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Die Erfindung betrifft einen Kugelgelenkzapfen für ein Achsgelenk eines Kraftwagens sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Kugelgelenkzapfens der in den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche angegebenen Art.
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Die
DE 10 2011 106 818 A1 zeigt einen gattungsgemäßen Kugelgelenkzapfen für ein Achsgelenk eines Kraftwagens mit einem Zapfenabschnitt und mit einem Kugelkopf, dessen Oberfläche eine Mikrostrukturierung aufweist. Die Mikrostrukturierung ist dabei in Form einer umlaufenden Spiralnut ausgebildet. Um die umlaufende Spiralnut herzustellen, wird die Oberfläche des Kugelkopfs beispielsweise mittels eines Lasers bearbeitet.
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Die
DE 20 2005 005 905 U1 zeigt eine Vorrichtung zur Erzeugung von Vertiefungen in den zylindrischen Innenflächen von Bohrungen mit einem Laserstrahl.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kugelgelenkzapfen sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Kugelgelenkzapfens bereitzustellen, mittels welchen die Reibung und der Verschleiß an einem Achsgelenk eines Kraftwagens reduziert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen Kugelgelenkzapfen sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines Kugelgelenkzapfens mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Um einen besonders geringen Verschleiß am Achsgelenk des Kraftwagens realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Mikrostrukturierung mehrere Mikrostrukturelemente aufweist. Es ist also erfindungsgemäß vorgesehen, einen Kugelgelenkzapfen vorzusehen, der zum Einbau in ein Achsgelenk eines Kraftfahrzeugs geeignet ist und der eine mindestens teilweise mikrostrukturierte Kugeloberfläche aufweist, wobei die Mikrostrukturelemente sowohl Schmiermittel speichern als auch Verschleißpartikel im Falle trockener Reibung aufnehmen können. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine Reibpaarung mit einer glatten und einer mikrostrukturierten Oberfläche erzielt. Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass Mikrolöcher bzw. Mikroriefen bei geschmiertem Kontakt als Schmierstoffreservoir aber auch im Falle einer trockenen Reibung als eine Art Falle für Verschleißpartikel dienen, so dass es nicht zur Agglomeration von Partikeln in einem Reibspalt kommt. Durch den erfindungsgemäßen Kugelgelenkzapfen kann ein verringerter Gelenkverschleiß sowie ein erhöhter Fahrkomfort durch eine niedrigere Gelenkreibung erzielt werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Mikrostrukturelemente in Form von Ausstülpungen und/oder Vertiefungen ausgebildet sind. Ein Teil der Mikrostrukturelemente kann also beispielsweise in Form von Ausstülpungen und ein Teil der Mikrostrukturelemente kann in Form von Vertiefungen ausgebildet sein. Alternativ ist es aber auch möglich, dass alle Mikrostrukturelemente entweder als Ausstülpungen oder als Vertiefungen ausgebildet sind.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Mikrostrukturelemente quaderförmig, würfelförmig, pyramidenstumpfförmig, kegelstumpfförmig und/oder kugelförmig ausgebildet sind. Die Dimension, Form und Orientierung der einzelnen Mikrostrukturelemente kann entsprechend eines Lastkollektivs variieren. Je nach Lastkollektiv sind also Ausprägungen in Form von Würfeln, Quadern, Pyramidenstümpfen, Kegelstümpfen, kugelförmigen Ausstülpungen oder auch Löchern denkbar. Insbesondere zur Realisierung eines anisotropen Reibverhaltens können die Mikrostrukturelemente auch asymmetrische Formen aufweisen, beispielsweise in Form einer verzerrten Pyramide, deren Seitenflächen unterschiedliche Öffnungswinkel bilden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Mikrostrukturelemente derart angeordnet ist, dass zwischen diesen Mikrostrukturelementen in Form von Breitenkreisen des Kugelkopfs umlaufende Nuten und entlang von Längenkreisen versetzte Nuten ausgebildet sind. Im Wesentlichen kann die flächenhafte Anordnung der einzelnen Mikrostrukturelemente in Lage und Orientierung entsprechend der tribologischen Belastung variiert werden. Es sind also zum Beispiel durchgehende Längen- und Breitenkreise möglich, wobei aber auch ein Versatz in den durch die Mikrostrukturelemente gebildeten Nuten entsprechend des Lastkollektivs realisierbar ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Kugelgelenkzapfens für ein Achsgelenk eines Kraftwagens werden ein Zapfenabschnitt und ein Kugelkopf hergestellt und eine Oberfläche des Kugelkopfs mittels eines Lasers mit einer Mikrostrukturierung versehen. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dabei dadurch aus, dass die Mikrostrukturierung in Form von mehreren Mikrostrukturelementen hergestellt wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kugelgelenkzapfens sind dabei als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine Seitenansicht eines Kugelgelenkzapfens für ein Achsgelenk eines Kraftwagens, welcher einen Zapfenabschnitt und einen mit einer Mikrostrukturierung versehenen Kugelkopf aufweist; und in
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2 eine stark vergrößerte schematische Darstellung der an der Oberfläche des Kugelkopfs ausgebildeten Mikrostrukturierung, welche eine Mehrzahl von Mikrostrukturelementen aufweist.
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Ein Kugelgelenkzapfen 10 für ein Achsgelenk eines Kraftwagens ist in einer Seitenansicht in 1 gezeigt. Der Kugelgelenkzapfen 10 umfasst einen Zapfenabschnitt 12 und einen Kugelkopf 14, dessen Oberfläche 16 eine Mikrostrukturierung 18 aufweist. Die Mikrostrukturierung 18 dient zum Aufnehmen von Schmiermitteln und/oder Verschleißpartikeln. Beim Herstellen des Kugelgelenkzapfens 10 wird die Oberfläche 16 mittels eines Lasers zur Herstellung der Mikrostrukturierung 18 bearbeitet.
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In 2 ist ein Teil der Mikrostrukturierung 18 in einer stark vergrößerten schematischen Ansicht gezeigt. Wie zu erkennen, umfasst die Mikrostrukturierung 18 eine Vielzahl von einzelnen Mikrostrukturelementen 20, welche der Übersichtlichkeit halber nicht alle mit Bezugszeichen versehen sind. Im vorliegenden Fall sind die Mikrostrukturelemente 20 in Form von Ausstülpungen ausgebildet. Die Mikrostrukturelemente 20 der Mikrostrukturierung 18 können entgegen der vorliegenden Darstellung aber auch in Form von Vertiefungen ausgebildet sein.
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Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Mikrostrukturelemente 20 quaderförmig ausgebildet und derart angeordnet, dass zwischen diesen Mikrostrukturelementen entlang von nicht näher bezeichneten Breitenkreisen des Kugelkopfs 14 umlaufende Nuten 22 und entlang von nicht näher bezeichneten Längenkreisen versetzte Nuten 24 ausgebildet sind. Diese Nuten 22, 24 dienen sowohl zur Aufnahme von Schmiermittel als auch zur Aufnahme von Verschleißpartikeln bei trockener Reibung.
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Entgegen der hier gezeigten Ausführungsform der Mikrostrukturierung 18 können die Mikrostrukturelemente 20 auch würfelförmig, pyramidenstumpfförmig, kegelstumpfförmig und/oder kugelförmig ausgebildet sein. Dabei kann die Dimension, Form und Orientierung der einzelnen Mikrostrukturelemente 20 entsprechend des Lastkollektivs variieren. Auch die flächenhafte Anordnung der Mikrostrukturelemente 20 kann in Lage und Orientierung entsprechen der tribologischen Belastung variieren. Die Nuten 22, 24 können beispielsweise auch als durchgehende Längen- und Breitenkreise ausgebildet sein, wobei aber auch – wie in 2 gezeigt – ein Versatz in den Nuten 24 entsprechend des auftretenden Lastkollektivs sinnvoll sein kann.
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Bei der Herstellung der mikrostrukturierten Oberfläche 16 des Kugelkopfs 14 werden insbesondere Aufwürfe an jeweiligen Vertiefungskanten der Mikrostrukturierung 18 vermieden. Insbesondere kann bei der Laserbearbeitung der Oberfläche 16 durch Vermeidung bzw. Minimierung von Schmelzaufwürfen an jeweiligen Mikrostrukturelementkanten eine makroskopisch glatte Kugeloberfläche erhalten werden, indem der verwendete Laser hinsichtlich seiner Parameter entsprechend eingestellt wird.
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Aufgrund der die Mikrostrukturelemente 20 aufweisenden Mikrostrukturierung 18 kann insbesondere ein verringerter Gelenkverschleiß beim Einsatz des Kugelgelenkzapfens 10 und ein höherer Fahrkomfort durch eine niedrigere Gelenkreibung erzielt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011106818 A1 [0002]
- DE 202005005905 U1 [0003]
