EP3325293A2 - Kugelzapfen mit einem aufgepressten ringkörper und kugelgelenk mit einem solchen kugelzapfen - Google Patents
Kugelzapfen mit einem aufgepressten ringkörper und kugelgelenk mit einem solchen kugelzapfenInfo
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- EP3325293A2 EP3325293A2 EP16733911.8A EP16733911A EP3325293A2 EP 3325293 A2 EP3325293 A2 EP 3325293A2 EP 16733911 A EP16733911 A EP 16733911A EP 3325293 A2 EP3325293 A2 EP 3325293A2
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Definitions
- the invention relates to a ball pin with a pressed-ring body and a ball joint with such a ball stud according to the preambles of
- annular body Pressed annular body are known from the prior art, wherein the annular body may be formed, for example, as a conical disk.
- Ring body serves to increase a contact surface of the ball pin to a first connection component made of a material which has a lower strength than the material of the annular body.
- the first connection component may be, for example, a cross member made of cast aluminum, which contacts the annular body formed, for example, of steel in the mounted state in the region of the common contact surface.
- Inner circumference is integrally provided with a peripheral forming edge, which after pressing on the ball pin to the outer periphery of
- the annular body can be produced as a extruded part by forming, the Umformkante process by an additional operation, in particular a
- the object of the invention is to provide a constructional unit formed from a ball stud with a ring body pressed thereon, which unit can be manufactured inexpensively and reliably.
- the invention accordingly provides a ball pin for a ball joint with a pressed onto the ball pin ring body, wherein the ring body is fixed by at least one circumferential, acting between the ball stud and the ring body and formed as Umformkante captive on the ball stud.
- the at least one forming edge is integrally formed with the ball stud.
- the invention is based on the finding that outer contours, such as the forming edge formed integrally with the ball stud, have a smaller one
- the peripheral forming edge which has a larger outer diameter than the corresponding inner diameter of the annular body, a dimensional overlap between the annular body and ball stud is created.
- the forming edge has relative to the entire height of the annular body a relatively small height in the direction of the central axis of the ball stud and thus can be relatively easily reshape when the ring body is pressed onto the ball stud.
- the ball stud and the ring body are preferably formed of steel; of the
- Ball studs in particular made of tempered steel. Perpendicular to the central axis of the ball stud, the forming edge projects circumferentially approximately 0.1 to 0.3 millimeters from the areas adjoining in the direction of the center axis of the ball stud. This measure is u. a. depending on the diameter of the
- Forming edge adjoining areas may have a diameter of 14.8 millimeters and the forming edge with a maximum
- Ring body of the ball stud for example, during transport or during assembly, effectively prevented.
- Ring body are connected only in the region of the forming edge via a press fit, the ring body learns only in this area a through the
- the housing may be fixed during the pressing of the ring body, for example in a mounting receptacle.
- the surface spanned by the forming edge preferably extends perpendicular to the central axis of the ball stud.
- the ball stud can a
- Forming edge or more in the direction of the central axis of the ball pin spaced Umformkanten have, which are preferably arranged parallel to each other.
- the forming edge is produced by a machining process, in particular by turning.
- the starting material for the production of ball studs are blanks, which are produced in a forming process such as extrusion or forging. These blanks must be at least partially machined to meet the requirements in terms of manufacturing tolerances and surface quality. In this case, the blanks have only a relatively small machining allowance in the regions which, like the forming edge, are provided for a subsequent machining operation, so that the machining can take place in a single work step. Relative to the turning one speaks in this
- the finishing of the forming edge by turning, in particular by automatic turning, moreover has the advantage that the outer diameter of the forming edge can be adapted to a given inner diameter of the annular body based on the previously mentioned fitting system unit bore. This can, for example, on
- the forming edge when viewed in a longitudinal section through the central axis of the ball pin, formed in the manner of a barb. This is achieved in that the forming edge due to their geometric
- the ring body has a lower resistance to deformation than in the opposite direction.
- the Umformkante when viewed in Aufpress therapies, before its largest diameter in the undeformed state, a relatively flat rising slope on the type of a ramp through which the pressing of the annular body is facilitated. Behind the largest diameter of the Umformkante the diameter of the Umformkante falls relatively strong, whereby a targeted deformation during the pressing of the ring body is made possible.
- the ball pin has at least one recess for receiving at least a partial volume of the forming edge in the pressed-on annular body.
- the recess is in particular designed such that it is only completely filled in pressed annular body substantially when the inner diameter of the annular body corresponds to the outer diameter of the ball stud, so if the recess has to accommodate the maximum possible volume of Umformkante.
- This receptacle thus has the advantage that, in relation to the inner diameter of the annular body, it has tolerance balancing effect.
- the recess when viewed in Aufpressraum of the annular body, disposed behind the forming edge.
- the ball stud may have one or more recesses for receiving at least a portion of the forming edge.
- the recess is formed as a circumferential annular groove.
- the circumferential annular groove can be made particularly favorable in one operation with the forming edge by turning, in particular by automatic turning.
- the ball pin may also have a plurality of annular grooves.
- the annular groove is advantageously formed tangentenstetig in the direction of extension of the central axis of the ball pin. Under a tangentenstetigen training of the annular groove is in connection with the
- present invention an edge-free course or, in other words, to understand a course free from kinking.
- edge-free course or, in other words, to understand a course free from kinking.
- to rectangular grooves for retaining rings for holes according to DIN 472 lead bending loads of the ball pin not to pronounced voltage peaks in the region of the annular groove, if this is formed tangent-continuous.
- the ball stud and the annular body in pressed-on
- Annular body extending in the direction of the central axis, substantially cylindrical region, wherein in the cylindrical region a clearance fit between the ball stud and the annular body is present. In the region of the annular groove is due to the retracted inwardly geometry of the annular groove a
- Cylindrical shape is to be spoken here of a cylindrical area.
- the ball stud and the annular body in the case of a completely pressed-on annular body contact only in the region of the circumferential one Forming edge. Through the clearance fit is ensured that the ball pin during the pressing of the ring body with its forming edge in the
- cylindrical area can optimally cling to the inner wall of the ring body.
- the ball stud and the annular body to form a contact surface, which is formed in the manner of a truncated cone surface.
- This contact surface is formed only when fully pressed ring body and provides for the pressing of the ring body on the
- Ball pin an end stop.
- the ball pin and the ring body therefore have in the region of the contact surface shape-matching pads, which touch each other sealingly in the region of the contact surface.
- ring body and ball studs can be optimally brought to bear in the contact area and a possibly required low tolerance compensation, for example, caused by a slight deviation in the given shape and position tolerances in the cylindrical area be compensated.
- the cylindrical portion assigned to the ball stud and the contact surface associated with the ball stud are produced by turning in one clamping, in particular together with the previously described groove for receiving the sealing bellows.
- the cutting offers the ball pin associated contact surface and the ball pin associated cylindrical portion a tuning option, for example, to compensate for geometric deviations of the ring body can.
- the forming edge as viewed in the direction of the central axis of the ball stud, disposed substantially in the center of the cylindrical portion.
- the arrangement of the Umformkante in the middle of the cylindrical portion has the advantage that the purpose of the forming edge, namely the provision of a
- Umformkante in the middle of the cylindrical portion is also advantageous in relation to the previously described tolerance-compensating effect.
- a forming edge located in the middle of the cylindrical region has the advantage that the annular body is more dimensionally stable in the state pressed onto the ball stud than in its edge areas in the direction of the central axis of the latter
- Ball pin If the force acting annularly on the ring body by the forming edge act on the edge areas of the ring body, there would be the risk of undesired deformations of the ring body in these areas. Such unwanted deformations can radiate to the pads of the ring body to adjacent components and there also to undesirable
- the ball stud advantageously has a surface provided with a galvanic surface protection, at least in the overlapping area between the ball stud and the annular body.
- the galvanic surface protection in the overlap area protects the cylindrical portion of the ball stud from corrosion. This is particularly important in the area formed by the clearance between ball stud and ring body circumferential gap, because in this capillary moisture and depending on the structural design of the installation space in the vehicle may also penetrate corrosive media such as spiky water with dissolved road salt.
- galvanic surface protection is required to meet the 720-hour salt spray test commonly required in the automotive industry.
- the galvanic surface protection is designed in particular as a zinc-nickel surface protection.
- the annular body is designed as a pure formed part, in particular as a cold extruded part.
- a pure formed part is meant that the ring body is made ready for installation exclusively by forming.
- the forming part is designed as a cold-formed part. Cold formed parts, such as cold extruded parts, can be produced reliably with relatively narrow component tolerances.
- Annular body as a pure forming part is a cost-effective production possible, in particular because no further step, such as an additional turning, is required. Slight variations in the inner diameter of the annular body in the cylindrical region can be caused by the forming edge
- the annular body is provided with a full-surface coating, in particular a galvanic coating.
- a full-surface coating in particular a galvanic coating.
- Corrosion protection for example, to pass the aforementioned 720-hour salt spray test.
- the galvanic surface protection is designed in particular as a zinc-nickel surface protection. Since the ring body can be galvanized as so-called drum product, ie without component fixing in receiving frames, the coating costs are relatively low.
- the annular body has a contact surface to a first connection component, which is designed as a truncated cone surface, as a spherical cap or as a circular ring surface.
- the formation of the contact surface depends on the design of the corresponding contact surface of the first
- a conical disk also referred to as a conical disk.
- a calotte disc has a curved surface of a spherical segment in the manner of a spherical cap and a flat disc has a circular ring-shaped contact surface.
- the main load, which acts on the ring body through the first connection component, should preferably be transmitted in the outer diameter region of the contact surface in order to keep the surface pressure between the ring body and the first connection component low.
- Connection component advantageously made of an aluminum material, in particular a cast aluminum material formed.
- the first connection component can
- a wheel or as a handlebar component in particular as a wishbone, be formed.
- the invention further relates to a ball joint comprising a housing, in which a ball stud is received as described above.
- the ball pin is in particular rotatably and pivotally accommodated in the housing with an end region.
- this end portion of the ball stud is spherical.
- the housing has an outer peripheral surface which is suitable for receiving the housing in a bore of a second
- connection component The integration of the function "receiving the housing in a bore of a second connection component" into the outer peripheral surface of the housing provides a cost-effective ball joint
- the ball stud, the annular body and the housing are rotationally symmetrical with respect to the central axis of the ball stud
- it can be designed as a wheel carrier or as a link component, in particular as a transverse link.
- Fig. 1 is an overview of a chassis assembly after a first
- Fig. 2 is a ball joint according to a second embodiment according to the prior art
- Fig. 3 shows a ball joint with a ball stud according to the invention in a
- Fig. 6 is an enlarged detail view similar to Figure 5, shown with deformed
- FIG. 1 shows a chassis assembly 1 known from the prior art, which has a first connecting component 2 designed as an aluminum cross member and a second connecting component 3 designed as a wheel carrier.
- a ball joint 4 is received with a ball pin 5, on which a trained as a conical disk ring body 6 is pressed.
- the annular body 6 serves to increase a contact surface 7 to the aluminum cross member 2, which has a lower strength than the material, in this case steel, of the annular body 6.
- Aluminum cross member 2 and the ring body 6 made of steel causes the surface pressure in the region of the contact surface 7 is reduced to a value that is within the allowable limit for the aluminum cross member 2 for the present load case, ie the material with the lower Strength.
- Fig. 2 shows another, also known from the prior art
- Ball joint 1 1 with an annular body 12 which is integrally provided on its inner circumference with a peripheral forming edge 13.
- the Umformkante lays down after pressing the ring body 12 on a ball pin 14 of the
- Ball joint 1 1 to the outer periphery of the ball pin 14 and thereby acts as a captive, which prevents the ring body 12 of the Ball pin 14 releases.
- the ring body 12 is formed as a flow press, to which the forming edge 13 is attached by an additional rotational operation.
- Fig. 3 is a ball joint 20 with a ball pin 21 and one on the
- Ball stud 21 is fixed.
- the forming edge 23 is integral with the
- Ball stud 21 is formed. Due to the peripheral forming edge 23, which has a larger outer diameter than the corresponding inner diameter of the annular body 22, a dimensional overlap between annular body 22 and ball stud 21 is created. The forming edge 23 has over the entire height of the annular body 22 has a relatively small height in the direction of the central axis 24 of the ball stud 21 and thus can be relatively easily reshape when the annular body 22 is pressed onto the ball stud 21. Perpendicular to the central axis 24 of the ball stud 21 is the Umformkante 23 circumferentially 0.15 millimeters in front of the adjoining in the direction of the central axis 24 of the ball stud 21 areas having a diameter of 14.8 millimeters
- the Umformkante 23 applies during the pressing of the annular body 22 on the ball pin 21 to the inner wall 25 of the annular body 22.
- the pressing takes place in a Aufpressraum 28, extending along the
- Center axis 24 of the ball stud 21 extends.
- plastically deformed zones provide virtually for the tolerance compensation between the outer peripheral surface of the ball stud 21 and the inner peripheral surface of the
- Forming edge 23 spanned surface extends perpendicular to the central axis 24 of the ball stud 21st
- the forming of the forming edge 23 is performed by a
- Ring body 22 has a lower resistance to deformation than in the opposite direction.
- the Umformkante 23 when viewed in Aufpressraum 28, before its largest diameter in the undeformed state, a relatively flat rising slope 29 in the manner of a ramp through which the pressing of the annular body 22 is facilitated. Behind the largest diameter of the Umformkante 23, the diameter of the Umformkante 23 falls relatively strong contrast.
- the ball stud 21 has a
- Recess 30 for receiving a partial volume of the Umformkante 23 in pressed annular body 22.
- the recess 30 is designed such that it is only substantially completely filled when the annular body 22 is pressed, when the inner diameter of the annular body 22 corresponds to the outer diameter of the ball stud 21, ie if the recess 30 has to accommodate the maximum possible volume of the forming edge 23. In this case, the
- the recess 30 thus has the advantage that it acts in relation to the inner diameter of the annular body 22 tolerance-compensating.
- the recess 30 is disposed behind the Umformkante 23. According to the present
- the recess is formed as a circumferential annular groove 30.
- the circumferential annular groove 30 is in one operation with the Umformkante 23rd
- forming edge 23 is shown for illustration in each case in undeformed state.
- Fig. 6 shows the forming edge 23 in a deformed state after pressing the ring body 22 on the ball stud 21st
- the ball pin 21 and the annular body 22 have in pressed-on annular body 22 in the direction of the central axis 24 extending cylindrical portion 31, wherein in the cylindrical portion 31 a clearance between the
- Ball stud 21 and the annular body 22 is present. In the region of the annular groove 30 is located by the retracted inwardly geometry of the annular groove 30 a
- Forming edge 23 interrupted.
- the ball pin 21 and the ring body 22 touch with completely pressed ring body 22 only in the region of the peripheral forming edge 23.
- Ring body 22 with its forming edge 23 in the cylindrical portion 31 can optimally cling to the inner wall 25 of the annular body 22.
- the ball stud 21 and the ring body 22 touch one another to form a contact surface 32, which in the manner of a
- Truncated cone surface is formed. This contact surface 32 is formed only when fully pressed ring body 22 and is for the pressing of the ring body 22 on the ball pin 21 is an end stop. The ball pin 21 and the ring body 22 have in the region of the contact surface 32nd
- Diameter range of the contact surface 32 is reduced.
- Contact surface 32 in the manner of a truncated cone lateral surface has the advantage that it acts in combination with the above-described clearance fit in the cylindrical region 31 tolerance-compensating.
- the finished part surface of the ball stud 21 in the cylindrical portion 31 and in the region of the contact surface 32 is made by turning in one clamping, together with the groove 26 for receiving the
- the Umformkante 23 is, when viewed in the direction of the central axis 24 of the
- the arrangement of the forming edge 23 in the middle of the cylindrical portion 31 has the advantage that the purpose of the Umformkante 23, namely the provision of a captive, can be safely met. Even if the ring body 22 should move slightly on the ball pin 21, the captive still attacks because it is pressed about the amount of half the length of the cylindrical portion 31 on the ball pin.
- annular gap between the ball stud 21 and the annular body 22, as can be clearly seen in Figures 4 to 6.
- the opening 33 of this annular gap can be closed to prevent corrosion within the cylindrical portion 31 by the provision of a further, integrally connected to the ball stud 21 Umformkante in the region of the opening 33.
- this further forming edge is not implemented in the present embodiment.
- the surface of the ball pin 21 is provided with fully pressed annular body 22 in the overlap region 34 between ball stud 21 and ring body 22 with a galvanic surface protection.
- the covering area 34 corresponds to the height of the annular body 22.
- the galvanic surface protection in the overlap region 34 protects in the cylindrical portion 31 from corrosion in the formed by the clearance between ball stud 21 and annular body 22 circumferential gap.
- the galvanic surface protection is designed as a zinc-nickel surface protection.
- the annular body 22 is formed as a cold extruded part.
- the formation of the annular body as a pure formed part allows a cost-effective production, in particular because no further step, such as an additional turning, is required.
- the annular body 22 is provided with a full-surface galvanic surface coating, which is designed as a zinc-nickel surface protection.
- the ring body 22 has an outer circumferential, shown in Fig. 4, contact surface to a first connection member 35 which is formed as a truncated cone surface.
- the main load, which acts on the ring body 22 through the first connection component 35, is in the outer
- the first connection component 35 is formed from an aluminum casting material.
- Aluminum connection component 35 serves the full-surface surface coating of the annular body 22 in addition to avoid contact corrosion in the area of the common contact surface, because at this point touch two different noble metals.
- the first connection component is designed as a transverse link 35.
- the ball joint 20 shown in Fig. 3 comprises a housing 36, in which a ball stud 21 is received as described above.
- the ball pin 21 is rotatably and pivotally received in the housing 36 with an end portion.
- this end portion of the ball stud is spherical.
- Housing has an outer peripheral surface 37 which is suitable for receiving the housing 36 in a bore of a second connection component 38.
- the second connection component is designed as a wheel carrier 38.
- Ball joint 20 is provided.
- the ball stud 21, the annular body 22 and the housing 36 with respect to the central axis 24 of the ball stud 21 are rotationally symmetrical.
- the housing 36 has at one axial end a circumferential collar, which in the direction of the central axis 24 of the
- Ball pin 21 represents a stop when receiving the housing 36 in the bore of the wheel carrier 38.
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kugelzapfen (21) für ein Kugelgelenk (20) mit einem auf den Kugelzapfen (21) aufgepressten Ringkörper (22), wobei der Ringkörper (22) durch zumindest eine umlaufende, zwischen dem Kugelzapfen (21) und dem Ringkörper (22) wirkende und als Umformkante (23) ausgebildete Verliersicherung an dem Kugelzapfen (21) festgelegt ist. Erfindungsgemäß ist die zumindest eine Umformkante (23) einstückig mit dem Kugelzapfen (14) ausgebildet. Die Erfindung betrifft ferner ein Kugelgelenk (20) aufweisend ein Gehäuse (36), in welches ein Kugelzapfen (21) wie zuvor beschrieben aufgenommen ist.
Description
Kugelzapfen mit einem aufgepressten Ringkörper und Kugelgelenk mit einem solchen Kugelzapfen
Die Erfindung betrifft einen Kugelzapfen mit einem aufgepressten Ringkörper und ein Kugelgelenk mit einem solchen Kugelzapfen gemäß den Oberbegriffen der
Patentansprüche 1 und 14.
Für den Verbau in Kugelgelenken vorgesehene Kugelzapfen mit einem
aufgepressten Ringkörper sind aus dem Stand der Technik bekannt, wobei der Ringkörper beispielsweise als eine Kegelscheibe ausgebildet sein kann. Der
Ringkörper dient dabei zur Vergrößerung einer Anlagefläche des Kugelzapfens zu einem ersten Anschlussbauteil aus einem Material, welches eine geringere Festigkeit aufweist als das Material des Ringkörpers. Das erste Anschlussbauteil kann beispielsweise ein Querträger aus Aluminiumguss sein, welcher den beispielsweise aus Stahl gebildeten Ringkörper im montierten Zustand im Bereich der gemeinsamen Anlagefläche berührt. Durch die Vergrößerung der Anlagefläche zwischen dem ersten Anschlussbauteil aus einem Werkstoff mit relativ geringer Festigkeit und dem Ringkörper aus einem Werkstoff mit einer dazu relativ hohen Festigkeit wird bewirkt, dass die Flächenpressung im Bereich der Anlagefläche auf einen Wert reduziert werden kann, der für den vorliegenden Belastungsfall innerhalb des zulässigen Grenzwertes für den Werkstoff des ersten Anschlussbauteils liegt, also dem
Werkstoff mit der geringeren Festigkeit.
Bezogen auf die Ausbildung der Aufpressverbindung zwischen dem Kugelzapfen und dem Ringkörper sind verschiedene Ausgestaltungen bekannt. Die
DE 10 2012 219 101 A1 beschreibt einen Ringkörper, welcher an seinem
Innenumfang einstückig mit einer umlaufenden Umformkante versehen ist, die sich nach dem Aufpressen auf den Kugelzapfen an den äußeren Umfang des
Kugelzapfens anlegt und dadurch als Verliersicherung wirkt. Der Ringkörper kann dabei als Fließpressteil durch Umformen hergestellt sein, wobei die Umformkante verfahrensbedingt durch einen zusätzlichen Arbeitsgang, insbesondere einen
Dreharbeitsgang, erzeugt werden muss.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine aus einem Kugelzapfen mit einem darauf aufgepressten Ringkörper gebildete Baueinheit bereitzustellen, die kostengünstig und prozesssicher herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch einen
gattungsgemäßen Kugelzapfen, welcher zusätzlich die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der
Unteransprüche.
Die Erfindung sieht demnach einen Kugelzapfen für ein Kugelgelenk mit einem auf den Kugelzapfen aufgepressten Ringkörper vor, wobei der Ringkörper durch zumindest eine umlaufende, zwischen dem Kugelzapfen und dem Ringkörper wirkende und als Umformkante ausgebildete Verliersicherung an dem Kugelzapfen festgelegt ist. Erfindungsgemäß ist die zumindest eine Umformkante einstückig mit dem Kugelzapfen ausgebildet.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Außenkonturen wie die einstückig mit dem Kugelzapfen ausgebildete Umformkante mit einem geringeren
Bearbeitungsaufwand und zugleich prozesssicher mit engeren Fertigungstoleranzen hergestellt werden können als Innenkonturen. Dieser Grundgedanke spiegelt sich beispielsweise auch in dem Passungssystem Einheitsbohrung nach DIN 7154 wieder. Darüber hinaus wird durch die erfindungsgemäße Lösung die
Qualitätskontrolle erleichtert, weil das Messen des Innendurchmessers einer aus dem Stand der Technik bekannten Umformkante, die einstückig mit dem Ringkörper ausgebildet ist, bedeutend aufwendiger ist, als das Messen des Außendurchmessers der erfindungsgemäßen Umformkante, die einstückig mit dem Kugelzapfen ausgebildet ist.
Durch die umlaufende Umformkante, welche einen größeren Außendurchmesser als der korrespondierende Innendurchmesser des Ringkörpers aufweist, wird eine maßliche Überdeckung zwischen Ringkörper und Kugelzapfen geschaffen. Die Umformkante weist gegenüber der gesamten Höhe des Ringkörpers eine relativ geringe Höhe in Richtung der Mittelachse des Kugelzapfens auf und lässt sich somit
relativ leicht umformen, wenn der Ringkörper auf den Kugelzapfen aufgepresst wird. Der Kugelzapfen und der Ringkörper sind bevorzugt aus Stahl gebildet; der
Kugelzapfen insbesondere aus Vergütungsstahl. Senkrecht zur Mittelachse des Kugelzapfens steht die Umformkante umlaufend ca. 0,1 bis 0,3 Millimeter gegenüber den sich in Richtung der Mittelachse des Kugelzapfens anschließenden Bereichen vor. Dieses Maß ist u. a. abhängig von dem Durchmesser der sich an die
Umformkante anschließenden Bereiche. Beispielsweise können die sich beidseits der umlaufenden Umformkante anschließenden Bereiche einen Durchmesser von 14,8 Millimeter aufweisen und die Umformkante mit einem maximalen
Außendurchmesser von 15,1 Millimeter ausgebildet sein. In diesem Fall steht die Umformkante also umlaufend 0,15 Millimeter vor. Die Umformkante legt sich während des Aufpressens des Ringkörpers auf den Kugelzapfen an die
Innenwandung des Ringkörpers an.
Nachdem der Ringkörper auf den Kugelzapfen aufgepresst ist, gibt es im Bereich der Umformkante sowohl plastisch als auch elastisch verformte Zonen. Die plastisch verformten Zonen sorgen quasi für den Toleranzausgleich zwischen der
Außenumfangsfläche des Kugelzapfens und der Innenumfangsfläche des
Ringkörpers. Die elastisch verformten Zonen bewirken einen kraftschlüssigen
Festsitz des Ringkörpers gegenüber dem Kugelzapfen, so dass der Ringkörper auf dem Kugelzapfen durch die als Verliersicherung fungierende Umformkante festgelegt ist. Durch diese kraftschlüssige Verbindung wird ein ungewolltes Lösen des
Ringkörpers von dem Kugelzapfen, beispielsweise während des Transports oder im Rahmen der Montage, wirksam verhindert. Wenn der Kugelzapfen und der
Ringkörper lediglich im Bereich der Umformkante über einen Presssitz verbunden sind, erfährt der Ringkörper auch lediglich in diesem Bereich eine durch den
Presssitz bedingte, radial auf ihn einwirkende Kraft. Diese Kraft bzw. die dadurch innerhalb des Ringkörpers hervorgerufenen Zugspannungen fallen im Vergleich deutlich geringer aus als bei einer Ausführung mit einem vollständig über die gesamte Höhe des Ringkörpers ausgebildeten Presssitz zwischen Kugelzapfen und Ringkörper. Aus diesem Grund kann beim Verschrauben des Kugelgelenks mit lediglich im Bereich der Umformkante auf den Kugelzapfen aufgepresstem
Ringkörper mit einem Anschlussbauteil in axialer Richtung des Kugelzapfens mit einer vergleichsweise höheren Vorspannkraft gearbeitet werden.
Bisher wurde die für das Aufpressen des Ringkörpers auf den Kugelzapfen erforderliche Aufpresskraft in einer Montagevorrichtung ausschließlich über den Kugelzapfen und den Ringkörper geleitet, um Beschädigungen von weiteren
Bauteilen des Kugelgelenks zu vermeiden. Durch die zu realisierenden engeren Fertigungstoleranzen bei der einstückigen Ausbildung der Umformkante mit dem Kugelzapfen wird es möglich, die Streuung der für das Aufpressen des Ringkörpers auf den Kugelzapfen erforderliche Kraft prozesssicher in relativ engen Grenzen zu halten. Dies ermöglicht, die Aufpresskraft über ein den Kugelzapfen einenends umschließendes Gehäuse zu leiten, ohne dabei die weiteren Bauteile des
Kugelgelenks zu beschädigen. Das Gehäuse kann während des Aufpressens des Ringkörpers beispielsweise in einer Montageaufnahme fixiert sein.
Die durch die Umformkante aufgespannte Fläche erstreckt sich vorzugsweise senkrecht zu der Mittelachse des Kugelzapfens. Der Kugelzapfen kann eine
Umformkante oder auch mehrere in Richtung der Mittelachse des Kugelzapfens beabstandete Umformkanten aufweisen, die vorzugsweise parallel zueinander angeordnet sind.
Bevorzugt ist die Umformkante durch ein spanabhebendes Verfahren, insbesondere durch Drehen, hergestellt. Ausgangsmaterial für die Anfertigung von Kugelzapfen sind Rohlinge, welche in einem Umformverfahren wie beispielsweise Fließpressen oder Schmieden hergestellt werden. Diese Rohlinge müssen zumindest teilweise spanend bearbeitet werden, um den Anforderungen hinsichtlich Fertigungstoleranzen und Oberflächengüte zu genügen. Dabei weisen die Rohlinge in den Bereichen, die wie die Umformkante für eine spanende Nachbearbeitung vorgesehen sind, nur eine relativ geringe Bearbeitungszugabe auf, so dass die Zerspanung in einem einzigen Arbeitsschritt erfolgen kann. Bezogen auf das Drehen spricht man in diesem
Zusammenhang von einer sogenannten Ein-Schnitt-Bearbeitung, also einem einmaligen Überdrehen des zu zerspanenden Bereichs. Kugelzapfen müssen regelmäßig im Bereich einer Nut zur späteren Aufnahme eines Dichtungsbalges durch Drehen endbearbeitet werden. Im Rahmen dieses Arbeitsschrittes ebenfalls die Umformkante zu drehen, bedeutet lediglich einen geringen Mehraufwand, der im
Bereich einer zusätzlichen Prozesszeit von größenordnungsmäßig einer Sekunde liegt. Dies bedeutet einen besonderen wirtschaftlichen Vorteil gegenüber bekannten Lösungen zur Erzeugung einer Verliersicherung zwischen Kugelzapfen und
Ringkörper, bei denen jeweils gesonderte Arbeitsgänge mit zusätzlichen
Betriebsmitteln und damit verbundenen zusätzlichen Rüst-, Handlings- und
Transportzeiten erforderlich sind. Die Endbearbeitung der Umformkante durch Drehen, insbesondere durch Automatendrehen, hat darüber hinaus den Vorteil, dass der Außendurchmesser der Umformkante in Anlehnung an das zuvor genannte Passungssystem Einheitsbohrung an einen gegebenen Innendurchmesser des Ringkörpers angepasst werden kann. Dadurch kann beispielsweise auf
chargenweise schwankende Innendurchmesser des Ringkörpers flexibel reagiert werden.
Vorteilhaft ist die Umformkante, bei Betrachtung in einem Längsschnitt durch die Mittelachse des Kugelzapfens, nach Art eines Widerhakens ausgebildet. Dies wird dadurch erreicht, dass die Umformkante bedingt durch deren geometrische
Ausbildung in Aufpressrichtung des Ringkörpers einen geringeren Widerstand gegen eine Umformung aufweist als in entgegengesetzter Richtung. Insbesondere weist die Umformkante, bei Betrachtung in Aufpressrichtung, vor ihrem größten Durchmesser im unverformten Zustand eine relativ flach ansteigende Schräge nach Art einer Rampe auf, durch die das Aufpressen des Ringkörpers erleichtert wird. Hinter dem größten Durchmesser der Umformkante fällt der Durchmesser der Umformkante demgegenüber relativ stark ab, wodurch eine gezielte Umformung während des Aufpressens des Ringkörpers ermöglicht wird.
Gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung weist der Kugelzapfen zumindest eine Ausnehmung zur Aufnahme zumindest eines Teilvolumens der Umformkante bei aufgepresstem Ringkörper auf. Die Ausnehmung ist insbesondere derart ausgebildet, dass sie bei aufgepresstem Ringkörper nur dann im Wesentlichen vollständig ausgefüllt ist, wenn der Innendurchmesser des Ringkörpers dem Außendurchmesser des Kugelzapfens entspricht, also wenn die Ausnehmung das maximal mögliche Volumen der Umformkante aufnehmen muss. Diese Aufnahme hat somit den Vorteil, dass sie in Bezug auf den Innendurchmesser des Ringkörpers Toleranz-
ausgleichend wirkt. Zweckmäßigerweise ist die Ausnehmung, bei Betrachtung in Aufpressrichtung des Ringkörpers, hinter der Umformkante angeordnet. In
Abhängigkeit von der Anzahl Umformkanten kann der Kugelzapfen eine oder mehrere Ausnehmungen zur Aufnahme zumindest eines Teils der Umformkante aufweisen.
In vorteilhafter Weiterbildung ist die Ausnehmung als umlaufende Ringnut ausgebildet. Die umlaufende Ringnut kann besonders günstig in einem Arbeitsgang mit der Umformkante durch Drehen, insbesondere durch Automatendrehen, hergestellt werden. Abhängig von der Anzahl Umformkanten kann der Kugelzapfen auch mehrere Ringnuten aufweisen.
Zur Vermeidung von Kerbwirkung ist die Ringnut vorteilhaft in Erstreckungsrichtung der Mittelachse des Kugelzapfens tangentenstetig ausgebildet. Unter einer tangentenstetigen Ausbildung der Ringnut ist im Zusammenhang mit der
vorliegenden Erfindung ein kantenfreier Verlauf oder, anders ausgedrückt, ein Verlauf frei von Knicken zu verstehen. Im Gegensatz beispielsweise zu rechteckigen Nuten für Sicherungsringe für Bohrungen nach DIN 472 führen Biegebelastungen des Kugelzapfens nicht zu ausgeprägten Spannungsspitzen im Bereich der Ringnut, wenn diese tangentenstetig ausgebildet ist.
Bevorzugt weisen der Kugelzapfen und der Ringkörper bei aufgepresstem
Ringkörper einen sich in Richtung der Mittelachse erstreckenden, im Wesentlichen zylindrischen Bereich auf, wobei in dem zylindrischen Bereich eine Spielpassung zwischen dem Kugelzapfen und dem Ringkörper vorliegt. Im Bereich der Ringnut liegt dabei durch die nach innen eingezogene Geometrie der Ringnut eine
Spielpassung mit vergrößertem Spiel vor. In einem kleinen Teilbereich wird der zylindrische Bereich von der umlaufenden, nach außen hin aufbauenden
Umformkante unterbrochen. Trotz dieser, bezogen auf die gesamte Erstreckung des zylindrischen Bereichs, kleinen Abweichungen von einer theoretisch exakten
Zylinderform soll hier von einem zylindrischen Bereich gesprochen werden. In dem zylindrischen Bereich berühren sich der Kugelzapfen und der Ringkörper bei vollständig aufgepresstem Ringkörper lediglich im Bereich der umlaufenden
Umformkante. Durch die Spielpassung ist gewährleistet, dass sich der Kugelzapfen während des Aufpressens des Ringkörpers mit seiner Umformkante in dem
zylindrischen Bereich optimal an die Innenwandung des Ringkörpers anschmiegen kann.
Gemäß einer Weiterbildung berühren sich der Kugelzapfen und der Ringkörper unter Ausbildung einer Kontaktfläche, die nach Art einer Kegelstumpfmantelfläche ausgebildet ist. Diese Kontaktfläche bildet sich erst bei vollständig aufgepresstem Ringkörper aus und stellt für den Aufpressvorgang des Ringkörpers auf den
Kugelzapfen einen Endanschlag dar. Der Kugelzapfen und der Ring körper weisen demzufolge im Bereich der Kontaktfläche formkorrespondierende Anschlussflächen auf, die sich im Bereich der Kontaktfläche abdichtend berühren. Neben der
Berührung im Bereich der Kontaktfläche liegt noch eine weitere umfängliche
Berührung von Kugelzapfen und Ringkörper im Bereich der Umformkante vor. Die Bauteilgeometrien von Kugelzapfen und Ringkörper sind vorteilhaft derart
ausgebildet, dass im Einbauzustand des Kugelgelenks der Haupttraganteil zwischen Kugelzapfen und Ringkörper im äußeren Durchmesserbereich der Kontaktfläche liegt. Auf diese Weise wird die Flächenpressung zwischen Kugelzapfen und
Ringkörper im Bereich der Kontaktfläche gegenüber einer Anordnung mit
Haupttraganteil im inneren Durchmesserbereich der Kontaktfläche verringert. Die Ausbildung der Kontaktfläche nach Art einer Kegelstumpfmantelfläche bietet den Vorteil, dass sie in Verbindung mit der zuvor beschriebenen Spielpassung im zylindrischen Bereich Toleranz-ausgleichend wirkt. Weil bedingt durch die
Spielpassung eine geringfügige Schwenkung des Ringkörpers um die Umformkante möglich ist, können Ringkörper und Kugelzapfen im Bereich der Kontaktfläche optimal zur Anlage gebracht werden und ein möglicherweise erforderlicher geringer Toleranzausgleich, beispielsweise hervorgerufen durch eine geringe Abweichung bei den vorgegebenen Form- und Lagetoleranzen, in dem zylindrischen Bereich kompensiert werden. Die dem Kugelzapfen zugeordnete Kontaktfläche ist
vorzugsweise eine durch Zerspanen, insbesondere durch Drehen, hergestellte Fläche.
Vorteilhaft werden der dem Kugelzapfen zugeordnete zylindrische Bereich und die dem Kugelzapfen zugeordnete Kontaktfläche durch Drehen in einer Aufspannung hergestellt, insbesondere zusammen mit der zuvor beschriebenen Nut zur Aufnahme des Dichtungsbalges. Auf diese Weise kann eine hohe Genauigkeit in Bezug auf die Lage dieser beiden Flächen zueinander erreicht werden mit dem Ziel, ein optimales Tragbild zur Aufnahme des Haupttraganteils im äußeren Durchmesserbereich der Kontaktfläche zu gewährleisten. Darüber hinaus bietet das Zerspanen der dem Kugelzapfen zugeordneten Kontaktfläche und des dem Kugelzapfen zugeordneten zylindrischen Bereichs eine Abstimmmöglichkeit, beispielsweise um geometrische Abweichungen des Ringkörpers kompensieren zu können.
Bevorzugt ist die Umformkante, bei Betrachtung in Richtung der Mittelachse des Kugelzapfens, im Wesentlichen in der Mitte des zylindrischen Bereichs angeordnet. Die Anordnung der Umformkante in der Mitte des zylindrischen Bereichs hat den Vorteil, dass der Zweck der Umformkante, nämlich die Bereitstellung einer
Verliersicherung, sicher erfüllt werden kann. Selbst wenn sich der Ringkörper auf dem Kugelzapfen geringfügig verschieben sollte, greift die Verliersicherung immer noch, weil sie etwa um den Betrag der halben Länge des zylindrischen Bereichs auf den Kugelzapfen aufgepresst ist. Andererseits muss der Ringkörper aber nicht um den Betrag der kompletten Länge des zylindrischen Bereichs in Aufpressrichtung aufgeschoben werden, wie dies beispielsweise bei einer Presspassung über die gesamte Länge des zylindrischen Bereichs erforderlich wäre. Die Lage der
Umformkante in der Mitte des zylindrischen Bereichs ist darüber hinaus vorteilhaft in Bezug auf die zuvor beschriebene Toleranz-ausgleichende Wirkung. Darüber hinaus hat eine in der Mitte des zylindrischen Bereichs gelegene Umformkante den Vorteil, dass der Ringkörper im auf den Kugelzapfen aufgepressten Zustand an dieser Stelle formstabiler ist als in seinen Randbereichen in Richtung der Mittelachse des
Kugelzapfens. Würde die durch die Umformkante ringförmig auf den Ringkörper einwirkende Kraft auf die Randbereiche des Ringkörpers wirken, bestünde die Gefahr unerwünschter Verformungen des Ringkörpers in diesen Bereichen. Derartige unerwünschte Verformungen können auf die Anschlussflächen des Ringkörpers zu benachbarten Bauteilen ausstrahlen und dort ebenfalls zu unerwünschten
Verformungen führen. Dadurch kann sich die Tragfähigkeit dieser Anschlussflächen
verringern. Diese Gefahr besteht bei einer in der Mitte des zylindrischen Bereichs angeordneten Umformkante aufgrund der Formstabilität im korrespondierenden Anlagebereich des Ringkörpers nicht.
Durch die Spielpassung zwischen dem Kugelzapfen und dem Ringkörper ergibt sich an dem der Kontaktfläche gegenüber liegenden Ende des zylindrischen Bereichs ein nach außen hin offener Ringspalt zwischen dem Kugelzapfen und dem Ringkörper. Die Öffnung dieses Ringspalts kann zur Vermeidung von Korrosion innerhalb des zylindrischen Bereichs durch das Vorsehen einer weiteren, einstückig mit dem
Kugelzapfen verbundenen Umformkante im Bereich der Öffnung geschlossen werden. Da diese Umformkante lediglich als Dichtung wirkt, ist sie vorzugsweise weniger ausgeprägt, also mit einer geringeren maßlichen Überdeckung ausgebildet als die in der Mitte des zylindrischen Bereichs angeordnete Umformkante.
Vorteilhaft weist der Kugelzapfen bei vollständig aufgepresstem Ringkörper zumindest in dem Überdeckungsbereich zwischen Kugelzapfen und Ringkörper eine mit einem galvanischen Oberflächenschutz versehene Oberfläche auf. Der
Überdeckungsbereich entspricht dabei der Höhe des Ringkörpers. Der galvanische Oberflächenschutz in dem Überdeckungsbereich schützt den zylindrischen Bereich des Kugelzapfens vor Korrosion. Dies ist insbesondere im Bereich des durch die Spielpassung zwischen Kugelzapfen und Ringkörper gebildeten umlaufenden Spalts wichtig, weil in diesen durch Kapillarwirkung Feuchtigkeit und in Abhängigkeit von der konstruktiven Gestaltung des Einbauraums im Fahrzeug möglicherweise auch korrosive Medien wie Spitzwasser mit darin gelöstem Streusalz eindringen können. Darüber hinaus ist der galvanische Oberflächenschutz erforderlich, um den häufig in der Automobilbranche geforderten 720-Stunden-Salzsprühtest bestehen zu können. Der galvanische Oberflächenschutz ist insbesondere als ein Zink-Nickel- Oberflächenschutz ausgebildet.
In vorteilhafter Weiterbildung ist der Ringkörper als reines Umformteil, insbesondere als Kaltfließpressteil, ausgebildet. Mit der Ausbildung als reines Umformteil ist gemeint, dass der Ringkörper ausschließlich durch Umformen einbaufertig hergestellt wird. Insbesondere ist das Umformteil als Kaltumformteil ausgebildet.
Kaltumformteile, wie beispielsweise Kaltfließpressteile, können prozesssicher mit relativ engen Bauteiltoleranzen hergestellt werden. Durch die Ausbildung des
Ringkörpers als reines Umformteil wird eine kostengünstige Herstellung ermöglicht, insbesondere weil kein weiterer Arbeitsschritt, wie beispielsweise ein zusätzliches Drehen, erforderlich ist. Geringförmige Schwankungen des Innendurchmessers des Ringkörpers in dem zylindrischen Bereich können durch die Umformkante
ausgeglichen werden, die ihre Funktion als Verliersicherung erfüllt, unabhängig davon, ob sie beim Aufpressen auf den Kugelzapfen geringfügig mehr oder geringfügig weniger umgeformt wird.
Zweckmäßig ist der Ringkörper mit einer vollflächigen Oberflächenbeschichtung, insbesondere einer galvanischen Beschichtung, versehen. Die vollflächige
Oberflächenbeschichtung des Ringkörpers dient dabei als allgemeiner
Korrosionsschutz, beispielsweise um den zuvor genannten 720-Stunden- Salzsprühtest bestehen zu können. Der galvanische Oberflächenschutz ist insbesondere als ein Zink-Nickel-Oberflächenschutz ausgebildet. Da der Ringkörper als sogenannte Trommelware, also ohne Bauteilfixierung in Aufnahmegestellen, galvanisiert werden kann, sind die Beschichtungskosten relativ gering.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Ringkörper eine Anlagefläche zu einem ersten Anschlussbauteil auf, die als Kegelstumpfmantelfläche, als Kugelkalotte oder als Kreisringfläche ausgebildet ist. Die Ausbildung der Anlagefläche richtet sich dabei nach der Ausbildung der korrespondierenden Anlagefläche des ersten
Anschlussbauteils. Ein Ringkörper mit einer als Kegelstumpfmantelfläche
ausgebildeten Anlagefläche wird auch als Kegelscheibe bezeichnet. Analog weist eine Kalottenscheibe eine gekrümmte Fläche eines Kugelabschnitts nach Art einer Kugelkalotte auf und eine Flachscheibe eine Kreisring-förmige Anlagefläche auf. Die Haupttraglast, die durch das erste Anschlussbauteil auf den Ringkörper einwirkt, soll vorzugsweise im äußeren Durchmesserbereich der Anlagefläche übertragen werden, um die Flächenpressung zwischen dem Ringkörper und ersten Anschlussbauteil gering zu halten. In Anlehnung an den eingangs beschriebenen Hintergrund der Verwendung von Ringkörpern, nämlich die Vergrößerung der Anlagefläche des Kugelzapfens zu dem ersten Anschlussbauteil aus einem Material, welches eine
geringere Festigkeit aufweist als das Material des Ringkörpers, ist das erste
Anschlussbauteil vorteilhaft aus einem Aluminiumwerkstoff, insbesondere einem Aluminiumgusswerkstoff, gebildet. Bei der Werkstoffkombination Stahl-Ringkörper in Verbindung mit einem ersten Aluminium-Anschlussbauteil dient die vollflächige Oberflächenbeschichtung des Ringkörpers zusätzlich zur Vermeidung von
Kontaktkorrosion im Bereich der Anlagefläche, weil sich an dieser Stelle zwei unterschiedlich edle Metalle berühren. Das erste Anschlussbauteil kann
beispielsweise als Radträger oder als Lenkerbauteil, insbesondere als Querlenker, ausgebildet sein.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kugelgelenk aufweisend ein Gehäuse, in welches ein Kugelzapfen wie zuvor beschrieben aufgenommen ist. Der Kugelzapfen ist insbesondere mit einem Endbereich dreh- und schwenkbeweglich in dem Gehäuse aufgenommen. Hierzu ist dieser Endbereich des Kugelzapfens kugelförmig ausgebildet.
In vorteilhafter Ausgestaltung weist das Gehäuse eine Außenumfangsfläche auf, die geeignet ist zur Aufnahme des Gehäuses in einer Bohrung eines zweiten
Anschlussbauteils. Durch die Integration der Funktion„Aufnahme des Gehäuses in einer Bohrung eines zweiten Anschlussbauteils" in die Außenumfangsfläche des Gehäuses wird ein kostengünstiges Kugelgelenk bereitgestellt. Bevorzugt sind der Kugelzapfen, der Ringkörper und das Gehäuse in Bezug auf die Mittelachse des Kugelzapfens rotationssymmetrisch ausgebildet. Das zweite Anschlussbauteil kann beispielsweise als Radträger oder als Lenkerbauteil, insbesondere als Querlenker, ausgebildet sein.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellender Zeichnungen näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Bauteile oder Elemente beziehen. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Übersichtsdarstellung einer Fahrwerkbaugruppe nach einer ersten
Ausführung gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 ein Kugelgelenk nach einer zweiten Ausführung gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 3 ein Kugelgelenk mit einem Kugelzapfen gemäß der Erfindung in einer
Schnittdarstellung;
Fig. 4 eine vergrößerte Detailansicht der Einzelheit X aus Figur 3;
Fig. 5 eine vergrößerte Detailansicht der Einzelheit Y aus Figur 4, wobei der
Dichtungsbalg nicht dargestellt ist;
Fig. 6 eine vergrößerte Detailansicht ähnlich Figur 5, mit verformt dargestellter
Umformkante.
Fig. 1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Fahrwerkbaugruppe 1 , welche ein erstes, als Aluminium-Querträger ausgebildetes Anschlussbauteil 2 und ein zweites, als Radträger ausgebildetes Anschlussbauteil 3 aufweist. In einer Bohrung des Radträgers 3 ist ein Kugelgelenk 4 mit einem Kugelzapfen 5 aufgenommen, auf den ein als Kegelscheibe ausgebildeter Ringkörper 6 aufgepresst ist. Der Ringkörper 6 dient dabei zur Vergrößerung einer Anlagefläche 7 zu dem Aluminium-Querträger 2, welcher eine geringere Festigkeit aufweist als das Material, in diesem Fall Stahl, des Ringkörpers 6. Durch die Vergrößerung der Anlagefläche 7 zwischen dem
Aluminium-Querträger 2 und dem Ringkörper 6 aus Stahl wird bewirkt, dass die Flächenpressung im Bereich der Anlagefläche 7 auf einen Wert reduziert wird, der für den vorliegenden Belastungsfall innerhalb des zulässigen Grenzwertes für den Aluminium-Querträger 2 liegt, also dem Werkstoff mit der geringeren Festigkeit.
Fig. 2 zeigt ein weiteres, ebenfalls aus dem Stand der Technik bekanntes,
Kugelgelenk 1 1 mit einem Ringkörper 12, welcher an seinem Innenumfang einstückig mit einer umlaufenden Umformkante 13 versehen ist. Die Umformkante legt sich nach dem Aufpressen des Ringkörpers 12 auf einen Kugelzapfen 14 des
Kugelgelenks 1 1 an den äußeren Umfang des Kugelzapfens 14 an und wirkt dadurch als eine Verliersicherung, die verhindert, dass sich der Ringkörper 12 von dem
Kugelzapfen 14 löst. Der Ringkörper 12 ist als ein Fließpressteil ausgebildet, an welches die Umformkante 13 durch einen zusätzlichen Dreharbeitsgang angebracht ist.
In Fig. 3 ist ein Kugelgelenk 20 mit einem Kugelzapfen 21 und einem auf den
Kugelzapfen 21 aufgepressten Ringkörper 22 gezeigt, wobei der Ringkörper 22 durch eine umlaufende, zwischen dem Kugelzapfen 21 und dem Ringkörper 22 wirkende und als Umformkante 23 ausgebildete Verliersicherung an dem
Kugelzapfen 21 festgelegt ist. Die Umformkante 23 ist einstückig mit dem
Kugelzapfen 21 ausgebildet. Durch die umlaufende Umformkante 23, welche einen größeren Außendurchmesser als der korrespondierende Innendurchmesser des Ringkörpers 22 aufweist, wird eine maßliche Überdeckung zwischen Ringkörper 22 und Kugelzapfen 21 geschaffen. Die Umformkante 23 weist gegenüber der gesamten Höhe des Ringkörpers 22 eine relativ geringe Höhe in Richtung der Mittelachse 24 des Kugelzapfens 21 auf und lässt sich somit relativ leicht umformen, wenn der Ringkörper 22 auf den Kugelzapfen 21 aufgepresst wird. Senkrecht zur Mittelachse 24 des Kugelzapfens 21 steht die Umformkante 23 umlaufend 0,15 Millimeter gegenüber den sich in Richtung der Mittelachse 24 des Kugelzapfens 21 anschließenden Bereichen vor, die einen Durchmesser von 14,8 Millimeter
aufweisen. Die Umformkante 23 legt sich während des Aufpressens des Ringkörpers 22 auf den Kugelzapfen 21 an die Innenwandung 25 des Ringkörpers 22 an. Das Aufpressen erfolgt dabei in einer Aufpressrichtung 28, die sich entlang der
Mittelachse 24 des Kugelzapfens 21 erstreckt.
Nachdem der Ringkörper 22 auf den Kugelzapfen 21 aufgepresst ist, gibt es im Bereich der Umformkante 23 sowohl plastisch als auch elastisch verformte Zonen. Die plastisch verformten Zonen sorgen quasi für den Toleranzausgleich zwischen der Außenumfangsfläche des Kugelzapfens 21 und der Innenumfangsfläche des
Ringkörpers 22. Die elastisch verformten Zonen bewirken einen kraftschlüssigen Festsitz des Ringkörpers 22 gegenüber dem Kugelzapfen 21 , so dass der Ringkörper
22 auf dem Kugelzapfen 21 durch die als Verliersicherung fungierende Umformkante
23 festgelegt ist. Durch diese kraftschlüssige Verbindung wird ein ungewolltes Lösen des Ringkörpers 22 von dem Kugelzapfen 21 , beispielsweise während des
Transports oder im Rahmen der Montage, wirksam verhindert. Die durch die
Umformkante 23 aufgespannte Fläche erstreckt sich senkrecht zu der Mittelachse 24 des Kugelzapfens 21 . Die Herstellung der Umformkante 23 erfolgt durch eine
Drehbearbeitung des Kugelzapfens 21 , bei welcher in einem Arbeitsgang ebenfalls eine sich in Richtung der Mittelachse 24 des Kugelzapfens 21 an den Ringkörper 22 anschließende Nut 26 zur Aufnahme eines Dichtungsbalges 27 im gleichen
Arbeitsgang erzeugt wird.
In Fig. 4 und Fig. 5 ist zu erkennen, dass die Umformkante 23, bei Betrachtung in einem Längsschnitt durch die Mittelachse 24 des Kugelzapfens 21 , nach Art eines Widerhakens ausgebildet ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Umformkante 23 bedingt durch deren geometrische Ausbildung in Aufpressrichtung 28 des
Ringkörpers 22 einen geringeren Widerstand gegen eine Umformung aufweist als in entgegengesetzter Richtung. Hierzu weist die Umformkante 23, bei Betrachtung in Aufpressrichtung 28, vor ihrem größten Durchmesser im unverformten Zustand eine relativ flach ansteigende Schräge 29 nach Art einer Rampe auf, durch die das Aufpressen des Ringkörpers 22 erleichtert wird. Hinter dem größten Durchmesser der Umformkante 23 fällt der Durchmesser der Umformkante 23 demgegenüber relativ stark ab. Wie weiter zu erkennen ist, weist der Kugelzapfen 21 eine
Ausnehmung 30 zur Aufnahme eines Teilvolumens der Umformkante 23 bei aufgepresstem Ringkörper 22 auf. Die Ausnehmung 30 ist derart ausgebildet, dass sie bei aufgepresstem Ringkörper 22 nur dann im Wesentlichen vollständig ausgefüllt ist, wenn der Innendurchmesser des Ringkörpers 22 dem Außendurchmesser des Kugelzapfens 21 entspricht, also wenn die Ausnehmung 30 das maximal mögliche Volumen der Umformkante 23 aufnehmen muss. In diesem Fall würde die
Innenwandung 25 des Ringkörpers 22 die korrespondierende Umfangsfläche des Kugelzapfens 21 berühren. Die Ausnehmung 30 hat somit den Vorteil, dass sie in Bezug auf den Innendurchmesser des Ringkörpers 22 Toleranz-ausgleichend wirkt. Bei Betrachtung in Aufpressrichtung 28 des Ringkörpers 22 ist die Ausnehmung 30 hinter der Umformkante 23 angeordnet. Gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel ist die Ausnehmung als umlaufende Ringnut 30 ausgebildet. Die umlaufende Ringnut 30 wird in einem Arbeitsgang mit der Umformkante 23
zerspanend durch Drehen auf einem Drehautomaten hergestellt. Zur Vermeidung
von Kerbwirkung ist die Ringnut 30 in Erstreckungsrichtung der Mittelachse 24 des Kugelzapfens 21 tangentenstetig ausgebildet.
In den Figuren 3 bis 5 ist die Umformkante 23 zur Veranschaulichung jeweils in unverformtem Zustand dargestellt. Fig. 6 zeigt die Umformkante 23 in verformtem Zustand nach dem Aufpressen des Ringkörpers 22 auf den Kugelzapfen 21 .
Der Kugelzapfen 21 und der Ringkörper 22 weisen bei aufgepresstem Ringkörper 22 einen sich in Richtung der Mittelachse 24 erstreckenden zylindrischen Bereich 31 auf, wobei in dem zylindrischen Bereich 31 eine Spielpassung zwischen dem
Kugelzapfen 21 und dem Ringkörper 22 vorliegt. Im Bereich der Ringnut 30 liegt dabei durch die nach innen eingezogene Geometrie der Ringnut 30 eine
Spielpassung mit vergrößertem Spiel vor. In einem kleinen Teilbereich wird der zylindrische Bereich 31 von der umlaufenden, nach außen hin aufbauenden
Umformkante 23 unterbrochen. In dem zylindrischen Bereich 31 berühren sich der Kugelzapfen 21 und der Ringkörper 22 bei vollständig aufgepresstem Ringkörper 22 lediglich im Bereich der umlaufenden Umformkante 23. Durch die Spielpassung ist gewährleistet, dass sich der Kugelzapfen 21 während des Aufpressens des
Ringkörpers 22 mit seiner Umformkante 23 in dem zylindrischen Bereich 31 optimal an die Innenwandung 25 des Ringkörpers 22 anschmiegen kann.
Wie Fig. 3 weiter zu entnehmen ist, berühren sich der Kugelzapfen 21 und der Ringkörper 22 unter Ausbildung einer Kontaktfläche 32, die nach Art einer
Kegelstumpfmantelfläche ausgebildet ist. Diese Kontaktfläche 32 bildet sich erst bei vollständig aufgepresstem Ringkörper 22 aus und stellt für den Aufpressvorgang des Ringkörpers 22 auf den Kugelzapfen 21 einen Endanschlag dar. Der Kugelzapfen 21 und der Ringkörper 22 weisen im Bereich der Kontaktfläche 32
formkorrespondierende Anschlussflächen auf, die sich im Bereich der Kontaktfläche 32 abdichtend berühren. Neben der Berührung im Bereich der Kontaktfläche 32 liegt noch eine weitere umfängliche Berührung von Kugelzapfen 21 und Ringkörper 22 im Bereich der Umformkante 23 vor. Die Bauteilgeometrien von Kugelzapfen 21 und Ringkörper 22 sind derart aufeinander abgestimmt, dass im Einbauzustand des Kugelgelenks 20 der Haupttraganteil zwischen Kugelzapfen 21 und Ringkörper 22 im
äußeren Durchmesserbereich der Kontaktfläche 32 liegt. Auf diese Weise wird die Flächenpressung zwischen Kugelzapfen 21 und Ringkörper 22 im Bereich der Kontaktfläche 32 gegenüber einer Anordnung mit Haupttraganteil im inneren
Durchmesserbereich der Kontaktfläche 32 verringert. Die Ausbildung der
Kontaktfläche 32 nach Art einer Kegelstumpfmantelfläche hat den Vorteil, dass sie in Verbindung mit der zuvor beschriebenen Spielpassung im zylindrischen Bereich 31 Toleranz-ausgleichend wirkt. Die Fertigteiloberfläche des Kugelzapfens 21 in dem zylindrischen Bereich 31 und im Bereich der Kontaktfläche 32 ist durch Drehen in einer Aufspannung hergestellt, zusammen mit der Nut 26 zur Aufnahme des
Dichtungsbalges 27.
Die Umformkante 23 ist, bei Betrachtung in Richtung der Mittelachse 24 des
Kugelzapfens 21 , etwa in der Mitte des zylindrischen Bereichs 31 angeordnet. Die Anordnung der Umformkante 23 in der Mitte des zylindrischen Bereichs 31 hat den Vorteil, dass der Zweck der Umformkante 23, nämlich die Bereitstellung einer Verliersicherung, sicher erfüllt werden kann. Selbst wenn sich der Ringkörper 22 auf dem Kugelzapfen 21 geringfügig verschieben sollte, greift die Verliersicherung immer noch, weil sie etwa um den Betrag der halben Länge des zylindrischen Bereichs 31 auf den Kugelzapfen aufgepresst ist.
Durch die Spielpassung zwischen dem Kugelzapfen 21 und dem Ringkörper 22 ergibt sich an dem der Kontaktfläche 32 gegenüber liegenden Ende des
zylindrischen Bereichs 31 ein nach außen hin offener Ringspalt zwischen dem Kugelzapfen 21 und dem Ringkörper 22, wie in den Figuren 4 bis 6 deutlich zu erkennen ist. Die Öffnung 33 dieses Ringspalts kann zur Vermeidung von Korrosion innerhalb des zylindrischen Bereichs 31 durch das Vorsehen einer weiteren, einstückig mit dem Kugelzapfen 21 verbundenen Umformkante im Bereich der Öffnung 33 geschlossen werden. Diese weitere Umformkante ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel allerdings nicht umgesetzt.
Die Oberfläche des Kugelzapfens 21 ist bei vollständig aufgepresstem Ringkörper 22 in dem Überdeckungsbereich 34 zwischen Kugelzapfen 21 und Ringkörper 22 mit einem galvanischen Oberflächenschutz versehenen. Der Überdeckungsbereich 34
entspricht dabei der Höhe des Ringkörpers 22. Der galvanische Oberflächenschutz in dem Überdeckungsbereich 34 schützt in dem zylindrischen Bereich 31 vor Korrosion in dem durch die Spielpassung zwischen Kugelzapfen 21 und Ringkörper 22 gebildeten umlaufenden Spalt. Der galvanische Oberflächenschutz ist als ein Zink- Nickel-Oberflächenschutz ausgebildet.
Der Ringkörper 22 ist als Kaltfließpressteil ausgebildet. Durch die Ausbildung des Ringkörpers als reines Umformteil wird eine kostengünstige Herstellung ermöglicht, insbesondere weil kein weiterer Arbeitsschritt, wie beispielsweise ein zusätzliches Drehen, erforderlich ist. Der Ringkörper 22 ist mit einer vollflächigen galvanischen Oberflächenbeschichtung versehen, die als Zink-Nickel-Oberflächenschutz ausgebildet. Darüber hinaus weist der Ringkörper 22 eine außenseitig umlaufende, in Fig. 4 dargestellte, Anlagefläche zu einem ersten Anschlussbauteil 35 auf, die als Kegelstumpfmantelfläche ausgebildet ist. Die Haupttraglast, die durch das erste Anschlussbauteil 35 auf den Ringkörper 22 einwirkt, wird im äußeren
Durchmesserbereich der Anlagefläche übertragen, um die Flächenpressung zwischen dem Ringkörper 22 und ersten Anschlussbauteil 35 gering zu halten. Das erste Anschlussbauteil 35 ist aus einem Aluminiumgusswerkstoff gebildet. Bei der Werkstoffkombination Stahl-Ringkörper 22 in Verbindung mit einem ersten
Aluminium-Anschlussbauteil 35 dient die vollflächige Oberflächenbeschichtung des Ringkörpers 22 zusätzlich zur Vermeidung von Kontaktkorrosion im Bereich der gemeinsamen Anlagefläche, weil sich an dieser Stelle zwei unterschiedlich edle Metalle berühren. Das erste Anschlussbauteil ist als Querlenker 35 ausgebildet.
Das in Fig. 3 gezeigte Kugelgelenk 20 weist ein Gehäuse 36 auf, in welches ein Kugelzapfen 21 wie zuvor beschrieben aufgenommen ist. Der Kugelzapfen 21 ist mit einem Endbereich dreh- und schwenkbeweglich in dem Gehäuse 36 aufgenommen. Hierzu ist dieser Endbereich des Kugelzapfens kugelförmig ausgebildet. Das
Gehäuse weist eine Außenumfangsfläche 37 auf, die geeignet ist zur Aufnahme des Gehäuses 36 in einer Bohrung eines zweiten Anschlussbauteils 38. Das zweite Anschlussbauteil ist als Radträger 38 ausgebildet. Durch die Integration der Funktion „Aufnahme des Gehäuses 36 in einer Bohrung eines zweiten Anschlussbauteils 38" in die Außenumfangsfläche 37 des Gehäuses 36 wird ein kostengünstiges
Kugelgelenk 20 bereitgestellt. Bevorzugt sind der Kugelzapfen 21 , der Ringkörper 22 und das Gehäuse 36 in Bezug auf die Mittelachse 24 des Kugelzapfens 21 rotationssymmetrisch ausgebildet. Das Gehäuse 36 weist an einem axialen Ende einen umlaufenden Kragen auf, welcher in Richtung der Mittelachse 24 des
Kugelzapfens 21 einen Anschlag bei der Aufnahme des Gehäuses 36 in der Bohrung des Radträgers 38 darstellt.
Bezuqszeichen Fahrwerkbaugruppe
Erstes Anschlussbauteil, Aluminium-Querträger Zweites Anschlussbauteil, Radträger
Kugelgelenk
Kugelzapfen
Ringkörper
Anlagefläche
Kugelgelenk
Ringkörper
Umformkante
Kugelzapfen
Kugelgelenk
Kugelzapfen
Ringkörper
Umformkante
Mittelachse des Kugelzapfens
Innenwandung des Ringkörpers
Nut
Dichtungsbalg
Aufpressrichtung
Schräge
Ausnehmung, Ringnut
Zylindrischer Bereich
Kontaktfläche
Öffnung
Überdeckungsbereich
Erstes Anschlussbauteil, Querlenker
Gehäuse
Außenumfangsfläche
Zweites Anschlussbauteil, Radträger
Claims
1 . Kugelzapfen (21 ) für ein Kugelgelenk (20) mit einem auf den Kugelzapfen (21 ) aufgepressten Ringkörper (22), wobei der Ringkörper (22) durch zumindest eine umlaufende, zwischen dem Kugelzapfen (21 ) und dem Ringkörper (22) wirkende und als Umformkante (23) ausgebildete Verliersicherung an dem Kugelzapfen (21 ) festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Umformkante (23) einstückig mit dem Kugelzapfen (21 ) ausgebildet ist.
2. Kugelzapfen (21 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Umformkante (23) durch ein spanabhebendes Verfahren, insbesondere durch Drehen, hergestellt ist.
3. Kugelzapfen (21 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformkante (23), bei Betrachtung in einem Längsschnitt durch die Mittelachse (24) des Kugelzapfens (21 ), nach Art eines Widerhakens ausgebildet ist.
4. Kugelzapfen (21 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelzapfen (21 ) zumindest eine Ausnehmung (30) zur Aufnahme zumindest eines Teilvolumens der Umformkante (23) bei aufgepresstem Ringkörper (22) aufweist.
5. Kugelzapfen (21 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Ausnehmung als umlaufende Ringnut (30) ausgebildet ist.
6. Kugelzapfen (21 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zur Vermeidung von Kerbwirkung die Ringnut (30) in
Erstreckungsrichtung der Mittelachse (24) des Kugelzapfens (21 ) tangentenstetig ausgebildet ist.
7. Kugelzapfen (21 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Kugelzapfen (21 ) und der Ringkörper (22) bei
aufgepresstem Ringkörper (22) einen sich in Richtung der Mittelachse (24) erstreckenden, im Wesentlichen zylindrischen Bereich (31 ) aufweisen, wobei in dem
zylindrischen Bereich (31 ) eine Spielpassung zwischen dem Kugelzapfen (21 ) und dem Ringkörper (22) vorliegt.
8. Kugelzapfen (21 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kugelzapfen (21 ) und der Ringkörper (22) unter Ausbildung einer Kontaktfläche (32) berühren, die nach Art einer
Kegelstumpfmantelfläche ausgebildet ist.
9. Kugelzapfen (21 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Umformkante (23), bei Betrachtung in Richtung der Mittelachse (24) des
Kugelzapfens (21 ), im Wesentlichen in der Mitte des zylindrischen Bereichs (31 ) angeordnet ist.
10. Kugelzapfen (21 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelzapfen (21 ) bei vollständig aufgepresstem
Ringkörper (22) zumindest in dem Überdeckungsbereich (34) zwischen Kugelzapfen (21 ) und Ringkörper (6) eine mit einem galvanischen Oberflächenschutz versehene Oberfläche aufweist.
1 1 . Kugelzapfen (21 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (22) als reines Umformteil, insbesondere als Fließpressteil, ausgebildet ist.
12. Kugelzapfen (21 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (22) mit einer vollflächigen
Oberflächenbeschichtung, insbesondere einer galvanischen Beschichtung, versehen ist.
13. Kugelzapfen (21 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (22) eine Anlagefläche zu einem ersten Anschlussbauteil (35) aufweist, die als Kegelstumpfmantelfläche, als Kugelkalotte oder als Kreisringfläche ausgebildet ist.
14. Kugelgelenk (20) aufweisend ein Gehäuse (36), in welches ein Kugelzapfen (21 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufgenommen ist.
15. Kugelgelenk (20) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das
Gehäuse (36) eine Außenumfangsfläche (37) aufweist, die geeignet ist zur Aufnahme des Gehäuses (36) in einer Bohrung eines zweiten Anschlussbauteils (38).
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