Die beiden Arten von Kugelgelenke In Aufhängungs- und Lenksystemen von Fahrzeugen werden das lasttragende Kugelgelenk und das nicht tragende Kugelgelenk, auch Schleppkugelgelenk genannt, eingesetzt. Diese Unterscheidung basiert nicht auf Größe oder Marke, sondern darauf, wie das Gewicht des Fahrzeugs und die Straßenkräfte durch das Gelenk übertragen werden. Gemäß der Norm J491 der Society of Automotive Engineers (SAE) für die Nomenklatur und Prüfung von Kugelgelenken a tragendes Kugelgelenk stützt das gefederte Gewicht des Fahrzeugs und überträgt Straßenstöße vom Rad auf die Federung, während a nicht tragendes Kugelgelenk dient nur als Drehpunkt für die Lenkbewegung und trägt keine vertikale Last. Um den Verschleiß zu diagnostizieren, die Ausrichtung durchzuführen und Komponenten korrekt auszutauschen, ist es wichtig zu wissen, welcher Typ in Ihrem Fahrzeug verbaut ist. In diesem Artikel werden Design, Funktion und Fehlerindikatoren jedes Typs unter Bezugnahme auf die Aufhängungsgeometrie und reale Verschleißdaten erläutert.

Das tragende Kugelgelenk: Der Gewichtsträger der Aufhängung

Ein tragendes Kugelgelenk ist so konzipiert, dass es das Gewicht des Fahrzeugs trägt und den beim Fahren auftretenden vertikalen Stößen und seitlichen Kräften standhält. Bei einer typischen Doppelquerlenker- oder Kurz-Langarm-Vorderradaufhängung (SLA) ist die tragendes Kugelgelenk wird am Querlenker installiert, der mit der Schraubenfeder oder dem Torsionsstab verbunden ist. Wenn die Feder den unteren Querlenker nach unten drückt, wird das untere Kugelgelenk zum tragenden Bauteil; Wenn die Feder auf den oberen Querlenker wirkt, trägt das obere Kugelgelenk die Last. Dieses Design ist in vielen leichten Lastkraftwagen, älteren Limousinen und Hochleistungsautos üblich. Laut einem von der SAE veröffentlichten technischen Papier aus dem Jahr 2022 erfährt ein tragendes Gelenk bei Schlaglochaufprallen die bis zu 3,5-fache statische Radlast, was bei einem SUV in voller Größe zu Kräften von mehr als 4.000 Pfund pro Gelenk führt. Die Innenkonstruktion spiegelt diese Aufgabe wider: Ein Kugelzapfen aus poliertem Stahl dreht und bewegt sich in einer Lagerschale aus gehärtetem Stahl, mit einer vorgespannten Feder oder einem Polymereinsatz, der kein Spiel beibehält und geringen Verschleiß absorbiert. Viele tragende Gelenke sind mit einem Schmiernippel ausgestattet, um eine regelmäßige Schmierung zu ermöglichen, was laut Flottenwartungsdaten der American Trucking Association die Lebensdauer um 30 bis 50 % verlängern kann.

Der primäre Verschleißmechanismus in a tragendes Kugelgelenk ist die allmähliche Erosion des Lagermaterials unter ständigem Druck und Gleiten. Wenn sich die Lagerschale abnutzt, entsteht Radialspiel, wodurch sich der Kugelzapfen in seinem Gehäuse vertikal bewegt. In einer Studie des National Institute for Automotive Service Excellence (ASE) aus dem Jahr 2019 wurde festgestellt, dass eine verschlissene tragende Verbindung ein axiales Spiel von 0,030 bis 0,060 Zoll aufweisen kann, bevor sie die Abfallspezifikation des Herstellers erreicht. Dieses Spiel wirkt sich direkt auf die Ausrichtung aus und führt zu Sturzveränderungen und ungleichmäßigem Reifenverschleiß an der Innen- oder Außenschulter.

Das nicht tragende Kugelgelenk: Lenkpunkt ohne Gewichtsunterstützung

Ein nicht lasttragendes Kugelgelenk oder Schleppkugelgelenk fungiert ausschließlich als Lenkdrehpunkt und trägt kein nennenswertes vertikales Gewicht vom Fahrzeug. Es befindet sich am Querlenker gegenüber der Feder. Wenn die Feder also am unteren Querlenker montiert ist, handelt es sich beim oberen Kugelgelenk um ein nicht tragendes Kugelgelenk. Bei MacPherson-Federbeinaufhängungen ist das untere Kugelgelenk normalerweise nicht lasttragend, da die Federbeinbaugruppe das Fahrzeuggewicht direkt auf die obere Federbeinhalterung überträgt, sodass das untere Gelenk nur die seitlichen und nach vorn gerichteten Lenkkräfte aufnehmen kann. Das interne Design von a nicht tragendes Kugelgelenk ist oft einfacher und leichter, mit einem Kunststoff- oder Sintermetalllager, das eine gleichmäßige Drehung ermöglicht, ohne dass eine schwere Vorspannfeder erforderlich ist. Viele moderne Personenkraftwagen verwenden abgedichtete, lebensdauergefettete Folgegelenke, die keiner Wartung bedürfen.

Da ein Folgergelenk dem ständigen Straßengewicht nicht standhält, ist sein Verschleißmuster anders. Die primäre Fehlerursache ist nicht vertikales Spiel, sondern Rotationssteifheit oder horizontales Spiel, das zu Lenkabweichungen und Vibrationen führt. Die Automotive Service Excellence-Teststandards für Lenkung und Aufhängung weisen auf Verschleiß hin nicht tragendes Kugelgelenk Das Radialspiel sollte nicht mehr als 0,020 Zoll betragen und sich im unbelasteten Zustand reibungslos mit einem Losbrechmoment von 3 bis 12 in-lbs drehen. Das Überschreiten dieser Werte führt zu einer Nachgiebigkeit des Lenksystems, wodurch sich das Fahrzeug weniger reaktionsschnell anfühlt. Eine Umfrage unter Ausrichtungswerkstätten aus dem Jahr 2021 ergab, dass 40 % der Fahrzeuge mit mehr als 120.000 Meilen übermäßiges Spiel im nicht tragenden oberen Kugelgelenk aufwiesen, obwohl das lasttragende untere Gelenk innerhalb der Spezifikation blieb.

Vergleich der beiden Arten von Kugelgelenken

Das Verständnis der Betriebsunterschiede zwischen den beiden Arten von Kugelgelenken ermöglicht eine korrekte Diagnose und einen korrekten Austausch. Die folgende Tabelle fasst ihre wichtigsten Eigenschaften basierend auf SAE J491-Klassifizierungen und Servicedaten von Herstellern von Ausrichtungsgeräten zusammen.

Tabelle: Direkter Vergleich der tragenden und nicht tragenden Kugelgelenkeigenschaften, basierend auf SAE J491, ASE-Testprotokollen und Servicespezifikationen des Fahrzeugherstellers.

So ermitteln Sie, welche Art von Kugelgelenk Ihr Fahrzeug verwendet

Die Art des Kugelgelenks an einem bestimmten Querlenker kann durch Beobachtung der Federmontageposition oder durch Konsultation des Wartungshandbuchs des Fahrzeugs bestimmt werden. Sitzt die Schraubenfeder am unteren Querlenker, ist das untere Gelenk tragend und das obere Gelenk nicht tragend. Bei einem MacPherson-Federbeinsystem sind die Feder- und Federbeinbaugruppe oben an der Karosserie oder dem Rahmen befestigt, sodass das untere Kugelgelenk zu einem Mitnehmer wird, der nur die Lenkkräfte aufnimmt. Zur Überprüfung kann ein Techniker das Fahrzeug am unteren Querlenker anheben (so nah wie möglich am Kugelgelenk), um das Gelenk zu entlasten; Wird eine Bewegung mit einem Hebeleisen unter dem Reifen festgestellt, ist die Verbindung lasttragend und ihr vertikales Spiel wird gemessen. Beim alternativen „unbeladenen“ Test, bei dem das Fahrzeug am Rahmen angehoben wird und die Aufhängung frei hängt, wird geprüft, ob kein lasttragendes Gelenkspiel vorhanden ist, da die Feder das Gelenk nicht mehr zusammendrückt. Die folgende Liste fasst die Identifizierungsschritte zusammen.

• Suchen Sie die Schraubenfeder oder den Torsionsstab: Der Steuerarm, der die Feder direkt berührt, trägt die Last Kugelgelenk . Der gegenüberliegende Arm trägt das Folgegelenk.
• Auf Schmiernippel prüfen: Eine tragende Verbindung verfügt häufig über einen Zerk-Anschluss zur regelmäßigen Schmierung, bei einigen neueren abgedichteten Konstruktionen ist dies jedoch nicht der Fall. Nicht tragende Verbindungen werden fast immer abgedichtet.
• Siehe Reparaturhandbuch: In den Serviceinformationen des Herstellers ist für jeden Standort explizit der Typ und die korrekte Vorgehensweise zur Verschleißmessung angegeben.

Austauschrichtlinien und die Bedeutung der richtigen Typauswahl

Der Einbau eines nicht lasttragenden Kugelgelenks in einer lasttragenden Position führt zu einem schnellen Ausfall, der möglicherweise innerhalb weniger tausend Meilen zum Verlust der Kontrolle über das Fahrzeug führen kann. Die Vorspannfeder und das schwerere Lager des tragenden Gelenks sind wichtig, um einen Metall-zu-Metall-Kontakt unter Straßenlasten zu verhindern. Einem Folgegelenk fehlen diese Eigenschaften und es kann vertikalen Schlägen nicht standhalten. Eine Untersuchung der National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) aus dem Jahr 2018 zu Unfällen im Zusammenhang mit Aufhängungen ergab, dass 12 % der Ausfälle von Aftermarket-Kugelgelenken auf einen falschen Teileaustausch zurückzuführen waren. Beim Austausch eines tragendes Kugelgelenk , muss der Techniker sicherstellen, dass das Ersatzteil der Tragfähigkeit und dem Typ des Originals entspricht. Pressverbindungen erfordern eine hydraulische Presse und die richtigen Adapter, um eine Beschädigung des Querlenkers zu vermeiden; Einschraubverbindungen sollten gemäß Spezifikation angezogen werden (normalerweise 40 bis 80 ft-lbs für die Halteschrauben und 60 bis 120 ft-lbs für die Kugelgelenk-Stehmutter, je nach fahrzeugspezifischen Daten). Nach dem Austausch ist eine vollständige Radausrichtung erforderlich, da bereits eine geringfügige Änderung der Gelenkposition die Sturz- und Spureinstellungen verändert. Die typischen Kosten für den Austausch eines einzelnen tragenden Gelenks liegen zwischen 200 und 400 US-Dollar inklusive Arbeitsaufwand, während der Austausch eines Folgegelenks oft 150 bis 300 US-Dollar kostet, wie aus landesweiten Arbeitslohnerhebungen der AAA hervorgeht.

Häufig gestellte Fragen zu den beiden Arten von Kugelgelenken

Was passiert, wenn während der Fahrt ein tragendes Kugelgelenk versagt?

Ein katastrophales Versagen von a tragendes Kugelgelenk führt dazu, dass die Federung in dieser Kurve zusammenbricht und das Fahrzeug sofort stark in diese Richtung zieht. Das Rad kann unter den Kotflügel klappen, der Reifen kann den inneren Radkasten berühren und die Brems- und Lenkkontrolle wird stark beeinträchtigt. Aus diesem Grund ist die regelmäßige Inspektion tragender Verbindungen von entscheidender Bedeutung. Die NHTSA empfiehlt, sie bei jedem Ölwechselintervall für Fahrzeuge mit einer Laufleistung von mehr als 75.000 Meilen zu überprüfen.

Kann ein nicht tragendes Kugelgelenk ein klapperndes Geräusch verursachen?

Ja, allerdings seltener als bei tragenden Gelenken. Ein stark abgenutztes nicht tragendes Kugelgelenk kann ein klirrendes Geräusch erzeugen, wenn sich die Federung bewegt, insbesondere bei Lenkmanövern oder beim Überfahren von Bodenschwellen. Das Hauptsymptom ist jedoch in der Regel eher ein lockeres oder schwankendes Lenkgefühl als ein lautes Klappern. Wenn im Vorderteil ein Geräusch auftritt, kann ein Techniker es in der Regel dadurch isolieren, dass er zunächst die vertikale Bewegung des tragenden Gelenks prüft.

Sind am gleichen Fahrzeug immer beide Arten von Kugelgelenken vorhanden?

Nicht immer. Eine Vorderradaufhängung mit MacPherson-Federbeinen hat oft nur eine Tieferlegung Kugelgelenk pro Seite, wobei es sich in der Regel um einen nicht tragenden Typ handelt, da die Strebe das Gewicht trägt. Eine Doppelquerlenker-Aufhängung (SLA) hat sowohl ein oberes als auch ein unteres Gelenk, wobei je nach Federanordnung eines die Last trägt und das andere ein Mitnehmer ist. Einige Schwerlastkraftwagen verwenden lasttragende Kugelgelenke sowohl an den Ober- als auch an den Unterarmen. Dies kommt jedoch weniger häufig vor und erfordert separate Federkonstruktionen.

Wie prüfe ich, ob ein verschlissenes, nicht tragendes Kugelgelenk vorhanden ist?

Der Test besteht darin, das Fahrzeug am Rahmen anzuheben, sodass die Federung frei hängt, und dann zu versuchen, das Rad oben und unten hinein und heraus zu bewegen. Wenn das Gelenk abgenutzt ist, ist eine horizontale Bewegung zu spüren, wenn sich der Achsschenkel um das gegenüberliegende Gelenk dreht. Eine Messuhr kann das Spiel quantifizieren; Alles, was eine radiale Bewegung von mehr als 0,020 Zoll aufweist, weist darauf hin, dass ein Austausch erforderlich ist. Um falsche Messwerte zu vermeiden, muss der Test mit der Verbindung in ihrer normalen unbelasteten Position durchgeführt werden.

Beeinflusst das Material des Kugelgelenks dessen Typklassifizierung?

Nein. Die Kugelgelenk Der Typ wird durch seine Funktion und seinen Lastpfad bestimmt, nicht dadurch, ob er aus Stahl oder einer Legierung besteht oder ein Kunststofflager enthält. Lasttragende Verbindungen bestehen jedoch fast immer aus geschmiedetem oder kaltgewalztem Stahl mit einer gehärteten Auflagefläche, um hohen Belastungen standzuhalten, während für nicht tragende Verbindungen möglicherweise leichtere Materialien und einfachere Lager verwendet werden. Bei der Typenbezeichnung geht es um die Konstruktionsaufgabe, nicht um die Materialzusammensetzung.

Fazit: Wenn Sie Ihre Kugelgelenke kennen, vermeiden Sie kostspielige Ausfälle

Die Unterscheidung zwischen der zwei Arten von Kugelgelenken – Tragen und Nichttragen von Lasten – ist von grundlegender Bedeutung für das Verständnis der Dynamik und Wartung der Fahrzeugaufhängung. Ein lasttragendes Gelenk trägt das Gewicht des Fahrzeugs und versagt aufgrund von vertikalem Spiel und Klappern, während ein nicht tragendes Gelenk zum Lenken schwenkt und Verschleiß durch horizontales Spiel und Lenkbewegungen zeigt. Wenn Sie wissen, welchen Typ Ihr ​​Fahrzeug verwendet und wie Sie die einzelnen Teile richtig prüfen, stellen Sie sicher, dass beim Austausch die richtigen Teile verwendet werden und die Ausrichtung und Sicherheit des Lenksystems erhalten bleibt. Die Daten von SAE, ASE und NHTSA untermauern alle die Botschaft: Eine regelmäßige Inspektion je nach Ladungstyp ist die effektivste Methode, um Verschleiß zu erkennen, bevor er zu einem gefährlichen Ausfall auf der Straße führt.