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Die Erfindung betrifft einen Gleitzapfen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie einen Aktuator nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 6.
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Durch die
DE 10 2014 206 934 A1 wurde ein zweifach wirkender Aktuator, auch Stellmotor oder kurz Steller genannt, für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges bekannt. Der Aktuator ist mittig am Achsträger des Kraftfahrzeuges befestigt und wirkt gleichzeitig auf die Lenkung der beiden Hinterräder. Der Aktuator weist einen Spindelantrieb, bestehend aus Spindel und Spindelmutter, auf, welche drehbar im Gehäuse gelagert und axial fixiert ist. Die Spindelmutter wird über einen Elektromotor angetrieben und bewirkt eine Axialverschiebung der Spindel nach der einen oder anderen Seite. Die Spindel weist einen etwa mittig angeordneten Gewindeabschnitt mit einem Bewegungsgewinde, welches in Eingriff mit der Spindelmutter steht, sowie zwei Spindelenden auf, welche jeweils mit Gleitzapfen verbunden sind, die ihrerseits gleitend im Gehäuse geführt sind. An den Gleitzapfen, auch Aufschraubzapfen genannt, sind Gelenkgabeln für eine Verbindung mit einem Lenkgestänge angeordnet. Bekannt sind auch einfach wirkende Aktuatoren, auch Einzelsteller genannt, welche jeweils nur auf die Lenkung eines Hinterrades wirken.
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Die bekannten Gleit- oder Aufschraubzapfen, welche in einem gehäuseseitigen Gleitlager geführt sind, werden Span gebend hergestellt, d. h. aus einem Rohling oder einem Halbzeugmaterial wird der Gleitzapfen auf Durchmesser gedreht und geschliffen, damit eine glatte Oberfläche – eine Gleitfläche, erzielt wird.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Ausschöpfung weiterer Potenziale hinsichtlich der Herstellung des Gleitzapfens, insbesondere im Hinblick auf eine Verwendung in einem Aktuator.
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Die Erfindung umfasst die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass der Gleitzapfen durch Kaltumformung herstellbar ist, d. h. das Fertigprodukt Gleitzapfen wird durch Kaltumformung eines Rohlings erhalten. Die Kaltumformung erfolgt bekanntlich unterhalb der Rekristallisationstemperatur des Ausgangsmaterials, vorzugsweise eines Stahlwerkstoffes. Vorteilhaft ist, dass nach der Kaltumformung keine weitere Span gebende Bearbeitung der Außenkontur erforderlich ist, weder zur Erzielung eines Endmaßes noch zur Erzielung einer glatten Oberfläche. Vielmehr entsprechen das Endmaß und die glatte Oberfläche, d. h. eine geringe Rauhtiefe den Anforderungen einer Gleitfläche für ein Gleitlager, beispielsweise ein Verbundlager. Darüber hinaus ergibt sich durch die Kaltumformung eine Verfestigung, die so genannte Kaltverfestigung, des Materials gegenüber der Festigkeit des Grundmaterials, insbesondere eine erhöhte Oberflächenhärte sowie ein günstiger Faserverlauf. Insofern kann für die Herstellung des erfindungsgemäßen Gleitzapfens ein kostengünstiger Werkstoff mit geringerer Festigkeit verwendet werden. Eine weitere Bearbeitung des durch Kaltumformung hergestellten Gleitzapfens kann Span gebend erfolgen, insbesondere, was die Herstellung von Bohrungen und Gewinden für die Befestigung einer Spindel einerseits und eines Gelenkzapfens andererseits betrifft.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Gleitfläche als Mantelfläche eines Kreiszylinders ausgebildet. Die Zylinderform ist für verschiedene Einsatzzwecke des Gleitzapfens geeignet und durch Kaltumformung leicht herstellbar.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Gleitfläche einen Polygonquerschnitt auf, beispielsweise ein Dreieck- oder Viereck-Polygonprofil. Derartige Profile sind für Welle und Nabe genormt, hier das Gleitlager gemäß DIN 322711. Polygonprofile werden insbesondere bei Aktuatoren für die Hinterachslenkung von Kraftfahrzeugen mit einem Spindelantrieb eingesetzt, bei welchem die Spindel eine Verdrehsicherung aufweisen soll. Dabei verhindert der mit der Spindel verbundene Gleitzapfen aufgrund seines Polygonprofils ein Verdrehen der Spindel. Die Herstellung eines Polygonprofils durch Kaltumformung bringt insbesondere Kostenvorteile, da eine Span gebende Herstellung, z.B. durch Schleifen, besonders aufwändig ist.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Kaltumformung durch Fließpressen. Definitionsgemäß ist Fließpressen ein Massivumformverfahren, bei dem der Werkstoff unter Einwirkung eines hohen Druckes zum Fließen gebracht wird. Das Fließpressen gehört gemäß DIN 8583 zum Druckumformen. Dabei wird ein Rohling mittels eines Stempels in eine Form mit dem Endmaß, eine so genannte Matrize oder Pressbüchse, gedrückt, d. h. das Material fließt unter der Kraft des Stempels in die Form. Das dabei erhaltene Werkstück, der Gleitzapfen, ist hinreichend maßhaltig und besitzt auch die für ein Gleitlager erforderliche glatte (pressblanke) Oberfläche, so dass eine weitere, Span gebende Bearbeitung für die Gleitfläche entfallen kann. Insbesondere wird eine erhöhte Oberflächenhärte erzielt, wodurch die Verschleißfestigkeit der Gleitfläche gesteigert wird.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Gleitfläche nach der Kaltumformung eine erhöhte Festigkeit und eine erhöhte Oberflächenhärte auf. Dies bedeutet einen geringeren Verschleiß der Gleitfläche und damit eine erhöhte Lebensdauer. Der durch Kaltumformung respektive durch Fließpressen hergestellte Gleitzapfen ist daher für die Verwendung in einem Gleitlager besonders geeignet.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist bei einem Aktuator für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges vorgesehen, dass der oder die Gleitzapfen, an welchem oder welchen die Spindel des Spindelantriebs befestigt ist, durch Kaltumformung hergestellt sind. Bei dieser Anwendung, welche hohen Sicherheitsstandards unterworfen ist, spielen die Festigkeit und die Oberflächenhärte im Hinblick auf die Funktionssicherheit des Aktuators eine bedeutende Rolle.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
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1 einen erfindungsgemäßen Gleitzapfen, herstellbar durch Kaltumformung,
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2 einen Kreisquerschnitt des Gleitzapfens in der Ebene II-II gem. 1,
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3 einen Polygonquerschnitt des Gleitzapfens und
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4 einen Aktuator mit Spindelantrieb und erfindungsgemäßem Gleitzapfen.
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1 zeigt einen massiven Gleitzapfen 1 mit einer ersten Kontur in ausgezogenen Linien und mit einer zweiten Kontur in punktierten Linien. Der Gleitzapfen 1 stellt ein durch Kaltumformung aus einem Rohling (nicht dargestellt) hergestelltes Erzeugnis dar. Der Gleitzapfen 1 weist eine zylindrische, kaltverfestigte, pressblanke Gleitfläche 1a, dargestellt durch punktierte Linien, mit einem Durchmesser d auf. An einem Stirnende (in der Zeichnung links) des Gleitzapfens 1 ist ein Bund 1b mit einem vergrößerten Durchmesser d1 angeformt. Die Kaltumformung erfolgt vorzugsweise durch Fließpressen, ein bekanntes Verfahren der Massivumformung, bei welchem ein Rohling mittels eines Stempels in eine Form, auch Matrize oder Pressbüchse genannt, gepresst wird, so dass das Material fließt. Mit dem Fließpressen können sowohl Massivteile als auch Hohlteile mit hoher Maßgenauigkeit hergestellt werden. Die Kaltumformung erfolgt unterhalb der Rekristallisationstemperatur des Werkstoffes, welcher vorzugsweise Stahl ist. Die Kaltumformung bewirkt eine Kaltverfestigung des Ausgangsmaterials, insbesondere eine erhöhte Oberflächenhärte für die zylindrische Gleitfläche 1a.
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2 zeigt, entsprechend der Schnittebene II-II in 1, den Querschnitt des Gleitzapfens 1, ausgebildet als Kreisquerschnitt 2 mit einer zylindrischen Gleitfläche 1a.
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3 zeigt eine alternative Querschnittsform des Gleitzapfens 1, ausgebildet als Polygonquerschnitt 3, welcher drei durch eine Kreiskontur abgerundete Eckbereiche 3a, 3b, 3c aufweist. Alternativ ist auch ein Viereck-Polygon möglich. Derartige Polygonprofile sind bezüglich ihrer Form und Abmessungen genormt, und zwar in DIN 32711 als P3G oder P4C. Durch das Polygonprofil 3 kann ein Verdrehen des Gleitzapfens 1 innerhalb des Gleitlagers 12 verhindert, eine Axialbewegung jedoch zugelassen werden.
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4 zeigt einen Aktuator 10, der für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeuges verwendbar ist. Der Aktuator 10 umfasst einen Gleitzapfen 11, welcher dem Gleitzapfen 1 aus 1 entspricht und somit durch Kaltumformung, insbesondere durch Fließpressen hergestellt ist. Der Gleitzapfen 11 weist eine kalt verfestigte, zylindrische Gleitfläche 11a auf, welche in einem Gleitlager 12 axial verschiebbar angeordnet ist. Der Aktuator 10 umfasst – wie im Wesentlichen auch aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt ist – ein Gehäuse 13 und einen Spindelantrieb 14, antreibbar durch einen Elektromotor 15 über einen Riementrieb 16. Möglich ist auch ein Rädergetriebe zum elektromotorischen Antrieb des Spindelantriebs 14. Der Spindelantrieb 14 weist eine gegenüber dem Gehäuse 13 drehbar gelagerte, axial fixierte Spindelmutter 17 auf, welche mit einer Spindel 18 über ein Bewegungsgewinde 19 in Eingriff steht. Der Gleitzapfen 11 weist eine erste Öffnung oder Bohrung 11b auf, in welcher ein Ende 18a der Spindel 18 aufgenommen ist. Die Spindel 18 und der Gleitzapfen 11 sind somit fest miteinander verbunden. Der Gleitzapfen 11 weist eine weitere Öffnung oder Bohrung 11c auf, in welcher ein als Gelenkzapfen 20 ausgebildetes Befestigungsglied einer Gelenkhülse 21 fest aufgenommen ist. Die Gelenkhülse 21, welche mit einem nicht dargestellten Lenkgestänge eines Hinterrades verbunden werden kann, ist somit fest mit dem Gleitzapfen 11 verbunden. Das Gehäuse 13 ist durch ein Gelenk 22 gegenüber der Fahrzeugstruktur abgestützt.
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Der Querschnitt des Gleitzapfens 11 kann – wie in 2 und 3 dargestellt – entweder als Kreisquerschnitt oder als Polygonquerschnitt ausgebildet sein; entsprechend ist der Querschnitt des Gleitlagers 12 angepasst. Ein Polygonquerschnitt, auch Polygonprofil genannt, ist für den Fall vorgesehen, dass der Gleitzapfen 11 die Funktion einer Verdrehsicherung gegenüber dem Gleitlager 12, welches drehfest im Gehäuse 13 abgestützt ist, übernehmen soll. Die Öffnungen 11b, 11c, welche koaxial im Gleitzapfen 11 angeordnet und vorzugsweise als Gewindesacklöcher ausgebildet sind, werden im Anschluss an die Kaltumformung des Gleitzapfens 11 Span gebend hergestellt. Möglich ist jedoch auch, den Gleitzapfen als Hohlteil durch Fließpressen herzustellen, d. h. mit koaxialen Befestigungsöffnungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gleitzapfen
- 1a
- Gleitfläche
- 1b
- Bund
- 2
- Kreisquerschnitt
- 3
- Polygonquerschnitt
- 3a
- Eckbereich
- 3b
- Eckbereich
- 3c
- Eckbereich
- 10
- Aktuator
- 11
- Gleitzapfen
- 11a
- zylindrische Gleitfläche
- 11b
- Bohrung
- 11c
- weitere Bohrung
- 12
- Gleitlager
- 13
- Gehäuse
- 14
- Spindelantrieb
- 15
- Elektromotor
- 16
- Riementrieb
- 17
- Spindelmutter
- 18
- Spindel
- 18a
- Spindelende
- 19
- Bewegungsgewinde
- 20
- Gelenkzapfen
- 21
- Gelenkhülse
- 22
- Gelenk
- d
- Durchmesser Gleitzapfen
- d1
- Durchmesser Bund
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014206934 A1 [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN 322711 [0008]
- DIN 8583 [0009]
- DIN 32711 [0019]
