DE1922123A1

DE1922123A1 - Verfahren zum Herstellen von Kugelgelenken fuer den Kraftfahrzeugbau

Info

Publication number: DE1922123A1
Application number: DE19691922123
Authority: DE
Inventors: Powell Thomas Charles
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1968-05-06
Filing date: 1969-04-25
Publication date: 1969-11-13
Also published as: FR2007913A1; US3555662A; GB1198420A

Description

Patentanwalt * *\ g 2 2123

DipMng, K. Walther

ftalitardlee 9 W-Vh-2479

Ti 25.4.69

General Motors Corporation, Detroit, Mich·, V.St.A.

Verfahren zum Herstellen von Kugelgelenken für den Kraftfahrzeugbau

Sie Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen you Kugelgelenken für den Kraftfahrzeughau, hei dem in eine die Kugel aufnehmende Pfanne unter Einwirken einer axialen Kraft ein Deckel teleskopartig bewegt und dann mit der Pfanne fest verbunden wird.

Der Einsatz derartiger Kugelgelenke im Kraftfahrzeugbau erfolgt in zweierlei Weise. Bei der einen Verwendung überträgt das Kugelgelenk Kräfte, während es in einer anderen lastfrei bleibt. Die kraftübertragenden Kugelgelenke, die auf Druck oder Zug beansprucht sein können, erfordern keine Vorbelastung der Kugel in Bezug zur Pfanne, da das Gewicht des

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■ Fahrzeugs die nötige Anlage zwischen Kugel und Pfann gewähr- ^: leistet. Lastfreie Kugelgelenke dagegen, die im wesentlichen

; für die Einhaltung einer gewünschten Geometrie, beispielsweise ί im Lenkgestänge» verwendet werden, benötigen eine dauernde Vorspannung innerhalb des Gelenks, um die Kugel in Anlage gegen die Pfanne zu halten. Bei den laatfreien Kugelgelenken wird in der Praxis in der Regel eine verhältnismässig starke Torbelastung gewählt, um zusätzlich einen Widerstand gegen ein drehendes Moment zu bilden, wodurch das Ansprechen der Lenkung des Fahrzeugs verbessert wird·

Bei bekannten Kugelgelenken wird die Torbelastung der Kugeln in Richtung auf die Pfanne durch Schraubenfedern, Tellerfedern oder Gummifedern bewirkt, die unter Spannung zwischen der Kugel und einem Deckel dee Kugelgelenks angeordnet sind. Üblicherweise hängt die Torspannung dieser Peder allein von dem gegebenen Abstand zwischen dem Deckel und der Kugel ab. Dieser Abstand ist jedoch infolge der sich summierenden Herstellungetoleranzen der einzelnen Teile unterschiedlich· Selbst bei Zulassen nur geringer Herstellungstoleranzen ergeben sich infolge des nur geringen Baums für die Unterbringung der Peder sehr starke Unterschiede der Torspannung· Diese Änderungen der Torspannung erschweren es innerhalb einer Serie von Kugelgelenken, ein gleicbmässiges Ansprechen der

Lenkung zu gewährleisten.

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Wie bereits erwähnt, sind diese Umstände bei

einem Kugelgelenk, das Kraft überträgt, nicht vorhanden. Jedoch ist auch bei diesen anzustreben, dass das Spiel innerhalb d«e Kugelgelenks bei Fortfall der übertragenen Kraft, beispielsweise bei aufgebocktem Fahrzeug, nur gering ist, da ein zn grosses Spiel bei der Nachkontrolle häufig als Anzeichen tine» fehlerhaften oder stark abgenutzten Kugelgelenks gedeutet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Kugelgelenk der beschriebenen Art, gleichgültig ob es kraft übertrage net 1st oder last frei arbeitet, eine genaue Anlage der Kugel gegen die Pfanne zu gewährleisten und im Falle eines lastfreien Kugelgelenke eine konstante Torbelastung innerhalb des Gelenks innerhalb einer Fertigungsreihe zu gewährleisten·

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass dies durch lusüben einer von aussen einwirkenden eingestellten Kraft ermöglicht werden kann, während dies bei Abstellen auf den Abstand zwischen dem Deckel und der Kugel des Kugelgelenks nicht der Fall ist.

Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass die axiale Kraft auf einen bestimmten Wert eingeregelt während der Verbindung des Deckels mit der Pfanne aufrechterhalten wird.

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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verbinden des Deckels mit der Pfanne mittels einer ringförmigen Schweissnaht erfolgt, wozu die zu verbindenden Teile relativ zu einem auf die Verbindungsstelle zwischen Deckel und Pfanne gerichtetes Elektronenstrahlsckv/eissgerät gedreht werden. Hierbei ist es zweckmässig, wenn ein Lagersitz mit einer Vorspannungsfeder " zwischen dem Deckel und der Pfanne eingesetzt werden, bevor diese fest miteinander verbunden werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der

Erfindung ist vorgesehen, dass die teleskopartige Bewegung des Deckels in die Pfanne über mit Pestsitz zusammenpassende zylindrische Aussenflächen des Deckels und zylindrische Innenflächen der Pfanne erfolgt.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Iq den Zeichnungen ist Pig. 1 eine perspektivische schematische Dar-

. stellung einer Montagevorrichtung für den Zusammenbau von Kugelgelenken nach der Erfindung,
Pig. 2 ein Längsschnitt durch ein Kugelgelenk

mit Vorbelastung und

Pig. 3 ein Längsschnitt durch ein Kugelgelenk das spielfrei Kräfte überträgt.

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In Pig. 2 ist ein Vorspannung aufweisendes

Kugelgelenk 2 dargestellt, wie es Üblicherweise in Fahrzeugaufhängungen verwendet wird, um den oberen Aufhängungslenker mit dem oberen Ende eines Achsschenkels zu verbinden, welch beide Teile in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Das Kugelgelenk 2 enthält einen Kugelzapfen 4 mit einem Schaft 6, der in einem Gewinde δ endet. Am oberen Ende ist ein halbkugelförmiger Kopf 10 gebildet, auf dessen Unterseite eine Ringschulter 12 gebildet ist. Ein üblicher lagerring 14 aus gesintertem Eisen umgibt den Schaft 6 und liegt von unten gegen die Schulter 12 an. Der Kopf 10 des Kugelgelenkzapfens und der Lagerring 14 sind von einer Pfanne 16 umgeben, die einen teilkugelförmigen Wandteil 18 hat, an dem sich die äussere Fläche des Lagerringes 14 abstützt. Dieser Wandteil endet in einer elliptischen öffnung 20, die den Schaft 6 umgibt. Der Wandteil 18 geht in einen nach oben gerichteten zylindrischen Wandteil 22 über, an dessen Ende ein radial nach aussen gerichteter Plansch 24 gebildet ist. Zentrisch über dem Kopf 10 ist ein napfförmiger lagersitζ 28 vorgesehen, der mit einer konkaven Fläche 26 gegen den Kopf 10 anliegt. Innerhalb des napfförmigen Sitzes 23 ist ein Element 30 aus einem.elastomeren Werkstoff, im Ausführungsbeispiel Gummi, angeordnet, das sich an einem in entgegengesetzter Richtung offenen napfförmigen Deckel 32 abstützt. Der Deckel 32 hat eine nach unten gerichtete zylindrische Wand 34, die mit festem Sitz teleskopartig in

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die Pfanne 16 eingreift.

Ein wesentliches Merkmal bei dem Herstellungs-

verfahren nach der Erfindung besteht darin, dass zunächst die einzelnen Teile des Kugelgelenks lose in ifcfer beschriebenen Weise zueinander zusammengesetzt werden. Hierauf werden sie in eine Halterung eingesetzt, in der die Pfanne 16 in fester Lage senkrecht gehalten ist. Auf den Deckel 32 wird dann von aussen eine eingestellte axiale Kraft ausgeübt, die den Deckel soweit in die Pfanne drückt, bis das Gummielement 30 soweit unter Druck gesetzt ist, dass sich die Kräfte ausgleichen. Während das Gummielement 30 in dieser gespannten Lage gehalten wird, erfolgt die Verbindung der Wand 34 des Deckels 32 mit der Innenwand 22 der Pfanne im Bereich einer Verbindungsnaht 36, worauf die damit fest miteinander verbundenen !Peile aus der Halterung entnommen werden können. Durch dieses Herstellungsverfahren ist die Vorspannung, die den einzelnen Kugelgelenken erteilt wird, innerhalb einer Fertigungsreihe konstant und entspricht der von aussen ausgeübten eingeregelten Kraft. Auf diese Weise sind die Einflüsse der Herstellungstoleranzen der Einzelteile ohne Einfluss auf die dem Kugelgelenk erteilte Vorspannung.

Pur eine bevorzugte Verfahrensführung wird eine Vorrichtung gemäss Pig. 1 verwendet. Bei dieser sind mehrere Halterungen 38 mit Abstand über den Umfang eines Revolver--.

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tellers 40 angeordnet, wobei jede Halterung in der Senkrechten innerhalb eines Lagers 42 verschieblich ist. Jede Halterung enthält ein Antriebeelement 44» dem ein übliches nicht näher dargestelltes Antriebselement zugeordnet ist, das eine drehende Bewegung ausübt. Eine feste Schweissstation 46 enthält eine nach unten gerichtete Welle 48, deren unteres Ende 50 als fester Anschlag ausgebildet ist· Sie Revolverscheibe 40 hat eine übliche Teileinrichtung, die ^

nicht näher dargestellt ist, um nacheinander die Halter genau senkrecht ausgerichtet unter die Schweifstation 46 zu bewegen, so dass die geometrischen Achsen der Halterung mit der des Anschlages 50 übereinstimmen. Während der Drehung des Antriebselements 44 wird die Halterung 3ö innerhalb des Lagers 42 durch eine nicht dargestellte Hubeinrichtung angehoben, wobei die ausgeübte Kraft von einer die Vorspannung messenden Eichstation 54 bestimmt wird. Wie bereits erwähnt, werden die Einzeltelle des Kugelgelenks lose zusammengesetzt und mit dem Flansch 24 in einer ring- ( formigeα Ausnehmung 52 abgestützt in die Halterung 38 eingesetzt. Der Revolvertisch wird dann in den Bereich der Schweißstation 46 bewegt. Sodann wird die Hubeinrichtung j betätigt und der Halter 38 gegen den Anschlag 50 bewegt. Nachdem der Deckel 32 gegen den Anschlag 50 zur Anlage gekommen ist, bewirkt die weiter wirkende Hubeinrichtung ein j

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Eintreten des Deckels 32 in die Pfanne 16 bis die Vorspannung im Grummielement 30 der eingestellten Vorspannungskraft entspricht. Diese Vorspannung wird aufrechterhalten, während das Drehen des Halters 38 eingeleitet wird. Gleichzeitig wird die Schweißstation eingeschaltet, indem eine Elektronenstrahlschweissvorrichtung 56 einen Elektronenstrahl auf die Verbindungsstelle zwischen dem Deckel 32 und dem Flansch 24 richtet. Es ergibt sich eine über den Umfang -verlaufende abdichtende und feste Schwelssung 36 zwischen dem Deckel und der Pfanne. Nach Herstellung der Schweissung wird die Schweißstation abgeschaltet und der Halter gesenkt. Der Revolvertisch wird dann zur nächsten Station weitergedreht, worauf sich das Arbeitsspiel wiederholt.

Die Verwendung eines Elektronenstrahls zum

Schweissen hat den Vorteil; dass die lokalisierte Konzentration der Schweisswärme und die Schnelligkeit des SchweIssvorganges keinen schädlichen Einfluss auf den Gummi der Feder aueübt, wie dies bei normalen Schweissverfahren unvermeidlich wäre. Zusätzlich benötigt die Schwelssung mit Elektronenstrahlen keine Flussmittel oder andere Zusätze, wie sie beim üblichen Schweissen erforderlich sind, wodurch die Möglichkeit chemischer Verunreinigungen im Inneren des Kugelgelenks beseitigt ist. Da ausserdem nur ein geringes radiales Spiel zwischen dem Deckel 32 und dem inneren Umfang der Pfanne 16 besteht,

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ist die konzentrische Lage der Teile des Kugelgelenks wesentlich verbessert, wodurch ihre Arbeitsweise vorteilhafter ist.

In Fig. 3 ist ein anderes Kugelgelenk dargestellt, das Kraft übertragen kann und nach dem gleichen Verfahren hergestellt ist. Da bei derartigen Kugelgelenken die Anlage zwischen Kugel und Pfanne durch das Gewicht des Fahrzeugs gegebmist, ist der Lagersitz 28 und das Gummielement 30 entbehrlich. Stattdessen ist der Deckel 60 selbst mit einer teilkugelförmigen Fläche 62 versehen, in die die Kugel 64 genau passt. Die hohe Vorspannung, wie sie bei Kugelgelenken gemäss Fig. 2 erforderlich ist, ist bei einem Kugelgelenk dieser Art gemäss Fig. 3 weder erwünscht noch notwendig, so dass die bei der Herstellung auszuübende Kraft nur so hohh gewählt werden muss, dass eine Anlage zwischen dem Deckel 60 der Kugel 64 und der kugligen Fläche 66 der Pfanne 68 gegeben ist. Da, wie erwähnt, nur ein begrenztes radiales Spiel zwischen den senkrechten Wänden 70 des Deckels 60 und den benachbarten Innenwänden der Pfanne erforderlich ist, ergibt sich auch in diesem Falle eine sehr genaue konzentrische Lage zwischen der Kugel, dem Deckel und der Pfanne.

Das erfindungsgemässe Verfahren stellt eine neue und verbesserte Arbeitsmethode dar, um eine gleich-

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massige und genaue Fertigung von Kugelgelenken für den Kraftfahrzeugbau zu ermöglichen. Hierdurch wird nicht nur eine leistungsfähige Massenherstellung ermöglicht» sondern darüber hinaus der Vorteil erreicht, dass die Herstellungstoleranzen der einzelnen Teile des Kugelgelenks nicht mehr kritisch für die Qualität des Kugelgelenks sind.

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Claims

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Patentansprüche :

U Verfahren zum Herstellen von Kugelgelenken

für den Kraftfahrzeughau, hei dem in eine die Kugel auf- j j nehmende Pfanne unter Einwirken einer axialen Kraft ein . ; j Deckel teleskopartig bewegt und dann mit der Pfanne fest j verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Kraft auf einen bestimmten Wert eingeregelt während der Verbindung des Deckels (32,60) mit der Pfanne (16),68) aufrechterhalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

' zeichnet, dass das Verbinden des Deckels (32,60) mit ■■ der Pfanne (16,68) mittels einer ringförmigen Schweissnaht (36) erfolgt, wozu die. zu verbindenden Teile relativ zu einem auf die Verbindungsstelle zwischen Deckel und Pfanne gerichtetes Elektronenstrahlschweissgerät (56) gedreht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagersitz (28) mit einer Vorspannungsfeder (30) zwischen dem Deckel (32) und der Pfanne (16) eingesetzt werden, bevor diese fest miteinander verbunden werden.

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4· Verfahren nach elaem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die teleskopartige Bewegung des Deckels (32,60) in die Pfanne (16,68) über mit Eeatsitz zusammenpassende zylindrische Aussenflachen (34»70) des Deckels und zylindrische Ioe^nnflachen (22,66) der Pfanne erfolgt.

^ßÄD ORIGINAL

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