DE102017219026A1

DE102017219026A1 - Verfahren zur Herstellung eines Gelenkgehäuses eines Kugelgelenks sowie Vorrichtung zum Bearbeiten eines Gelenkgehäuse eines Kugelgelenks und Gelenkgehäuse

Info

Publication number: DE102017219026A1
Application number: DE102017219026.4A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Gräber; Cord Fricke; Jan Behrens; Eugen Bröse
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2019-04-25
Also published as: KR102507079B1; KR20190046649A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gelenkgehäuses (1) eines Kugelgelenks, wobei das Gelenkgehäuse (1) mit einem ersten, im Wesentlichen hohlzylindrischen, Funktionsabschnitt (5) und einen zweiten Funktionsabschnitt (6) hergestellt wird, welcher sich in einer Längsrichtung des Gelenkgehäuses (1) an den ersten Funktionsabschnitt (5) anschließt, wobei in das Gelenkgehäuse (1) eine Kugelschale eingesetzt wird, wobei in dem zweiten Funktionsabschnitt (6) zumindest zwei sich in Längsrichtung des Gelenkgehäuses (1) erstreckende Vertiefungen (14) durch jeweils seitlich nach außen gerichtete Materialverdrängung erzeugt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gelenkgehäuses eines Kugelgelenks, insbesondere für einen Lenker für eine Radaufhängung, wobei das Gelenkgehäuse mit einem ersten, im Wesentlichen hohlzylindrischen Funktionsabschnitt und einem zweiten Funktionsabschnitt hergestellt wird, welcher sich in einer Längsrichtung des Gelenkgehäuses an den ersten Funktionsabschnitt anschließt und einen sich zumindest abschnittsweise verjüngenden Verlauf aufweist, wobei in das Gelenkgehäuse eine Kugelschale eingesetzt wird.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Gelenkgehäuses eines Kugelgelenks, insbesondere für einen Lenker für eine Radaufhängung, wobei das Gelenkgehäuse einen ersten, im Wesentlichen hohlzylindrischen, Funktionsabschnitt und einen zweiten Funktionsabschnitt aufweist, welcher sich in einer Längsrichtung des Gelenkgehäuses an den ersten Funktionsabschnitt anschließt und einen sich zumindest abschnittsweise verjüngenden Verlauf aufweist, wobei in das Gelenkgehäuse eine Kugelschale einsetzbar ist.
Schließlich hat die Erfindung noch ein Gelenkgehäuse eines Kugelgelenks für ein Fahrwerkbauteil, insbesondere einen Lenker und/oder einer Radaufhängung, zum Gegenstand, wobei das Gelenkgehäuse einen ersten, im Wesentlichen hohlzylindrischen Funktionsabschnitt und einen zweiten Funktionsabschnitt aufweist, der sich in einer Längsrichtung des Gelenkgehäuses an den ersten Funktionsabschnitt anschließt und einen sich zumindest abschnittsweise verjüngenden Verlauf aufweist.
Kugelgelenke kommen unter anderem im Bereich der Radaufhängung bei Kraftfahrzeugen zum Einsatz. Die an derartige Kugelgelenke gestellten Anforderungen umfassen insbesondere hohe spezifische Belastbarkeit und geringes Lagerspiel sowohl im statischen als auch im dynamischen Belastungsfall, ferner einen geringen Wartungsbedarf bzw. Wartungsfreiheit möglichst über die Lebensdauer des Kraftfahrzeugs bzw. des Kugelgelenks, eine möglichst geringe Masse und einen geringen Bauraumbedarf. Darüber hinaus soll die Herstellung nach Möglichkeit kostengünstig erfolgen.
Im Gelenkgehäuse des Kugelgelenks wird eine Kugelschale angeordnet, in der eine Kugel eines Kugelzapfens des Kugelgelenks gleitbeweglich aufgenommen wird. Dabei ist es erforderlich, dass die Kugelschale spielfrei und insbesondere gegen Verdrehen relativ zum Gelenkgehäuse gesichert im Gelenkgehäuse verankert ist, da Bewegungen der äußeren Oberfläche der Kugelschale gegenüber der Innenoberfläche des Gelenkgehäuses zu Abrieb, damit frühzeitig zu unerwünschtem Spiel und zu einer Verkürzung der Lebensdauer des Kugelgelenks führen würden.
Aus der DE 10 2015 211 005 A1 ist ein Gelenkgehäuse eines Kugelgelenks, insbesondere für einen Lenker einer Radaufhängung, bekannt. Das Gelenkgehäuse wird mit einem ersten, im Wesentlichen hohlzylindrischen Funktionsabschnitt und einem zweiten, einen sich verjüngenden Verlauf aufweisenden Funktionsabschnitt hergestellt. In das Gelenkgehäuse wird eine Kugelschale eingesetzt, die durch einen Verschlussring gesichert wird, der axial zwischen der Kugelschale und einer im Bereich einer Zapfenöffnung des ersten Funktionsabschnitts vorgesehenen Innenschulter des Gelenkgehäuses festgelegt wird. Der Verschlussring weist an seiner Anlagefläche, mit welcher der Verschlussring gegen einen korrespondierend ausgeformten, bundförmigen Abschnitt der Kugelschale gedrückt wird, Sicken auf, die sich ringsum der Mittellängsachse des Gelenkgehäuses erstrecken. Durch das Drücken des Verschlussringes gegen die Kugelschale formt sich das Material der Kugelschale in die Sicken ein, wodurch eine Verdrehsicherung erreicht wird.
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine wirksame Verdrehsicherung zwischen Kugelschale und Gelenkgehäuse bei gleichzeitiger Reduzierung der Herstellungskosten zu erzielen.
Diese Aufgabe wird aus verfahrenstechnischer Sicht ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Aus vorrichtungstechnischer Sicht erfolgt eine Lösung der Aufgabe ausgehend vom Oberbegriff des nebengeordneten Anspruchs 6 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen. Die hierauf jeweils folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Gelenkgehäuse für einen Lenker einer Radaufhängung ist ferner Gegenstand von Anspruch 13.
Gemäß der Erfindung wird bei einem Verfahren ein Gelenkgehäuse eines Kugelgelenks hergestellt, wobei das Gelenkgehäuse mit einem ersten, im Wesentlichen hohlzylindrischen Funktionsabschnitt und einem zweiten Funktionsabschnitt ausgebildet wird. Der zweite Funktionsabschnitt schließt sich in einer Längsrichtung des Gelenkgehäuses an den ersten Funktionsabschnitt an. In das Gelenkgehäuse wird eine Kugelschale eingesetzt.
Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass in dem zweiten Funktionsabschnitt zumindest zwei sich in Längsrichtung des Gelenkgehäuses erstreckende Vertiefungen durch jeweils seitlich nach außen gerichtete Materialverdrängung erzeugt werden. Auf diese Weise bilden sich furchenförmige Vertiefungen aus, die jeweils beidseitig durch Materialaufwürfe flankiert werden, welche durch die nach außen gerichtete Materialverdrängung erzeugt werden. Vorzugsweise ist unter einer seitlich nach außen gerichteten Materialverdrängung eine Verdrängung des Materials in einer Umlaufrichtung und/oder Drehrichtung zu verstehen, die zu einer Längsachse des Gelenkgehäuses umlaufend und/oder koaxial ausgerichtet ist. Insbesondere erstrecken sich die furchenförmigen Vertiefungen in und/oder parallel zur Längsrichtung und/oder einer Längsachse des Gelenkgehäuses. Vorzugsweise sind die seitlich nach außen gerichteten Materialverdrängungen möglichst steil ausgebildet. Das Einsetzen der Kugelschale in das Gelenkgehäuse führt dazu, dass sich Material der Kugelschale in die jeweilige Vertiefung einformt bzw. die jeweiligen beidseitig flankierenden Materialaufwürfe auf der Innenumfangsfläche des Gelenkgehäuses sich in das Material der Kugelschale einformen, wodurch eine Verdrehsicherung der Kugelschale erzielt wird. Eine solche gefurchte Verdrehsicherung ist von Vorteil für Gelenke, die durch einen Umformprozess des Gelenkgehäuses ohne Verschlusselemente verschlossen werden, wie dies zum Beispiel bei Spurstangenaußengelenken der Fall ist.
Ebenso vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar für Gelenkgehäuse, die durch ein Verschlusselement umgeformt werden, wobei jedoch die von den Gelenkgehäusen aufgenommene Kugelschale keinen bund- oder flanschförmigen als Verdrehsicherung aufweist. Entsprechend hergestellte Gelenkgehäuse mit eingefurchter Verdrehsicherung für Kugelschalen ohne bundförmigen Abschnitt kommen zum Beispiel an Traggelenken oder Führungsgelenken zum Einsatz. Zudem zeichnen sich Kugelschalen ohne bund- oder flanschförmigen Abschnitt durch eine einfachere Fertigung und einen höheren Traganteil aus. Darüber hinaus werden durch den Fortfall des bund- oder flanschförmigen Abschnittes die Gehäuseauslegung und das Zusammenspiel aller Toleranzen vereinfacht. Die Herstellung von Kugelschalen und Gelenkgehäusen, insbesondere kaltumgeformten Gelenkgehäusen, wird einfacher und kostengünstiger.
Dagegen findet bei dem Verfahren gemäß der DE 10 2015 211 005 A1 ein Umformen des bundförmigen Abschnitts der Kugelschale durch den Verschlussring statt, um eine Verdrehsicherung zu erreichen. Das Herstellen von Gelenkgehäusen geht mit einem erhöhten fertigungstechnischen Aufwand einher, insbesondere da die feine Geometrie in einem Presswerkzeug verschleißanfälliger ist.
Die Kugelschale besteht bevorzugt aus einem thermoplastischen Kunststoff, beispielsweise aus Polyoxymethylen, Polyamid, Polyetherketon, Polyphthalamid oder Polyetherimid.
Zur Materialverdrängung auf der Innenumfangsfläche des Gelenkgehäuses kann ein Werkzeug mit zumindest zwei Schneidelementen verwendet werden, welche einen gekrümmten Verlauf aufweisende Schneiden umfassen, wobei das Werkzeug achsparallel zur Mittellängsachse des Gelenkgehäuses eingeführt wird. Die zumindest zwei Schneidelemente dringen im Bereich des zweiten Funktionsabschnitts in das Material des Gelenkgehäuses ein und erzeugen die beidseitigen Materialaufwürfe, welche quer zu einer Drehrichtung stehen können. Insbesondere ist die Drehrichtung umlaufend und/oder koaxial zu einer Längsachse des Gelenkgehäuses ausgerichtet. Dabei kann die jeweilige Schneide mit zunehmender Durchmesserverringerung des zweiten Funktionsabschnitts tiefer in dessen Material eindringen. Die furchenförmigen Vertiefungen sowie die Materialaufwürfe bilden eine große Angriffsfläche aus, wodurch eine Verdrehsicherung, insbesondere in Bezug zu einer Kugelschale, geschaffen wird, durch die das Verschleißverhalten von Gelenken und Lenkern verbessert wird. Das Herstellen der Verdrehsicherung kann durch eine geradlinige Bewegung oder eine umlaufende Bewegung der Schneidelemente bewirkt werden.
Erfindungsgemäß kann das Werkezeug beim Einführen in den zweiten Funktionsabschnitt selbstständig durch diesen zentriert werden. Es bedarf somit keiner zusätzlichen Hilfsmittel, um das Werkzeug gegenüber dem Werkstück auszurichten, bevor die Schneiden mit der Innenumfangsfläche des zweiten Funktionsabschnitts in Eingriff gebracht werden, um durch eine geradlinige Bewegung oder eine umlaufende Bewegung der Schneiden die furchenförmigen Vertiefungen zu erzeugen.
Die Vertiefungen können durch das Werkzeug in Umfangsrichtung äquidistant verteilt erzeugt werden. Dadurch wird eine gleichmäßige Kräfteverteilung auf die Verdrehsicherung erzielt. Besonders bevorzugt werden drei oder mehr äquidistant verteilte Vertiefungen erzeugt. Insbesondere sind durch Mehrmaliges Einführen und/oder Einpressen des Werkzeugs in das Gelenkgehäuse eine Vielzahl von Vertiefungen realisierbar. Vorzugsweise bilden zwei Vertiefungen ein Paar von einander gegenüber liegend in das Gelenkgehäuse eingebrachten Vertiefungen. Es können zwei, drei, vier, fünf oder mehr Vertiefungen äquidistant in Umfangsrichtung verteilt erzeugt werden. Insbesondere sind die Schneidelemente äquidistant in Umfangsrichtung an einem freien Ende des Werkzeugs angeordnet.
Für eine kostengünstige Herstellung des Gelenkgehäuses ist vorgesehen, dass das Gelenkgehäuse mittels eines Kaltumformverfahrens, insbesondere Kaltfließpressen, hergestellt wird. Durch die Integration der Verdrehsicherung in den zweiten Funktionsabschnitt des Gelenkgehäuses wird dessen Geometrie vereinfacht, so dass das Gelenkgehäuse kostengünstiger herstellbar ist. Das Gelenkgehäuse besteht bevorzugt aus Stahl oder einem Leichtmetall, wie Aluminium.
Gemäß dem nebengeordneten Anspruch 6 wird eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Gelenkgehäuses eines Kugelgelenks vorgeschlagen, wobei das Gelenkgehäuse einen ersten, im Wesentlichen hohlzylindrischen Funktionsabschnitt und einen zweiten Funktionsabschnitt aufweist, welcher sich in einer Längsrichtung des Gelenkgehäuses an den ersten Funktionsabschnitt anschließt und einen sich zumindest abschnittsweise verjüngenden Verlauf aufweist, wobei in das Gelenkgehäuse eine Kugelschale einsetzbar ist. Für eine prozesssichere Herstellung einer Verdrehsicherung zwischen dem Gelenkgehäuse und der Kugelschale ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ein Werkzeug umfasst, durch welches in dem zweiten Funktionsabschnitt zumindest zwei sich in Längsrichtung des Gelenkgehäuses erstreckende Vertiefungen durch jeweils seitlich nach außen gerichtete Materialverdrängung erzeugbar sind. Insbesondere ist unter einer seitlich nach außen gerichteten Materialverdrängung eine Verdrängung des Materials in eine Richtung quer und/oder rechtwinklig zur Längsrichtung des Gelenkgehäuses, vorzugsweise in eine Richtung koaxial umlaufend zu einer Längsachse des Gelenkgehäuses, zu verstehen. Das Werkzeug ist bevorzugt als ein Stößel ausgeführt, der einen an die Kontur oder Innenkontur des ersten Funktionsabschnitts angepassten Querschnitt aufweist.
Hierzu kann das Werkzeug zumindest zwei Schneidelemente aufweisen, die mit einen gekrümmten Verlauf aufweisenden Schneiden versehen sind. Die zumindest zwei Schneidelemente erzeugen beim Einführen des Werkzeugs in das Gelenkgehäuse furchenförmige Vertiefungen in dem zweiten Funktionsabschnitt, wobei die Schneiden der zumindest zwei Schneideelemente das Material während der Erzeugung der furchenförmigen Vertiefungen beidseitig seitlich nach außen verdrängen. Die dadurch entstehenden seitlichen Materialaufwürfe bilden sich jeweils quer zur Drehrichtung aus, wodurch eine größere Angriffsfläche für die aufzunehmenden Kräfte erzeugt wird.
Durch eine äquidistante Anordnung der zumindest zwei Schneidelemente zueinander am Werkzeug lässt sich eine zuverlässige Zentrierung beim Einführen eines insbesondere schwimmend oder pendelnd gelagerten Werkzeugs in das Gelenkgehäuse erreichen. Alternativ oder zusätzlich kann das Gelenkgehäuse schwimmend gelagert sein. Insbesondere wird das Werkzeug beim Einführen in das Gelenkgehäuse, vorzugsweise mittels der Schneidelemente, an und/oder entlang einer Innenseite des ersten hohlzylindrischen Funktionsabschnittes geführt.
In bevorzugter Weiterbildung ist das Werkzeug in radialer Richtung schwimmend oder pendelnd gelagert. Der gekrümmte Verlauf der Schneiden führt beim Einführen in das Gelenkgehäuse dazu, dass der zweite Funktionsabschnitt eine Führungs- und Zentrierfunktion übernehmen kann, durch welche das schwimmend oder pendelnd gelagerte Werkzeug selbsttätig zentriert werden kann, damit die Schneiden mit der Innenumfangsfläche des zweiten Funktionsabschnitts gleichmäßig in Eingriff treten können. Mit dem Erreichen des zweiten Funktionsabschnitts führt die Berührung zumindest einer der gekrümmten Schneiden dazu, dass eine senkrecht zur Kontur des zweiten Funktionsabschnitts gerichtete Kraft auf das entsprechende Schneidelement einwirkt. Eine aus der vertikal gerichteten, auf das Werkzeug wirkende Kraft und der senkrecht zur Kontur des zweiten Funktionsabschnitts gerichtete Kraft resultierende Kraft bewirkt eine Verschiebung des Werkzeugs in Richtung der resultierenden Kraft, so dass ein aufgrund der äquidistanten Anordnung gegenüberliegendes Schneidelement ebenfalls mit dem zweiten Funktionsabschnitt in Eingriff gebracht wird. Auf diese Weise lässt sich ein im Wesentlichen gleichmäßiges Tiefenprofil der von den Schneidelementen erzeugten furchenförmigen Vertiefungen im zweiten Funktionsabschnitt erzielen.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung können die im Werkzeug angeordneten Schneidelemente in radialer Richtung federnd gelagert sein. Hierzu können die Schneidelemente durch eine Federkraft vorgespannt werden, um bei Überschreiten dieser Federkraft mit zunehmender Eindringtiefe des Werkzeugs eine Ausgleichsbewegung der Schneidelemente in radialer Richtung zu ermöglichen.
Vorteilhaft ist es, wenn die Schneideelemente als Schneidrollen ausgeführt sind. Hierzu können die Schneiderollen im Kopfbereich des Werkzeugs um jeweils tangential verlaufende Achsen drehbar gelagert sein. Die drehbare Lagerung der Schneidrollen hat den Vorteil, dass sich die Schneidrollen beim Erzeugen der im Wesentlichen furchenförmigen Vertiefungen in Umfangsrichtung abrollen können. Dadurch, dass wegen des Abrollens unterschiedliche Abschnitte der Schneidrollen zum Eingriff kommen, wird eine im Wesentlichen gleichmäßige Abnutzung über den gesamten Umfang der Schneidrollen erreicht. Auf diese Weise lässt sich die Standzeit des Werkzeugs erheblich erhöhen. Die mit der Erzeugung der im Wesentlichen furchenförmigen Vertiefung erzeugten beidseitigen Materialaufwürfe stehen quer zur Drehrichtung. Um die Belastung der die Schneidrollen aufnehmenden Achsen bei zunehmender Eindringtiefe des Werkzeugs in das Gelenkgehäuse zu reduzieren, können diese in axialer Richtung des Werkzeugs federgelagert sein. Vorzugsweise dienen die Schneidelemente beim Einführen des Werkzeugs in das Gelenkgehäuse als Führungselemente, die entlang der Innenseite des ersten Funktionsabschnittes rollen oder gleiten. Hierbei liegen die Schneidelemente derart an dem ersten Funktionsabschnitt an, dass ein Einschneiden im Bereich des ersten Funktionsabschnittes vermieden ist.
In alternativer Ausgestaltung können die Schneideelemente kufenförmig ausgebildete Schneiden aufweisen. Die kufenförmigen Schneiden sind feststehend am Werkzeug angeordnet und erstrecken sich in axialer Richtung, wobei das dem Werkzeug zugewandte Ende aufwärts gekrümmt ist. Auch mit den kufenförmigen Schneiden lässt sich die vorteilhafte Ausrichtung der Materialauswürfe beim Einprägen der im Wesentlichen furchenförmigen Vertiefung im zweiten Funktionsabschnitt erzielen.
Ein erfindungsgemäß gestaltetes Gelenkgehäuse eines Kugelgelenks für ein Fahrwerkbauteil, insbesondere einen Lenker oder eine Spurstange, kann Teil einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs sein. Das Kugelgelenk kann als Traggelenk oder Führungsgelenk vorgesehen sein. Besonders bevorzugt umfasst eine Radaufhängung dabei aber mehrere Fahrwerkbauteile und/oder Lenker mit erfindungsgemäß gestaltetem Gelenkgehäuse.
Vorzugsweise bewirken die Schneiden, Schneidelemente und/oder Schneidrollen, insbesondere ausschließlich, eine Materialverdrängung. Vorzugsweise ist die Materialverdrängung ausschließlich seitlich nach außen gerichtet. Hierdurch kann das Material in einem Umlaufrichtung und/oder Drehrichtung verdrängt werden, die zu einer Längsachse des Gelenkgehäuses umlaufend und/oder koaxial ausgerichtet ist. Insbesondere können die Schneiden, Schneidelemente und/oder Schneidrollen als Verdrängungselemente und/oder Verdrängungsrollen aufgefasst oder bezeichnet werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, die nachfolgend erläutert wird, ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

1a bis 1c eine schematisierte Darstellung des Ablaufs eines Verfahrens zur Herstellung von Vertiefungen in einem im Längsschnitt gezeigten Gelenkgehäuses;
2a eine vergrößerte Ansicht einer Schneidrolle;
2b einen schematischen Profilverlauf einer Vertiefung auf der Oberfläche eines zweiten Funktionsabschnittes in Längsrichtung des Gelenkgehäuses;
2c einen schematischen Profilverlauf der Vertiefung gemäß 2a auf der Oberfläche des zweiten Funktionsabschnittes in Querrichtung des Gelenkgehäuses;
3 eine perspektivische Ansicht eines in das Gelenkgehäuse eingeführten Werkzeugs;
4 eine vergrößerte Detailansicht X gemäß 3;
5a auf das Werkzeug gemäß 3 einwirkende Kräfte, die zu einer Selbstzentrierung des Werkzeugs führen; und
5b auf das Werkzeug gemäß 3 einwirkende Kräfte nach einer Selbstzentrierung.

In den 1a bis 1c sind Ansichten einer schematisierten Darstellung des Ablaufs eines Verfahrens zur Herstellung eines im Längsschnitt gezeigten Gelenkgehäuses 1 eines Kugelgelenks dargestellt. Hierbei ist das Gelenkgehäuse 1 bereits im Wesentlichen fertig gestellt und es werden gemäß den 1a bis 1c Vertiefungen zum Bereitstellen einer Verdrehsicherung in das Gelenkgehäuse 1 eingebracht. Kugelgelenken kommt die Aufgabe zu Fahrwerkbauteile miteinander oder Lenker mit einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs zu verbinden, um Radkräfte vom Radträger zu dem Lenker zu übertragen. Jedes radführende Kugelgelenk weist ein aus Kunststoff oder Metall, insbesondere Stahl oder Aluminium, bestehendes Gelenkgehäuse 1 auf, sowie einen von diesem aufgenommenen Kugelzapfen, welche die Radkräfte übertragen. Das Gelenkgehäuse 1 wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch Kaltumformung, bevorzugt durch Kaltfließpressen, hergestellt. Die Innenkonturen des Gelenkgehäuses 1 können, insbesondere bei Lenkern, maschinell, beispielsweise mittels Bohren oder Fräsen, bearbeitet werden. Zur wartungsfreien Ausgestaltung des Kugelgelenks ist der Kugelkopf des Kugelzapfens in einer Kugelschale aus einem Kunststoff, insbesondere einem thermoplastischen Kunststoff, gelagert, welche in das Gelenkgehäuse 1 eingepresst wird. Insbesondere Führungsgelenke sind radial belastet und Drehbewegungen mit großen Winkeln ausgesetzt, so dass die Kugelschale gegen ein Verdrehen gesichert werden muss, um Verschleiß durch eine Relativbewegung zwischen der Innenoberfläche des Gelenkgehäuses 1 und der Außenoberfläche der Kugelschale zu verhindern. Zur Vermeidung des Auftretens derartiger Relativbewegungen ist eine Verdrehsicherung im Gelenkgehäuse 1 vorgesehen.
Das Gelenkgehäuse 1 weist einen rotationsymmetrisch ausgeführten Innenraum 2 auf. Eine Mittellängsachse 3 bildet die Rotationsachse einer zylindrischen Innenumfangsfläche 4, die in einen ersten Funktionsabschnitt 5 und einen zweiten Funktionsabschnitt 6 unterteilt ist. Der erste Funktionsabschnitt 5 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet. Der zweite Funktionsabschnitt 6 schließt sich in einer Längsrichtung des Gelenkgehäuses 1 an den ersten Funktionsabschnitt 5 an und weist einen sich zumindest abschnittsweise verjüngenden respektive trichterförmigen bzw. kugelsegmentförmigen Verlauf auf. In den zweiten Funktionsabschnitt 6 werden mehrere sich in Längsrichtung des Gelenkgehäuses 1 erstreckende Vertiefungen 14, wie in den 2a und 2b näher dargestellt, durch jeweils seitlich nach außen gerichtete Materialverdrängung erzeugt. Die erzeugten Vertiefungen 14 sowie die jeweilige Vertiefung 14 beidseitig flankierende Materialaufwürfe 15 dienen der Verdrehsicherung der in das Gelenkgehäuse 1 eingepressten Kugelschale. Durch das Einpressen der Kugelschale formt sich das Material der Kugelschale in die jeweilige Vertiefung 14 bzw. formen sich die jeweiligen beidseitig flankierenden Materialaufwürfe 15 auf dem zweiten Funktionsabschnitt der der Innenumfangsfläche 4 des Gelenkgehäuses 1 in das Material der Kugelschale ein, wodurch die Verdrehsicherung der Kugelschale realisiert wird.
Weiterhin zeigt 1a ein Werkzeug 7, welches zur Erzeugung der Vertiefungen durch die jeweils seitlich nach außen gerichtete Materialverdrängung in dem Gelenkgehäuse 1 vorgesehen ist. Das Werkzeug 7 umfasst einen zylindrischen Abschnitt 8, der vorrichtungsseitig schwimmend oder pendelnd gelagert ist, so dass das Werkzeug 7 in radialer Richtung eine Ausgleichsbewegung ausführen kann. Auf der dem zu bearbeitenden Werkstück, d.h. dem Gelenkgehäuse 1, zugewandten Kopfseite des Werkzeugs 7 sind in Umfangsrichtung verteilt als Schneidrollen 9 ausgeführte Schneidelemente angeordnet. Die Schneidrollen 9 weisen auf ihrem äußeren Umfang Schneiden 10 auf. Die Schneidrollen 9 sind auf Achsen 11 angeordnet, welche drehbar in dem zylindrischen Abschnitt 8 des Werkzeugs 7 angeordnet sind, vorzugsweise durch Gleitlagerung. Alternativ können die Achsen 11 nicht drehbar befestigt sein. Hierdurch können noch größere Kräfte übertragen werden. Die Achsen 11 erstrecken sich tangential zu dem einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden zylindrischen Abschnitt 8. Die Anordnung der Schneidrollen 9 bzw. der Achsen 11 ist in Umfangsrichtung des zylindrischen Abschnitts 8 äquidistant ausgeführt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt vier Schneidrollen 9 vorgesehen, die in radialer Richtung abschnittsweise über den zylindrischen Abschnitt 8 hinausragen. Um die Vertiefungen 14 zur Verdrehsicherung herzustellen, sind wenigstens zwei Schneidelemente vorzusehen, die um 180° versetzt angeordnet sind. Die Anordnung von fünf oder mehr Schneidelementen ist ebenfalls denkbar, insbesondere wenn die Schneidelemente kufenförmig ausgebildet und feststehend im Werkzeug 7 angeordnet sind.
Die Anordnung der Schneidrollen 9 erfolgt in Ausnehmungen 12, die sich in axialer und radialer Richtung des Abschnitts 8 am kopfseitigen Ende des Werkzeugs 7 erstrecken. Die Ausnehmungen 12 sind durch paarweise angeordnete Stege 13 begrenzt, die der Aufnahme der Achsen 11 dienen.
In 1b ist dargestellt, wie das Werkzeug 7 in das Gelenkgehäuse 1 eingeführt wird. Aufgrund der schwimmenden oder pendelnden Lagerung des Werkzeugs 7 wird das Werkzeug 7 selbststätig zur Mittellängsachse 3 des Gelenkgehäuses 1 geführt, wenn die Schneidrollen 9 mit dem ersten Funktionsabschnitt 5 in Berührung kommen. Im weiteren Verlauf des Absenkens des Werkzeugs 7 führt der erste Funktionsabschnitt 5 dieses. Der erste Funktionsabschnitt 5 hat somit eine Führungsfunktion. Der Durchmesser eines äußeren Begrenzungskreis, der sich in Umfangsrichtung des Werkzeugs 7 einstellt und an welchem die Schneidrollen 9 ihre maximale radiale Erstreckung über den Abschnitt 8 aufweisen, ist derart bemessen, dass die Schneidrollen 9 auf dem ersten Funktionsabschnitt 5 abrollen können, ohne dessen Oberfläche nennenswert zu manipulieren.
In 1c ist eine Positionierung des Werkzeugs 7 dargestellt, in welcher die Schneiden 10 der Schneidrollen 9 bereits abschnittsweise in die Oberfläche des zweiten Funktionsabschnitts 6 eingedrungen sind. Der zweite Funktionsabschnitt 6 hat eine Zentrierfunktion, welche weiter unten anhand der 5a und 5b näher erläutert wird. Aufgrund der gekrümmten Form der als Schneidrollen 9 ausgeführten Schneidelemente wird beim Eindringen in die Oberfläche des zweiten Funktionsabschnitts 6 eine seitliche Verdrängung des Materials bewirkt. Es kommt zu den Materialaufwürfen 15 beiderseits von den sich ausbildenden furchenförmigen Vertiefungen 14, die in Längsrichtung des Gelenkgehäuses 1 verlaufen. Ein Schieben von Material in Bewegungsrichtung der Schneide 10, was am Ende der Einführbewegung des Werkzeugs 7 zu einer Materialanhäufung am unteren Ende der Vertiefung führen würde, findet nahezu nicht statt. Im Anschluss an diesen Vorgang wird die Kugelschale in das Gelenkgehäuse 1 eingesetzt, wobei sich Material auf der Außenfläche der Kugelschale in die jeweilige Vertiefung einformt, während die beidseitig der jeweiligen Vertiefung 14 erzeugten, parallel zu der Vertiefung 14 verlaufenden Materialaufwürfe 15 sich ihrerseits in die Kugelschale einformen. Das Herstellen der Verdrehsicherung wird durch die umlaufende Bewegung der Schneiden bewirkt, was den Vorteil hat, dass ein gleichmäßiger Verschleiß an dem Werkzeug 7 auftritt, da die Schneiden 10 der Schneidrollen weitgehend gleichmäßig über den gesamten Umfang in Eingriff gebracht werden.
In 2a ist schematisch eine vergrößerte Ansicht einer Schneidrolle 9 sowie einer durch die Schneidrolle 9 in der Oberfläche des zweiten Funktionsabschnitts 6 erzeugten Vertiefung 14 in einer Teilschnittansicht dargestellt.
In 2b ist schematisch ein Profilverlauf einer der furchenförmigen Vertiefungen 14 auf der Oberfläche des zweiten Funktionsabschnittes 6 in Längsrichtung des Gelenkgehäuses 1 dargestellt. Der Verlauf gibt die Kontur der Vertiefung 14 an ihrem tiefsten Punkt wieder, welcher mit der maximalen Eindringtiefe der Schneide 10 der Schneidrolle 9 korrespondiert. Ein Pfeil 16 veranschaulicht die Bewegungsrichtung des Werkzeugs 7.
2c zeigt eine Darstellung eines schematischen Profilverlaufs der Vertiefung 14 gemäß 2b auf der Oberfläche des zweiten Funktionsabschnittes 6 in Querrichtung des Gelenkgehäuses1. Die Abrollbewegung der Schneidrolle 9 führt zu einer beiderseits der Schneide 10 seitlich nach außen gerichteten Materialverdrängung und zur Ausbildung der Materialaufwürfe 15, deren Verdrängungsrichtung mit dem Bezugszeichen 17 gekennzeichnet ist.
In 3 ist eine perspektivische Ansicht des in das Gelenkgehäuse 1 eingeführten Werkzeugs 7 dargestellt.
4 zeigt eine vergrößerte Detailansicht X gemäß 3. Insbesondere aus der Darstellung der Detailansicht ist zu entnehmen, dass die Schneidrolle 9 zunächst auf dem ersten Funktionsabschnitt 5 abgerollt wird, um sich zu zentrieren, bevor die auf das Werkzeug 7 ausgeübte Druckkraft und die sich verjüngende Form des zweiten Funktionsabschnitts 6 dazu führen, dass die jeweilige Schneide 10 mit zunehmender Durchmesserverringerung des zweiten Funktionsabschnitts 6 tiefer in dessen Material eindringt.
5a zeigt auf das Werkzeug 7 gemäß 3 einwirkende Kräfte, die zu einer Selbstzentrierung des Werkzeugs 7 führen. Wie in der 5a angedeutet, ist das Werkzeug 7 gegenüber dem Gelenkgehäuse 1 nicht exakt positioniert, d.h. zwischen der Längsachse des Werkzeugs 7 und der Mittellängsachse 3 tritt ein Versatz in radialer Richtung auf. Aufgrund der abweichenden Ausrichtung kommt nur eine von zwei gegenüberliegend angeordneten Schneidrollen 9 mit der Oberfläche des zweiten Funktionsabschnitts 6 in Berührung, im dargestellten Ausführungsbeispiel nur die rechte Schneidrolle 9. Von dem Werkzeug 7 wird eine in Bewegungsrichtung 16 des Werkzeugs 7 gerichtete Werkzeugkraft F_Werkzeug auf die mit dem zweiten Funktionsabschnitt 6 in Berührung stehende Schneidrolle 9 aufgebracht. Eine sich aus der Berührung der einen Schneidrolle 9 mit der Oberfläche des zweiten Funktionsabschnitts 6 ergebende Gegenkraft F_Schneidrolle wirkt senkrecht zu der Oberfläche des zweiten Funktionsabschnitts 6 im Berührpunkt der Schneidrolle 9. Eine aus der F_Werkzeug und der Gegenkraft F_Schneidrolle resultierende Kraft F_Res wirkt auf das Werkzeug 7 und bewirkt eine Verschiebung des schwimmend oder pendelnd gelagert Werkzeugs 7 in der Richtung der resultierende Kraft F_Res , so dass die gegenüberliegend angeordnete Schneidrolle 9 mit der Oberfläche des zweiten Funktionsabschnitts 6 in Eingriff kommt.
5b zeigt auf das Werkzeug 7 gemäß 3 einwirkende Kräfte nach einer Selbstzentrierung. Beide einander gegenüberliegend angeordnete Schneidrollen 9 stehen mit der Oberfläche des zweiten Funktionsabschnitts 6 in Berührung, so dass sich das Werkzeug 7 radial so ausrichtet, dass jeweils radial wirkende Komponenten der Gegenkraft F_Schneidrolle der Schneidrollen 9 sich ausgleichen und aufheben. Ein jeweiliger axialer Anteil der Gegenkraft F_Schneidrolle der Schneidrollen 9, der der Bewegungsrichtung 16 des Werkzeugs 7 entgegengerichtet ist, muss durch die Werkzeugkraft F_Werk- _zeug des Werkzeugs 7 aufgebracht werden.
Bezugszeichenliste

1: Gelenkgehäuse
2: Innenraum
3: Mittellängsachse
4: Innenumfangsfläche
5: Erster Funktionsabschnitt
6: Zweiter Funktionsabschnitt
7: Werkzeug
8: Zylindrischen Abschnitt
9: Schneidrolle
10: Schneide
11: Achse
12: Ausnehmung
13: Steg
14: Vertiefung
15: Materialaufwurf
16: Bewegungsrichtung
17: Verdrängungsrichtung
F_Werkzeug: Werkzeugkraft
F_Schneidrolle: Gegenkraft der Schneidrolle
F_Res: Resultierende Kraft
F_Radial: Radiale Kraftkomponente der Gegenkraft
F_Axial: Axiale Kraftkomponente der Gegenkraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015211005 A1 [0006, 0012]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Gelenkgehäuses (1) eines Kugelgelenks, wobei das Gelenkgehäuse (1) mit einem ersten, im Wesentlichen hohlzylindrischen Funktionsabschnitt (5) und einem zweiten Funktionsabschnitt (6) hergestellt wird, welcher sich in einer Längsrichtung des Gelenkgehäuses (1) an den ersten Funktionsabschnitt (5) anschließt und einen sich zumindest abschnittsweise verjüngenden Verlauf aufweist, wobei in das Gelenkgehäuse (1) eine Kugelschale eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Funktionsabschnitt (6) zumindest zwei sich in Längsrichtung des Gelenkgehäuses (1) erstreckende Vertiefungen (14) durch jeweils seitlich nach außen gerichtete Materialverdrängung erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Materialverdrängung ein Werkzeug (7) mit zumindest zwei einen gekrümmten Verlauf aufweisenden Schneiden (10) verwendet wird, welches entlang einer Mittellängsachse (3) des Gelenkgehäuses (1) in das Gelenkgehäuse (1) eingeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (7) beim Einführen in den zweiten Funktionsabschnitt (5) selbstständig durch diesen zentriert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (14) in Umfangsrichtung äquidistant verteilt erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkgehäuse (1) durch ein Kaltumformverfahren, insbesondere Kaltfließpressen, hergestellt wird.
Vorrichtung zum Bearbeiten eines Gelenkgehäuses (1) eines Kugelgelenks, wobei das Gelenkgehäuse einen ersten, im Wesentlichen hohlzylindrischen Funktionsabschnitt (5) und einen zweiten Funktionsabschnitt (6) aufweist, welcher sich in einer Längsrichtung des Gelenkgehäuses (1) an den ersten Funktionsabschnitt (5) anschließt und einen sich zumindest abschnittsweise verjüngenden Verlauf aufweist, wobei in das Gelenkgehäuse (1) eine Kugelschale einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Werkzeug (7) umfasst, durch welches in dem zweiten Funktionsabschnitt (6) zumindest zwei sich in Längsrichtung des Gelenkgehäuses (1) erstreckende Vertiefungen (14) durch jeweils seitlich nach außen gerichtete Materialverdrängung erzeugbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (1) zumindest zwei Schneidelemente (9) aufweist, die mit einen gekrümmten Verlauf aufweisenden Schneiden (10) versehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (7) in radialer Richtung schwimmend oder pendelnd gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (7) in radialer Richtung federnd gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideelemente als Schneidrollen (9) ausgeführt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidelemente kufenförmig ausgebildete Schneiden aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Schneidelemente (9) äquidistant zueinander an dem Werkzeug (7) angeordnet sind.
Gelenkgehäuse (1) eines Kugelgelenks für ein Fahrwerkbauteil, insbesondere einen Lenker und/oder einer Radaufhängung, mit einer darin angeordneten Kugelschale, wobei das Gelenkgehäuse (1) einen ersten, im Wesentlichen hohlzylindrischen Funktionsabschnitt (5) und einen zweiten Funktionsabschnitt (6) aufweist, welcher sich in einer Längsrichtung des Gelenkgehäuses (1) an den ersten Funktionsabschnitt (5) anschließt und einen sich zumindest abschnittsweise verjüngenden Verlauf aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Funktionsabschnitt (6) eine für die Kugelschale vorgesehene Verdrehsicherung aufweist, die als zumindest zwei sich in Längsrichtung des Gelenkgehäuses (1) erstreckende, durch jeweils seitlich nach außen gerichtete Materialverdrängung ausgebildete Vertiefungen (14) ausgebildet ist.