Anmelder: Acument GmbH & Co. OHG Unsere Akte: S 76383/TEX-143-PCT Datum: 16.04.2009

Geschweißter Kugelzapfen und Herstellungsverfahren dafür

Die vorliegende Erfindung betrifft geschweißte Kugelzapfen und Verfahren zur Herstellung solcher Kugelzapfen.

Kugelzapfen werden vorrangig dort eingesetzt, wo ein oder zwei Komponenten beweglich miteinander verbunden werden sollen.

Kugelzapfen bestehen üblicherweise aus einer Kugel und einem Schaft. Bei geschweißten Kugelzapfen sind diese beiden Komponenten, Kugel und Schaft, durch einen Schweißvorgang verbunden. Gemäß dem üblichen Stand der Technik besteht der Schaft, auf dem die Kugel aufgeschweißt wird, aus einem zylindrischen Vollmaterial. Bedingt durch diese Geometrie kommt es bei geschweißten Kugelzapfen gemäß dem Stand der Technik im über- gang zwischen Kugel und Schaft im Bereich der Schweißnaht bei Wechselbiegebelastungen zu erhöhten Spannungswerten. Dadurch besteht im Stand der Technik ein hohes Risiko eines Bruches der Schweißnaht im übergangsbereich, was zu einem Totalschaden des geschweißten Kugelzapfens führt.

Hinsichtlich solcher Kugelzapfen wurde schon früher versucht, ein Brechen der Schweißnaht zwischen Kugel und Schaft zu verhindern. Dazu hat beispielsweise die DE-OS 23 00 670 vorgeschlagen, Kugel und Schaft gemeinsam aus je zwei Hälften herzustellen, wobei eine Hälfte jeweils eine Halbku- gel und eine Hälfte des hohlen Schaftes umfasste, und die beiden Hälften dann durch Schweißen verbunden wurden.

Dieses Verfahren wies jedoch den Nachteil auf, dass die Rundheit der Kugel danach durch die umlaufende Schweißnaht beeinträchtigt war. Diese Lösung war außerdem deshalb nicht Ziel führend, da das entsprechende Verschwei- ßen der Hälften sehr aufwändig war.

Aus der DD 278 175 A1 ist es weiterhin bekannt, die Kugel mit einem scheibenförmigen Ansatz zu versehen, und erst an diesem Ansatz einen entsprechenden hohlzylindrischen Schaft anzubringen. Dies erfordert jedoch eine aufwändige Herstellung der mit einem scheibenförmigen Ansatz versehenen Kugel.

Eine ähnliche Lösung ist aus der DE 856 256 bekannt, dort sind die Kugeln mit einem hohlen Ansatz versehen, dessen Durchmesser dem daran an- schließenden Schaft entspricht, der ebenfalls hohl ausgebildet ist. Dies hat jedoch eine sehr aufwändige Fertigung zur Folge, da eine genaue Ausrichtung der Kugel mit dem hohlen Ansatzstück gegenüber dem Schaft erforderlich ist.

Der zu der vorliegenden Erfindung nächst gelegene Stand der Technik ergibt sich jedoch aus der DE 197 35 638 A1. Diese zeigt bereits ein Verfahren zur Herstellung eines Kugelzapfens sowie einen entsprechenden Kugelzapfen, wobei der hergestellte Kugelzapfen einen im wesentlichen kugelförmigen oberen Bereich und einen im wesentlichen stabförmigen unteren Bereich auf- weist. Dort muss jedoch das im wesentlichen kugelförmige Element mit einer geeigneten ersten Kontaktfläche und der stabförmige Bereich mit einer geeigneten zweiten Kontaktfläche versehen sein, damit diese Kontaktflächen hernach durch Reibschweißen miteinander verbunden werden können. Auch dies erhöht den Aufwand, insbesondere bei der Herstellung des Schaftes, der mit einer entsprechenden Wölbung versehen sein muss, wobei bei der Verwendung von Kugeln unterschiedlichen Durchmessers auch jeweils eine andere Kontaktfläche hergestellt werden muss.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen solchen geschweißten Kugelzapfen dergestalt zu verbessern, dass er sehr einfach herzustellen ist und die Schweißnaht nicht mehr so hoch beansprucht werden muss und das Risiko entsprechender Brüche herabgesetzt ist und ein verbessertes Herstellungsverfahren dafür anzugeben.

Erfindungsgemäß wurde die Geometrie des Schaftes entsprechend diesen Anforderungen neu konstruiert. Erfindungsgemäß ergab sich die Aufführung des Schaftes als Hohlzylinder.

Der Hohlzylinder vermag die Beanspruchungen zwischen Kugel und Schaft teilweise elastisch aufzunehmen, er wirkt hierbei wie eine Feder und vermindert daher die Spannungswerte in der Schweißnaht. Auf diese Weise wird Haltbarkeit und Belastbarkeit der Schweißnaht erheblich erhöht. Angenehmer Nebeneffekt ist eine erhebliche Verringerung des Gewichtes des geschweißten Kugelzapfens.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung mit einem hohlen Schaft werden die Spannungen von der Schweißnaht in den Schaft verlagert, der hierbei wie eine Feder wirken kann. Hierdurch wird der erfindungsgemäße geschweißte Kugelzapfen bei Wechselbiegebelastung nicht mehr hauptsächlich im Bereich der Schweißnaht belastet, sondern es kommt zu einer dynamischen Wechselbelastung im gesamten Schaftbereich. Dadurch wird einer Rissbil- düng in der Schweißnaht im Kugel-Schaft-übergang entgegengewirkt.

Besonders bevorzugt ist es dabei, die Innenwand des Schaftes mit parallel zur Rotationsachse des Schaftes verlaufenden Nuten zu versehen. Auf diese Weise kann der Faserverlauf im Material des Schaftes parallel ausgerichtet werden und somit die Elastizität und Biegewechselfestigkeit des Schaftes weiter verbessert werden.

Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Tiefe der Nuten größer als die halbe Wandstärke des hohlzylindrischen Schaftes ist.

Weiter ist es bevorzugt, dass die Nuten einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen. Auch hierdurch wird die Elastizität des Schaftes verbessert.

Weiter ist es bevorzugt, dass sich die Nuten nahezu über die gesamte Länge des hohlzylindrischen Schaftes erstrecken. Auch hierdurch wird die Elastizität erhöht und die Belastung der Schweißnaht verringert.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird des weiteren durch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kugelzapfens gelöst, bei dem als Schaft ein Hohl- zylinder an die Kugel angeschweißt wird.

Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn an der Innenwand des Schaftes parallel zur Rotationsachse des Schaftes verlaufende Nuten angebracht werden.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Tiefe der Nuten größer als die halbe Wandstärke des Schaftes ausgebildet wird.

Vorzugsweise werden die Nuten dabei mit einem halbkreisförmigen Querschnitt ausgebildet.

Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Nuten fast über die ganze Länge des Schaftes angebracht werden.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 eine räumliche Explosionszeichnung eines erfindungsgemäßen geschweißten Kugelzapfens;

Figur 2 eine Schnittdarstellung des Schaftes des geschweißten Kugelzapfens der Figur 1 ; und

Figur 3 eine weitere Ausgestaltungsform des Schaftes für einen erfindungsgemäßen geschweißten Kugelzapfen.

Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen geschweißten Kugelzapfen räumlich dargestellt in Form einer Explosionszeichnung (vor dem Verschweißen von Kugel und Schaft).

Der erfindungsgemäße geschweißte Kugelzapfen 10 umfasst eine Kugel 12, die auf einen Schaft 14 aufgeschweißt wird. Der Schaft 14 geht sodann in einen Kraftangriff 16 und einen Außengewindeträger 18 über. Diese Teile wer- den hier nicht näher beschrieben, da sie den Ausführungsformen im Stand der Technik entsprechen können und nicht wesentlich zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung beitragen.

Erfindungsgemäß ist der Schaft 14 jedoch als Hohlzylinder mit einem inneren zylindrischen Hohlraum 20 ausgebildet. Die Verschweißung zwischen Kugel 12 und Schaft 14 erfolgt somit lediglich in den ringförmigen Bereich 22, in dem der hohlzylindrische Schaft 14 die Kugel 12 berührt. Dennoch ist die vorliegende Konstruktion deutlich haltbarer als der Stand der Technik, bei dem ein Schaft 14 aus Vollmaterial vorgesehen ist. Erfindungsgemäß weist der Schaft 14 durch seine Gestaltung als Hohlzylinder nämlich eine nicht unwesentliche Elastizität auf, durch die die Belastung der Schweißnaht zwischen Kugel 12 und Schaft 14 erheblich vermindert werden kann.

Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung des Schaftes 14, der konzentrische in- nere Hohlraum 20 ist deutlich erkennbar.

Figur 3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung des Schaftes 14', bei dem die innere Mantelfläche des hohlzylindrischen Schaftes 14' mit parallel zur Rotationsachse des Schaftes 14' verlaufenden Nuten 24 versehen ist.

Um eine besonders gute Elastizität des Schaftes 14' und damit eine möglichst starke Entlastung der Schweißnaht zwischen Kugel 12 und Schaft 14' zu erzielen, ist es bevorzugt, wenn die Tiefe der Nuten 24 größer ist als die halbe Wandstärke des hohlzylindrischen Schaftes 14'.

Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Nuten 24 einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen. Dies erleichtert die Fertigung und verringert Spannungsspitzen in der Wand des Schaftes 14', wenn dieser Schaft 14' federnd Belastungen der Schweißnaht zwischen Kugel 12 und Schaft 14' auf- nimmt.

Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn sich die Nuten 24 nahezu über die ganze Länge des hohlzylindrischen Schaftes 14' erstrecken. Die Länge der Nuten 24 kann jedoch in einem weiten Bereich entsprechend den fertigungs- technischen Notwendigkeiten gewählt werden, ohne große Verluste bei der erfindungsgemäß gewünschten Elastizität des Schaftes 14' hinnehmen zu müssen.

Erfindungsgemäß wird somit ein geschweißter Kugelzapfen 10 geschaffen, der einerseits ein geringeres Gewicht aufweist als die geschweißten Kugelzapfen des Standes der Technik und andererseits eine spürbare Entlastung der Schweißnaht zwischen Kugel 12 und Schaft 14, 14' ermöglicht.