DE19748117A1

DE19748117A1 - Kugelzapfen

Info

Publication number: DE19748117A1
Application number: DE19748117A
Authority: DE
Inventors: Joerg Hagemes; Martina Beyer
Original assignee: ZF Lemfoerder GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 1999-05-27
Anticipated expiration: 2017-11-01
Also published as: DE19748117C2; US6739788B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kugelzapfen eines Kugelgelenks für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10.

Ein derartiger Kugelzapfen eines Kugelgelenks für Kraftfahrzeuge ist beispielsweise aus der Patentschrift DE 44 63 584 C2 bekannt. Diese Kugelzapfen finden mit den Ausbildungsmerkmalen des Oberbegriffs häufig Anwendung bei hochbelasteten Kugelgelenken in Fahrwerken von Kraftfahrzeugen und werden seit Jahrzehnten in großer Stückzahl von den einschlägigen Herstellern produziert. Der Kugelzapfen besteht aus einer Gelenkkugel und einem damit verbundenen, im wesentlichen zylinderförmigen Zapfen. Der Zapfen ist zumindest über einen wesentlichen Teil seiner Länge mit einem Gewinde versehen, so daß der Kugelzapfen mit dem Zapfen in eine hierfür vorgesehene Öffnung, eines Kraftfahrzugbauteiles eingeführt werden kann um mit Hilfe einer auf dem Gewinde des Zapfens verschraubten Mutter an diesem befestigt zu werden. Meist ist auf der Seite der Gelenkkugel eine Stützfläche vorgesehen, mit der sich der Zapfen gegen die Anpreßkraft der mit dem Gewinde verschraubten Mutter abstützt.

Will man bei der Montage oder Demontage des Kugelzapfens die obenbeschriebene Mutter anziehen beziehungsweise lösen, so ist es notwendig, den Kugelzapfen selbst mit dem damit verbundenen Zapfen festzuhalten um zu verhindern, daß sich der Zapfen mit der Mutter dreht. In den bekannten Ausführungsformen wird dies meist dadurch erreicht, daß am Zapfen innen oder außen ein Vielzahn-Eingriff (Torx), ein Innensechskant, ein Außensechskant o. ä. vorgesehen wird, mit dessen Hilfe ein gegenläufiges Drehmoment zwischen der festzuziehenden oder zu lösenden Mutter und dem Zapfen selbst erreicht werden kann. Es hat sich jedoch beim praktischen Einsatz gezeigt, daß zum Beispiel durch Steinschlag und Witterungseinflüsse sehr häufig eine Zerstörung des Vielzahn-Eingriffes auftritt, so daß es zu großen Problemen bei der Demontage des Kugelgelenkes kommt. Da aufgrund der Zerstörung des Vielzahn-Eingriffes ein Festhalten des Kugelzapfens nicht möglich ist und in der Regel auch durch den Gebrauch des Fahrzeuges das Gewinde am Zapfen stark verschmutzt und schwergängig ist, dreht sich nach einem Überschreiten des Lösemomentes der Mutter der gesamte Zylinderzapfen mit der Mutter mit. Somit ist ein Lösen des Zylinderzapfens kaum oder nur sehr erschwert möglich.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, den bekannten Kugelzapfen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 dahingehend weiterzuentwickeln, daß ein Verdrehen des Kugelzapfens beim Lösen oder Festsetzen des Kugelzapfens in einem Kraftfahrzeugbauteil verhindert wird.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Demgemäß wird vorgeschlagen, einen Kugelzapfen eines Kugelgelenks für Kraftfahrzeuge mit einer Gelenkkugel und einem mit der Gelenkkugel verbundenen Zapfen dahingehend weiter zu verbessern, daß zumindest ein wesentlicher Teil des Zapfens unrund ausgebildet wird. Durch diese unrunde Ausbildung eines wesentlichen Teils des Zapfens wird erreicht, daß der Zapfen sich bezüglich einer Drehung in dem Kraftfahrzeugbauteil, mit dem der Zapfen verbunden werden soll oder verbunden ist, abstützen kann. Hierzu muß der unrunde Teil des Zapfens zumindest teilweise im Bereich der Öffnung des Kraftfahrzeugbauteils liegen, durch die der Zapfen des Kugelzapfens eingesteckt wird. Diese Öffnung des Kraftfahrzeugbauteils kann beispielsweise ein Langloch in dem Kraftfahrzeugbauteil oder eine, entsprechend der unrunden Form des Zapfens nachgebildete, Öffnung darstellen. Durch die unrunde Ausbildung des Zapfenteils, der in die Öffnung des Kraftfahrzeugbauteils einragt, kann auf vorteilhafte Weise auf einen Vielzahn-Eingriff am Kugelzapfen oder eine sonstige weitere mögliche Verdrehsicherung des Kugelzapfens verzichtet werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der unrunden Form des wesentlichen Teils des Zapfens kann darin liegen, den Zapfen oval oder eckig, zum Beispiel in Form eines Vierkants oder Mehrkants, auszubilden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kugelzapfens kann der Kugelzapfen zwischen dem Kugelgelenk und dem Zapfen selbst eine gesonderte Stützfläche aufweisen, die sich beispielsweise gegen eine gegenüberliegende Oberfläche des Kraftfahrzeugbauteiles, mit dem der Kugelzapfen verbunden werden soll, beim Festschrauben mit Hilfe einer Mutter abstützen kann. Hierbei kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn die Stützfläche eben und senkrecht zur Zapfenmittelachse des Zapfens verläuft.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Kugelzapfens besteht darin, zumindestens einen Teil der Länge des Zapfens mit einer Anschlußkontur zu versehen. Dies kann beispielsweise ein Gewinde, ein Preßsitz, ein Bajonett oder eine andere ähnliche im Stand der Technik an sich bekannte Anschlußkontur sein.

Bei der Ausbildung der Kontur ist es von Vorteil, wenn - im Querschnitt durch die Zapfenmittelachse gesehen - die Querschnittsfläche des Teils des Zapfens, der die Anschlußkontur aufweist, innerhalb der Kontur der Querschnittsfläche des unrunden Teils des Zapfens liegt. Mit anderen Worten soll vorteilhaft bei einem Querschnitt senkrecht durch die Zapfenmittelachse des Zapfens die Querschnittsflächen des Teils des Zapfens, der die Anschlußkontur trägt vollständig innerhalb der Querschnittsfläche des unrunden Teils liegen. Damit ist gewährleistet, daß der gewindetragende Teil des Zapfens auch durch alle Öffnungen zu führen ist, durch die der unrunde Teil des Zapfens paßt. Bei dieser Betrachtungsweise wird von einer koaxialen Lage der beiden Querschnittsflächen und einer Betrachtung der Querschnittsflächen in Richtung der Zapfenmittelachse des Kugelzapfens ausgegangen.

Eine andere vorteilhafte Ausbildung des Kugelzapfens besteht darin, daß der Zapfen an der der Gelenkkugel gegenüberliegenden Seite eine Einkerbung oder Nut aufweist. Hierdurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, eine genaue Ausrichtung des Kugelzapfens bei der Montage des Kugelzapfens in dem Kraftfahrzeugbauteil zu erreichen, beziehungsweise diese zu erleichtern.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt des Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen, die an sich bekannte Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges zur gefederten Verbindung mindestens eines Rades mit dem Rahmen beziehungsweise dem Chassis des Kraftfahrzeuges mit mindestens einem Federbein und mindestens einem Querlenker dahingehend zu verbessern, daß als kraftschlüssige Verbindung zwischen mindestens einem Federbein und mindestens einem Querlenker ein Kugelgelenk vorgesehen wird. Dieses Kugelgelenk kann in vorteilhafter Weise eine Verdrehsicherung aufweisen, wie sie im vorhergehenden Text oder auch in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen oder den Ansprüchen beschrieben ist.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispiele und den Zeichnungen näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 Die Ansicht eines Kugelzapfens in Pfeilrichtung A gemäß der Darstellung in Fig. 3;

Fig. 2 Die Ansicht eines Kugelzapfens in Pfeilrichtung B gemäß der Darstellung in Fig. 3;

Fig. 3 Den Querschnitt C-C durch einen Kugelzapfen gemäß der Darstellung in Fig. 2;

Fig. 4 Querschnitt durch Kraftfahrzeugbauteil mit Kugelzapfen;

Fig. 5 Aufsicht auf eine Radaufhängung;

Fig. 6 Vorderansicht der Radaufhängung gemäß Fig. 5;

Fig. 7 Ansicht unterer Querlenker;

Fig. 8 Detailansicht Querlenker mit Kugelgelenken;

Fig. 9 Querschnitt Kugelgelenk am Querlenker.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen die Ansichten A und B sowie den Schnitt C-C durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kugelzapfens. In der Fig. 1 ist in der Ansicht A der Kugelzapfen 1 mit der obenangeordneten Gelenkkugel 2, die auf ihrer Oberseite eine ebene Abplattung aufweist, dargestellt. An der Unterseite der Gelenkkugel 2 schließt sich ein Zwischenstück 6 mit einer Einschnürung 6.1 an, das in den eigentlichen Zapfen 3 übergeht. Die Einschnürung 6.1 des Zwischenstücks 6 trägt dazu bei, den Bewegungsradius des Kugelgelenks zu erhöhen. Unterhalb des Zwischenstückes 6 befindet sich eine Stützfläche 4, die senkrecht zu der Zapfenmittelachse 5 verläuft. Der Zapfen 3 weist zwei Teilabschnitte auf. Einen ersten Teilabschnitt 3.1 mit einer erfindungsgemäß unrunden Kontur und einem zweiten Teilabschnitt 3.2, der über eine Anschlußkontur - hier ein Außengewinde - verfügt. Der unrunde Teilabschnitt 3.1 des Zapfens 3 ist zwischen der Stützfläche 4 und dem gewindetragenden Teil des Zapfens 3.2 angeordnet.

Fig. 2 zeigt die Ansicht B gemäß der Darstellung in Fig. 3.

In der Fig. 3, die den Schnitt C-C senkrecht zur Zapfenmittelachse 5 des Zapfens 3 zeigt, ist die Kontur der Querschnittsfläche 3.1.1 des unrunden Teils 3.1 des Zapfens 3 besonders gut zu erkennen. Die Kontur weist eine etwa ovale Form auf, mit einem kleinen Abstandsmaß "d" und einem großen Abstandsmaß "D". Die runde Kontur der Querschnittsfläche 3.2.1 des gewindetragenden Teils 3.2 des Zapfens 3 liegt in dieser Sicht innerhalb der Kontur der Querschnittsfläche 3.1.1, so daß der Zapfen 3 ungehindert in eine entsprechend ausgeformte Öffnung, zum Beispiel die eines Kraftfahrzeugbauteils, bis zur Auflage auf die Stützfläche 4 eingeführt werden kann.

In den Fig. 2 und 3 ist zusätzlich die Nut 3.2.2 am Ende des Zapfens 3 dargestellt, die beim Einbau des Kugelzapfens als Orientierungshilfe zum Ausrichten des Kugelzapfens dienen kann.

Mit "L" wurde dabei die Breite der Nut 3.2.2 bezeichnet. Als Näherungswert für die Bestimmung der Maße eines erfindungsgemäßen Kugelzapfens kann beispielsweise gelten: D = 2 R + L, wobei "R" der Radius des Halbkreises der annähernd ovalen Querschnittsfläche 3.1.1 sein soll. Selbstverständlich kann der Radius des Halbkreises auf der einen Seite der Nut von dem Radius auf der anderen Nutseite abweichen. Es ist also nicht zwingend der gleiche Betrag von "R" zur Realisierung des Erfindungsgedankens erforderlich, so daß auch unsymmetrische Querschnittsgeometrien der Querschnittsfläche 3.1.1 denkbar sind.

Die Fig. 4 zeigt eine Einbausituation eines Kugelzapfens in ein Kraftfahrzeugbauteil 8. Das schraffiert gezeichnete Kraftfahrzeugbauteil 8 weist eine langgestreckte Öffnung 7 auf, in die der unrunde Teil 3.1 des Zapfens 3 eingreift. Wird der Zapfen 1 mit einer Mutter auf dem gewindetragenden Teil 3.2 des Zapfens 3 an dem Kraftfahrzeugbauteil 8 befestigt, so verhindert die unrunde Kontur des Teils 3.1 eine Verdrehung des Zapfens relativ zu dem Kraftfahrzeugbauteil 8 beim Festschrauben oder Lösen der Mutter. Damit ist es nicht mehr notwendig, den Zapfen 1 endseitig mit einem Vielzahn-Eingriff oder einer sonstigen Verdrehsicherung auszustatten und es ist auch möglich, den Zapfen nach einer längeren Einsatzzeit ohne Schwierigkeiten zu demontieren.

In den Fig. 5 bis 9 ist eine Weiterführung des Erfindungsgedankens, nämlich eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges, bei dem als kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Federbein und dem Querlenker ein Kugelgelenk vorgesehen ist, dargestellt.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Aufsicht und eine Vorderansicht einer beispielhaften Achse mit einer Radaufhängung 10 von oben, mit einer Teilansicht des Rahmens 11 des Kraftfahrzeuges. Diese Radaufhängung umfaßt je aufzuhängendem Rad in bekannter Weise einen oberen Querlenker 14, einen unteren Querlenker 15 mit einer Spurstange 16 und ein mit dem unteren Querlenker verbundenes Federbein 12. Die beiden Querlenker rechts und links sind über einen Querstabilisator 13 verbunden. Erfindungsgemäß wird die Verbindung zwischen dem Federbein 12 und dem unteren Querlenker 15 mit Hilfe eines Kugelgelenks 17 verwirklicht, bei dem vorzugsweise ein zuvor beschriebener Kugelzapfen in wenigstens einem Kugelgelenk eingesetzt wird.

Ein Querlenker 15 der Radaufhängung 10 ist in der Fig. 7 in einer Detailzeichnung mit dem Kugelgelenk 17 dargestellt.

Die Fig. 8 zeigt einen Schnitt durch das im Querlenker 15 eingebaute Kugelgelenk 17. Der Querlenker 15 weist eine Öffnung 7 auf, in die der Kugelzapfen 1 mit dem Zapfen 3 eingesteckt ist. Der Kugelzapfen 1 liegt mit seiner Stützfläche 4 auf der Oberseite des Querlenkers auf. Vorteilhaft ist es, wenn die Öffnung 7 eine unterschiedliche Längen- und Breitenausdehnung aufweist und der Zapfen 3 des Kugelgelenks zumindest teilweise in diesem Bereich der Öffnung 7 komplementär ausgebildet ist. Hierdurch wird bewirkt, daß sich der Zapfen mit einer Teilfläche des unrunden Abschnitts des Zapfens gegen einen Teil der Wandung der Öffnung gegen eine Verdrehung abstützen kann. Der unrunde Teil 3.1 des Zapfens 3 durchdringt die ebenfalls unrunde Öffnung 7 des Querlenkers 15 und der gewindetragenden Teil 3.2 des Zapfens 3 ragt aus dem Querlenker 15 an der Unterseite heraus. Auf den gewindetragenden Teil 3.2 des Zapfens 3 ist eine Mutter 9 aufgeschraubt, die den Kugelzapfen 1 fest mit dem Querlenker 15 verbindet. Durch die oben beschriebene Ausführung sowohl der Kraftfahrzeugbauteilöffnung 7 als auch des Zapfens 3 des Kugelzapfens 1 wird verhindert, daß sich beim Lösen der Mutter 9 auch der Kugelzapfen 1 mitgedreht wird, wodurch ein sicheres und problemloses Lösen des Kugelzapfens 1 vom Querlenker 15 ohne sonstige besonderen Maßnahmen zum Festhalten des Kugelzapfens 1 möglich ist. Dies ist auch dann besonders vorteilhaft, wenn der obere Teil des Kugelzapfens durch sonstige Bauteile so abgedeckt ist, daß er nicht durch Werkzeuge am Verdrehen gehindert werden kann.

In der Fig. 9 ist nochmals der Querschnitt durch das Kugelgelenk zur Befestigung des Federbeins am unteren Querlenker 15 im Detail dargestellt. Im Kugelgelenk ist gestrichelt die Gelenkkugel 2 mit dem Zwischenstück 6, dem umrunden Teil des Zapfens 3.1 und dem gewindetragenden Teil des Zapfens 3.2 zu sehen. Der gewindetragende Teil 3.2 trägt die Mutter 9, die den Kugelzapfen mit der Stützfläche 4 gegen eine gegenüberliegende Fläche des unteren Querlenkers preßt und damit am Querlenker 15 befestigt. Erfindungsgemäß kann der unrunde Teil des Zapfens 3.1 als Oval ausgebildet werden, so daß ein Verdrehen des Kugelzapfens gegenüber dem Querlenker verhindert wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, den unrunden Teil 3.1 des Zapfens 3 in Form eines Vierkants auszubilden, so daß jeweils eine Verdrehung des Zapfens innerhalb einer ebenfalls unrund ausgebildeten Öffnung verhindert werden kann.

Die Ausführung einer Radaufhängung, bei der die Verbindung zwischen Federbein und Querlenker mit Hilfe eines Kugelgelenkes verwirklicht wird, ist auch ohne einen unrunden Teilabschnitt des Kugelzapfens besonders vorteilhaft, da durch das Kugelgelenk eine besonders hohe Beweglichkeit des Federbeins erreicht wird und sich dadurch keine Verspannungen von dem sich bewegenden Querlenker in das Federbein übertragen werden können. Eine Ausgestaltung des Kugelzapfens mit der oben beschriebenen Verdrehsicherung verbessert jedoch das Montage- und Demontageverhalten der Radaufhängung, insbesondere des Querlenkers und des Federbeins, in entscheidender Weise.

Mit den aufgezeigten Ausführungsformen ist es gegenüber dem Stand der Technik nun einerseits möglich, bei der Ausführung der Kugelzapfen auf einen Vielzahn-Eingriff (Torx) zu verzichten, wobei gleichzeitig auf sichere Weise ein Verdrehen des Kugelzapfens bei der Montage beziehungsweise Demontage verhindert wird. Weiterhin wird durch die Verwendung eines Kugelzapfens als Befestigungselement für das Federbein in einer Radaufhängung in vorteilhafter Weise gegenüber dem Stand der Technik dafür gesorgt, daß eine Verspannung des Federbeins vermieden wird, da dieses nun weitgehend freibeweglich am Querlenker befestigt ist und somit eine bessere Funktion des Federbeins beziehungsweise der Radaufhängung erreicht.

Bezugszeichenliste

1

Kugelzapfen

2

Gelenkkugel

3

Zapfen

3.1

unrunder Teil des Zapfens

3.1.1

Kontur des unrunden Teils des Zapfens

3.2

gewindetragender Teil des Zapfens

3.2.1

Kontur des gewindetragenden Teils des Zapfens

3.2.2

Nut

4

Stützfläche

5

Zapfenmittelachse

6

Zwischenstück

6.1

Einschnürung

7

Öffnung im Kraftfahrzeugbauteil

8

Kraftfahrzeugbauteil

9

Mutter

10

Radaufhängung

11

Rahmen

12

Federbein

13

Querstabilisator

14

oberer Querlenker

15

unterer Querlenker

16

Spurstange

17

Kugelgelenk

Claims

1. Kugelzapfen (1) eines Kugelgelenks für Kraftfahrzeuge mit einer Gelenkkugel (2) und einem mit der Gelenkkugel (2) verbundenem Zapfen (3), dadurch gekennzeichnet, daß ein wesentlicher Teil (3.1) des Zapfens (3) zur Verdrehsicherung des Kugelzapfens unrund ausgebildet ist.

2. Kugelzapfen gemäß dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der unrunde Teil (3.1) des Zapfens (3) oval oder eckig ausgebildet ist.

3. Kugelzapfen gemäß einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelzapfen (1) zwischen Gelenkkugel (2) und Zapfen (3) eine Stützfläche (4) aufweist.

4. Kugelzapfen gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfläche (4) eben und senkrecht zur Zapfenmittelachse (5) des Zapfens (3) verläuft.

5. Kugelzapfen gemäß einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (3) zumindest über einen Teil seiner Länge (3.2) eine Anschlußkontur aufweist.

6. Kugelzapfen gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußkontur ein Gewinde ist.

7. Kugelzapfen gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußkontur ein Preßsitz ist.

8. Kugelzapfen gemäß einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (3) an dem der Gelenkkugel (2) gegenüberliegenden Ende eine Einkerbung oder Nut (3.2.2) aufweist.

9. Kugelzapfen gemäß einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur der Querschnittsfläche (3.2.1) des Teils (3.2) des Zapfens (3) mit Anschlußkontur von der Anschlußseite aus betrachtet innerhalb der Kontur der Querschnittsfläche (3.1.1) des unrunden Teils (3.1) des Zapfens (3) liegt.

10. Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges zur gefederten Verbindung mindestens eines Rades mit dem Rahmen (11) beziehungsweise dem Chassis des Kraftfahrzeuges mit mindestens einem Federbein (12) und mindestens einem Querlenker (14, 15), dadurch gekennzeichnet, daß als kraftschlüssige Verbindung zwischen mindestens einem Federbein (12) und mindestens einem Querlenker (14, 15) ein Kugelgelenk (17) vorgesehen ist.

11. Radaufhängung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelgelenk (17) einen Kugelzapfen (1) aufweist, der die Merkmale eines der Ansprüche 1-7 aufweist.

12. Radaufhängung gemäß einem der Ansprüche 10-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Radaufhängung (10) einen oberen und einen unteren Querlenker (14, 15) aufweist.

13. Radaufhängung gemäß einem der Ansprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Radaufhängung (10) mindestens einen Querstabilisator (13) aufweist.

14. Radaufhängung gemäß einem der Ansprüche 11-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Radaufhängung (10) mindestens eine Spurstange (16) aufweist.

15. Radaufhängung gemäß einem der Ansprüche 10-14, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (3) des Kugelzapfens (1) des Kugelgelenkes (17) in den Querlenker (14, 15), insbesondere den unteren Querlenker (15), eingreift.