DE202015007263U1

DE202015007263U1 - Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung

Info

Publication number: DE202015007263U1
Application number: DE202015007263.1U
Authority: DE
Original assignee: Raufoss Tech AS
Current assignee: Raufoss Development No AS
Priority date: 2015-10-21
Filing date: 2015-10-21
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2025-10-22

Abstract

Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung (1), umfassend mindestens ein Kugelgelenk (2), wobei das Kugelgelenk (2) einen Kugelzapfen (13) aufweist, der einen aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Schaft (3) und eine mit dem Schaft (3) verbundene Gelenkkugel (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Werkstoff des Schafts (3) zumindest teilweise aus Bainit besteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung, umfassend mindestens ein Kugelgelenk, wobei das Kugelgelenk einen Kugelzapfen aufweist, der einen aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Schaft und eine mit dem Schaft verbundene Gelenkkugel aufweist.
Bei vorbekannten Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung der gattungsgemäßen Art werden Kugelgelenke eingesetzt, die infolge der starken Belastung im Betrieb Gelenkkugeln aus Vergütungsstahl einsetzen; hier wird als Werkstoff häufig Stahl des Typs 34CrNiMo 6, 42CrMoS4, 20MnB4 und ähnliche Stahlsorten (Vergütungsstähle) verwendet. Die Streckgrenze dieses Materials liegt typischerweise bei 800 bis 1.000 MPa. Mitunter wird das Material induktionsgehärtet.
Nachteilig ist dabei, dass ein relativ hoher Fertigungsaufwand für die Herstellung der Kugelzapfen erforderlich ist, was mit entsprechenden Kosten einhergeht. Darüber hinaus sind die Eigenschaften solcher bekannter Stahlsorten für die immer höheren Anforderungen (insbesondere hinsichtlich Festigkeit und Zähigkeit) an solche Kugelgelenke mitunter nicht ausreichend; immer kleiner Gelenke müssen immer höhere Lasten tragen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit der eine höhere Festigkeit der Gelenkkugeln erreicht werden kann, ohne hierfür einen übermäßig hohen Aufwand betreffend das Material und den Herstellungsprozess betreiben zu müssen.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Werkstoff des Schafts zumindest teilweise aus Bainit besteht (hierunter ist auch ein Zwischenstufengefüge bzw. Stahl mit bainitischem Gefüge zu verstehen).
Bevorzugt besteht der Schaft vollständig aus Bainit, insbesondere zumindest zwischen einem Gewindeteil bis heran an die Kugel.
Der Schaft und die Gelenkkugel sind vorzugsweise einstückig ausgebildet.
Der Schaft kann dabei mit einer Beschichtung versehen sein. Die Beschichtung des Schafts ist in diesem Falle bevorzugt ein chromfreier (Dünnschicht-)Korrosionsschutz. Die Beschichtung des Schafts kann dabei Zink aufweisen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass am Schaft ein Ring angeordnet ist, der eine Anlagefläche definiert. Die Anlagefläche kann dabei konvex ausgebildet sein. Auch der Ring kann aus Bainit bestehen.
Der Ring umgreift bevorzugt mit Presspassung den Schaft, so dass er fest mit dem Kugelzapfen verbunden ist.
Das zum Einsatz kommende Bainit weist bevorzugt eine Zugfestigkeit von mindestens 1.350 MPa auf, vorzugsweise von mindestens 1.400 MPa. Es hat bevorzugt eine Streckgrenze von mindestens 1.100 MPa, vorzugsweise von mindestens 1.150 MPa. Ferner sieht eine Fortbildung vor, dass das Bainit eine Dehngrenze (R_{p 0} _, ₂ ₎ von mindestens 1.100 MPa aufweist, vorzugsweise von mindestens 1.150 MPa.
Die Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung ist nach einer bevorzugten Anwendung eine Lenker- oder Lenkungsanordnung. Hierbei ist insbesondere an einen Querlenker gedacht.
Genauso kann es sich bei der Anordnung allerdings auch um eine Stabilisator-Strebe (bzw. Koppelstange oder Pendelstütze) handeln.
Eine weitere bevorzugte Anwendung ist ein Achsschenkel, sowie weitere in der Achse befindliche Lenkerteile sowie die Kugelgelenke, die zu Anlenkstangen eines Lenkungsgetriebes gehören.
Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung des Schaftes ist es möglich, auf Vergütungsstähle verzichten zu können, die per Induktionshärtung gehärtet werden. Darüber hinaus ist es möglich, die Ausgestaltung der Gelenke und des Kugelzapfens kleiner vorzunehmen.
Die angestrebte hohe Streckgrenze von bevorzugt über 1.150 MPa und eine hohe Zugfestigkeit von bevorzugt über 1.400 MPa Stellen im Betrieb eine dauerhafte Festigkeit und Zuverlässigkeit des Kugelgelenks sicher.
Vorzugsweise wird ein chromfreies (Dünnschicht-)Korrosionsschutz-System (beispielsweise erhältlich unter der Handelsbezeichnung „GEOMET”) eingesetzt. Hiermit kann der Schaft des Kugelzapfens zuverlässig vor Korrosion geschützt werden, ohne dass dabei durch den Korrosionsschutz selbst oder durch den Prozess der Aufbringung des Korrosionsschutzes die Eigenschaften des bainitischen Gefüges sowie Festigkeitseigenschaften nachteilig beeinflusst werden. Die Widerstandskraft gegen aggressive Umgebungsbedingungen kann hierdurch entsprechend erhöht werden (bevorzugt werden mindestens 240 Stunden im Salz-Sprühtest nach DIN 50021 angestrebt).
Zum eingesetzten Material, aus dem zumindest der Schaft des Kugelzapfens bzw. Kugelbolzens gefertigt ist, sei folgendes bemerkt:
Bainit (auch Zwischenstufengefüge genannt) ist ein Gefüge, das bei der Wärmebehandlung von kohlenstoffhaltigem Stahl durch isotherme Umwandlung oder kontinuierliche Abkühlung entstehen kann. Bainit bildet sich bei Temperaturen und Abkühlgeschwindigkeiten, die zwischen denen für die Perlit- bzw. Martensitbildung liegen. Anders als bei der Bildung von Martensit sind hier Umklappvorgänge im Kristallgitter und Diffusionsvorgänge gekoppelt. Hierdurch werden verschiedene Umwandlungsmechanismen möglich. Aufgrund der Abhängigkeit von Abkühlungsgeschwindigkeit, Kohlenstoffgehalt, Legierungselementen und der daraus resultierenden Bildungstemperatur besitzt der Bainit kein charakteristisches Gefüge. Bainit besteht, ebenso wie Perlit, aus den Phasen Ferrit und Zementit (Fe₃C), unterscheidet sich aber vom Perlit in Form, Größe und Verteilung.
Bainitisieren oder auch isothermisches Umwandeln in der Bainitstufe ist ein Austenitisieren mit anschließendem Abschrecken auf Temperaturen oberhalb der Martensitstarttemperatur M_s. Die Abkühlgeschwindigkeit muss dabei so gewählt werden, dass keine Umwandlung in der Perlitstufe stattfinden kann.
Beim Halten auf der Temperatur oberhalb M_s wandelt sich der Austenit so vollständig wie möglich zu Bainit um.
Bainit ist als solches im Stand der Technik hinlänglich bekannt und muss daher hier nicht weiter beschrieben werden.
Der vorgesehene Anwendungsfall der vorgeschlagenen vorteilhaften Lösung betrifft generell alle Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnungen, bei denen Kugelgelenke zum Einsatz kommen. Als Beispiele hierfür seien ausdrücklich Querlenker genannt sowie alle anderen Gelenke, die zum Fahrwerk oder zur Lenkung eines Kraftfahrzeugs gehören. Weitere wichtige Anwendungsfälle sind Pendelstützen der Wankstabilisierung (d. h. Stabilisatoren) von Kraftfahrzeugen und die Gelenke der Anlenkstangen von Lenkungen.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 in perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt aus einer Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung, hier in Form einer Aufhängung,
2 eine Schnittdarstellung durch den Endbereich der Anordnung gemäß 1,
3 in perspektivischer Darstellung einen Kugelzapfen eines Kugelgelenks gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
4 den Schnitt durch den Kugelzapfen gemäß 3,
5 in perspektivischer Darstellung einen Kugelzapfen eines Kugelgelenks gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und
6 den Schnitt durch den Kugelzapfen gemäß 5.
In 1 ist eine Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung 1 dargestellt, die vorliegend ein Querlenker ist. Die Anordnung 1 weist ein erstes Teil 7 und ein zweites Teil 8 auf, die gelenkig miteinander verbunden sind. Hierfür wird ein Kugelgelenk 2 eingesetzt, dessen genauer Aufbau in 2 zu erkennen ist.
In 2 ist zu sehen, dass das Kugelgelenk 2 einen Kugelzapfen 13 aufweist, der einen Schaft 3 sowie eine Gelenkkugel 4 umfasst.
Im ersten Teil 7 der Anordnung 1 ist eine Aufnahme für die Gelenkkugel 4 ausgebildet, wobei diese eine Lagerschale 12 umfasst, die in einer sphärisch Ausnehmung im ersten Teil 7 angeordnet ist. Zur Abdichtung ist eine Dichtung 9 vorgesehen, die am ersten Teil 7 durch einen Haltering 11 an diesem festgelegt ist.
Zur definierten Anlage des Kugelzapfens 13 am zweiten Teil 8 ist am Kugelzapfen ein Ring 5 mit einer Anlagefläche 6 befestigt, so dass der Kugelzapfen 13 mittels einer Mutter 10 am zweiten Teil 8 festgeschraubt werden kann.
Wesentlich ist, dass der metallische Werkstoff des Schafts 3 aus Bainit besteht. Dies trifft im Ausführungsbeispiel auch für die Gelenkkugel 4 sowie für den Ring 5 zu.
In 3 und 4 ist eine Ausführungsform des Kugelzapfens 13 dargestellt, wobei eine Anlagefläche 6 für die Fixierung der Dichtung 9 durch entsprechende Ausformung des Kugelzapfens 13 bewerkstelligt ist.
Dem gegenüber zeigen die 5 und 6 eine alternative Ausführungsform – wie sie generell auch in 2 zu sehen ist: Hiernach ist der Ring 5 als separates Bauteil ausgebildet, der auf den Kugelzapfen 13 und namentlich auf dessen Schaft 3 montiert ist. Dies ist vorliegend dadurch gegeben, dass der Ring 5 mit radialer Pressspannung auf dem Kugelzapfen 13 angeordnet ist.
Auch hier besteht der Kugelzapfen 13 aus einem einstückigen Teil, das die Gelenkkugel 4 und den Schaft 3 umfasst.
Durch die Verwendung von Bainit als Material für den Schaft 3 (und auch für die Gelenkkugel 4) ist es möglich, ein dauerhaft stabiles und verschleißfestes Kugelgelenk 2 zur Verfügung zu stellen, das sich kostengünstig realisieren lässt.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung (Querlenker)
2: Kugelgelenk
3: Schaft
4: Gelenkkugel
5: Ring
6: Anlagefläche
7: erstes Teil der Aufhängung
8: zweites Teil der Aufhängung
9: Dichtung
10: Mutter
11: Haltering
12: Lagerschale
13: Kugelzapfen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 50021 [0017]

Claims

Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung (1), umfassend mindestens ein Kugelgelenk (2), wobei das Kugelgelenk (2) einen Kugelzapfen (13) aufweist, der einen aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Schaft (3) und eine mit dem Schaft (3) verbundene Gelenkkugel (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Werkstoff des Schafts (3) zumindest teilweise aus Bainit besteht.
Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (3) vollständig aus Bainit besteht.
Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (3) und die Gelenkkugel (4) einstückig ausgebildet sind.
Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (3) mit einer Beschichtung versehen ist.
Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung des Schafts (3) ein chromfreier Korrosionsschutz ist.
Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung des Schafts (3) Zink aufweist.
Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Schaft (3) ein Ring (5) angeordnet ist, der eine Anlagefläche (6) definiert.
Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (6) konvex ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (5) aus Bainit besteht.
Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (5) mit Presspassung den Schaft (3) umgreift.
Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bainit eine Zugfestigkeit von mindestens 1.350 MPa aufweist, vorzugsweise von mindestens 1.400 MPa.
Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bainit eine Streckgrenze von mindestens 1.100 MPa aufweist, vorzugsweise von mindestens 1.150 MPa.
Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bainit eine Dehngrenze (R_{p 0} _, ₂ ₎ von mindestens 1.100 MPa aufweist, vorzugsweise von mindestens 1.150 MPa.
Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Lenkeranordnung ist oder umfasst.
Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Querlenker ist oder umfasst.
Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Stabilisator-Koppelstange ist oder umfasst.
Kraftfahrzeug-Fahrwerks-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Lenkungsanordnung ist oder umfasst.