DE3826987A1 - Verfahren zur herstellung eines kugelgelenkes - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines kugelgelenkes

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenkes und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenkes, das beispielsweise in einem Fahrzeug verwendet wird.
Es wird auf die Beschreibung des Standes der Technik Bezug genommen.
Ein bekanntes und typisches Kugelgelenk, das zwei Bestandteile eines Fahrzeuges schwenkbar verbindet, ist in Fig. 4 dargestellt. Ein Kugelgelenk (100) dieser Bauart umfasst ein Lager (102) mit einem Befestigungsabschnitt (101), an dem das Lager (102) an einem ersten (nicht dargestellten) Bestandteil des zugeordneten Fahrzeuges befestigt ist, eine Lagerschale (106), die in eine Ausnehmung (108) des Lagers (102) eingepasst ist und eine Ausnehmung (105) aufweist, deren Form komplementär zur äusseren Ausbildung eines Kugelabschnittes (104) eines Kugelzapfens (103) zur Halterung des Kugelabschnittes (104) ausgebildet ist, und ein Abschlussteil (107), das den Kugelabschnitt (104) über die Lagerschale (106) innerhalb des Lagers (102) hält. Wird der Kugelabschnitt (104) des Kugelzapfens (103) gedreht, während er innerhalb der Ausnehmung (105) der Lagerschale (106) gleitet, so kann der Kugelzapfen (103), der mit einem zweiten (nicht dargestellten) Bestandteil des Fahrzeuges verbunden ist, sich relativ zum Lager (102) in gewünschten Richtungen, wie beispielsweise der Richtung (A), verschwenken.
Zur Herstellung und Montage eines derartigen Kugelgelenkes (100) wird ein Einpasskörper hergestellt, indem ein Kugelabschnitt (104) eines Kugelzapfens (103) in eine Ausnehmung (105) eingepasst wird, die in einer biegsamen und einstückigen Lagerschale (106) mit hoher Genauigkeit hergestellt wurde, oder ein zusammengesetzter Körper wird gefertigt, indem eine Lagerschale (106) zusammengefügt wird, die aus mindestens zwei Komponenten besteht, die zusammen eine Ausnehmung (105) bilden, die mit hoher Genauigkeit geformt und bearbeitet ist und einen Kugelzapfen (103) umgibt. Anschliessend wird der auf diese Weise hergestellte Einpasskörper oder zusammengefügte Körper in eine Ausnehmung (108) eines Lagers (102) eingepasst. Schliesslich wird ein Einpassteil (107) in eine Nut eingesetzt, die vorher in der inneren Umfangswand des Öffnungsabschnittes der Ausnehmung (108) des Lagers (102) gebildet wurde, und der Abschlussteil (107) wird anschliessend in solcher Weise eingestemmt, dass er den eingepassten oder zusammengefügten Körper an einem Austritt vom Lager (102) hindert.
Jedoch ist es erforderlich, wie aus der obigen Beschreibung klar ersichtlich ist, dass die Elemente des Kugelgelenkes (100), wie beispielsweise die Lagerschale (106), mit hoher Genaugikeit geformt und bearbeitet werden. Dies bedingt, zusammen mit der verhältnismässig grossen Anzahl von erforderlichen Bauelementen, eine Anzahl der erforderlichen Herstellungsverfahren und macht die Herstellungskosten verhältnismässig hoch.
Fig. 5 zeigt ein weiteres bekanntes Kugelgelenk (115). Bei der Herstellung des Kugelgelenkes (115) wird, anstelle einer Verwendung des Abschlussteils (107) zur Verhinderung einer Trennung und eines losen Sitzes zwischen der Lagerschale (106) und dem Kugelabschnitt (104),der Öffnungsrandabschnitt (111) eines Lagers (110) eingestemmt, so dass der Kugelabschnitt (104) des Kugelzapfens (103) gleitend innerhalb einer Ausnehmung (114) gehalten wird, die durch die zusammengefügten Lagerteile (113, 112) gebildet wird und mittels des biegsamen Lagerabschnittes (112) an seinem Platz gehalten wird.
Jedoch ist es beim Herstellungsverfahren des Kugelgelenkes (115) wesentlich, ein Lagerelement zu verwenden. Da die Lagerteile (112, 113) mit hoher Genauigkeit hergestellt sein sollten und ferner eine verhältnismässig grosse Anzahl von Bauelementen oder -teilen und Herstellungsverfahren erforderlich sind, werden die Fertigungskosten verhältnismässig hoch.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorausgehend aufgeführten Nachteile des Standes der Technik realisiert. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenkes zu schaffen, das in der Lage ist, mühelos und sicher ein Kugelgelenk zu liefern, das eine minimale Anzahl von Bauteilen aufweist und verhältnismässig kostengünstig ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Herstellungsverfahren für ein Kugelgelenk gelöst, das folgende Schritte umfasst: während ein Kugelabschnitt eines Kugelzapfens des Kugelgelenkes in eine Form eingebracht wird, wird ein Lagerkörper derart gegossen, dass er eine einstückige, den Kugelabschnitt umgebende Anordnung bildet; anschliessend wird eine Kraft auf die Aussenwand des Lagerkörpers mittels einer Anzahl Walzen eines Walzwerkes derart ausgeübt, dass diese Kraft eine Verformung des Lagerkörpers verursacht, damit der Kugelabschnitt des Kugelzapfens relativ zum Lagerkörper gleitend drehbar ist.
Somit ist das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenkes in der Lage, mühelos und sicher ein Kugelgelenk bei verhältnismässig verringerten Kosten zu liefern, bei dem kein Lagerbestandteil verwendet werden muss.
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenkes entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Lager des Kugelgelenkes aus einem Metall gefertigt, das einen Schmelzpunkt hat, der niedriger als jener des Werkstoffes ist, der den Kugelabschnitt des Kugelzapfens des Kugelgelenkes bildet. Der hier verwendete Ausdruck "Metall" bezieht sich entweder auf einen Werkstoff aus einem Einzelmetall, das aus einem metallischen Element besteht, oder aus einer Legierung, die aus zwei oder mehr metallischen Elementen besteht. In einigen Fällen kann ein geringer Anteil von einem nicht-metallischen Element oder mehreren nicht-metallischen Elementen vorhanden sein. Ist der Kugelabschnitt des Kugelzapfens beispielsweise aus Stahl SCM 435 gebildet, so kann das Metall für das Lager beispielsweise Silumin (alpax) ADC 12 sein.
Ferner wird beim Herstellungsverfahren für das Kugelgelenk gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Film oder eine Schicht aus Schmieröl zwischen der Umfangswand einer Ausnehmung des Lagers und der äusseren Umfangsfläche des Kugelabschnittes des Kugelzapfens gebildet.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine erläuternde Ansicht, die einen Verfahrensschritt zur Herstellung eines Kugelgelenkes im Einklang mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung angibt, bei welchem, nachdem ein Lagerkörper gegossen oder gussgeformt wurde, auf den gussgeformten und somit halbfertigen Körper des Lagers mittels Walzen eines Walzwerkes eine gewisse Verformungskraft ausgeübt wird, um eine Bewegung des halbfertigen Lagerkörpers relativ zu einem Kugelabschnitt eines Kugelzapfens zu gestatten:
Fig. 2 eine Schnittansicht, die einen Verfahrensschritt gemäss der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt, bei dem der Lagerkörper gussgeformt wird;
Fig. 3 eine Schnittansicht, die ein Kugelgelenk darstellt, das durch das Verfahren entsprechend der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäss den Fig. 1 und 2 hergestellt wurde; und
Fig. 4 und 5 Schnittansichten, die jeweils ein Kugelgelenk zeigen, das mittels eines üblichen Verfahrens gefertigt wurde.
Es wird auf die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform Bezug genommen. Das Herstellungsverfahren des Kugelgelenkes entsprechend der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 beschrieben.
Fig. 3 stellt ein Kugelgelenk (10) dar, das durch das erfindungsgemässe Verfahren hergestellt wurde. In den Fig. 1 bis 3 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Kugelzapfen, der aus Stahl besteht und der einen Kugelabschnitt (2) und einen Zapfenabschnitt (3) umfasst. Der Zapfenabschnitt (3) hat an seinem einen Ende einen Gewindeabschnitt (4), der in einen ersten Bestandteil des zugeordneten Fahrzeuges geschraubt werden kann (die beide nicht dargestellt sind). Das Bezugszeichen (5) bezeichnet ein Lager (5), das mit einer Ausnehmung (6) gebildet ist, die einen Innendurchmesser hat, der im wesentlichen gleich gross wie der Aussendurchmesser des Kugelabschnittes (2) des Kugelzapfens (1) ist oder eine Formgebung, die komplementär zu jener des Kugelabschnittes (2) ist. Das Lager bildet eine einstückige Anordnung aus einem in hohem Masse abriebfesten Metall mit einem Schmelzpunkt, der niedriger als jener von Stahl ist, wie beispielsweise SCM 435, ist. Die Ausnehmung (6), deren Innendurchmesser im wesentlichen gleich gross wie der Aussendurchmesser des Kugelabschnittes (2) des Lagers (5) ist, hält den Kugelabschnitt (2) derart, um eine Gleit- und Rollbewegung des Kugelabschnittes (2) in ihr zu gestatten. Das Lager (5) kann derart gestaltet sein, dass es eine Aussenform aufweist, die sich zur Befestigung an dem (nicht dargestellten) zweiten Bestandteil des Fahrzeuges eignet.
Gemäss Fig. 3 wird ein Film oder eine Schicht (8) aus Schmieröl in einem sehr engen Spalt (7) zwischen der Wand der Ausnehmung (6) des Lagerkörpers (5) und dem Kugelabschnitt (2) des Kugelzapfens (1) gebildet, wobei der Spalt (7) in Fig. 3 aus Gründen der Klarheit ziemlich vergrössert dargestellt ist (in der Tat ist, da der Innendurchmesser der Ausnehmung (6) und der Aussendurchmesser des Kugelabschnittes (2) wie vorausgehend erwähnt wurde, im wesentlichen gleich gross sind, der Spalt (7) sehr schmal, hat jedoch eine ausreichende Grüsse, um die Schicht (8) aus Schmieröl im wesentlichen über den gesamten Umfang des Kugelabschnittes (2) zu bilden.
Die Schicht (8) aus Schmieröl muss nicht getrennt vorgesehen werden, falls das Lager (5) aus einem Werkstoff mit Schmiervermögen gefertigt ist oder falls der den Lagerkörper (5) bildende Werkstoff mit Schmieröl imprägniert ist.
Bei einem Kugelgelenk (10) mit dem vorausgehend beschriebenen Aufbau wird der Kugelabschnitt (2) des Kugelbolzens (1) durch die Ausnehmung (6) des Lagerkörpers (5) gehalten, wobei lediglich die Schicht (8) dazwischen liegt, so dass der Kugelabschnitt (2) relativ zum Lagerkörper (5) während einer Gleitbewegung gedreht werden kann. Infolge dieser Anordnung ist weder ein Abschlussteil noch eine Lagerschale erforderlich, so dass weniger Bauelemente benötigt werden. Dies ermöglicht es, dass das Kugelgelenk (10) durch vereinfachte Verfahren hergestellt und zusammengefügt wird, womit eine Verringerung der Fertigungskosten erzielt wird.
Das Kugelgelenk (10) wird durch das erfindungsgemässe Verfahren gefertigt und vorzugsweise in folgender Weise, die beispielhaft erläutert wird.
Zunächst hat gemäss Fig. 2 ein unterer Formteil (12) einer Formvorrichtung eine Ausnehmung (13), um eine Halterung zu bilden, und eine Durchtrittsöffnung (14) erstreckt sich durch den Boden der Ausnehmung (13). Ein Zapfenabschnitt (3) eines Kugelzapfens (1), dessen Kugelfläche vorausgehend mit einem Trennmittel oder Formfreigabemittel beschichtet wurde, wird von oben durch die Durchtrittsöffnung (14) nach unten eingesetzt. Bei diesem Vorgang wird der Basisteil (16) eines Kugelabschnittes (2) in enge Anlage mit einem sich verjüngenden Lochabschnitt (15) gebracht, der den oberen Rand der Durchtrittsöffnung (14) umgibt, und gleichzeitig wird der erweiterte Zwischenabschnitt (17) des Zapfenabschnittes (3) im wesentlichen in enge Anlage mit der zugeordneten Fläche der Durchtrittsöffnung (14) gebracht. Anschliessend wird ein oberer Formteil (18) auf den unteren Formteil (12) derart aufgebracht, dass die Ausnehmung (13) des unteren Formteils (12) zur Bildung einer umschlossenen Kammer (19) im wesentlichen umschlossen ist. Eine gewisse Menge geschmolzenen Silumins (alpax) mit einem Schmelzpunkt, der niedriger als jener von Stahl ist, wird eingegossen und bei normalem oder erhöhtem Druck über einen (nicht dargestellten) Einlass im oberen Formabschnitt (18) in die im wesentlichen umschlossene Kammer (19) geladen. Hat sich das die Kammer (19) ausfüllende Silumin (alpax) abgekühlt und erhärtet, so wird ein halbfertiger Körper eines Lagers (5) als einteilige Anordnung gebildet. Da der halbfertige Lagerkörper (20) während der Abkühlung geringfügig geschrumpft ist, wird der Lagerkörper (20) im wesentlichen auf den Kugelabschnitt (2) des Kugelzapfens (1) aufgespannt oder befestigt, wenn die Form geöffnet und der Lagerkörper (20) aus den Formteilen (18, 12) entnommen wird.
Anschliessend wird gemäss Fig. 1 eine Einheit (21), die durch den halbfertigen Lagerkörper (20) und den Kugelzapfen (1) gebildet wird und die aus der Form entnommen wurde, in Anlage mit drei Walzen (31, 32, 33) des Walzwerkes gebracht und zwischen ihnen gehalten. Insbesondere wird die Einheit (21) durch diese Walzen (31, 32, 33) an oder in der Nachbarschaft des Abschnittes der Einheit (21) gehalten, wo der Durchmesser des Kugelabschnittes (2) und des Kugelabschnittes (1) in einem parallel zur Ebene der Fig. 1 liegenden Querschnitt (normal zur Achse des Kugelzapfens (1)) sein Maximum aufweist. Während die Einheit (21) in solcher Weise gehalten wird, werden die Walzen (31, 32, 33) in der gleichen Richtung (B) gedreht, während sie eine zur Achse des Kugelabschnittes (2) gerichtete Druckkraft auf die Aussenwand des halbfertigen Körpers (20) ausüben, so dass eine Verformungskraft auf den halbfertigen Lagerkörper (20) ausgeübt wird und der Lagerkörper (20) somit einem geringen oder schwachen Walzvorgang ausgesetzt wird. Während dieses Vorganges dreht sich die Einheit (21) ebenfalls, jedoch in Richtung (C). Infolgedessen veranlasst die auf den halbfertigen Lagerkörper (20) ausgeübte Verformungskraft die kugelförmige Ausnehmung (6) des Lagerkörpers (20), sich von der kugelförmigen, äusseren Umfangsfläche des Kugelabschnittes (2) zu lösen. Somit kann die Ausnehmung (6) vom Kugelabschnitt (2) mühelos und sicher getrennt werden, und nachdem dies erfolgte, wird der halbfertige Kugelkörper (20) als Lager (5) fertiggestellt, das relativ zum Kugelabschnitt (2) gleitend und drehbar ist. Durch diese Trennung wird ein schmaler Spalt (7) zwischen der Umfangsfläche der Ausnehmung (6) des Lagers (5) und der äusseren Umfangsfläche des Lagerabschnittes (2) des Kugelzapfens (1) gebildet. Das Schmieröl wird in eine ringförmige oder kugelförmige Ausnehmung (9) gegossen, die durch das Lager (5) und den Kugelzapfen (1) gebildet wird, und unter diesen Bedingungen wird ein weiteres Walzen vorgenommen. Da der neu gebildete Teil des Spaltes (7) in einem Vakuum oder unter Unterdruck steht, füllt das eingegossene Schmieröl mühelos den Spalt (7) zur Bildung einer Schicht (8) aus Schmieröl. Die Ausbildung der Schicht (8) aus Schmieröl kann entweder während der Herstellung oder vor dem Einsatz vorgenommen werden, d.h. bevor das Kugelgelenk (10) am Fahrzeug oder dergleichen befestigt wird.

Claims (1)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenkes, gekennzeichnet durch folgende Schritte: während ein Kugelabschnitt (2) eines Kugelzapfens (1) des Kugelgelenkes (10) in eine Form eingebracht wird, wird ein Lagerkörper (5; 20) derart gegossen, dass er eine einstückige, den Kugelabschnitt (2) umgebende Anordnung bildet; anschliessend wird eine Kraft auf die Aussenwand des Lagerkörpers mittels einer Anzahl Walzen (31, 32, 33) eines Walzwerkes derart ausgeübt, dass diese Kraft eine Verformung des Lagerkörpers verursacht, damit der Kugelabschnitt des Kugelzapfens relativ zum Lagerkörper (5; 20) gleitend drehbar ist.
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