus einem weichen und/oder geringer festen Material, wie z.B. Schwenklager oder dergleichen aus einem Leichtmetall wie z.B. Aluminium verschraubt werden. Dabei deckt sich die äußere Form des Zwischenbauteils (Kegel oder Kalotten) mit der in das Aluminiumteil eingearbeiteten Form und vergrößert so die Anlagefläche. Dies bewirkt, dass die Flächenpressung reduziert wird und es werden auch die dynamischen Belastungen von dem weichen Anschlussbauteil durch diese Ausgestaltung sicher übertragen. Ein Kugelgelenk mit einer Kegelscheibe ist in
DE 10 2005 025 551 A1 beschrieben.
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Der Gelenkzapfen und die Kegel- bzw. Kalottenscheibe bestehen in der Regel aus Stahl, das Anschlussbauteil jedoch aus dem weicheren Metall oder einem geringer festen Metall. Zur Vermeidung von Kontaktkorrosion müssen die Stahlbauteile mit einem Oberflächenschutz versehen werden. Jedoch ist aufgrund des Korrosionsverhaltens und der Vielzahl von Montageschritten beim Zusammenbau eines Kugelgelenks die Verwendung von vorab beschichteten Einzelteilen nicht möglich, da beispielsweise die vorab erzeugten beschichteten Oberflächen teilweise beschädigt, z.B. zerkratzt werden können. Um dieses Problem zu umgehen, ist es erforderlich eine galvanische Beschichtung des zusammengebauten Gelenks vorzunehmen.
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Dies ist jedoch problematisch im Hinblick auf die aus dem Stand der Technik bekannten Gelenkanordnungen, welche einen gerändelten Bereich an dem Gelenkzapfen aufweisen, auf welchen die Kegel- bzw. Kalottenscheibe aufgepresst wird. Der gerändelte Bereich am Gelenkzapfen ist zwar günstig aufzubringen und kann toleranzunempfindlich die Kegelscheibe oder die Kalottenscheibe aufnehmen. Jedoch ergeben sich hierbei im Bereich des Rändelsitzes unerwünschte Hohlräume, in welche dann die in der Galvanik üblichen Medien eindringen, die dann jedoch im weiteren Prozessverlauf nicht mehr sauber entfernt werden können. Die Folge ist ein schlechtes Galvanik- bzw. Beschichtungsergebnis. Zudem kann bei dem Prozess der Galvanisierung mit verschiedenen Galvanisierungsbädern es zur ungewünschten Durchmischung der Galvanisierungsmedien kommen. Wenn ein Rest eines Mediums noch am Bauteil vorhanden ist, so kann dieser Rest mit dem Bauteil in das nächste Medium gelangen. Damit ist eine saubere Prozessführung bei der Galvanisierung gefährdet.
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Des Weiteren kann es beim Aufpressen der Kegelscheibe auf den gerändelten Abschnitt zu einer unerwünschten Spanbildung kommen, die beim Beschichten bzw. Galvanisieren hinderlich sein kann. Das Aufpressen ist jedoch erforderlich, da die Kegelscheibe, wenn diese nur auf den Kugelzapfen aufgeschoben wäre, wieder abfallen und während der Montage verloren gehen könnte.
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Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gelenkanordnung bereitzustellen, welche es erlaubt, einen Gelenkzapfen mit darauf angeordneter Kegel- oder Kalottenscheibe (Zwischenbauteil) mittels eines Galvanikverfahrens zu beschichten, wobei Hohlräume zur vermeiden sind, in die sich Restmedien bei der Galvanisierung einlagern können. Weiterhin soll eine Verliersicherung für das Zwischenbauteil gegeben sein und ein entsprechendes Herstellungsverfahren für eine derartige Gelenkanordnung bereitgestellt werden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Gelenkanordnung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen einer Gelenkanordnung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 8 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert.
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Es wird eine Gelenkanordnung bereitgestellt, insbesondere ein Kugelgelenk, welche einen Gelenkzapfen aufweist, welcher an einem Ende mit einem Gelenkkopf bzw. einer Gelenkkugel versehen ist, wobei an dem Gelenkzapfen ein Ringkörper angeordnet ist, welcher einen äußeren Umfang des Gelenkzapfens zumindest über einen bestimmten Abschnitt umgibt, wobei der Ringkörper mit einer Umformkante versehen ist, welche durch Umformen an dem äußeren Umfang des Abschnittes des Gelenkzapfens dichtend anliegt. Der Abschnitt ist dabei in Bezug auf die Längsachse etwa mittig zwischen Gelenkkugel und gegenüberliegendem Gelenkzapfenende angeordnet. Der Gelenkzapfen weist dabei im Bereich des Abschnittes einen größeren Durchmesser auf als im Bereich des Gelenkzapfenendes.
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Durch die vorgeschlagene Konfiguration wird eine kostengünstige Lösung geschaffen, mittels welcher ein Ringkörper auf den Gelenkzapfen aufgepresst werden kann, ohne dass sich beim anschließenden Galvanikprozess zur Beschichtung der Oberflächen flüssige Medien in Zwischenräumen an dem Sitz zwischen Ringkörper und Gelenkzapfen sammeln können. Durch die umlaufende Umformkante, welche einen geringeren Durchmesser als der Innendurchmesser des Ringkörpers aufweist, wird eine relativ große maßliche Überdeckung zwischen Ringkörper und Gelenkzapfen geschaffen. Die Umformkante weist gegenüber der gesamten Höhe des Ringkörpers eine geringere Höhe bzw. eine geringe Materialstärke auf und ist somit leicht umformbar. Dadurch legt sich die Umformkante während des Zusammenbaus bzw. während des Aufpressen auf den Abschnitt des Gelenkzapfens dichtend an dessen Außenwand bzw. Außenumfang an. Die Außenwand des Gelenkzapfens kann dabei zylindrisch oder konisch ausgeformt sein, wobei der Ringkörper innen entsprechend zylindrisch oder konisch ausgeformt ist.
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Gegenüber einem durchgehenden Presssitz über die gesamte Höhe des Ringkörpers auf dem Gelenkzapfen ist der Einpressweg geringer und somit kostengünstiger und schneller, z.B. durch Zerspanung, zu realisieren, wenn eine Umformkante am Ringkörper vorgesehen ist. Auch müssen Toleranzen nicht allzu gering gehalten werden, da die Durchmesserüberdeckung durch die Umformkante gegenüber dem Abschnitt relativ groß ist. Nachdem der Ringkörper auf den Gelenkzapfen aufgepresst ist, gibt es in diesem Bereich des Ringkörpers sowohl plastisch als auch elastisch verformte Zonen. Die plastisch verformten Zonen sorgen quasi für den Toleranzausgleich. Die elastisch verformten Zonen bewirken den Festsitz des Ringkörpers gegenüber dem Gelenkzapfen, so dass der Ringkörper auf dem Gelenkzapfen verbleibt, bis das Kugelgelenk mit dem vorgesehenen Anschlussbauteil zusammengebaut ist. Hierdurch wird eine Verliersicherung gebildet und ein Herabfallen des Ringkörpers von dem Gelenkzapfen ist wirksam verhindert. Gleichsam sorgt der feste Sitz des Ringkörpers auf dem Gelenkzapfenabschnitt auch für die Dichtigkeit gegenüber eindringenden Medien, z. B. während des Beschichtens durch Galvanisieren. Wenn der Ringkörper lediglich im Bereich der Umformkante auf den Gelenkzapfen aufgepresst ist, erfährt der Ringkörper auch lediglich in diesem Bereich eine radial auf ihn einwirkende Kraft. Dadurch werden Zugspannungen innerhalb des Ringkörpers gegenüber einem vollständig über die gesamte Höhe des Ringkörpers aufgepresstem Bauteil reduziert. Dadurch kann in axialer Richtung beim Zusammenbau des Gelenks mit dem Ringkörper in ein Anschlussbauteil eine höhere Vorspannkraft aufgewendet werden, wenn das Gelenk mit dem Anschlussbauteil verschraubt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ringkörper als Kegelscheibe, Flachscheibe oder als Kalottenscheibe ausgebildet. Je nach Ausbildung des Anschlussbauteils (z.B. ein Lenker eines Fahrwerks) kann dasselbe Kugelgelenk mit unterschiedlich ausgebildeten Lenkerbauteilen zusammengefügt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Ringkörper mittels einer Passung auf den Gelenkzapfen aufgebracht, insbesondere mittels einer Übermaßpassung, Übergangspassung oder auch einer Spielpassung. Bei einer Übergangspassung oder auch bei einer Spielpassung wird der Ringkörper zunächst auf den Gelenkzapfen bzw. den entsprechenden Abschnitt des Gelenkzapfens aufgeschoben, so dass noch kein Festsitz erreicht ist. Der Ringkörper sitzt damit derart auf dem Gelenkzapfen bzw. vorgesehenen Gelenkzapfenabschnitt, so dass dieser mit wenig Kraftaufwand verdreht werden kann. Aufgrund des geringeren Durchmessers der Umformkante wird eine Anpressung im Bereich der Umformkante und somit ein tatsächlicher Festsitz erst beim weiteren Aufschieben des Ringkörpers auf den vorgesehen Abschnitt des Gelenkzapfens durch die Umformung der Umformkante erreicht, so dass der Ringkörper fest auf dem Gelenkzapfen sitzt und nicht abfallen kann. Dies ist jedoch als Verliersicherung völlig ausreichend. Darüber hinaus können insbesondere mit der Übergangspassung bei der Fertigung der Bauteile relativ große Toleranzen zugelassen werden.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann der Ringkörper als Fließpressteil durch Umformen hergestellt sein. Alternativ kann der Ringkörper als Drehteil mittels spanender Umformung hergestellt sein. Vorzugsweise ist der Ringkörper mit einem zentralen bzw. mittigen und zylindrisch ausgebildeten Durchgangsloch versehen, welches den Sitz an dem Gelenkzapfen bildet. Der Durchmesser des Durchgangsloches ist je nach der gewünschten zuvor genannten Passung zu wählen und ist vorzugsweise als Bohrung ausgebildet.
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Vorzugsweise dichtet die Umformkante den Sitz ab, so dass eine einwandfreie Dichtung zwischen Ringkörper und Gelenkzapfen ermöglicht wird, so dass Galvanisierungsmedien sich nicht in Zwischenräumen ansammeln können, da diese nicht vorhanden sind.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn ein innerer Durchmesser der umlaufenden Umformkante etwa 2/10 bis 3/10 mm kleiner als ein Durchmesser des Gelenkzapfens an dem Abschnitt ist, an welchem der Ringkörper an dem Gelenkzapfen angeordnet ist. Der Durchmesserunterschied ist jedoch abhängig von dem beabsichtigten Festsitz in Abhängigkeit von der gewünschten oder vorgegebenen Abziehkraft. Bei gleichbleibendem Durchmesser des Abschnitts steigt die Abziehkraft mit kleiner werdendem Durchmesser der Umformkante.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an einem der Gelenkkugel zugewandten Ende des Gelenkzapfens ein kegelförmiger Abschnitt vorgesehen, an welchem ein formkongruent ausgebildeter Abschnitt des Ringkörpers anliegt. Damit ist gemeint, dass Ringkörper und Gelenkzapfen sich in ihrer Formgebung ergänzen und sich vorzugsweise nahezu spaltlos formschlüssig aneinander fügen bzw. schmiegen.
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Darüber hinaus wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Gelenkanordnung bereitgestellt, wobei das Verfahren den Schritt des Anordnens des Ringkörpers auf einem äußeren Umfang des Gelenkzapfens beinhaltet, wobei die Umformkante beim Anordnen des Ringkörpers auf den entsprechenden Abschnitt des Gelenkzapfens durch Umformen dichtend an den Gelenkzapfens angelegt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren weist die oben bereits ausgeführten Vorteile im Hinblick auf die Abdichtung im Bereich des Sitzes und die somit mögliche einwandfreie galvanische Beschichtung sowie die beabsichtigte Verliersicherung auf.
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Vorzugsweise bewirkt der Schritt des Anordnens eine Presspassung, eine Spielpassung oder eine Übergangspassung zwischen dem Gelenkzapfen und dem Ringkörper.
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Weiterhin wird die Gelenkanordnung vorzugsweise nach dem Schritt des Anordnens des Ringkörpers auf dem äußeren Umfang des Gelenkzapfens einem Beschichtungsschritt, insbesondere mittels einer galvanischen Beschichtung, unterzogen. Durch die Beschichtung werden die Oberflächen der Gelenkanordnung geschützt und insbesondere einer Kontaktkorrosion kann vorgebeugt werden.
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Gelenkanordnung gemäß dem Stand der Technik;
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2A–2C jeweilige Ansichten der in der Gelenkanordnung von 1 vorhandenen Hohlräumen;
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3A, 3B jeweilige Ansichten einer Gelenkanordnung gemäß einer Ausführungsform; und
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4A, 4B jeweilige Detailansichten des Presssitzes zwischen dem Gelenkzapfen und dem Ringkörper der in 3A und 3B dargestellten Gelenkanordnung.
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1 zeigt eine Gelenkanordnung 1 gemäß dem Stand der Technik. Die Gelenkanordnung 1 ist als Kugelgelenk 2 ausgebildet und weist einen Gelenkzapfen 3 auf, welcher an einem Ende mit einem hier nicht erkennbaren Gelenkkopf bzw. Gelenkkugel versehen ist, welcher in einer in einem Gehäuse 4 vorgesehenen Lagerschale gelagert ist, welche hier ebenfalls nicht sichtbar ist. Der Gelenkzapfen 3 weist einen Abschnitt mit äußerem Umfang 5 auf, welcher an einem in der 1 oberen Abschnitt 6 mit einer Rändelung 7 versehen ist. Auf den oberen Abschnitt 6, welcher die Rändelung 7 aufweist, ist ein Ringkörper 8 aufgepresst, welcher als Kegelscheibe 9 ausgebildet ist. Der Ringkörper 8 umgibt den äußeren Umfang 5 des Gelenkzapfens 3 in dem oberen Abschnitt 6 vollständig, ist hier jedoch zur Sichtbarmachung der Rändelung 7 mit einem Ausbruch dargestellt. Weiterhin ist hier erkennbar, dass der Ringkörper 8 mit einer zentralen Durchgangsbohrung 10 versehen ist, in welcher der obere Abschnitt 6 mittels Presssitz angeordnet ist.
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2A bis 2C sind jeweilige Ansichten von Hohlräumen 11, welche in der Gelenkanordnung 1 von 1 vorhandenen sind. Diese Hohlräume 11 entstehen durch die Rändelung 7 auf dem äußeren Umfang 5 des Gelenkzapfens 3 und werden beim Beschichten der Gelenkanordnung 1, wenn der Ringkörper 8 bereits auf den Gelenkzapfen 3 aufgepresst ist, mit bei der Galvanik verwendeten flüssigen Medien gefüllt, welche anschließend jedoch nicht mehr sauber ausspülbar sind, so dass insgesamt keine einwandfreie Beschichtung erzielt werden kann bzw. eine Komplettbeschichtung des Gelenkzapfens 3 mit darauf gepresstem Ringkörper 8 nicht möglich ist.
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3A und 3B sind jeweilige Ansichten einer Gelenkanordnung 1 gemäß einer Ausführungsform, wobei 3A eine Montagesituation zeigt, in welcher der Ringkörper 8 kurz vor Erreichen seiner Endposition ist und 3B eine Montagesituation zeigt, in welcher der Ringkörper 8 die Endposition erreicht hat. Die Gelenkanordnung 1 ist im Wesentlichen wie die in 1 dargestellte Gelenkanordnung aufgebaut, unterscheidet sich jedoch hiervon im Hinblick auf den Ringkörper 8, welcher hier ebenfalls als Kegelscheibe 9 ausgebildet ist und auf den in den 3 oberen Abschnitten 6 des Gelenkzapfens 3, welcher hier zylindrisch ausgebildet ist, ohne jegliche Rändelung. Die ebenfalls zylindrisch ausgebildete Durchgangsbohrung 10 des Ringkörpers 8 liegt somit glatt an dem äußeren Umfang 5 des Gelenkzapfens 3 an. Um dies zu verdeutlichen, ist auch hier der den äußeren Umfang 5 an dem oberen Abschnitt 6 des Gelenkzapfens 3 vollständig umgebende Ringkörper 8 an einem vorderen Abschnitt in aufgebrochener Darstellung gezeigt. Weiterhin ist im Unterschied zu der aus dem Stand der Technik bekannten und in 1 dargestellten Ausführungsform der Ringkörper 8 mit einer umlaufenden Umformkante 12 versehen, welche den zylindrischen äußeren Umfang 5 des Gelenkzapfens 3 dichtend umgibt. Die umlaufende Umformkante 12 ist an dem unteren Ende 13 des Ringkörpers 8 angeordnet.
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4A und 4B sind jeweilige Detailansichten des zylindrischen Presssitzes zwischen dem Gelenkzapfen 3 und dem Ringkörper 8 der in 3A und 3B dargestellten Gelenkanordnung 1, wobei der Ringkörper 8 mittels einer Übergangspassung auf den Gelenkzapfen 3 aufgebracht ist. Wie in 4A erkennbar ist, welche der in 3A dargestellten Montageposition kurz vor Erreichen der Endposition entspricht, ist die Umformkante 12, welche einen inneren Durchmesser aufweist, welcher 2/10 bis 3/10 mm kleiner ist als der Durchmesser des Gelenkzapfens 3, in dieser Position noch nicht umgeformt worden. Die Umformung, welche bewirkt, dass die Umformkante 12 dichtend an dem äußeren Umfang 5 des Gelenkzapfens 3 anliegt, ist jedoch bei Erreichen der Endposition, was der Montagesituation in 3B entspricht, erfolgt und ist in 4B erkennbar. Weiterhin ist in den 4A und 4B erkennbar, dass ein in der Figur oberes, der Gelenkkugel zugewandtes Ende 14 des Gelenkzapfens 3, an welchem der Ringkörper 8 in der Endposition anliegt, kegelförmig ausgebildet ist, wobei der mit dem kegelförmigen Abschnitt 15 dann in Anlage kommende Abschnitt des Ringkörpers 8 formkongruent zu dem kegelförmigen Abschnitt 15 ausgebildet ist, so dass die beiden gegenüberliegenden Flächen dicht und ohne Spalt formschlüssig aneinander anliegen. Die so zusammengebaute Gelenkanordnung 1 wird dann einem galvanischen Beschichtungsverfahren unterzogen, um die Oberflächen der zusammengebauten Teile zu beschichten, so dass eine Kontaktkorrosion aufgrund unterschiedlicher Materialien des Gelenkzapfens 3 mit dem darauf angeordneten Ringkörper 8, welche beispielsweise aus Stahl hergestellt sind, und einem Anschlussbauteil, welches beispielsweise aus Aluminium hergestellt ist, vermieden wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gelenkanordnung
- 2
- Kugelgelenk
- 3
- Gelenkzapfen
- 4
- Gehäuse
- 5
- äußerer Umfang des Gelenkzapfens
- 6
- oberer Abschnitt des Gelenkzapfens
- 7
- Rändelung
- 8
- Ringkörper
- 9
- Kegelscheibe
- 10
- Durchgangsbohrung
- 11
- Hohlräume
- 12
- Umformkante
- 13
- unteres Ende des Ringkörpers (Richtung Zapfenende gegenüber der Gelenkkugel)
- 14
- oberes Ende des Gelenkzapfens (Richtung Gelenkkugel)
- 15
- kegelförmiger Abschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005025551 A1 [0002]
