Die Erfindung betrifft eine Gelenk- und/ oder Lageranordnung nach dem

Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Es ist bekannt, insbesondere hochbelastete Gelenke mit einer Gelenkschale aus Stahl auszustatten, die zur Ausbildung einer harten Oberfläche oberflächenbehandelt z. B. hartverchromt sein kann. Die gegenüber der Gelenkschale bewegliche

Gelenkkugel kann dann beispielsweise in eine so ausgebildete Gelenkschale eingepresst werden. Dann ist jedoch nur im mittleren Bereich der Gelenkkugel eine Abstützung gegeben, so dass ein solches Gelenkt nicht axial, sondern nur radial belastet werden kann.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, hier eine Alternative und/ oder eine Verbesserung zu erreichen.

Die Erfindung löst dieses Problem durch eine Gelenk- und/oder Lageranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Hinsichtlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung wird auf die weiteren Ansprüche 2 bis 12 verwiesen.

Durch die Erfindung ist dadurch, dass die der Gelenkkugel zugewandte

Oberfläche der Gelenk- und/ oder Lagerschale einen metallischen Gusswerkstoff aufweist, eine bereits große Druckstabilität dieser Oberfläche geschaffen. Die Nitrierung bewirkt jedoch eine erhebliche Vergrößerung der Oberflächenhärte und es wird gleichzeitig ein Korrosionsschutz der Gelenkkugeloberfläche erreicht. Mit der mehrteilig ausgebildeten Gelenk- und/ oder Lagerschale ist zusätzlich eine weitgehende

Einfassung der Gelenkkugel ermöglicht, wodurch auch große axiale Kräfte in eine solche Gelenk- und/ oder Lageranordnung eingeleitet werden können. Dennoch kann eine insgesamt niedrige Bauhöhe der Gelenk- und/ oder Lageranordnung erreicht werden. Es ist vorteilhaft zur Erhöhung der Oberflächenhärte und als Korrosionsschutz den Gusswerkstoff an seiner der Gelenkkugel zugewandten Oberfläche zu nitrieren.

Nitridieren ist ein Verfahren zur Oberflächenhärtung unter Verwendung von Stickstoff. Es entsteht eine Oberflächenschicht, die bis etwa 500° Celsius beständig ist. Mögliche Verfahren sind z. B. Badnitrieren, Gasnitrieren oder Plasmanitrieren.

Das Verfahren in der Regel bei Temperaturen um (500...570) °C bei Behandlungszeiten von 1 bis 100 Stunden durchgeführt, wobei der Kern des Werkstoffes ferritisch bleibt, und ebenso die Bildung von oberflächennahem Austenit durch Eindiffusion von Stickstoff vermieden wird. An der Werkstückoberfläche bildet sich durch Eindiffusion von Stickstoff oder Kohlenstoff in das Werkstück eine sehr harte oberflächliche Verbindungsschicht (ε- und γ'-Eisennitride), die je nach Behandlungszeit

z. B. (10...30) μηπ dick werden kann und mehr oder weniger stark ausgeprägte Porensäume an der Oberfläche aufweist, die man wiederum als Träger von zum Beispiel Gleitmitteln verwenden kann. Unter der Verbindungsschicht befindet sich die Diffusionszone, in der der Stickstoff bis zu einer bestimmten Tiefe in der ferritischen Metallmatrix eingelagert ist. Dieser, in fester Lösung eingelagerte Stickstoff führt zu einer Erhöhung der Festigkeit.

Um den Korrosionsschutz dieser Schichten zu erhöhen ist es zusätzlich möglich, die Verbindungsschicht zu oxidieren. Das geschieht üblicherweise durch eine

Dampfbeaufschlagung, die die Eisenanteile korrodieren lässt und so eine

Oxidschutzschicht bildet.

Gängige Verfahren sind das Salzbadnitrieren, Gasnitrieren, Gasnitrocarborieren und Plasmanitrieren. Beim Salzbadnitrieren ist durch das teilweise Eintauchen der Werkstücke ein partielles Nitrieren möglich, beim Plasmanitrieren kann man zum Beispiel durch eine Klemmvorrichtung oder eine Schutzpaste mechanisch abdecken und so auch eine partielle Nitrierung erreichen. Vorteilhaft ist Gasnitrocarborieren gegenüber Gasnitrieren in kürzerer Zeit z. B. 2 bis 5 Stunden bei gegenüber

Gasniterieren höherer Temperatur von etwa 570 °C erreichbar und sorgt so für eine kürzere Durchlaufzeit in der Produktion. Wenn vorteilhaft der die Gussoberfläche aufweisende Teil der Gelenk- und/oder Lagerschale insgesamt aus einem Gusswerkstoff gebildet ist, liegt in soweit Materialhomogenität vor. Eine gesonderte Ausbildung der Oberfläche ist dann nicht erforderlich.

Besonders günstig wird ein Graphitguss verwendet, der durch die eingelagerten Graphitanteile eine hohe Schmierfähigkeit aufweist, so dass eine Notschmierung der Gelenk- und/ oder Lageranordnung auch bei bereits verbrauchtem eigentlichem

Schmiermittel gewährleistet ist.

Einen guten Kompromiss aus einerseits einer geforderten hohen Festigkeit und andererseits einer noch hinreichend hohen Dehnbarkeit stellt die Verwendung eines Kugelgraphitgusses, wie etwa GGG 60, dar. Die allgemein bekannte Abkürzung GGG steht dabei für Graphit Guss Globular.

Das Verfahren Gasnitrocarborieren lässt sich durch hinreichende Verweildauer (z. B. 2-5 Stunden) und entsprechende Druck- und Temperaturparameter (z. B. 570 °C) so einstellen, das eine Nitriertiefe von zumindest 0,15 Millimetern erreicht wird, so dass eine hohe Stabilität der so nitrierten Oberfläche vorliegt.

Für einen leichten Lauf der Gelenk- und/oder Lageranordnung und zur

Beseitigung von kleinen Oberflächendefekten ist es weiterhin vorteilhaft, die genannte Oberfläche - und eventuell auch die Oberfläche der Gelenkkugel - zu polieren.

Für eine gute Axialbelastbarkeit kann ein einem Schaft einer gehaltenen

Gelenkkugel gegenüberliegender unterer Lagerschalenteil die Gelenkkugel ungefähr bis zu ihrer Äquatorialebene umfassen. Hieran kann sich als Gelenkverschluss ein von einem Schaft durchgriffener oberer Lagerschalenteil anschließen. Um diesen zu halten, kann günstig ein die Lagerschalenteile gegeneinander verspannendes Druckelement vorgesehen sein, zum Beispiel ein federnder und/oder elastischer Ringkörper.

Zusätzlich kann eine Sensoreinrichtung, zum Beispiel mittels Piezo-Elementen, vorgesehen sein, mittels der die Größe der axialen Vorspannung ermittelt werden kann, wodurch im Dauerbetrieb eine Verschleißermittlung möglich ist. Um den Verschleiß möglichst gering zu halten, ist es weiterhin günstig, auch die Gelenkkugel an ihrer Oberfläche zu nitrieren und/ oder zu polieren. Die polierte

Oberfläche kann sich bis über den Schaft bis zum Ansatz eines schmutzabdichtenden Faltenbalgs erstrecken.

Ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer erfindungsgemäßen Gelenk- und/oder Lageranordnung ist gesondert beansprucht. Derartige Fahrzeuge können als PKW oder NKW oder auch Baumaschinen ausgebildet sein.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus in der Zeichnung dargestellten und nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen des

Gegenstandes der Erfindung.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine die wesentlichen Elemente einer Gelenk- und/ oder Lageranordnung nach Anspruch 1 zeigende und teilweise aufgeschnittene Ansicht,

Fig. 1 a eine Detailansicht des in Figur 1 mit Ia gekennzeichneten Bereichs

Fig. 2 eine Gelenk- und/ oder Lageranordnung ähnlich wie in Figur 1 , hier

eingesetzt in eine Baueinheit mit zwei V-förmig aufeinander zulaufenden Lenkern, in deren Zentrum die Gelenkanordnung gehalten ist,

Fig. 3 eine Detailansicht etwa entsprechend dem Detail III in Figur 2,

Fig. 4 die Baueinheit nach Figur 2 in Draufsicht,

Fig. 5 einen perspektivischen und schematischen Ausschnitt eines Nutzkraftwagens im Bereich einer Gelenkanordnung zur Verbindung eines im Differentialbereich erweiterten Achskörpers, wobei hier die Baueinheit nach Figur 2 ff. zur Abstützung des Achskörpers vorgesehen ist. Die in Figur 1 schematisch dargestellte Gelenk- und/oder Lageranordnung ist hier als Gelenkanordnung ausgebildet, die sowohl in radialer Richtung (Pfeil 2) als auch in axialer Richtung (Pfeil 3) belastet werden kann.

Die hier gezeichnete Gelenkanordnung 1 weist eine mehrteilige - hier zweiteilige - Gelenk- oder Lagerschale 4, die eine Gelenkkugel 5 zumindest bereichsweise umgibt. Insgesamt ist hier eine Dreiteiligkeit gezeichnet, bei der die Gelenkschale 4 eine einem mit der Gelenkkugel 5 zusammenhängenden Schaft 6 gegenüber gelegene untere Gelenk- oder Lagerschale 7 und eine von dem Schaft 6 durchgriffene obere Gelenkoder Lagerschale 8 aufweist. Die untere Lagerschale 7 kann in ein Gehäuse 9 eingepresst oder anders darin gehalten sein. Alternativ ist auch möglich, dass die untere Lagerschale 7 einstückig mit dem Gehäuse 9 ausgebildet ist. Die letztgenannte Lösung ist bei einem unten noch näher beschriebenen Aufnitrieren jedoch u. U.

kostenaufwendiger. Eine Vorkonfektionierung eines komplett einsetzbaren Gelenkes 1 ist möglich und günstig.

Die obere Lagerschale 8 kann beispielsweise schwimmend gehalten sein, wobei eine Aufnahme, etwa eine Ringnut, für ein die Lagerschalenteile 7, 8 axial gegeneinander vorspannendes Vorspannelement 10, hier als ringförmiges Druckelement ausgebildet, in der oberen Lagerschale 8 ausgebildet sein kann. Konkret kann das Vorspannelement 10 beispielsweise als Gummiring oder Tellerfeder ausgebildet sein. Bei Verwendung eines Gummielements hat dieses neben der Wirkung einer axialen Vorspannung zusätzlich eine schlagdämpfende Wirkung.

Zusätzlich kann eine Sensoreinrichtung 20 vorgesehen sein, mittels der eine Erfassung der Größe der axialen Vorspannung möglich ist. Hierzu können etwa Piezo- Elemente vorgesehen sein, die den axialen Druck messen und dadurch bei

Unterschreiten eines Mindestdrucks einen Mangel der axialen Vorspannung

signalisieren. Eine Nachstellbarkeit als Verschleißausgleich kann dabei möglich sein.

Die Sensoreinrichtung kann einer Auswerteeinheit zugeordnet sein, die bei Verwendung eines Piezoelementes die Spannung erfassen und über eingeeigentes Instrument (21 ) anzeigen kann. Die Spannung kann auch an ein Steuergerät weitergeleitet werden oder zu Auswertezwecken gespeichert werden.

Hinter dem Vorspannelement 10 kann ein Verschlussring 1 1 oder ähnlicher lagesichernder und das Gehäuse 9 schließender Abschluss vorgesehen sein. Auch ist es möglich, das Gehäuse für einen stabilen Abschluss und Einfassung der Teile 7, 8 der Lagerschale 4 zu verrollen.

Am dem dem Schaft 6 gegenüber gelegenen Ende kann das Gehäuse 9, wie hier gezeichnet, geschlossen sein und einen Vorratsraum 12 für Schmiermittel einschließen. Die untere Lagerschale 7 ist dazu am Pol der Gelenkkugel 5 ausgenommen. Alternativ kann ein solcher Vorratsraum auch innerhalb der unteren Lagerschale 7 vorgesehen sein. Insgesamt ist eine solche Gelenkanordnung 1 wartungsfrei.

Es ist auch möglich, dass das Gehäuse 9 an der dem Schaft 6 gegenüberliegenden Bereich mit einem Schraubdeckel oder ähnlichem geöffnet werden kann, wobei die sehr flache und günstige Bauform dabei erhalten bleiben kann. Durch den zu öffnenden Deckel kann auch ein Nachfüllen von Schmiermittel ermöglicht sein.

Zumindest ein Teil der Gelenk- und/oder Lagerschale 4 weist u. a. für eine große Oberflächenhärte bei gleichzeitig gutem Korrosionsschutz an ihrer der Gelenkkugel 5 zugewandten Oberfläche einen nitrierten metallischen Gusswerkstoff auf. Damit ist eine hohe Druckstabilität und ein gute Korrosionsschutz erreicht. Hier ist fertigungstechnisch einfach der jeweilige Teil 7, 8 der Gelenk- und/oder Lagerschale 4 vollständig aus einem metallischen Gusswerkstoff gebildet. Dabei wird als Gusswerkstoff ein

Graphitguss verwendet, insbesondere ein Kugelgraphitguss. Beispielsweise kommt als Material ein GGG 60 oder ein Werkstoff mit ähnlichen Festigkeits- und Dehnungseigenschaften in Betracht. Dabei ist mit dem GGG 60 eine höhere Festigkeit als etwa mit einem GGG 40 erreicht, wobei die Dehnungseigenschaften jedoch noch hinreichend gut sind. Die so geschaffene Gelenkanordnung 1 bildet somit eine dreiteilige, sphärisch geformte Stahl-Guss- oder Guss-Guss-Lagerung aus. Besonders günstig ist es, wenn der Gusswerkstoff der Lagerschalenteile 7, 8 zumindest an seiner der Gelenkkugel 5 zugewandten Oberfläche aufnitriert ist, etwa über ein Gasnitrocarborieren. Die Einwanderungstiefe des Stickstoffes, also die

Nitriertiefe, sollte dabei hinreichend groß sein, um auch bei Oberflächendefekten eine hohe Oberflächenqualität sicherstellen zu können. Dies lässt sich einfach durch lange Einwirkdauer im Verfahren erreichen. Die nitrierten Gleitflächen verlieren daher auch bei langer Einsatzdauer ihre durch die Nitrierung verbesserten Eigenschaften nicht.

Für eine hohe Oberflächengüte kann zudem die der Gelenkkugel 5 zugewandte Oberfläche der Gelenk- und/ oder Lagerschalenteile 7, 8 zusätzlich auch poliert sein.

Dabei kann die Gelenkkugel 5, die selbst aus Stahl oder ebenfalls einem

Gusswerkstoff bestehen kann, an ihrer der Gelenk- und/ oder Lagerschale 4

zugewandten Oberfläche ebenfalls aufnitriert und/ oder poliert sein. Bei einem Polieren ist es günstig, die polierte Fläche am Schaft 6 bei zum Ansatz eines abdichtenden Balgs 13 fortzusetzen. Auch wenn als Vorspannelement 10 ein Gummiring eingesetzt ist, ist dieser durch den Balg 13 vollständig frei von Dichtungsaufgaben. Die Gelenk- und/ oder Lageranordnung ist damit schmutzunempfindlich.

Eine solche Gelenkanordnung 1 kann an verschiedenen Stellen als

insbesondere hochbelastbare Gelenk- und/ oder Lageranordnung innerhalb von Fahrwerksteilen 14 eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein.

Ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer seinem Fahrwerk 14 zugeordneten Gelenk- und/ oder Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ist daher hier gesondert beansprucht.

In Figur 2 bis Figur 5 ist ein Ausschnitt des Fahrwerks 14 eines Fahrzeugs 15, zum Beispiel eine Nutzfahrzeugs oder eines Offroadfahrzeugs, gezeigt. Die dort dargestellte Anordnung umfasst zwei in einer Dreieckslenkeranordnung spitzwinklig und in Draufsicht V-förmig aufeinander zulaufende Lenker 16, 17. An der so gebildeten Dreiecksspitze greifen diese mittels einer Gelenkanordnung 1 an einer Fahrzeugachse 18, hier einer Hinterachse, an. Diese ist im bezüglich der Fahrzeugquerrichtung mittleren Bereich zur Aufnahme eines Differentials erweitert. Die Gelenkanordnung 1 kann damit auf dem oberen Ende dieses zur Aufnahme eines Differentials erweiterten Bereichs der Hinterachse 18 montierbar sein und somit eine Querführung und Längsführung für diese Fahrzeugachse 18 bilden. Die hier zwei abstützenden

Lenker 1 6, 17 können selbst in ihren oberen Bereichen 19 an zum Beispiel tragenden Längsrahmenteilen angebunden sein.

Bezuqszeichen Gelenk- und/oder Lageranordnung, radiale Richtung,

axiale Richtung,

Gelenk- oder Lagerschale,

Gelenkkugel,

Schaft,

untere Gelenkschale,

obere Gelenkschale,

Gehäuse,

Vorspannelement,

Verschlusselement,

Vorratsraum für Schmiermittel,

Balg,

Fahrwerk,

Fahrzeug,

Lenker,

Lenker,

Achse,

Anbindung der Lenker

Sensoreinrichtung

Auswerteeinheit