DE102017211627B4 - Ball joint for a suspension arm - Google Patents
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Abstract
Kugelgelenk für einen Fahrwerklenker, mit einer Kugelpfanne (12) und einem einen Kugelkopf (9) und einen starr mit diesem verbundenen Zapfen (14) umfassenden Kugelzapfen (10), der als einteiliger, metallischer Körper ausgebildet und mit seinem Kugelkopf (9) beweglich in der Kugelpfanne (12) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelzapfen (10) zumindest bereichsweise oder vollständig als Hohlkörper ausgebildet ist. Ball joint for a suspension arm, with a ball socket (12) and a ball head (9) and a rigidly connected to this pin (14) comprehensive ball stud (10) formed as a one-piece, metallic body and with its ball head (9) movable in the ball socket (12) is mounted, characterized in that the ball pin (10) is at least partially or completely formed as a hollow body.
Description
Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk für einen Fahrwerklenker nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Fahrwerkslenker mit einem derartigen Kugelgelenk nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9 und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kugelgelenks oder eines derartigen Fahrwerklenkers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.The invention relates to a ball joint for a suspension arm according to the preamble of claim 1, a suspension arm with such a ball joint according to the preamble of
Aus der gattungsbildenden
Der
Fahrwerklenker sind Gelenkbauteile und verbinden kinematische Punkte in der Radaufhängung von Fahrzeugen und übertragen Bewegungen und Kräfte. Die Verbindung eines Fahrwerklenkers mit einem gelenkten vorderen Radträger wird in der Regel mit einem Kugelgelenk realisiert, da dieses einen zweiten Freiheitsgrad des an dem Radträger gelagerten Fahrzeugrads zum Lenken zulässt. In der Fahrwerktechnik werden heutzutage in Serienanwendungen Fahrwerklenker vorzugsweise aus Stahl oder Aluminium eingesetzt. Ferner sind Fahrwerklenker aus Faserverbundwerkstoffen bekannt. Bei diesen Fahrwerklenkern handelt es sich insbesondere um Längslenker und Querlenker. Beispielsweise werden im Fahrwerk eines Personenkraftfahrzeugs (PKW) Dreipunktlenker (3-Punkt-Lenker) als Radführungslenker eingesetzt.Suspension arms are articulated components and connect kinematic points in the suspension of vehicles and transmit movements and forces. The connection of a suspension link with a steered front wheel is usually realized with a ball joint, since this allows a second degree of freedom of the vehicle wheel mounted on the wheel for steering. In chassis technology, suspension control arms are preferably used today in series applications, preferably made of steel or aluminum. Furthermore, suspension links made of fiber composite materials are known. These suspension arms are in particular trailing arm and wishbone. For example, in the chassis of a passenger vehicle (car) three-point link (3-point link) used as Radführungslenker.
Die aus Metall, wie z.B. aus Aluminium oder aus Stahl, hergestellten Fahrwerklenker erfahren im Missbrauchsfall eine starke plastische Verformung, die z.B. durch eine Fehlstellung des Fahrzeugrads sichtbar wird. Der Fahrzeugführer kann den Schaden somit visuell und/oder durch eine Beeinträchtigung des Fahrverhaltens direkt wahrnehmen. Vorteilhaft an einem Fahrwerklenker aus Metall ist somit, dass ein durch Missbrauch verursachter Schaden durch eine plastische Verformung des Fahrwerklenkers sichtbar wird. Ferner verändert sich in der Regel gleichzeitig das Fahrverhalten des Fahrzeugs. Nachteilig ist jedoch, dass ein Fahrwerklenker aus Metall ein hohes Gewicht und eine niedrige spezifische Festigkeit aufweist sowie ggf. eine lediglich beschränkte Gestaltungsfreiheit bietet.Made of metal, such as made of aluminum or steel, produced in the case of misuse a strong plastic deformation, the e.g. is visible by a malposition of the vehicle wheel. The driver can thus perceive the damage directly visually and / or by impairing the driving behavior. An advantage of a suspension arm made of metal is thus that a damage caused by misuse by a plastic deformation of the suspension arm is visible. Furthermore, the driving behavior of the vehicle generally also changes at the same time. The disadvantage, however, is that a chassis link made of metal has a high weight and a low specific strength and optionally offers only limited freedom of design.
Bei einem Bauteil aus Faserverbundwerkstoff, insbesondere aus einem Faser-Kunststoff-Verbund (FKV), führt ein Versagen, wie z.B. ein Faserbruch oder Zwischenfaserbruch oder eine Delamination, hingegen zu Festigkeits- und Steifigkeitsverlusten oder zu einer schlagartigen Zerstörung des Bauteils. Ein Faserbruch wird beispielsweise durch faserparallele Beanspruchungen erzeugt. Ein Zwischenfaserbruch erstreckt sich insbesondere zwischen den Fasern, entweder durch die Matrix oder an einer Faser-Matrix-Grenzfläche. Ein Riss erstreckt sich z.B. parallel zur Faserrichtung. Eine Delamination beschreibt einen Trennungsbruch zwischen einzelnen Schichten des FKV-Materials und kann sich schlagartig über eine größere Fläche des Bauteils ausbreiten. Da die vorgenannten Versagensmechanismen abrupt auftreten können, sind sie bei sicherheitsrelevanten Bauteilen in der Fahrwerktechnik zu vermeiden. Insbesondere erfolgt vor dem Versagen keine plastische Verformung, die auf eine Überbeanspruchung des FKV-Bauteils hindeuten könnte. Daher ist es sinnvoll, Belastungsindikatoren in ein FKV-Bauteil zu integrieren, die im Missbrauchsfall eine Funktionsbeeinträchtigung sichtbar machen.In the case of a component of fiber composite material, in particular of a fiber-plastic composite (FKV), a failure such as e.g. a fiber break or intermediate fiber break or delamination, however, to strength and stiffness losses or to a sudden destruction of the component. Fiber breakage is generated, for example, by fiber-parallel stresses. In particular, an inter-fiber fracture extends between the fibers, either through the matrix or at a fiber-matrix interface. A crack extends e.g. parallel to the fiber direction. A delamination describes a separation break between individual layers of the FRP material and can suddenly spread over a larger area of the component. Since the abovementioned failure mechanisms can occur abruptly, they must be avoided in safety-relevant components in chassis technology. In particular, there is no plastic deformation before failure, which could indicate an overuse of the FKV component. Therefore, it makes sense to integrate load indicators into an FKV component, which make a functional impairment visible in the case of abuse.
Ein Fahrwerklenker aus Faserverbundwerkstoff, insbesondere aus einem Faser-Kunststoff-Verbund, weist z.B. ein Gewicht von 420 g auf, wohingegen ein entsprechender Fahrwerklenker aus Aluminium z.B. ein Gewicht von 688 g aufweist. Obwohl ein Fahrwerklenker aus Faserverbundwerkstoff somit leichter als ein entsprechender Fahrwerklenker aus Metall hergestellt werden kann, besteht der Wunsch fort, das Gewicht des Fahrwerklenkers weiter reduzieren zu können. Eine Möglichkeit zur Gewichtsreduzierung besteht z.B. darin, noch vorhandene Metallteile durch Kunststoffteile zu ersetzen. Beispielsweise weist der Kugelzapfen des in den Fahrwerklenker einzubauenden Kugelgelenks ein Gewicht von 210 g auf und wiegt somit ca. die Hälfte der FKV-Struktur. Problematisch ist jedoch, dass der Kugelzapfen starken Belastungen ausgesetzt ist und im Missbrauchsfall nicht brechen darf, weshalb er in der Regel aus Metall, vorzugsweise aus hochfestem Stahl besteht. Vorzugsweise soll der Kugelzapfen aus einem dehnbaren Werkstoff bestehen, der beispielsweise eine Dehnung von 20% oder mehr aufweist.A chassis link made of fiber composite material, in particular of a fiber-plastic composite, comprises e.g. a weight of 420 g, whereas a corresponding suspension arm made of aluminum, e.g. has a weight of 688 g. Although a suspension link made of fiber composite material can thus be produced more easily than a corresponding suspension link made of metal, there is a continuing desire to be able to further reduce the weight of the suspension link. One way to reduce weight is e.g. in that to replace existing metal parts with plastic parts. For example, the ball stud of the ball joint to be installed in the chassis link has a weight of 210 g and thus weighs about half of the FKV structure. The problem is, however, that the ball stud is exposed to heavy loads and may not break in abuse, which is why it is usually made of metal, preferably made of high-strength steel. Preferably, the ball stud should be made of a stretchable material having, for example, an elongation of 20% or more.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Kugelgelenk der eingangs genannten Art das Gewicht des Kugelzapfens reduzieren aber dennoch ein schlagartiges Brechen im Missbrauchsfall vermeiden zu können.Proceeding from this, the invention has the object, in a ball joint of the type mentioned reduce the weight of the ball pin but still be able to avoid a sudden breaking in abuse case.
Diese Aufgabe wird durch ein Kugelgelenk nach Anspruch 1, durch ein Fahrwerklenker mit einem derartigen Kugelgelenk nach Anspruch 9 und durch ein Verfahren nach Anspruch 10 gelöst.This object is achieved by a ball joint according to claim 1, by a suspension link with such a ball joint according to
Das eingangs genannte Kugelgelenk für einen Fahrwerklenker, mit einer Kugelpfanne und einem einen Kugelkopf und einen starr mit diesem verbundenen Zapfen umfassenden Kugelzapfen, der als einteiliger, metallischer Körper ausgebildet und mit seinem Kugelkopf beweglich in der Kugelpfanne gelagert ist, ist insbesondere dadurch weitergebildet, dass der Kugelzapfen zumindest bereichsweise oder vollständig als Hohlkörper ausgebildet ist.The aforementioned ball joint for a suspension arm, with a ball socket and a ball head and a rigid with this associated pin comprising ball pin, which is formed as a one-piece, metallic body and is mounted with its ball head movable in the ball socket, in particular further developed in that the ball pin is at least partially or completely formed as a hollow body.
Durch das zumindest bereichsweise oder vollständige Ausbilden des Kugelzapfens als Hohlkörper kann im Vergleich zum Stand der Technik Material und somit Gewicht eingespart werden. Ferner erfolgt bei einer Überbelastung des Kugelzapfens zunächst eine Verformung desselben, da der Kugelzapfen aus Metall besteht. Ein schlagartiges Brechen des Kugelzapfens bei Missbrauch kann somit vermieden werden.By at least partially or completely forming the ball stud as a hollow body material and thus weight can be saved compared to the prior art. Furthermore, in the event of an overloading of the ball stud, a deformation of the ball stud initially takes place, since the ball stud consists of metal. An abrupt breakage of the ball stud in case of abuse can thus be avoided.
Der Kugelzapfen ist oder bildet vorzugsweise einen monolithischen und/oder materialhomogenen Körper. In diesem Sinne kann das Merkmal, dass der Kugelzapfen als einteiliger Körper ausgebildet ist, insbesondere dadurch ersetzt werden, dass der Kugelzapfen als einteiliger und/oder als monolithischer und/oder als materialhomogener Körper ausgebildet ist.The ball stud is or preferably forms a monolithic and / or material-homogeneous body. In this sense, the feature that the ball stud is formed as a one-piece body, in particular be replaced by the fact that the ball stud is formed as a one-piece and / or as a monolithic and / or as a material-homogeneous body.
Bevorzugt umfasst der Kugelzapfen eine Kugelzapfenwandung. Vorzugsweise ist dem Kugelzapfen eine Zapfenlängsachse zugeordnet. Insbesondere ist der Kugelzapfen und/oder die Kugelzapfenwandung bezüglich der oder einer Zapfenlängsachse rotationssymmetrisch oder im Wesentlichen rotationssymmetrisch. Vorteilhaft liegt der Mittelpunkt des Kugelkopfes auf der Zapfenlängsachse.Preferably, the ball stud comprises a Kugelzapfenwandung. Preferably, the ball pivot is associated with a pin longitudinal axis. In particular, the ball pin and / or the Kugelzapfenwandung with respect to the or a longitudinal axis of the pin rotationally symmetric or substantially rotationally symmetrical. Advantageously, the center of the ball head is located on the pin longitudinal axis.
Der Kugelzapfen besteht bevorzugt aus einem Eisenwerkstoff, wie z.B. Stahl. Alternativ besteht der Kugelzapfen z.B. aus Titan. Obwohl Titan vergleichsweise teuer ist, können die Kosten dadurch reduziert werden, dass der Kugelzapfen nicht oder nicht vollständig aus Vollmaterial besteht, sondern zumindest bereichsweise oder vollständig als Hohlkörper ausgebildet ist.The ball stud is preferably made of a ferrous material, e.g. Stole. Alternatively, the ball stud is e.g. made of titanium. Although titanium is relatively expensive, the cost can be reduced by the fact that the ball pin is not or not completely made of solid material, but at least partially or completely formed as a hollow body.
Der Kugelzapfen ist oder wird bevorzugt durch ein generatives Fertigungsverfahren aus Metall hergestellt. Das generative Fertigungsverfahren wird z.B. als additive Fertigung bezeichnet. Beispielsweise handelt es sich bei dem generativen Fertigungsverfahren um 3D-Druck.The ball stud is or is preferably made of metal by a generative manufacturing process. The generative manufacturing process is e.g. referred to as additive manufacturing. For example, the generative manufacturing process is 3D printing.
Gemäß einer Ausgestaltung sind oder werden in dem Kugelzapfen ein oder mehrere Hohlräume vorgesehen. Beispielsweise sind der oder die Hohlräume, insbesondere durch das Material des Kugelzapfens, voneinander getrennt und/oder in mehrere Teilhohlräume unterteilt.According to one embodiment, one or more cavities are or are provided in the ball stud. For example, the cavity or cavities, in particular by the material of the ball stud, separated from each other and / or divided into a plurality of partial cavities.
Gemäß einer Weiterbildung ist oder wird in dem Kugelkopf ein Kugelkopfhohlraum vorgesehen, der vorzugsweise den Hohlraum oder einen Teil desselben oder einen der Hohlräume bildet. Beispielsweise ist der Kugelkopfhohlraum länglich oder zylindrisch. Bevorzugt ist der Kugelkopfhohlraum kugelförmig. Insbesondere bei einem kugelförmigen Kugelkopfhohlraum kann deutlich mehr Material und somit Gewicht als bei einem länglichen oder zylindrischen Kugelkopfhohlraum eingespart werden. Beispielsweise ist der Kugelkopfhohlraum, insbesondere durch das Material des Kugelzapfens, in mehrere Teilhohlräume unterteilt.According to one embodiment, a spherical head cavity is or is provided in the ball head, which preferably forms the cavity or a part thereof or one of the cavities. For example, the ball-head cavity is elongated or cylindrical. Preferably, the ball-head cavity is spherical. In particular, in a spherical ball-head cavity significantly more material and thus weight can be saved as in an elongated or cylindrical ball-head cavity. For example, the ball head cavity, in particular by the material of the ball stud, divided into a plurality of partial cavities.
Gemäß einer Ausgestaltung ist oder wird in dem Zapfen ein Zapfenhohlraum vorgesehen, der vorzugsweise den Hohlraum oder einen oder einen anderen Teil desselben oder einen oder einen anderen der Hohlräume bildet. Bevorzugt ist der Zapfenhohlraum länglich oder zylindrisch. Beispielsweise ist der Zapfenhohlraum, insbesondere durch das Material des Kugelzapfens, in mehrere Teilhohlräume unterteilt.According to one embodiment, a spigot cavity is or is provided in the spigot, which preferably forms the cavity or one or another part thereof or one or another of the cavities. Preferably, the pin cavity is elongate or cylindrical. For example, the journal cavity, in particular by the material of the ball stud, divided into a plurality of partial cavities.
Gemäß einer Weiterbildung sind oder werden in dem Kugelzapfen und/oder in dem Zapfen und/oder in dem Zapfenhohlraum und/oder in dem Kugelkopf und/oder in dem Kugelkopfhohlraum und/oder in dem oder den Hohlräumen, vorzugsweise jeweils, ein oder mehrere, beispielsweise stegförmige und/oder rippenförmige und/oder balkenförmige und/oder stangenförmige, Versteifungselemente, vorgesehen. Bevorzugt ist oder wird oder sind oder werden der Zapfenhohlraum und/oder der Kugelkopfhohlraum und/oder der Hohlraum und/oder einer der oder zumindest einer der oder die Hohlräume durch das oder die Versteifungselemente in oder jeweils in mehrere Teilhohlräume oder in oder jeweils in mehrere der Teilhohlräume oder in oder jeweils in die jeweiligen Teilhohlräume unterteilt. Beispielsweise sind die Hohlräume und/oder oder die Teilhohlräume durch die Versteifungselemente voneinander getrennt. Bevorzugt ist das oder sind die Versteifungselemente Teil des einteiligen und/oder monolithischen und/oder materialhomogenen Körpers. Durch das oder die Versteifungselemente ist es möglich, die Festigkeit des Kugelzapfens zu erhöhen.According to a further development, one or more, for example, are or will be in the ball stud and / or in the stud and / or in the stud cavity and / or in the ball head and / or in the ball head cavity and / or in the cavity or cavities web-shaped and / or rib-shaped and / or bar-shaped and / or rod-shaped, stiffening elements provided. The stud cavity and / or the ball head cavity and / or the cavity and / or one or at least one of the cavities is or will be or will be formed by the one or more stiffening elements in or in each of several part cavities or in or each one of more Partial cavities or divided into or in the respective partial cavities. For example, the cavities and / or the partial cavities are separated by the stiffening elements. Preferably, the or the stiffening elements are part of the one-piece and / or monolithic and / or material-homogeneous body. By or the stiffening elements, it is possible to increase the strength of the ball stud.
Gemäß einer Ausgestaltung ist durch die Versteifungselemente eine Fachwerkstruktur gebildet. Beispielsweise verlaufen mehrere der Versteifungselemente quer zur Zapfenlängsachse und sind in Richtung der Zapfenlängsachse zueinander beabstandet. Ergänzend oder alternativ verlaufen mehrere oder mehrere andere der Versteifungselemente z.B. schräg zur Zapfenlängsachse. Insbesondere sind durch die schräg verlaufenden Versteifungselemente ein oder mehrere Versteifungselementpaare gebildet, wobei die Versteifungselemente des oder jedes Versteifungselementpaars einander kreuzend angeordnet sind. Vorteilhaft ist das oder jedes Versteifungselementpaar zwischen zwei quer zur Zapfenlängsachse verlaufenden Versteifungselementen angeordnet. Beispielsweise verläuft durch den Schnittpunkt der einander kreuzend angeordneten Versteifungselemente des oder jedes Versteifungselementpaars eines oder jeweils eines der quer zur Zapfenlängsachse verlaufenden Versteifungselemente.According to one embodiment, a truss structure is formed by the stiffening elements. For example, several of the stiffening elements extend transversely to the pin longitudinal axis and are spaced apart in the direction of the pin longitudinal axis. Additionally or alternatively, several or more other of the stiffening elements extend, for example, obliquely to the pin longitudinal axis. In particular, one or more stiffening element pairs are formed by the oblique stiffening elements, wherein the stiffening elements of the or each stiffening element pair are arranged crossing each other. Advantageously, the or each pair of stiffening elements between two transversely arranged to the pin longitudinal axis extending stiffening elements. For example, runs through the intersection of the intersecting stiffening elements of the or each pair of stiffening element or one of the transverse to the pin longitudinal axis extending stiffening elements.
Gemäß einer Weiterbildung geht der Kugelkopfhohlraum oder einer oder wenigstens einer der Teilhohlräume des Kugelkopfes in den Zapfenhohlraum oder in einen oder in wenigstens einen der Teilhohlräume des Zapfens über. Beispielsweise bilden der Kugelkopfhohlraum und der Zapfenhohlraum einen gemeinsamen Hohlraum. Bevorzugt umschließt und/oder umringt die Kugelzapfenwandung den oder die Hohlräume und/oder Teilhohlräume, vorzugsweise vollständig oder zumindest teilweise. Beispielsweise ist der Hohlraum und/oder Kugelkopfhohlraum und/oder der Zapfenhohlraum und/oder sind die Hohlräume und/oder die Teilhohlräume als oder jeweils als Freiraum ausgebildet.According to a further development, the ball-head cavity or one or at least one of the partial cavities of the ball head merges into the journal cavity or into one or at least one of the partial cavities of the journal. For example, the ball-head cavity and the spigot cavity form a common cavity. The ball stud wall preferably surrounds and / or surrounds the hollow space and / or partial cavities, preferably completely or at least partially. For example, the cavity and / or ball-head cavity and / or the spigot cavity and / or the cavities and / or the partial cavities are formed as or in each case as a free space.
Der oder die Hohlräume und/oder die Teilhohlräume sind oder werden insbesondere zur Herabsetzung des Gewichts des Kugelzapfens vorgesehen. Ergänzend oder alternativ ist oder wird z.B. durch den oder die Hohlräume und/oder Teilhohlräume die Festigkeit des Kugelzapfens, insbesondere gezielt und/oder definiert und/oder lokal, herabgesetzt. Im Falle einer Überbelastung (Missbrauch) des Kugelzapfens ist im Bereich des oder der Hohlräume und/oder Teilhohlräume bevorzugt eine Verformung des Kugelzapfens, vorzugsweise gezielt und/oder definiert und/oder lokal, herbeiführbar. Der oder die Hohlräume und/oder Teilhohlräume bilden somit insbesondere eine oder mehrere Schwachstellen, die z.B. auch als Fuse-Points und/oder Crash-Elemente bezeichnet werden können. Die Schwachstelle oder Schwachstellen sind beispielsweise von Vorteil, wenn das Kugelgelenk in ein Bauteil aus einem Faser-Kunststoff-Verbund eingesetzt und/oder integriert ist oder wird, da somit, insbesondere bei geeigneter Auslegung der Schwachstellen, im Missbrauchsfall eine Funktionsbeeinträchtigung sichtbar gemacht werden kann.The one or more cavities and / or the partial cavities are or are provided in particular for reducing the weight of the ball stud. Additionally or alternatively, or is e.g. by the or the cavities and / or partial cavities, the strength of the ball stud, in particular targeted and / or defined and / or locally, reduced. In the event of overloading (misuse) of the ball stud, a deformation of the ball stud, preferably in a targeted and / or defined and / or local manner, can preferably be brought about in the area of the cavity or cavities and / or partial cavities. The cavity (s) and / or partial cavities thus form, in particular, one or more weak points, e.g. can also be referred to as fuse points and / or crash elements. The weak point or weak points are for example advantageous if the ball joint is used in a component made of a fiber-plastic composite and / or integrated or will, as thus, especially with a suitable design of vulnerabilities, in case of abuse, a functional impairment can be made visible.
Gemäß einer Weiterbildung weist der Zapfen auf seiner dem Kugelkopf abgewandten Stirnseite eine Öffnung auf. Insbesondere ist durch diese Öffnung hindurch der Zapfenhohlraum oder wenigstens einer der Teilhohlräume des Zapfens zugänglich. Alternativ ist der Zapfen auf seiner dem Kugelkopf abgewandten Stirnseite z.B. geschlossen ausgebildet.According to a further development, the pin has an opening on its front side facing away from the ball head. In particular, the pin cavity or at least one of the partial cavities of the pin is accessible through this opening. Alternatively, the pin is on its end facing away from the ball head, e.g. closed trained.
Gemäß einer Ausgestaltung besteht die Kugelpfanne aus demselben oder aus dem gleichen oder aus einem anderen Werkstoff als der Kugelzapfen. Bevorzugt besteht die Kugelpfanne aus Kunststoff, der vorzugsweise ein thermoplastischer Kunststoff ist. Beispielsweise besteht die Kugelpfanne aus Polyoxymethylen (POM), aus Polyamid (PA) oder Polyetheretherketon (PEEK). Vorteilhaft ist die Kugelpfanne als Lagerschale ausgebildet, die insbesondere eine Kugelschale ist oder bildet. Bevorzugt ist der Kugelzapfen mit seinem Kugelkopf gleitfähig und/oder gleitbeweglich in der Kugelpfanne gelagert. Vorzugsweise ist der Kugelzapfen mit seinem Kugelkopf drehbar und/oder schwenkbar in der Kugelpfanne gelagert. Insbesondere erstreckt sich der Kugelzapfen aus der Kugelpfanne heraus. Bevorzugt umfasst die Kugelpfanne eine Kugelpfannenöffnung, durch welche hindurch sich der Kugelzapfen aus der Kugelpfanne heraus erstreckt. Die Kugelpfannenöffnung kann z.B. auch als Lagerschalenöffnung oder als Kugelschalenöffnung bezeichnet werden.According to one embodiment, the ball socket consists of the same or of the same or a different material than the ball stud. Preferably, the ball socket made of plastic, which is preferably a thermoplastic material. For example, the ball socket made of polyoxymethylene (POM), polyamide (PA) or polyetheretherketone (PEEK). Advantageously, the ball socket is designed as a bearing shell, which is in particular a spherical shell or forms. Preferably, the ball stud is slidably mounted with its ball and / or slidably mounted in the ball socket. Preferably, the ball stud is rotatably and / or pivotally mounted in the ball socket with its ball head. In particular, the ball pin extends out of the ball socket. The ball socket preferably comprises a ball socket opening, through which the ball pin extends out of the ball socket. The ball socket opening may e.g. Also referred to as a bearing shell opening or as a spherical shell opening.
Gemäß einer Weiterbildung ist oder wird ein Gelenkgehäuse vorgesehen, in welches die Kugelpfanne, insbesondere zusammen mit dem Kugelkopf, eingebracht ist oder wird. Bevorzugt umfasst das Kugelgelenk das oder ein Gelenkgehäuse, in welches die Kugelpfanne, insbesondere zusammen mit dem Kugelkopf, eingebracht ist oder wird. Vorteilhaft umfasst das Gelenkgehäuse eine Zapfenöffnung, durch welche hindurch sich der Kugelzapfen aus dem Gelenkgehäuse heraus erstreckt. Bevorzugt besteht das Gelenkgehäuse aus Metall oder aus Kunststoff, der vorzugsweise mit Fasern verstärkt ist. Beispielsweise besteht das Gelenkgehäuse aus Aluminium, aus Magnesium oder aus einem Eisenwerkstoff, wie z.B. Stahl. Alternativ besteht das Gelenkgehäuse z.B. aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff, der vorzugsweise mit Fasern verstärkt ist, die z.B. Glasfasern und/oder Aramidfasern und/oder Kohlenstofffasern und/oder Basaltfasern umfassen.According to one embodiment, a joint housing is or is provided, in which the ball socket, in particular together with the ball head, is or is introduced. Preferably, the ball joint comprises the or a joint housing, in which the ball socket, in particular together with the ball head, is introduced or is. Advantageously, the joint housing comprises a pin opening, through which the ball pin extends out of the joint housing. Preferably, the joint housing made of metal or plastic, which is preferably reinforced with fibers. For example, the hinge housing is made of aluminum, magnesium or a ferrous material, such as aluminum. Stole. Alternatively, the hinge housing consists of e.g. of a thermoplastic or thermosetting plastic, preferably reinforced with fibers, e.g. Glass fibers and / or aramid fibers and / or carbon fibers and / or basalt fibers.
Die Erfindung betrifft ferner einen Fahrwerklenker mit einem Kugelgelenk und einem aus einem Faser-Kunststoff-Verbund bestehenden und eine Gelenkaufnahmeausnehmung umfassenden Lenkerkörper, in welche das Kugelgelenk eingebracht ist oder wird. Bei dem Kugelgelenk handelt es sich insbesondere um das zuvor beschriebene Kugelgelenk. Der Fahrwerklenker kann gemäß allen im Zusammenhang mit dem zuvor beschrieben Kugelgelenk erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet sein. Ferner kann das zuvor beschriebene Kugelgelenk gemäß allen im Zusammenhang mit dem Fahrwerklenker erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet sein. The invention further relates to a suspension link with a ball joint and consisting of a fiber-plastic composite and a Gelenkaufnahmeausnehmung comprehensive handlebar body into which the ball joint is introduced or is. The ball joint is in particular the ball joint described above. The suspension link can be developed in accordance with all embodiments explained in connection with the previously described ball and socket joint. Furthermore, the ball joint described above can be developed according to all embodiments explained in connection with the suspension control arm.
Bevorzugt ist das Kugelgelenk mit seiner Kugelpfanne und/oder mit seinem Gelenkgehäuse in die Gelenkaufnahmeausnehmung eingebracht. Insbesondere erstreckt sich das Kugelgelenk und/oder der Kugelzapfen aus dem Lenkerkörper heraus.Preferably, the ball joint is introduced with its ball socket and / or with its joint housing in the Gelenkaufnahmeausnehmung. In particular, the ball joint and / or the ball pin extends out of the link body.
Der Faser-Kunststoff-Verbund umfasst z.B. eine Matrix mit darin eingebetteten Fasern. Diese Fasern umfassen z.B. Glasfasern und/oder Aramidfasern und/oder Kohlenstofffasern und/oder Basaltfasern. Beispielsweise handelt es sich bei den Fasern um Kurzfasern und/oder um Langfasern und/oder um Endlosfasern. Die Matrix ist vorzugsweise aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff oder Harz oder Kunstharz gebildet.The fiber-plastic composite comprises, for example, a matrix with fibers embedded therein. These fibers include, for example, glass fibers and / or Aramid fibers and / or carbon fibers and / or basalt fibers. For example, the fibers are short fibers and / or long fibers and / or continuous fibers. The matrix is preferably formed from a thermoplastic or thermosetting plastic or resin or synthetic resin.
Gemäß einer Ausgestaltung ist dem Lenkerkörper eine maximale Belastung zugeordnet, wobei die Festigkeit des Kugelzapfens durch den oder die Hohlräume und/oder Teilhohlräume derart herabgesetzt ist, dass bei Erreichen oder Überschreiten der maximalen Belastung des Lenkerkörpers eine Verformung des Kugelzapfens im Bereich des oder der Hohlräume und/oder Teilhohlräume oder wenigstens eines der Hohlräume und/oder Teilhohlräume auftritt.According to one embodiment, the link body is assigned a maximum load, wherein the strength of the ball stud is reduced by the one or more cavities and / or partial cavities such that upon reaching or exceeding the maximum load of the link body deformation of the ball stud in the region of the cavities and / or partial cavities or at least one of the cavities and / or partial cavities occurs.
Der Fahrwerklenker ist z.B. ein Zweipunktlenker, ein Dreipunktlenker oder ein Mehrpunktlenker. Bevorzugt umfasst der Fahrwerklenker ein oder zwei oder mehrere zusätzliche Gelenke. Das oder jedes der zusätzlichen Gelenke ist z.B. ein Kugelgelenk oder ein Gummilager.The suspension link is e.g. a two-point link, a three-point link or a multipoint link. Preferably, the suspension arm comprises one or two or more additional joints. The or each of the additional joints is e.g. a ball joint or a rubber mount.
Bevorzugt ist der Fahrwerklenker in ein Fahrwerk eines Fahrzeugs eingebaut. Bei dem Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Kraftfahrzeug. Vorteilhaft ist der Kugelzapfen mit einem Fahrzeugbauteil verbunden, welches insbesondere ein Fahrwerkbauteil ist. Beispielsweise ist das Fahrwerkbauteil ein Radträger oder Achsschenkel. Mittels des oder der zusätzlichen Gelenke ist der Fahrwerklenker bevorzugt mit einem anderen Fahrzeugbauteil verbunden. Das andere Fahrzeugbauteil ist z.B. ein Fahrschemel oder ein Hilfsrahmen oder ein Fahrzeugaufbau. Bei jedem der genannten Fahrzeugbauteile handelt es sich insbesondere um ein Bauteil des oder eines Fahrzeugs.Preferably, the suspension arm is installed in a chassis of a vehicle. The vehicle is preferably a motor vehicle. Advantageously, the ball stud is connected to a vehicle component, which is in particular a chassis component. For example, the chassis component is a wheel or stub axle. By means of the additional joints or the suspension arm is preferably connected to another vehicle component. The other vehicle component is e.g. a subframe or a subframe or a vehicle body. Each of the vehicle components mentioned is, in particular, a component of or a vehicle.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung des oder eines zuvor beschriebenen Kugelgelenks und/oder Fahrwerklenkers, wobei die Kugelpfanne hergestellt wird und der zumindest bereichsweise oder vollständig als Hohlkörper ausgebildete Kugelzapfen durch ein generatives Fertigungsverfahren, insbesondere aus Metall, hergestellt und mit seinem Kugelkopf in der Kugelpfanne beweglich gelagert wird.The invention further relates to a method for producing the ball joint and / or suspension link described above, wherein the ball socket is produced and the ball pin formed at least partially or completely as a hollow body by a generative manufacturing process, in particular made of metal, and with his ball head in the Ball socket is movably mounted.
Das Verfahren kann gemäß allen im Zusammenhang mit dem zuvor beschrieben Kugelgelenk und/oder mit dem zuvor beschrieben Fahrwerklenker erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet werden. Ferner kann das zuvor beschriebene Kugelgelenk und/oder der zuvor beschriebene Fahrwerklenker gemäß allen im Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet sein.The method can be developed in accordance with all embodiments explained in connection with the previously described ball joint and / or with the suspension link described above. Furthermore, the previously described ball joint and / or the above-described suspension link can be developed according to all embodiments explained in connection with the method.
Bei dem generativen Fertigungsverfahren, welches z.B. auch als additive Fertigung bezeichnet wird, handelt es sich beispielsweise um 3D-Druck. Vorzugsweise werden das oder die Versteifungselemente, insbesondere unter Ausbildung der Teilhohlräume, zusammen mit dem Kugelzapfen durch das generative Fertigungsverfahren hergestellt.In the additive manufacturing process, which is e.g. Also referred to as additive manufacturing, it is for example 3D printing. Preferably, the one or more stiffening elements, in particular with the formation of the partial cavities, are produced together with the ball stud by the generative manufacturing process.
Vorteilhaft wird die Kugelpfanne aus demselben oder aus dem gleichen oder aus einem anderen Werkstoff als der Kugelzapfen hergestellt. Bevorzugt wird die Kugelpfanne aus Kunststoff hergestellt, der vorzugsweise ein thermoplastischer Kunststoff ist. Beispielsweise wird die Kugelpfanne aus Polyoxymethylen (POM), aus Polyamid (PA) oder Polyetheretherketon (PEEK) hergestellt. Vorteilhaft wird die Kugelpfanne als Lagerschale ausgebildet, die insbesondere eine Kugelschale ist oder bildet. Bevorzugt wird der Kugelzapfen mit seinem Kugelkopf gleitfähig und/oder gleitbeweglich in der Kugelpfanne gelagert. Vorzugsweise wird der Kugelzapfen mit seinem Kugelkopf drehbar und/oder schwenkbar in der Kugelpfanne gelagert. Insbesondere erstreckt sich der Kugelzapfen aus der Kugelpfanne heraus. Bevorzugt wird die Kugelpfanne mit einer Kugelpfannenöffnung versehen, durch welche hindurch sich der Kugelzapfen aus der Kugelpfanne heraus erstreckt. Die Kugelpfannenöffnung kann z.B. auch als Lagerschalenöffnung oder als Kugelschalenöffnung bezeichnet werden. Advantageously, the ball socket made of the same or of the same or of a different material than the ball stud. Preferably, the ball socket is made of plastic, which is preferably a thermoplastic material. For example, the ball socket is made of polyoxymethylene (POM), polyamide (PA) or polyetheretherketone (PEEK). Advantageously, the ball socket is designed as a bearing shell, which is in particular a spherical shell or forms. Preferably, the ball stud is mounted with its ball head slidably and / or slidably in the ball socket. Preferably, the ball pin is mounted with its ball head rotatable and / or pivotable in the ball socket. In particular, the ball pin extends out of the ball socket. Preferably, the ball socket is provided with a ball socket opening through which the ball pin extends out of the ball socket. The ball socket opening may e.g. Also referred to as a bearing shell opening or as a spherical shell opening.
Gemäß einer ersten Alternative wird die Kugelpfanne z.B. separat von dem Kugelzapfen hergestellt und/oder gefertigt. Bevorzugt wird nach der Herstellung der Kugelpfanne und des Kugelzapfens der Kugelzapfen mit seinem Kugelkopf beweglich in der Kugelpfanne gelagert. Dazu wird die Kugelpfanne insbesondere auf den Kugelkopf des Kugelzapfens aufgeschnappt.According to a first alternative, the ball socket is e.g. manufactured and / or manufactured separately from the ball stud. Preferably, after the manufacture of the ball socket and the ball stud, the ball stud is mounted with its ball head movable in the ball socket. For this purpose, the ball socket is snapped in particular on the ball head of the ball stud.
Gemäß einer zweiten Alternative wird die Kugelpfanne z.B. zusammen mit dem Kugelzapfen durch das generative Fertigungsverfahren hergestellt und/oder gefertigt. Bevorzugt wird dabei der Kugelzapfen mit seinem Kugelkopf, insbesondere beweglich, in der Kugelpfanne gelagert.According to a second alternative, the ball socket is e.g. manufactured and / or manufactured together with the ball stud by the generative manufacturing process. Preferably, the ball pin is mounted with its ball head, in particular movable, in the ball socket.
Gemäß einer Ausgestaltung wird das oder ein Gelenkgehäuse hergestellt, in welches die Kugelpfanne, insbesondere zusammen mit dem in ihr, vorzugsweise beweglich, gelagerten Kugelkopf, eingebracht wird. Vorteilhaft wird das Gelenkgehäuse mit der oder einer Zapfenöffnung versehen, durch welche hindurch sich der Kugelzapfen aus dem Gelenkgehäuse heraus erstreckt. Bevorzugt wird das Gelenkgehäuse aus Metall oder aus Kunststoff hergestellt, der vorzugsweise mit Fasern verstärkt ist oder wird. Beispielsweise wird das Gelenkgehäuse aus Aluminium, aus Magnesium oder aus einem Eisenwerkstoff, wie z.B. Stahl hergestellt. Alternativ wird das Gelenkgehäuse z.B. aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff hergestellt, der vorzugsweise mit Fasern verstärkt ist oder wird, die z.B. Glasfasern und/oder Aramidfasern und/oder Kohlenstofffasern und/oder Basaltfasern umfassen.According to one embodiment, the or a joint housing is produced, in which the ball socket, in particular together with the in her, preferably movable, mounted ball head, is introduced. Advantageously, the joint housing is provided with or a pin opening through which the ball pin extends out of the joint housing. Preferably, the joint housing is made of metal or plastic, which is or is preferably reinforced with fibers. For example, the joint housing is made of aluminum, magnesium or an iron material, such as steel. Alternatively, the joint housing is made of, for example, a thermoplastic or thermosetting plastic which is preferably reinforced with fibers comprising, for example, glass fibers and / or aramid fibers and / or carbon fibers and / or basalt fibers.
Gemäß einer Weiterbildung wird der oder ein Lenkerkörper aus einem Faser-Kunststoff-Verbund hergestellt und mit der oder einer Gelenkaufnahmeausnehmung versehen. Bevorzugt wird, insbesondere nach oder während der Herstellung des Lenkerkörpers und/oder nach der Herstellung des Kugelgelenks, die Kugelpfanne zusammen mit dem in ihr gelagerten Kugelzapfen und/oder das Kugelgelenk, insbesondere mit seiner Kugelpfanne und/oder mit seinem Gelenkgehäuse, in die Gelenkaufnahmeausnehmung eingebracht. Beispielsweise wird das Gelenkgehäuse vor oder während der Herstellung des Lenkerkörpers hergestellt. Der Faser-Kunststoff-Verbund umfasst z.B. eine Matrix mit darin eingebetteten Fasern. Diese Fasern umfassen z.B. Glasfasern und/oder Aramidfasern und/oder Kohlenstofffasern und/oder Basaltfasern. Beispielsweise handelt es sich bei den Fasern um Kurzfasern und/oder um Langfasern und/oder um Endlosfasern. Die Matrix ist oder wird vorzugsweise aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff oder Harz oder Kunstharz gebildet.According to one embodiment, the or a link body is made of a fiber-plastic composite and provided with or a Gelenkaufnahmeausnehmung. Preferably, in particular after or during the manufacture of the link body and / or after the manufacture of the ball joint, the ball socket is introduced into the Gelenkaufnahmeausnehmung together with the ball pin mounted in it and / or the ball joint, in particular with its ball socket and / or with its joint housing , For example, the joint housing is made before or during the manufacture of the handlebar body. The fiber-plastic composite comprises e.g. a matrix with fibers embedded therein. These fibers include e.g. Glass fibers and / or aramid fibers and / or carbon fibers and / or basalt fibers. For example, the fibers are short fibers and / or long fibers and / or continuous fibers. The matrix is or is preferably formed from a thermoplastic or thermosetting plastic or resin or synthetic resin.
Gemäß einer Weiterbildung ist oder wird dem Lenkerkörper eine maximale Belastung zugeordnet. Bevorzugt wird die Festigkeit des Kugelzapfens durch den oder die Hohlräume und/oder Teilhohlräume derart herabgesetzt, dass im belasteten Zustand des Fahrwerklenkers bei Erreichen oder Überschreiten der maximalen Belastung des Lenkerkörpers eine Verformung des Kugelzapfens im Bereich des oder der Hohlräume und/oder Teilhohlräume oder wenigstens eines der Hohlräume und/oder Teilhohlräume auftritt.According to one embodiment, the handlebar body is or will be assigned a maximum load. Preferably, the strength of the ball stud is reduced by the cavity or cavities and / or partial cavities such that deformation of the ball stud in the region of or cavities and / or partial cavities or at least one in the loaded state of the handlebar when reaching or exceeding the maximum load of the handlebar body the cavities and / or partial cavities occurs.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht eines Fahrwerklenkers mit einem Kugelgelenk gemäß einer ersten Ausführungsform, -
2 einen Längsschnitt durch einen Kugelzapfen des Kugelgelenks nach1 , -
3 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung des Kugelgelenks nach1 , -
4 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines alternativen Verfahrens zur Herstellung des Kugelgelenks nach1 , -
5 einen Längsschnitt durch einen Kugelzapfen für ein Kugelgelenk gemäß einer zweiten Ausführungsform und -
6 einen Längsschnitt durch einen Kugelzapfens für ein Kugelgelenk gemäß einer dritten Ausführungsform.
-
1 a perspective view of a suspension arm with a ball joint according to a first embodiment, -
2 a longitudinal section through a ball stud of the ball joint after1 . -
3 a schematic representation for illustrating a method for producing the ball joint according to1 . -
4 a schematic representation for illustrating an alternative method for producing the ball joint according to1 . -
5 a longitudinal section through a ball pin for a ball joint according to a second embodiment and -
6 a longitudinal section through a ball pin for a ball joint according to a third embodiment.
Aus
In
Aus
Separat von dem Kugelzapfen
Ferner wird das Gelenkgehäuse
Aus
Ferner wird das Gelenkgehäuse
Aus
Aus
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Fahrwerklenkersuspension arm
- 22
- Kugelgelenkball joint
- 33
- Lenkerkörper des FahrwerklenkersHandlebar body of the suspension arm
- 44
- Lenkerarmcontrol arm
- 55
- Lenkerarmcontrol arm
- 66
- GummilagerRubber bearing
- 77
- GummilagerRubber bearing
- 88th
- Übergangsbereich des LenkerkörpersTransition region of the handlebar body
- 99
- Kugelkopf des KugelzapfensBall head of ball stud
- 1010
- Kugelzapfenball pin
- 1111
- Gelenkgehäusejoint housing
- 1212
- Kugelpfanne / KugelschaleBall socket / ball cup
- 1313
- Zapfenöffnung des GelenkgehäusesPintle opening of the joint housing
- 1414
- Zapfen des KugelzapfensSpigot of ball stud
- 1515
- Mittelpunkt des KugelkopfesCenter of the ball head
- 1616
- Zapfenlängsachse des KugelzapfensJournal longitudinal axis of the ball stud
- 1717
- Hohlraum im Kugelkopf / KugelkopfhohlraumCavity in the ball head / ball-head cavity
- 1818
- Hohlraum im Zapfen / ZapfenhohlraumCavity in the journal / journal cavity
- 1919
- Versteifungselement im ZapfenStiffening element in the pin
- 2020
- KugelzapfenwandungKugelzapfenwandung
- 2121
- Schritt: Herstellung des KugelkopfesStep: Production of the ball head
- 2222
- Schritt: Herstellung des ZapfensStep: Making the pin
- 2323
- Druckkopf zur Herstellung des KugelzapfensPrinthead for producing the ball stud
- 2424
- Schritt: Aufschnappen der Kugelschale auf den KugelkopfStep: Snap the ball cup onto the ball head
- 2525
- Pfeil: Aufschnappen der Kugelschale auf den KugelkopfArrow: Snapping the ball cup onto the ball head
- 2626
- KugelgelenkbaugruppeBall joint assembly
- 2727
- GelenkaufnahmeausnehmungGelenkaufnahmeausnehmung
- 2828
- Schritt: Herstellung des Kugelkopfes und der KugelschaleStep: Production of the ball head and the ball cup
- 2929
- Schritt: Herstellung des ZapfensStep: Making the pin
- 3030
- Druckkopf zur Herstellung der KugelpfannePrinthead for the production of the ball socket
- 3131
- Versteifungselement im KugelkopfStiffening element in the ball head
- 3232
- Teilhohlraum im ZapfenPartial cavity in the journal
- 3333
- Teilhohlraum im KugelkopfPartial cavity in the ball head
Claims (14)
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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-
2017
- 2017-07-07 DE DE102017211627.7A patent/DE102017211627B4/en not_active Expired - Fee Related
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DE102017211627A1 (en) | 2019-01-10 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |