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Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk zur Anordnung an einer Achse eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kugelgelenk ein Kugelzapfengehäuse und einen Kugelzapfen aufweist und in einem Lenker der Achse mit dem Kugelzapfengehäuse montierbar ist.
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Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Lenkers mit einem Kugelgelenk, zur Anordnung an einer Achse eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kugelgelenk ein Kugelzapfengehäuse und einen Kugelzapfen aufweist und in einem Lenker der Achse mit dem Kugelzapfengehäuse eingepresst wird.
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Aus dem Stand der Technik sind Kugelgelenke zur kinematischen Kopplung verschiedener Lenker von Kraftfahrzeugachsen bekannt. Die Kugelgelenke ermöglichen den Lenkern eine kinematische Kopplung mit anderen Bauteilen mit mehreren Drehfreiheitsgraden.
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Die kinematischen Kopplungspunkte von Fahrwerkskomponenten eines Kraftfahrzeugs unterliegen hohen Genauigkeitsanforderungen. Sie müssen über die gesamte Bandbreite aller einnehmbaren Positionen exakt den Vorgaben der geplanten Konstruktion folgen. Hierbei ergeben sich jedoch im Produktionsprozess der einzelnen beteiligten Komponenten Störeinflüsse, beispielsweise durch Produktionstoleranzen.
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In der Regel werden Lenker an ihren Endpunkten mit Kugelgelenken gekoppelt und verbinden so Teile eines Achsträgers mit einem Radträger an einem Kraftfahrzeugfahrwerk. Erfolgt eine Positionsänderung der Kugelgelenkanbindungspunkte an dem Lenker, in Folge eines aus der Produktionstoleranz laufenden Prozesses, so kann dieser durch verschiebbare Anbindungspunkte der Kugelgelenke ausgeglichen werden.
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Aus dem Stand der Technik sind hierzu Flanschgelenke bekannt, die aus einem Kugelgelenk und einem Anbindungsflansch bestehen. Zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen wird der Flansch an den Lenker gekoppelt. Die Kopplung zwischen Flansch und Lenker erlaubt einen gewissen Toleranzausgleich. Die Kopplung erfolgt meistens durch formschlüssige und/oder kraftschlüssige Kopplung.
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Hieraus ergeben sich allerdings auch Nachteile. Zum einen ist der Flansch meist ein Stahlprodukt mit hohem spezifischem Eigengewicht. Gerade auf der Radseite, der Seite der ungefederten Radmaßen, soll jedoch das Gewicht minimiert werden. Zum anderen ergibt sich der Nachteil, dass die formschlüssigen Kopplungen nur eine bedingte Festigkeit erlauben.
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Zur Montage muss der Lenker mit einer aufwendigen Justiereinrichtung mit dem Flanschgelenk verbunden werden und anschließend durch feste Kopplung fixiert werden. Diese Fixierung ist zudem störanfällig, da durch Vibrationen im Kraftfahrzeug, hervorgerufen durch Motor- und/oder Fahreinflüsse, ein Verschieben des Lenkers relativ zum Flanschgelenk möglich ist. Eine so hergestellte Kopplung ist somit besonders nachteilig in Bezug auf die Dauerhaltbarkeit.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Kugelgelenk zur Verfügung zu stellen, das einen Ausgleich von Fertigungstoleranzen ermöglicht. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem ein Lenker mit Kugelgelenken besonders einfach maßgenau und kostengünstig produzierbar ist.
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Der gegenständliche Teil der Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Der verfahrenstechnische Anteil der Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der abhängigen Patentansprüche.
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Das Kugelgelenk weist erfindungsgemäß eine Mittelachse des Kugelzapfens auf die zu der Mittellängsachse des Kugelzapfengehäuses parallel verläuft. Unter zwei parallel verlaufenden Achsen sind im Rahmen der Erfindung zwei parallel verlaufende Geraden, die in einer Ebene liegen und einander nicht schneiden zu verstehen. Die erfindungsgemäße Ausführungsform des Kugelgelenkes bietet den Vorteil, dass das Kugelzapfengehäuse an dem Lenker der Achse eines Kraftfahrzeugs montiert werden kann und gleichzeitig eine Möglichkeit bietet produktionstechnisch auftretende Toleranzen des Lenkers auszugleichen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Mittelachse des Kugelzapfens zur Mittellängsachse des Kugelzapfengehäuses exzentrisch mit einem Abstand versetzt. Der Ausgleich der Produktionstoleranzen erfolgt durch den Abstand der beiden Achsen zueinander. Die Mittellängsachse des Kugelzapfengehäuses gibt den Mittelpunkt des Einbauortes in den Lenker vor.
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Die Mittelachse des Kugelzapfens bestimmt den kinematischen Kopplungspunkt des Lenkers. Ändert sich im Zuge des Produktionsverlaufes die Länge des Lenkers oder aber auch die Positionierung des Einbauortes des Kugelgelenks in dem Lenker, so ist durch das erfindungsgemäße Kugelgelenk eine Einstellungsmöglichkeit gegeben. Die Einstellungsmöglichkeit bietet eine Justierung zwischen dem Kopplungspunkt des Kugelgelenks mit dem Lenker und dem kinematischem Kopplungspunkt des Zapfens mit einem daran anschließenden Bauteil. Beide Kopplungspunkte sind definiert über ihre Mittelachsen. Durch Drehung des erfindungsgemäßen Kugelgelenks in seinem Einbauort in dem Lenker erfährt der Lenker mit dem über das Kugelgelenk gekoppelten Bauteil eine relative Verschiebung zueinander. Diese Verschiebung wird genutzt um mögliche auftretende Toleranzen auszugleichen. Nach Ausgleich der Toleranzen erfolgt eine feste Kopplung.
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Die Montage des Kugelgelenks innerhalb des Lenkers erfolgt durch Kopplung des Kugelzapfengehäuses mit einer Einbauöffnung für das Kugelzapfengehäuse in dem Lenker. Die Fixierung kann dabei durch ein Einpressen des Kugelzapfengehäuses in den Lenker geschehen oder aber auch durch eine formschlüssige Verbindung, die zusätzlich durch eine Klebeverbindung oder ein Fügen fixiert wird. Unter einer Verbindung, die durch Fügen hergestellt wird, ist erfindungsgemäß auch ein Schweißverfahren zu verstehen.
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Vorzugsweise beträgt der Abstand der Mittelachse zu der Mittellängsachse zwischen 0,001 mm und 2 mm. Der Ausgleich von Fertigungstoleranzen in diesem Bereich erfolgt, ohne die kinematischen Anbindungspunkte des Lenkers in eine weitere Richtung ungewollt zu verschieben. Durch eine Verschiebung der kinematischen Anbindungspunkte würde in dessen Folge die kinematische Kopplung fehlerbehaftet sein. So verstellt sich beispielsweise beim Einfedervorgang des Rades die Sturzeinstellung in nicht gewollter Art und Weise.
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Das Verfahren zur Herstellung eines Lenkers mit einem Kugelgelenk zur Anordnung an einer Achse eines Kraftfahrzeugs wobei das Kugelgelenk ein Kugelzapfengehäuse und einen Kugelzapfen aufweist und in einen Lenker der Achse mit dem Kugelzapfengehäuse eingepresst wird, wobei eine Mittelachse eines Kugelzapfens zu einer Mittellängsachse des Kugelzapfengehäuses parallel verläuft, beinhaltet folgende Verfahrensschritte:
- – Einpressen des Kugelzapfens in das Kugelzapfengehäuse,
- – Anordnen des Kugelgelenkes vor einer Einpressöffnung des Lenkers,
- – Ausrichten des Kugelgelenks,
- – Einpressen des Kugelgelenks.
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Durch das Verfahren ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass ein aufwendiges Ausrichten eines Lagerflansches in Relation zum Lenker der Kraftfahrzeugachse entfällt. Die Verbindung des eingepressten Kugelgelenks mit dem Lenker bietet eine optimale Krafteinleitungsmöglichkeit über den Lagerzapfer in den Lenker bzw. vom Lenker über den Lagerzapfen in ein Anbindungsbauteil. Etwaige Schwachpunkte, die durch formschlüssige Verbindung mittels beispielsweise einer Schraubverbindung hergestellt werden, entfallen. Weiterhin ist die so hergestellte Verbindung zwischen Kugelgelenk und Lenker der Kraftfahrzeugachse besonders dauerhaltbar.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante wird das Ausrichten im Zuge des Verfahrens durch Drehen des Kugelzapfengehäuses um seine Mittellängsachse durchgeführt. Durch die Drehung des Kugelzapfengehäuses um seine Mittellängsachse wird die Mittelachse des Kugelzapfens exzentrisch versetzt. Der Versatz erfolgt auf Grund des Abstandes der zwischen der Mittelachse des Kugelzapfens und der Mittellängsachse des Kugelzapfengehäuses ausgebildet ist.
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Vorzugsweise werden durch das Ausrichten des Kugelgelenks Produktionstoleranzen des Lenkers kompensiert. Der Lenker erfährt folglich keine Lageänderung. Die relative Wegverkürzung, die die geometrische Verlagerung, hervorgerufen durch die Produktionstoleranz, ausgleicht, erfolgt durch die relative Lageänderung vorgegeben durch den Abstand zwischen Mittelachse und Mittellängsachse.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante werden im Zuge des angewendeten Verfahrens Kugelgelenke mit einem Versatz der Mittelachse zur Mittellängsachse von 0,001 mm bis 2 mm verwendet. Es ist dabei im Rahmen der Erfindung realisierbar, dass in einem Verfahrensschritt das fertig vormontierte Kugelgelenk mit festem Versatz in den Produktionsprozess integriert wird oder aber auch Kugelzapfengehäuse, die mit einem später einzupressenden Kugelzapfen, den jeweiligen Versatz aufweisen. Es werden folglich Kugelzapfengehäuse verwendet, die einen zur Mittellängsachse versetzten Aufnahmebereich für einen Kugelzapfen aufweisen. Der Versatz zum Mittelpunkt des Aufnahmebereichs ist gleich dem Abstand der Mittelachse zur Mittellängsachse. Im Rahmen des Verfahrens können somit immer die gleichen Kugelzapfen eingesetzt werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, bevorzugte Ausführungsformen anhand der schematischen Zeichnungen. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Kugelgelenks und
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2 eine Anordnung eines erfindungsgemäßen Kugelgelenks in einem Lenker.
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In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Teile dieselben Bezugszeichen verwendet, wobei entsprechende oder vergleichbare Vorteile erreicht werden, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kugelgelenks 1. Das Kugelgelenk 1 weist dazu ein Kugelzapfengehäuse 2 und einen darauf ausgebildeten Kugelzapfen 3 auf. Das Kugelzapfengehäuse 2 umschließt dabei den Kugelzapfen 3 in einem Anbindungsbereich B der Kugel. Zur Montage, in einem hier nicht dargestellten Einbauort, weisen sowohl Kugelzapfen 3 als auch Kugelzapfengehäuse 2 an ihrer äußeren Kontur Sicken S, Nuten N und Fasen F auf. Mittels dieser geometrischen Bauteilein- und/oder Ausprägungen ist ein Ein- oder Aufpressvorgang von verschiedenen hier nicht dargestellten Bauteilen möglich. Das Kugelzapfengehäuse 2 weist zusätzlich an seinem unteren Ende einen Anschlag A auf.
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2 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung eines Kugelgelenks 1 in einem Lenker 4. Hier ist zu erkennen, dass der Kugelzapfen 3 eine Mittelachse 5 und das Kugelzapfengehäuse 2 eine Mittellängsachse 6 aufweist. Die beiden Achsen stehen senkrecht in der hier dargestellten Bildebene. Sie verlaufen folglich parallel zu einander und weisen einen Abstand a zu einander auf. Um diesen Abstand a ist die Mittelachse 5 zur Mittellängsachse 6 des Kugelzapfengehäuses 2 exzentrisch versetzt.
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Das Kugelgelenk 1 ist mit seinem Kugelzapfengehäuse 2 in einer Einpressöffnung 7 des Lenkers 4 montiert. Eine produktionstechnisch bedingte Längenänderung L des Lenkers 4 ist schematisch angedeutet. Der Längenänderung L wirkt der Abstand a, um den die Mittelachse 5 zur Mittellängsachse 6 exzentrisch versetzt ist, entgegen. Bei gleicher kinematischer Kopplung durch Festlegung des Anbindungspunktes über den Kugelzapfen 3 kann durch den exzentrisch versetzten Abstand a die Längenänderung L des Lenkers 4 ausgeglichen werden.
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Eine Längeränderung L kann auch durch eine veränderte Lage der Einpressöffnung 7, hervorgerufen durch Produktionstoleranzen, vorliegen. Hierbei wird die Einpressöffnung 7 im Rahmen des Produktionsprozesses so versetzt, dass sie mit dem anderen Ende des Lenkers 4 ebenfalls eine Längenänderung L, durch Verschiebung der Kopplungspunkte, bewirkt. Auch diese Toleranz kann mit dem erfindungsgemäßen Kugelgelenk 1 ausgeglichen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kugelgelenk
- 2
- Kugelzapfengehäuse
- 3
- Kugelzapfen
- 4
- Lenker
- 5
- Mittelachse zu 3
- 6
- Mittellängsachse zu 2
- 7
- Einpressöffnung
- a
- Abstand
- S
- Sicke
- N
- Nut
- F
- Fase
- A
- Anschlag
- B
- Anbindungsbereich
- L
- Längenänderung