DE4403584C2

DE4403584C2 - Kugelzapfen eines Kugelgelenks für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE4403584C2
Application number: DE4403584A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Lustig; Reinhard Dipl Ing Buhl
Original assignee: ZF Lemfoerder GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1994-02-05
Filing date: 1994-02-05
Publication date: 1997-09-04
Anticipated expiration: 2014-02-06
Also published as: ES2126159T3; BR9500429A; DE59504371D1; JPH07259840A; US6113303A; DE4403584A1; JP2783383B2; EP0667464A2; EP0667464A3; EP0667464B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kugelzapfen eines vorzugsweise hochbelastbaren Kugelgelenkes für Kraftfahrzeuge.

Ein Kugelzapfen mit diesen Ausbildungsmerkmalen entspricht dem praktizierten Stande der Technik bei hochbelastbaren Kugelgelenken in Fahrwerken von Kraftfahrzeugen und ist in den vergangenen Jahrzehnten in sehr großer Stückzahl von den einschlägigen Herstellern produziert worden. Die Herstellung erfolgt einstückig durch mechanische Bearbeitung eines gegebenenfalls vorgeformten Rohlings. Unterschiedliche Zapfengrößen erfordern somit unterschiedliche Rohlinge und entsprechend unterschiedliche Maschinensteuerungsprogramme für die Bearbeitung in der Serienfertigung. Ein besonderes Problem stellt die durch die mechanische Bearbeitung entstehende Kerbwirkung an der Oberfläche des Halses des Zapfenstumpfes an dessen hinterschnittenem Übergang in die Gelenkkugel dar, weil dadurch die Dauerbelastbarkeit erheblich reduziert wird.

Schwierig ist auch die Erfüllung hoher Anforderungen an einen Korrosionsschutz, vor allem am Hals des Zapfenstumpfes, an dessen Übergang in die Gelenkkugel. Dieser Korrosionsschutz wird bei den bekannten Kugelzapfen der millionenfach produzierten, einteiligen Bauart durch ein sehr aufwendiges Verfahren partiell aufgebracht.

Die DE-GM 18 54 243 offenbart ein Winkelzapfengelenk für Lenkgestänge, das einen zweiteilig ausgebildeten Kugelzapfen aufweist, wobei der Kugelzapfen eine Gelenkkugel aus Kunststoff aufweist. Diese wird auf den Gewindezapfen aufgeschraubt oder auf einen zylindrischen Zapfen aufgesteckt oder vernietet oder in beliebig anderer Weise mechanisch befestigt.

Auf jeden Fall ist aber eine zusätzliche Verklebung der Gelenkkugel und des Zapfens notwendig, um einen festen Sitz der Gelenkkugel zu erreichen.

Der zusätzliche Arbeitsgang des Verklebens von Gelenkkugel und Zapfen ist arbeitsintensiv, gesundheitsschädlich und bewirkt eine nur bedingte Haltbarkeit.

Aus der DE-GM 16 75 000 geht darüber hinaus ein einteiliger Kugelzapfen hervor, der auf kaltem oder auf warmem Weg durch Pressen hergestellt wird. Die derart erzeugten Rohlinge müssen nachträglich mechanisch bearbeitet werden und erhalten zusätzlich eine Oberflächenbehandlung. Die Oberflächenbehandlung erfolgt in einem Tauchbad, so daß der gesamte Zapfen beschichtet wird. Auf der Gelenkkugel ist der Oberflächenschutz jedoch zumeist unerwünscht, so daß hier eine nochmalige mechanische Bearbeitung erfolgen muß.

Aus der FR 1 089 717 ist ein für einen speziellen Anwendungsfall konstruiertes Kugelgelenk bekannt, bei dem die Gelenkkugel mit einem Innenkonus einer Durchgangsbohrung auf einen Außenkonus eines Befestigungszapfens an einem Zapfenstumpf durch eine Gewindeschraube axial aufgepreßt ist. Eine sehr ähnliche Verbindung einer Gelenkkugel mit einem Zapfenstumpf ist auch aus der GB 1 020 671 für ein Gelenk relativ großer Abmessung bekannt. Solche Kugelzapfenausbildungen sind aufwendig und für große Stückzahlen zur Verwendung in hochbelasteten Kugelgelenken ebensowenig geeignet wie für die Übertragung von größeren Drehkräften zwischen der Gelenkkugel und dem Zapfenstumpf.

Die Befestigung einer Gelenkkugel aus Kunststoff auf einem zylindrisch ausgebildeten Kugelzapfen aus Stahl für geringbelastete Kugelgelenke zur Verwendung in Bedienungsgestängen oder dergleichen ist aus der DE-AS 11 05 292 bekannt. Durch das DE- GM 17 08 040 wird eine Lagerung kugelförmiger Steuerzapfen offenbart, bei der ein kugelförmiges Kopfteil für sich aus einem harten Material hergestellt und mit einer Sackbohrung auf einen Zapfen aus einem zähen, elastischen Material aufgesteckt ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kugelzapfenausbildung für hochbelastbare Kugelgelenke im Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges zu schaffen, welche im Hinblick auf große Stückzahlen kostengünstig mit modernen Fertigungsmethoden herstellbar ist und dabei in einem hohen Maße eine Anpassung an unterschiedliche Kugelgelenkgrößen gestattet.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Ausbildungsmerkmale des Patentanspruches 1.

Durch eine solche Ausbildung des Kugelzapfens ist es möglich, einheitlich ausgebildete Gelenkkugeln und unterschiedliche Zapfenstumpfe miteinander zu kombinieren, um dadurch ein Baukastensystem aufzubauen, durch das die Herstellunskosten erheblich reduziert werden können. Durch die Verbindung der Gelenkkugel mit einem durch Kaltumformung hergestellten Zapfenstumpf werden Kerbwirkungen an der Oberfläche des Kugelzapfens vermieden. Vorzugsweise wird für die Herstellung des Zapfenstumpfes ein Fließpreßverfahren zur Kaltumformung angewandt, so daß Oberflächen sehr genauer Güte entstehen und eine höhere Festigkeit des Zapfenstumpfes gegenüber herkömmlichen Kugelzapfen erreicht wird, die durch eine mechanische Bearbeitung profiliert wurden. Dies führt zu erheblichen Funktionsverbesserungen und einer Erhöhung der Dauerbelastbarkeit. Bei der Herstellung des Zapfenstumpfes werden die festigkeitserhöhenden Eigenschaften eines Kaltfließpreßverfahrens ausgenutzt. Dabei sorgt die Verformung des Befestigungszapfens zur Verbindung der Gelenkkugel mit dem Zapfenstumpf für eine sichere Verbindung zwischen diesen beiden Teilen auch ohne konische Paßflächen, die eine besondere Bearbeitung erforderlich machen würden. Die Durchgangsöffnung der Gelenkkugel und der Befestigungszapfen des Zapfenstumpfes weisen einen komplementär ineinandergreifenden Querschnitt zylindrischer Grundform auf. Eine Bearbeitung des durch Kaltumformung hergestellten Zapfenstumpfes ist nicht erforderlich. Ein hohe Anforderungen erfüllender Korrosionsschutz ist mit einfachen Mitteln erreichbar.

Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindungsmerkmale dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Kugelzapfens mit Schnitt durch die Gelenkkugel,

Fig. 2 eine Gelenkausbildung zur Hälfte in Ansicht und zur Hälfte im Schnitt und

Fig. 3 eine Seitenansicht eines gegenüber der Fig. 1 abweichend ausgebildeten Kugel zapfens mit Balghaltenut und Schnitt durch die Gelenkkugel.

Der Kugelzapfen nach dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 besteht aus dem Zapfenstumpf 1 und der Gelenkkugel 2, die beide unabhängig voneinander hergestellt und danach dauerhaft miteinander verbunden sind. Der Zapfenstumpf 1 ist mit einem Außenkonus 3 in einen entsprechenden Innenkonus eines Kraftfahrzeugteiles einsetzbar. Die Gelenkkugel 2 wird mit einer Lagerschale in das Gehäuse eines Kugelgelenks eingesetzt, welches mit einem anderen Kraftfahrzeugteil verbindbar ist.

Der Zapfenstumpf 1 weist an dem einen axialen Ende einen Befestigungszapfen 4 auf, auf den die Gelenkkugel 2 mit einer zylindrischen Durchgangsbohrung 5 drehfest aufgesteckt ist. Zur Verbindung der Gelenkkugel 2 mit dem Befestigungszapfen 4 dient ein am freien Ende dem Befestigungszapfens 4 vorgesehener Bördelrand 6, welcher nach dem Aufstecken der Gelenkkugel 2 auf den Befestigungszapfen 4 nach außen umgebördelt wird. Der drehfeste Sitz der Gelenkkugel 2 auf dem Befestigungszapfen 4 wird dadurch erreicht, daß der Befestigungszapfen 4 und die Durchgangsöffnung 5 der Gelenkkugel 2 komplementär ineinandergreifende Querschnittsprofile aufweisen. Es sind zum Beispiel längsverlaufende Keile oder Rippen für diesen Zweck vorgesehen. Nicht ausgeschlossen werden soll eine konische Ausbildung des Befestigungszapfens 4 und der Durchgangsbohrung 5 für spezielle Anwendungsfälle.

Auf den in Anpassung an spezielle Anwendungsfälle im Kaltfließpreßverfahren paßgenau hergestellten Zapfenstumpf 1 ist eine vorzugsweise gleichbleibend bemessene Gelenkkugel 2 mit entsprechender Bearbeitung und behandelter Kugeloberfläche 7 drehfest aufgesetzt. Gleichbleibende Kugelabmessungen ermöglichen einen erheblich verringerten Aufwand für die mechanische Bearbeitung und für die Vergütung der Gelenkkugel 2. Mittel zum Korrosionsschutz können vor allem auf den Hals 8 des Zapfenstumpfes 1 vor dem Aufbringen der Gelenkkugel 2 mit einfachen Mitteln aufgebracht werden, wobei dieser Korrosionsschutz gegenüber herkömmlichen Kugelzapfen vor allem in der Kehle zwischen der Gelenkkugeloberfläche 7 und dem Hals 8 des Zapfenstumpfes 1 verbessert ist. Sowohl die Gelenkkugel 2 als auch der Zapfenstumpf 1 bestehen aus metallischem Werkstoff und sind daher für hochbelastbare Kugelgelenke besonders geeignet.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist der Bördelrand 6 des Befestigungszapfens 4 zur Verringerung der Bauhöhe des Gelenks nach innen in die Gelenkkugel 2 verlegt. Am Innenmantel der Durchgangsbohrung 5 der Gelenkkugel 2 und am Außenmantel des Befestigungszapfens 4 sind dazu in Achsrichtung des Zapfenstumpfes wirksame Stützflansche 9 oder in der Wirkung vergleichbare Ausbildungen vorgesehen.

In der Fig. 3 ist eine gegenüber der Darstellung in Fig. 1 abgeänderte Ausbildung des Zapfenstumpfes 1 und des an ihm ausgebildeten Befestigungszapfens 4 gezeichnet, wobei letzterer zum Beispiel ein unrundes Querschnittprofil aufweist und in ein komplementäres Profil der Gelenkkugel eingesetzt und befestigt, zum Beispiel eingeschrumpft, ist. Der Zapfenstumpf 1 weist außerdem eine umlaufende Befestigungsnut 10 für das eine Ende eines zwischen dem Gehäuse eines Kugelgelenks und dem Kugelzapfen angeordneten Dichtungbalgs auf.

Bezugszeichenliste

1 Zapfenstumpf
2 Gelenkkugel
3 Außenkonus
4 Befestigungszapfen
5 Durchgangsbohrung
6 Bördelrand
7 Kugeloberfläche
8 Zapfenhals
9 Stützflansch
10 Befestigungsnut

Claims

1. Metallischer Kugelzapfen eines Kugelgelenkes für Kraftfahrzeuge, welcher mit einer an einem Ende eines Zapfenstrumpfes ausgebildeten Gelenkkugel in einer Lagerschale eines Gehäuses allseitig beweglich gelagert ist, wobei eine mechanisch bearbeitete Gelenkkugel (2) mit einer profilierten Durchgangsöffnung (5) drehfest auf einen endseitig mit einem Bördelrand (6) versehenen, komplementär zu der Durchgangsöffnung (5) geformten Befestigungszapfen (4) eines durch Kaltumformung hergestellten Zapfenstumpfes (1) in Richtung der Längsachse des Zapfenstumpfes (1) aufgesteckt und durch Verformung des Bördelrandes (6) des Befestigungszapfens (4) gehalten ist.

2. Metallischer Kugelzapfen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine an der Oberfläche (7) mechanisch bearbeitete Gelenkkugel (2) auf einen fließgepreßten Zapfenstumpf (1) drehfest aufgesteckt und durch Kaltverformung eines Bördelrandes (6) am Ende des Befestigungszapfens (4) am Zapfenstumpf (1) befestigt ist.

3. Metallischer Kugelzapfen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnung (5) der Gelenkkugel (2) und der Befestigungszapfen (4) des Zapfenstumpfes (1) in der Grundform zylindrisch ausgebildet sind.

4. Metallischer Kugelzapfen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnung (5) der Gelenkkugel (2) und der Befestigungszapfen (4) des Zapfenstumpfes (1) in der Grundform konisch ausgebildet sind.

5. Metallischer Kugelzapfen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnung (5) der Gelenkkugel (2) und der Befestigungszapfen (4) des Zapfenstumpfes (1) in der Grundform unrund ausgebildet sind.

6. Metallischer Kugelzapfen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungszapfen (4) und die Durchgangsöffnung (5) der Gelenkkugel (2) in Achsrichtung des Zapfenstumpfes (1) wirksame Stützflansche (9) aufweisen und der die Gelenkkugel (2) mit dem Befestigungszapfen (4) verbindende Bördelrand (6) sich innerhalb der Durchgangsöffnung (5) der Gelenkkugel (2) befindet.