DE10206499A1 - Gelenk-Kugelzapfen und Herstellverfahren hierfür - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gelenk-Kugelzapfen, insbesondere für Fahrwerksteile von Kraftfahrzeugen, mit einem insbesondere aus verjüngtem Stahl gefertigten Gelenkzapfen mit angeformter Kugel, wobei auf die Kugel zumindest in deren tragenden Abschnitt ein korrosionsbeständiges Material mechanisch aufgebracht ist. Bevorzugt ist dieses Material durch Aufrollen einer Hülse oder dgl. aufgebracht. Zwischen dem mechanisch aufgebrachten Material und der Kugel kann zumindest ansatzweise eine formschlüssige Verbindung bestehen, wozu die Oberfläche der Kugel mit Rillen oder dgl. versehen ist, die mit dem korrosionsbeständigen Material ausgefüllt sind. Beim korrosionsbeständigen Material kann es sich um einen nichtrostenden Edelstahl, insbesondere VA, oder eine Titanlegierung oder eine Aluminiumlegierung oder dgl. handeln.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Gelenk-Kugelzapfen, insbesondere für Fahrwerksteile von Kraftfahrzeugen, mit einem insbesondere aus vergütetem Stahl gefertigten Gelenkzapfen mit angeformter Kugel. Ferner betrifft die Erfindung ein Herstellverfahren für einen solchen Gelenk-Kugelzapfen. Zum technischen Umfeld wird beispielshalber auf die DE 199 52 427 A1 und daneben auf die DE 44 03 584 C2 verwiesen.
• Die Verwendung von Kugelzapfen in Trag- und Führungsgelenken in den unterschiedlichsten Fahrzeug-Achssystemen ist seit langem Stand der Technik. Um die gewünschte Lebensdauer und Schlagfestigkeit des zumeist kegelförmigen Gelenkzapfens des Gelenk-Kugelzapfens bei kompakten Abmessungen sicherzustellen, werden hierfür als Material üblicherweise vergütete Stähle (z. B. 41Cr4 + QT) eingesetzt, die zur Erhöhung der Lebensdauer im Schaftbereich induktiv oberflächengehärtet werden. Durch diese oberflächengehärtete Ausführung des Kegelzapfens ist jedoch keine korrosionsschützende Oberflächenbehandlung des Gelenk-Kugelzapfens mehr möglich, denn bei den derzeit gängigen Oberflächen- Beschichtungsverfahren wird zumeist mit hohen Temperaturen gearbeitet, wodurch die vorher erzeugte Oberflächenhärte des Kegels wieder verloren gehen würde.
• Zumeist sind somit die Kugel und der Kegelzapfen eines Gelenk- Kugelzapfens nicht korrosionsgeschützt und können bei Eindringen von Feuchtigkeit in das Kugel-Gelenk korrodieren. Dabei können insbesondere aus einer korrosionsgeschädigten Kugeloberfläche freie Fe₂O₃-Partikel in das umgebende Schmierfett innerhalb der Gelenkpfanne gelangen und quasi eine Schleifpaste bilden, die die Wandstärke der umgebenden Schnapp-Gelenkschale reduziert, so dass sich Spiele bilden können, die zwar nicht zu fahrdynamischer Gefährdung aber zu Geräuschbildungen führen.
• Grundsätzlich sind Abhilfemaßnahmen für diese Problematik bekannt. So ist in der eingangs erstgenannten DE 199 52 427 A1 ein Kugelgelenk für Fahrwerksteile von Kraftfahrzeugen vorgeschlagen, bei welchem am Austritt der Gelenkkugel aus der Lageraufnahme eine zweite Abdichtung mittels zumindest eines Dichtrings vorgesehen ist und wobei die Gelenk-Kugel und der Gelenk-Zapfen bzw. Kegelzapfen aus Edelstahl hergestellt sind. Ein derartiger Gelenk-Kugelzapfen ist jedoch nicht nur in Herstellung sehr aufwändig, sondern zusätzlich durch das vorgeschlagene Material relativ teuer. Ebenfalls sehr aufwändig in der Herstellung ist ein weiterer bekannter Gelenk-Kugelzapfen nach der DE 44 03 584 C2, bei welchem eine mechanisch vorbearbeitete Gelenk-Kugel mit einer profilierten Durchgangsöffnung drehfest auf einen endseitig mit einem Bördelrand versehenen, komplementär zur Durchgangsöffnung geformten Befestigungszapfen eines durch Kaltumformung hergestellten Zapfenstumpfes aufgesteckt und durch Verformung des Bördelrandes des Befestigungszapfens gehalten ist.
• Hiermit soll nun ein relativ einfach herstellbarer Gelenk-Kugelzapfen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgezeigt werden, der sich durch hohe Korrosionsbeständigkeit auszeichnet (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).
• Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass auf die Kugel zumindest in deren tragendem Abschnitt ein korrosionsbeständiges Material mechanisch aufgebracht ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche, wobei hierin auch ein vorteilhaftes Herstellverfahren näher angegeben ist.
• Die vorliegende Erfindung schlägt somit eine Kombination der jeweils für sich bekannten vorteilhaften Eigenschaften vor, und zwar in der Weise, dass weiterhin ein hochfester Gelenk-Zapfen insbesondere aus vergütetem Stahl vorliegt, aus dem gleichzeitig der wesentliche Teil der Gelenk-Kugel geformt ist, so dass keinerlei Festigkeitsprobleme zu befürchten sind. Gleichzeitig wird die Kugel im kritischen Bereich, nämlich zumindest in ihrem tragenden Abschnitt, in dem ohne die vorgeschlagene Maßnahme ein Korrosions- Abrieb gebildet werden könnte, mit einer korrosionsresistenten Beschichtung versehen, die - da die üblichen Beschichtungstechniken wie eingangs dargestellt wurde nicht angewendet werden können - mechanisch aufgebracht ist bzw. wurde.
• Bevorzugt kann auf die aus vergütetem Stahl vorgefertigte Kugel ein korrosionsbeständiges, insbesondere metallisches Material durch Aufrollen einer Hülse oder dgl. aufgebracht werden. Hierzu kann der Kugelzapfen in der Kontur derart vorbearbeitet werden, dass anschließend das zusätzliche korrosionsbeständige Material durch ein geeignetes mechanisches Verfahren (wie bspw. bzw. insbesondere Rollen/Rollieren) formgetreu aufgebracht werden kann, und zwar derart, dass die endgültigen bestehenden geometrischen Abmessungen gegenüber dem bislang üblichen Stand der Technik (d. h. einem Gelenk-Kugelzapfen ohne Korrosions-Schutzschicht) unverändert bleiben. Damit bleibt der kinematisch bedeutsame Kugelmittelpunkt von der erfindungsgemäßen vorgeschlagenen Maßnahme unbeeinflusst.
• Um ein sicheres Haften des mechanisch auf die vorbearbeitete Gelenk- Kugel aufgebrachten Materials auf der Kugel-Oberfläche zu gewährleisten, kann zwischen dem mechanisch aufgebrachten Material und der Kugel zumindest ansatzweise eine formschlüssige Verbindung bestehen. Hierzu kann die Oberfläche der noch nicht mit dem korrosionsbeständigen Material überzogenen Kugel mit Rillen oder dgl. versehen sein, die dann im Rahmen des mechanischen Aufbringens oder Auftragens des korrosionsbeständigen Materials mit diesem Material ausgefüllt werden. Somit bildet sich ein fester Verbund zwischen der Kugel und der in der beschriebenen Weise aufgebrachten Korrosions-Schutz-Beschichtung. Letztere kann dabei durch unterschiedliche Werkstoffe gebildet werden, wobei bevorzugt ein nichtrostender Edelstahl, insbesondere VA, oder eine Titanlegierung oder eine Aluminiumlegierung oder anderes als korrosionsbeständiges Material zum Einsatz kommt.
• In den beigefügten und im weiteren erläuterten Prinzipskizzen (Fig. 1-3) ist gezeigt, wie ein erfindungsgemäßer Gelenk-Kugelzapfen hergestellt werden kann. Die weiteren Fig. 4, 5 zeigen eine Abwandlung vor bzw. nach dem Aufbringen des korrosionsbeständigen Materials auf die vom Gelenk-Zapfen getragene Kugel. Letztere, die an den Gelenk-Zapfen 1 angeformt ist, trägt dabei die Bezugsziffer 2, während das auf die tragende Oberfläche der Kugel 2 aufgebrachte korrosionsbeständige Material mit der Bezugsziffer 3 versehen ist.
• In Fig. 1 ist ein vorbearbeiteter Gelenk-Zapfen 1 mit angeformter Kugel 2, die somit einen Gelenk-Kugelzapfen bilden, in Seitenansicht dargestellt. Dargestellt ist ferner eine Hülse 3' mit einer Wandstärke in der Größenordnung von 0,5 mm bis 2 mm, die aus einem nichtrostendem Material besteht. Diese Hülse 3' wird nun im Herstell-Verfahrensschritt nach Fig. 2 passgenau über die geeignet vorbearbeitete Kugel 2 geführt und zunächst geeignet gehalten, so dass von außen ein Rollwerkzeug (nicht gezeigt) auf die Hülse 3' einwirken kann.
• Schließlich wird die Hülse 3' bzw. deren Material mittels des genannten Rollwerkzeugs auf die Kugel 2 aufgetragen, wobei dieses Rollieren derart durchgeführt wird, dass das entstehende Überschussmaterial unter Einhaltung der nötigen Formgenauigkeit im wesentlich gleichmäßig über der tragenden Oberfläche der Kugel 2 verteilt ist. Der damit erreichbare Endzustand ist in Fig. 3 dargestellt, wobei die rechte Hälfte des so erhaltenen Gelenk-Kugelzapfens im Schnitt dargestellt ist. Man erkennt dabei die aus der Hülse 3' entstandene Beschichtung der Kugel 2 aus korrosionsbeständigem Material 3.
• Evtl. kann eine formschlüssige Verbindung zwischen der Kugel 2 und dem aufgebrachten Material 3 vorgesehen sein, so wie dies in den Fig. 4, 5 (vor bzw. nach dem mechanischen Aufbringen des Materials 3) dargestellt ist. Hierzu können in der Kugeloberfläche Längsrillen 4 und/oder Querrillen 4 vorgesehen sein, was beim Aufwalzen der Hülse 3' eine teilweise formschlüssige Verbindung ermöglicht, wobei quasi überschüssiges Beschichtungs-Material 3 in die genannten Rillen 4 fließen kann. Anstelle dieser Rillen kann jedoch die Oberfläche der Kugel auch beliebige Vertiefungen in regelmäßigen oder unregelmäßige Abständen aufweisen.
• Wie bereits erwähnt kann als korrosionsbeständiges Material 3 bspw. VA, Titan, Alu, etc. zum Einsatz kommen, wobei grundsätzlich durch das Aufbringen der zusätzlichen Hülse 3' oder dgl. aus einem nichtrostendem Material die Kugel 2 zumindest im kritischen Bereich mit einer erhöhten örtlichen Qualität ausgestattet. wird. Eine für die Lebensdauer eines Gelenkes, dessen Bestandteil ein erfindungsgemäßer Gelenk-Kugelzapfen ist, schädliche Korrosion auf der Kugeloberfläche wird dadurch weitgehend ausgeschlossen. Das Gelenk wird hierdurch gegen Eindringen von Wasser unempfindlicher. In das Kugelgelenk eingetretene Feuchtigkeit kann auf der nun nichtrostenden Oberfläche über der eigentlichen Trag-Kugel 2 nicht zur Korrosion und anschließendem abrasivem Verschleiß an der die Kugel 2 umgreifenden Gelenk-Schnappschale führen, wobei noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl von Details abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein können, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (6)

1. Gelenk-Kugelzapfen, insbesondere für Fahrwerksteile von Kraftfahrzeugen, mit einem insbesondere aus vergütetem Stahl gefertigten Gelenkzapfen (1) mit angeformter Kugel (2), dadurch gekennzeichnet, dass auf die Kugel (2) zumindest in deren tragenden Abschnitt ein korrosionsbeständiges Material (3) mechanisch aufgebracht ist.

2. Gelenk-Kugelzapfen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das korrosionsbeständige Material (3) durch Aufrollen einer Hülse (3') oder dgl. auf die Kugel (2) aufgebracht ist.

3. Gelenk-Kugelzapfen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem mechanisch aufgebrachten Material (3) und der Kugel (2) zumindest ansatzweise eine formschlüssige Verbindung besteht.

4. Gelenk-Kugelzapfen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Kugel (2) mit Rillen (4) oder dgl. versehen ist, die mit dem korrosionsbeständigen Material ausgefüllt sind.

5. Gelenk-Kugelzapfen nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das korrosionsbeständige Material (3) ein nichtrostender Edelstahl, insbesondere VA, oder eine Titanlegierung oder eine Aluminiumlegierung oder dgl. ist.

6. Verfahren zum Herstellen eines Gelenk-Kugelzapfen nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hülse (3') mit einer Wandstärke in der Größenordnung von 0,5 mm bis 2 mm passgenau über die geeignet vorbearbeitete Kugel (2) geführt und mittels eines Rollwerkzeugs auf die Kugel aufgetragen wird, wobei das Rollieren derart durchgeführt wird, dass das entstehende Überschussmaterial unter Einhaltung nötigen Formgenauigkeit im wesentlich gleichmäßig über der Kugel (2) bzw. deren tragender Oberfläche verteilt ist, ggf. mit Ausnahme des in ggf. vorgesehene Rillen (4) oder dgl. hineinfließenden und damit eine formschlüssige Verbindung herstellenden korrosionsbeständigen Materials.