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Die Erfindung betrifft Gelenkzapfen mit einer Längsrichtung, einem sich konisch verjüngenden Befestigungsanteil und einem Gelenkanteil, eine Befestigungsanordnung für ein Kugelgelenk mit einem solchen Gelenkzapfen sowie ein Kraftfahrzeug.
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Solche Gelenkzapfen sind aus dem Stand der Technik bekannt und können insbesondere im Automobilbereich in einem Fahrwerk eingesetzt werden. Im Fahrwerk eines Automobils wird über Gelenkverbindungen sichergestellt, dass das Zusammenspiel bewegter Teile und die kinematischen Vorgaben im Fahrbetrieb erfüllt werden. Dabei wird z.B. ein Führungsgelenk über eine Kegelverbindung mit einem Schwenklager verbunden. Die Kegelverbindung besteht dabei darin, dass ein konisch zulaufender Befestigungsanteil in einem ebenfalls konisch ausgestaltete Aufnahme eingepresst wird. Bei Auswahl bestimmter Kegelverhältnisse wird über einen Selbsthemm-Effekt eine relativ feste Verbindung erreicht und somit die Verbindung gegen ein Lösen weiter abgesichert. Stoßartige Belastungen im Fahrbetrieb schließen ein Lösen aber dennoch nicht aus, so dass die Verbindung üblicherweise zusätzlich über eine Kontermutter abgesichert wird. Die Kontermutter wird dabei auf einen auf der der Öffnung der Aufnahme gegenüber liegenden Schaftanteil, der beispielsweise als Gewindebolzen ausgestaltet sein kann, aufgeschraubt, wobei der Schaftanteil aus dem Bauteil, an dem der Gelenkzapfen befestigt werden soll, aus dem Bauteil herausragt.
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Die korrekte und sichere Mutternauflage erfordert dabei einen zusätzlichen Bearbeitungsaufwand. Bauteilabhängig ist eine direkte Zugänglichkeit für Zerspanwerkzeuge nicht immer sichergestellt, so dass Sonderlösungen erforderlich sind. Eine Möglichkeit zur Bearbeitung der Mutternauflagefläche kann z.B. über Scheibenfräser, die von vorne an die Bearbeitungsposition heranfahren oder auch mittels Spezial-Werkzeugen, die durch die z.B. als Kegelbohrung ausgeführte Aufnahme von unten die Zerspanung der Mutternauflagefläche übernehmen, realisiert werden. Dies wirkt sich zeit-, kosten- und investitionsintensiv auf die mechanische Bearbeitung aus. Eine solche Anordnung mit Kontermutter ist zudem in der Höhe platzintensiv.
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Aus Sicht des Kundendienstes kann je nach Lage im Fahrwerk eine erschwerte Demontage/Montage aufgrund der Platzverhältnisse bestehen. Die freiliegende Mutter stellt zudem einen Angriffspunkt für korrosive Einflüsse dar, die langfristig den sicheren Verband bei ungünstigen Randbedingungen beeinträchtigen könnten. Aus Sicherheitsgründen muss aber eine sichere Befestigung dieser Gelenke an die bewegten Fahrwerkteile wegen der herrschenden Kräfte sichergestellt sein.
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Aus der
CN 109 695 625 A ist eine Kugelzapfenanordnung bekannt, bei der ein zylindrischer Schaftanteil des Kugelzapfens eine innere Bohrung eines Zwischenstücks durchdringt und auf der dem Kugelanteil des Kugelzapfens gegenüber liegenden Seite des Bauteils, an dem der Kugelzapfen befestigt wird, mit einer Mutter gesichert wird. Das Zwischenstück weist dabei eine konisch zulaufende Außenseite auf und wird in eine passend ausgestaltete Aufnahme in dem Bauteil eingesetzt. Auf diese Weise kann eine verbesserte Spannungsverteilung im Bauteil erreicht werden, so dass ein Brechen des Bauteils unwahrscheinlicher und somit die Betriebssicherheit erhöht wird.
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In den 1 bis 2 wird am Beispiel eines Führungsgelenkes, das eine bewegliche Verbindung zwischen dem Schwenklager 108 und dem Querlenker 112 herstellt, eine solche Anbindung dargestellt, die dem aktuellen Stand der Technik entspricht und in ihrer Anordnung und Umsetzung an sich bekannt ist. Das Führungsgelenk stellt dabei fahrwerkseitig eine gelenkige Verbindung zwischen dem Schwenklager 108 und dem Querlenker 112 her. Es gleicht Winkeländerungen der genannten Teile zueinander aus, die beim Fahren z.B. durch Ein- und Ausfederbewegungen sowie durch Lenkbewegungen entstehen. Das Führungsgelenk 108 wird über eine Kegelverbindung seines Gelenkzapfens 102 fest mit dem Bauteil 112 verbunden. Dabei weist der Gelenkzapfen 102 einen konischen Befestigungsanteil 104 in Form eines Kegelschafts auf, der in eine Aufnahme 110, die in dem Bauteil 112, an dem das Führungsgelenk 108 befestigt werden soll, angebracht ist, eingepresst wird. Auf der dem Befestigungsanteil 104 gegenüber liegenden Seite weist der Gelenkzapfen 102 einen Gelenk- bzw. Kugelanteil auf, der in der 1 nicht sichtbar ist, da er von dem Gehäuse des Führungsgelenks 108 umschlossen und somit verdeckt wird.
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Der Befestigungsanteil 104 wird durch eine kraftschlüssige Verbindung in der Aufnahme 110 gehalten. Er könnte aber bei stoßartigen Belastungen aus der Aufnahme 110 rutschen, weswegen der Befestigungsanteil 104 in Form des Gewindebolzens mit einem Schaft bzw. Bolzenanteil oben aus dem Bauteil 110 herausragt und durch eine Kontermutter 114 und eine Unterlegscheibe 116 gegen ungewolltes Lösen abgesichert wird.
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In 2 ist ein Querschnitt des Gelenkzapfens 102 gemäß Stand der Technik aus 1 zu sehen. Im unteren Bereich der Figur ist hier auch der Gelenkanteil 106 des Kugelgelenks zu erkennen, da das Schwenklager in dieser Figur nicht dargestellt ist. Es ist zu erkennen, dass der Gelenkzapfen 104 ähnlich wie ein Korken in einem Flaschenhals in dem Bauteil 112 sitzt, dabei aber während des Fügens mit einem Gewindeanteil aus dem Bauteil 112 wieder ausgetreten ist, so dass dieser Gewindeanteil nun aus dem Bauteil 112 herausragt. Die Mutter 114 wurde nachfolgend auf den Gewindeanteil aufgeschraubt, so dass der Befestigungsanteil 104 fest in der Aufnahme 110 sitzt und diese auch bei starken Stößen oder sonstigen wirkenden Kräften nicht verlassen kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Gelenkzapfen der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine vereinfachte Montage möglich wird. Ebenfalls ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen solchen Gelenkzapfen derart auszugestalten, dass die Korrosionsanfälligkeit reduziert wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen dem Befestigungsanteil und dem Gelenkanteil ein Gewindeabschnitt angeordnet ist, der ein Außengewinde trägt. Es wird so erreicht, dass eine Verschraubung des Gelenkzapfens mit einem anderen Bauteil vorgenommen werden kann, auch wenn das Bauteil nur von einer einzigen Seite aus zugänglich ist. Eine das Bauteil vollständig durchdringende Aufnahme oder Bohrung ist ebenso wenig notwendig, wie das Sichern durch eine auf der gegenüber liegenden Seite angeordnete Kontermutter. Der Gewindeabschnitt hat dabei eine Ausdehnung entlang der Längsachse des Gelenkzapfens und ist zwischen dem sich in Fügerichtung konisch verjüngenden Befestigungsanteil und dem im Regelfall kugelförmigen Gelenkanteil angeordnet. Der Querschnitt des Gewindeabschnitts kann deutlich größer sein als der Querschnitt des Befestigungsanteils. Beispielsweise kann der Gewindeabschnitt eine Ausdehnung quer zur Längsrichtung, beispielsweise einen Durchmesser, aufweisen, der zumindest 1,5 mal oder zumindest doppelt so groß ist, wie die Ausdehnung quer zur Längsrichtung bzw. wie der Durchmesser des Befestigungsanteils. Auf diese Weise wird es möglich, beispielsweise einen Gummibalg als Dichtung für das Gelenk, dessen Bestandteil der Gelenkzapfen ist, zu verwenden, da dann eine vollflächige Auflage des Gummibalgs bzw. der Dichtung auf der Stirnseite des Gewindeabschnitts möglich ist. Als Durchmesser des Befestigungsanteils kann hierbei insbesondere der maximale Durchmesser des konisch ausgestalteten Befestigungsanteils angesehen werden.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Befestigungsanteil und der Gelenkanteil als einzelne, miteinander verschraubbare Bauteile ausgestaltet sind. Hierzu kann ein Schaftanteil des Gelenkanteils ein Außengewinde aufweisen. Der Befestigungsanteil kann dann eine dazu passende Bohrung oder ein Sackloch aufweisen, das ein entsprechendes Innengewinde aufweist. Der Gelenkanteil kann dann in den Befestigungsanteil eingeschraubt werden. Die nun verbundenen Teile können dann in eine Aufnahme, die ein zu dem Gewinde des Gewindeabschnitts korrespondierendes Gewinde trägt, eingeschraubt werden. Der Gewindeabschnitt kann dabei fix mit dem Gelenkanteil verbunden sein oder einstückig mit diesem ausgestaltet sein. Dies führt aber zu einer aufwendigeren Herstellung und Montage sowie zu verringerter Flexibilität beim Einsatz in unterschiedlichen Gelenk- oder Fahrwerksvarianten. Bevorzugt ist daher der Gewindeabschnitt als separates Bauteil ausgeführt. Der Gelenkzapfen besteht dann aus insgesamt drei Einzelteilen, nämlich dem Gelenkanteil, dem Gewindeabschnitt und dem Befestigungsanteil.
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Vorzugsweise kann der Gewindeabschnitt Angriffsflächen für ein Werkzeug, das in der Lage ist, ein Drehmoment auf den Gewindeabschnitt auszuüben, aufweisen. Die Angriffsflächen können beispielsweise in Form eines Außensechskants oder eines Außenvierkants ausgestaltet sein. Der Gelenkzapfen bzw. der Gewindeabschnitt kann dann besonders einfach in das entsprechende Bauteil eingesetzt und durch Verschrauben an diesem fixiert werden.
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Es ist wie bereits angedeutet möglich, dass der Gewindeabschnitt als von dem Gelenkanteil und dem Befestigungsanteil separates Bauteil ausgestaltet ist. Der Gewindeabschnitt kann dann zunächst auf einen Grundkörper oder einen Schaftanteil des Gelenkanteils aufgesteckt werden, bevor der Gelenkanteil dann mit dem Befestigungsanteil verschraubt wird. Gemeinsam können die Bauteile dann in eine entsprechend ausgestaltete Aufnahme in einem Bauteil, mit dem der Gelenkzapfen verbunden werden soll, eingesetzt werden. Der Befestigungsanteil wird dabei in einen ebenfalls konisch zulaufenden Anteil der Aufnahme eingeführt und während des folgenden Schraubvorgangs in diesen eingepresst, so dass sowohl ein Formschluss durch die Gewindeverbindung als auch ein Kraftschluss durch die Presspassung des konischen Befestigungsanteils in der Aufnahme besteht.
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Wenn der Gewindeabschnitt als separates Bauteil ausgestaltet ist, kann er eine Durchgangsöffnung, in die ein Achsenabschnitt bzw. Schaft des Gelenkanteils eingreifen kann, aufweisen. Ebenfalls ist es bei dieser Ausführungsform vorteilhaft, wenn der Gelenkanteil einen Schaft mit einem Außengewinde aufweist. Es ist dann weiter vorteilhaft, wenn der Befestigungsanteil einen zu einem Schaft des Gelenkanteils korrespondierenden zylindrischen Hohlraum mit einem Innengewinde aufweist. Die zuvor beschriebene Steck- und Schraubverbindung kann so auf einfache Art und Weise hergestellt werden.
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In eine alternativen Ausführungsform kann der Gewindeabschnitt einstückig mit dem Befestigungsanteil ausgestaltet sein. Der Befestigungsanteil weist dann einen kegelstumpfförmigen Befestigungsabschnitt und einen im wesentlichen zylindrischen Gewindeabschnitt auf. Der Gewindeabschnitt hat dabei vorzugsweise einen größeren Durchmesser als der Befestigungsabschnitt.
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Eine erfindungsgemäße Befestigungsanordnung für ein Kugelgelenk kann einen Gelenkzapfen der zuvor beschriebenen Art sowie eine Aufnahme für den Befestigungsanteil des Gelenkzapfens aufweisen, wobei die Aufnahme eine zylindrische Öffnung mit einem zu einem an dem Gewindeabschnitt angeordneten Gewinde korrespondierendem Gewinde aufweisen kann. Unter einer Aufnahme wird dabei insbesondere eine Vorrichtung verstanden, die ausgestaltet ist, um den Gelenkzapfen bzw. dessen Befestigungsanteil aufzunehmen und mit diesem verbunden zu werden. Die Aufnahme kann ein Loch oder eine Bohrung sein, wobei sie einen konisch zulaufenden Anteil, der zu dem Befestigungsanteil des Gelenkzapfens korrespondiert, aufweist. Die Aufnahme kann ebenfalls einen zylindrischen Anteil, der auf einer der Außenseite der Aufnahme zugewandten Seite des konisch zulaufenden Anteils angeordnet ist, aufweisen. Der zylindrische Anteil der Aufnahme schließt sich dann in der Regel an das Ende des konischen Abschnitts, das den größeren Durchmesser aufweist, an. Der zylindrische Anteil kann ein Innengewinde aufweisen.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug weist einen Gelenkzapfen oder eine Befestigungsanordnung der zuvor beschriebenen Art auf. In einem solchen Kraftfahrzeug kann die Erfindung insbesondere zur Anbindung als Führungsgelenk zur Verbindung eines Querlenkers mit einem Schwenklager eingesetzt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 3: ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gelenkzapfens in einer schematischen perspektivischen Ansicht,
- 4: einen Schnitt des ersten Ausführungsbeispiels,
- 5: das erste Ausführungsbeispiel in einer seitlichen Explosionsansicht, und
- 6: das erste Ausführungsbeispiel in einer Explosionsansicht von schräg unten.
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3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gelenkzapfens 2 in einer schematischen perspektivischen Ansicht. Der obere Teil der Figur ist als Schnittdarstellung ausgeführt, so dass die Details der Verbindung deutlicher werden. Der Gelenkzapfen 2 ist in der dargestellten Ansicht vollständig montiert und stellt eine Verbindung zwischen dem Bauteil 20 und der Lagerschale 8 eines Schwenklagers her. Der Gelenkzapfen 2 weist einen Befestigungsanteil 4 und einen in der Figur größtenteils von der Lagerschale 8 verdeckten, kugelförmigen Gelenkanteil 6 auf. Lediglich der Schaft 22 des Gelenkanteils 6 ist in der Figur sichtbar. Der Schaft 22 durchdringt den Gewindeabschnitt 12 und erstreckt sich bis in den Befestigungsanteil 4 hinein. Der Schaft 22 und somit auch der Gelenkanteil 6 ist mit dem Befestigungsanteil 4 verschraubt, so dass der Gewindeabschnitt 12 zwischen dem Befestigungsanteil 4 und dem Gelenkanteil 6 eingespannt ist. Sowohl der Verbindungsanteil 4 als auch der Gelenkanteil 6 und der Gewindeabschnitt 12 sind im Wesentlichen rotationssymmetrisch um die Längsachse M ausgestaltet.
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Der Befestigungsanteil 4 läuft in der Figur gesehen nach oben und somit zum Inneren des Bauteils 20 hin konisch zu. Der Befestigungsanteil 4 greift dabei in den inneren, ebenfalls konisch ausgestalteten Anteil 24 der Aufnahme 10 ein. Durch die konische Form ergibt sich hier eine Presspassung und somit ein Kraftschluss, über den der größte Teil der auftretenden Kräfte übertragen wird. Die Aufnahme 10 weist einen zylindrischen Anteil 26 auf, der ein nicht dargestelltes Innengewinde trägt. Das Innengewinde des zylindrischen Anteils 26 wirkt mit dem an der Außenseite des Gewindeabschnitts 12 angeordneten Außengewinde zusammen. Es wird so möglich, den Gewindeabschnitt 12 in der Aufnahme 10 zu fixieren, so dass eine feste Verbindung zwischen dem Gelenkzapfen 2 und dem Bauteil 20 entsteht. Wie bereits beschrieben wird dabei ein großer Teil der Kräfte über die Presspassung zwischen dem Befestigungsanteil 4 und der Aufnahme 10 übertragen. Durch die Schraubverbindung zwischen dem Gewindeabschnitt 12 und der Aufnahme 10 wird die Verbindung abgesichert. Gleichzeitig wird beim Einschrauben der Befestigungsanteil 4 besonders fest in die Aufnahme 10 gepresst, so dass hier eine besonders starke Verbindung entsteht.
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4 zeigt eine vollständig geschnittene Ansicht des ersten Ausführungsbeispiels. Im Gegensatz zur Darstellung in 3 ist hier die Lagerschale nicht dargestellt, so dass der Gelenkanteil 6 vollständig sichtbar ist. Er besteht aus dem Schaftanteil 22 sowie der diesem gegenüber angeordneten Kugelanteil 30. Der Schaftanteil 22 ist mit dem Befestigungsanteil 4 verschraubt und durchdringt eine zentrale Bohrung in dem als separates Bauteil ausgestalteten Gewindeabschnitt 12. Durch die einander ergänzenden Verbindungen zwischen dem Befestigungsanteil 4 und dem konischen Anteil 24 der Aufnahme 10 einerseits sowie dem Gewindeabschnitt 12 und dem zylindrischen Anteil 26 der Aufnahme 10 andererseits ergibt sich eine besonders haltbare Verbindung, die durch einwirkende Kräfte sowohl in axialer als auch in radialer Richtung nicht überlastet wird.
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5 zeigt das erste Ausführungsbeispiel in einer seitlichen Explosionsansicht. Es wird hier besonders deutlich, dass der Gelenkzapfen 2 aus drei einzelnen Teilen, nämlich dem Befestigungsanteil 4, dem Gewindeabschnitt 12 sowie dem Gelenkanteil 6 besteht. Im oberen Bereich der Figur ist wiederum das Bauteil 20 dargestellt, das den Gelenkzapfen in der Aufnahme 10, die wiederum aus dem konischen Anteil 24 und dem zylindrischen Anteil 26 besteht, aufnehmen kann. Die Fügerichtung verläuft dabei in der Figur von unten nach oben.
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Der Befestigungsanteil 4 hat die geometrische Form eines Kegelstumpfs. Weiterhin kann er an seiner größeren Stirnseite eine mit einem Gewinde versehene Öffnung aufweisen, in die der Schaft 22 des Gelenkanteils eingeschraubt werden kann. Die Öffnung kann als Bohrung oder als Sackloch ausgestaltet sein. Auf seiner Oberseite bzw. auf seiner kleineren Stirnseite kann der Befestigungsanteil 4 eine weitere Öffnung 18 aufweisen. Diese kann beispielsweise mit einem Innensechskant oder einem anderen zu einem korrespondierenden Werkzeug passenden Profil versehen sein, um eine Fixierung des Befestigungsanteils 4 während des Verschraubens mit dem Gelenkanteil 6 zu ermöglichen.
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Der Gewindeabschnitt 12 weist eine zentrale Durchgangsbohrung 14 auf, durch die während der Montage der Schaft 22 des Gelenkanteils 6 gesteckt wird. Weiterhin weist der Gewindeabschnitt 12 in einem zu dem Befestigungsabschnitt 12 weisenden Bereich an seinem Umfang ein Außengewinde 28 auf. In einem zu dem Gelenkanteil 12 weisenden Bereich weist der Gewindeabschnitt 12 einen Außensechskant 16 auf, mit dessen Hilfe der Gelenkzapfen 2 dann in das Gewinde des zylindrischen Anteils 26 der Aufnahme 10 eingeschraubt werden kann.
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Der Gelenkanteil 6 wurde bereits zuvor ausführlich beschrieben. Er unterscheidet sich von Gelenkzapfen gemäß Stand der Technik unter anderem dadurch, dass der Schaft 22 nicht konisch zuläuft, sondern statt dessen Verbindungsmittel, beispielsweise in Form eines Außengewindes, aufweist, um mit dem Befestigungsanteil 4 verbunden zu werden.
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6 zeigt das erste Ausführungsbeispiel in einer Explosionsansicht von schräg unten. In dieser Ansicht sind die beiden Bohrungen bzw. Löcher 14, 18, die in dem Gewindeabschnitt 12 bzw. in dem Befestigungsanteil 4 angeordnet sind, gut zu sehen. Während des Zusammenbaus durchdringt der Schaft 22 des Gelenkanteils 6 zunächst das Loch 14, und dringt dann zumindest teilweise in das Loch 18 des Befestigungsanteils 4 ein. Mittels in der Figur nicht dargestellter Gewinde kann dann eine Verschraubung vorgenommen werden, so dass die drei Einzelteile des Gelenkzapfens 2, nämlich der Befestigungsanteil 4, der Gewindeabschnitt 12 und der Gelenkanteil 6, fest miteinander verbunden sind. Anschließend kann dann der gesamte Gelenkzapfen 2 in die Aufnahme 10 eingeführt und dort mittels der zweiten Verschraubung fixiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Gelenkzapfen
- 4
- Befestigungsanteil
- 6
- Gelenkanteil
- 8
- Lagerschale
- 10
- Aufnahme
- 12
- Gewindeabschnitt
- 14
- Loch
- 16
- Außensechskant
- 18
- Loch
- 20
- Bauteil
- 22
- Schaft
- 24
- konischer Anteil der Aufnahme
- 26
- zylindrischer Anteil der Aufnahme
- 28
- Gewinde
- M
- Längsachse
- 102
- Gelenkzapfen
- 104
- Befestigungsanteil
- 106
- Gelenkanteil
- 108
- Lagerschale
- 110
- Aufnahme
- 112
- Bauteil
- 114
- Kontermutter
- 116
- Unterlegscheibe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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